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大氣熱力學溫度

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大氣熱力學溫度是表示干空氣和濕空氣熱力性質的重要變數。常用的有虛溫、露點、濕球溫度、位溫和相當位溫等。

1 大氣熱力學溫度 -大氣熱力學溫度

 

2 大氣熱力學溫度 -正文

  表徵干空氣和濕空氣熱力性質的重要變數。常用的有虛溫、露點、濕球溫度、位溫和相當位溫等。
  虛溫  在氣壓相等的條件下,使干空氣的密度和濕空氣的密度相等時,干空氣應具有的溫度。這是一種虛擬的溫度,稱為虛溫(TV)。它表示濕空氣的一種屬性:

TVT(1+0.61W)

式中W=ρV/ρd為混合比,ρd、ρV分別為干空氣和水汽的密度(見氣象要素)。空氣的水汽含量愈大,W也愈大。在一般情況下,虛溫僅略高於實測溫度,即使在非常暖濕的空氣中,也只有幾攝氏度的差異。引入虛溫后,比較複雜的濕空氣狀態方程,就可以用比較簡單的、類似於干空氣的狀態方程來代替,即P=ρRdTV。其中ρ是濕空氣的密度,Rd為干空氣氣體常數。
  露點  在氣壓和水汽含量不變的情況下,降低空氣溫度使其達到飽和狀態時的溫度,稱為露點,常用Td表示。在溫度一定的情況下,空氣中的水汽含量愈少,露點愈低,只有在飽和的濕空氣中,露點才等於氣溫,故可利用氣溫和露點的差值來近似地表示大氣中的水汽含量。
  濕球溫度  在系統(空氣加水)的氣壓保持不變並和外界沒有熱量交換的情況下,純凈的水蒸發到空氣中去,使其達到飽和狀態時,系統因蒸發冷卻而到達的溫度,稱為濕球溫度,通常用Tw表示。在實際工作中,用濕球溫度表上的讀數代表濕球溫度。該溫度表的球部,包著保持浸透了水的紗布,在通風良好的情況下,濕球附近的水分在不斷蒸發的過程中吸收周圍空氣的熱量,使周圍的氣溫下降,當濕球附近的空氣達到飽和時,濕球溫度表的指示劑穩定而不再下降,此時的讀數便表示濕球溫度。實際上,這種讀數和通風情況有關,所以它只是一種近似於理論上的濕球溫度。空氣中的水汽含量愈小,為使空氣達到飽和所需蒸發的水分就愈多,所吸收的熱量愈大,濕球溫度就愈低。故濕球溫度的高低,能反映大氣中水汽含量的多寡(濕度的大小)。氣塊由某高度干絕熱上升,達到飽和之後,再濕絕熱下降到原來高度時所具有的溫度,稱為假濕球溫度,通常用Tsw表示。
  位溫  將一塊干空氣絕熱地壓縮或膨脹到氣壓等於1000百帕時所具有的溫度,稱為位溫,常用θ表示。當氣塊絕熱膨脹時,它對外界作功,內能減小,溫度下降;反之,氣塊作絕熱壓縮時,內能增大,溫度升高。但是氣塊的位溫在干絕熱過程中卻是守恆的。對濕空氣,氣塊干絕熱上升,達到飽和之後,再濕絕熱下降到1000百帕高度時的溫度,稱為假濕球位溫,通常用θsw表示。它在等壓蒸發和凝結過程中是守恆的。
  相當溫度  在等壓情況下,濕空氣的水汽全部凝結時,若所釋放的潛熱全部用於加熱空氣,氣塊所達到的溫度,稱為相當溫度,通常用Te表示。如果未飽和的氣塊通過干絕熱過程移到1000百帕高度,則其相當溫度稱為相當位溫,通常用θe表示。如果氣塊先作干絕熱變化,達到飽和之後,再依濕絕熱過程上升,直到所有的水汽全部凝結為水而脫離該氣塊為止,然後將這種已無水汽的干空氣干絕熱地下降至原來的氣壓處,氣塊在這種虛擬的過程中所能達到的溫度,稱為假相當溫度,用Tse表示。若將它用干絕熱地移到1000百帕時,其溫度稱為假相當位溫,用θse表示。對於干絕熱過程和濕絕熱過程而言,θse是一種守恆的量,可以利用它來分析大氣的熱力性質。

 

3 大氣熱力學溫度 -配圖

 

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