稳定度Stability

Posted 2022-11-07 大气层

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在气象学上，稳定度通常表示大气层中空气垂直运动的均衡程度。一团空气，如果使其做向上或向下运动会受到反方向的力的作用，那么这时大气层就是静态稳定的。如果大气层是处于稳定状态，这时若使一团空气上升，那么这团上升的空气的温度就会比周围空气低，它的密度也就比周围空气大，这样，它就又会下沉；如果在大气层处于稳定状态的情况下使一团空气做向下运动，那么这团向下运动的空气的温度就会比周围空气高，因此它又会上升。如果上升着的空气仍然比周围空气暖，而下沉的空气仍然比周围空气温度低，这时的大气层就是处于静态不稳定状态。如果一团做垂直运动的空气没有受到浮力使它产生加速或减速的运动，这时大气层的稳定度是属于中间状态。

　　大气层的稳定程度取决于温度的递减率，也就是取决于在给定的时间和给定的地点温度随高度的增加而减少的速率。如果空气是干燥的（水蒸汽不饱和），而且空气在上升过程中继续保持干燥，以及周围空气温度递减率小于每公里9.8℃，这时大气层就是稳定的；如果周围空气温度递减率大于每公里9.8℃，这时大气层就处于不稳定状态；如果周围空气温度递减率刚好等于每公里9.8℃，即等于干绝热温度递减率，这时空气的稳定度就处于中间状态。道理就在于没有饱和的空气在大气中做上升运动时，随着压力的减低、体积的膨胀，也是以每公里9.8℃这一速率冷却（所谓绝热过程就是一团运动着的空气没有通过它的边缘与外界发生热量和质量的交换），反之如果一团不饱和的空气下沉时，一方面受到压缩，同时也以每公里9.8℃的速率增温。

　　如果空气是饱和的，那么做上升运动的空气，它的温度降低的速率就要小于干绝热速率，这是由于水蒸汽凝结释放出来的潜热补偿的结果。同样，饱和空气做下沉运动时，增温的速率也小于干绝热速率，这是因为下沉着的饱和空气一方面被压缩增温，另一方面由于水分的蒸发消耗了一部分热量，对增温作用有一定的抵消。对于饱和空气来说，如果它的温度递减率小于湿绝热温度递减率，那么，大气层也是处于稳定状态。

　　夏天的午后天空中是否会有积云出现，常常取决于大气的稳定度。因为此时地面被太阳晒热，近地面层的空气也变热并开始上升，如果这时大气是比较湿润和不稳定，那么上升的空气会继续保持比它周围的空气温暖，并继续上升到巨大高度，可能会一直上升到平流层的底部，并形成积云。如果大气是稳定的，上升空气很快就变得比它周围的空气冷，即使会有凝结作用出现，也无济于事。然后，这团比周围冷的上升空气又被迫做向下运动，直到它的温度和周围空气温度一致才停止运动。