推导对流层的递减率

要理解这个递减率的起源,方便考虑第一卷(V)的干燥的空气交换的分子在其边界的足够大可以忽略不计,但足够小,没有重要的热交换通过夹带/逸出大量“blob”周围的空气环境。

空气可视为理想气体,因此遵循理想气体定律:

P是空气压力,n气体的摩尔数的空气包裹,和T温度(K)。空气压力由于重量,即。重力,空气柱的上面:

m是空气的质量密度p的空气柱的面积和体积V和g的重力加速度(9.8 m s ~ 2)。使用V = Az的关系,其中z是高度,我们可能写压力的变化与z(表示为正数),dP / dz = - d / dz (pVg /)

然而,使用理想气体定律和密度的定义,p = (n / V) MWa, MWa是空气的分子量(X 10”29日3公斤mol-1),我们可以重写Eq。(C)的dP / dz = - («/ F) MWag = (p / RT) MWdg。(D)

这种关系的变化与海拔之间可以转化为压力温度和海拔高度情商所示。(N)下面包裹的干燥的空气,没有它和周围空气之间的热交换发生;这就是所谓的绝热过程。

热力学第一定律是dU = dq + dw, (E)

气体的内能U, q是热系统的进出,和w是工作上执行或气体。热量和功的定义,系统进入的热量和对系统做的功是正数量。根据定义,一个绝热过程的dq = 0,所以dU = dw。

内部能量的变化,dU,理想气体是由dU = ncv dT, (F)

简历是恒定体积下的摩尔热容,即。所需的热量,提高气体1°C的温度恒定体积下的如果是激烈的。(在后者的情况下,任何热量进入气体必须进入其内部能量因为没有工作恒定体积下的扩张完成。)因此dw = ncv dT。(G)

气体膨胀做功的被定义为dw =刚才。从理想气体定律,d (PV) = d (nRT) (H)

结合方程式。(G)和(J)和重新排列,得到:

然而,对于理想气体(cp - cv) = R,这情商。(K),与应用程序的理想气体定律V,成为ncp dT = (nRT / P) dP(左)

结合方程式。(D)和(M),一个获得温度高度概要、递减率干绝热气体:

dT / dz = (dT / dP) / (dz / dP) = -MWag / cp。(N)

替代的价值MWa和cp (J mol-1 29日)空气,干绝热递减率路是由= dt / dz = 9.8 X三分Km-1。(O)

在现实中,测量失误利率每公里~ 6 - 7°C。这是由于这样的事实:大气不是干但也包含大量的水蒸气,冷却空气包裹起来。当它达到饱和时,它凝结和公布汽化热,造成大气变暖,导致平缓下降温度与高度比预期的干燥的空气包裹。

2。潜在的温度

气象条件相关的概念是非常有用的在空气污染物的混合和运输是潜在的温度。潜在的温度(0)被定义为温度温度T和压力P的空气包裹会如果扩展或压缩在绝热条件下参考P0压力。

绝热膨胀或压缩空气质量保持常数潜在的温度。从熵的定义年代,dS = dqKV / T,这些过程也等熵过程,因为没有热量交换系统(即之间。空运)和它的环境。因此“isen-tropic”一词用于描述过程潜在的温度没有发生变化。

潜在的温度在几个方面是一个非常有用的参数。首先,空气污染物或微量气体在一个空气包裹有一个恒定值6可以认为混合在空气包裹。因此有限数量的测量在包裹内是描述其组成所必需的。

其次,空气包裹倾向于保护他们潜在的温度;即。、空气包裹倾向于沿着6的等值线。因此成为一种潜在的温度示踪剂的空气包裹的历史。

例如,许多领域活动已经开展了北大西洋海岸的新斯科舍省,加拿大。在一些情况下,相对高水平的03观察,其来源是未知的。然而,在某些情况下包含更高的臭氧浓度的空气包裹可以跟踪逆风在加拿大北部(Berkowitz et al ., 1995)。图2.17显示了等熵面(即。常数潜在温度、表面)主要从采样点在北极地区高海拔。这个表面表明更高的臭氧在北大西洋的来源在这一特殊场合是对流层和低平流层上部空气从北极地区。

3所示。温度反演

在一个“正常”的对流层正的温度梯度,即与高度,温度下降,热空气接近地球表面的,密度较低,上升,取而代之的是冷空气从更高的高度。这导致对流层内的混合。

然而,在某些情况下,空气的温度,在某个高度在对流层,可能开始上升增加高度之前扭转本身;即从正到负的递减率变化积极(图2.18)。这个地区,

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