靜力穩定度

當大氣處於靜力平衡的狀態時，一個氣塊受到的空氣浮力和自身重力相等，則會在垂直方向上處於一個平衡位置；當受到外力（動力或熱力）的作用，就會使氣塊偏離平衡位置產生向上或向下的垂直運動；這種偏離平衡位置的垂直運動能否繼續發展，是由大氣温度和濕度的垂直分佈所決定的。大氣所具有的這種影響垂直運動的特徵稱為大氣的靜力穩定度，也稱層結穩定度。

運用數學的方式，計算式推導如下：

氣塊的垂直加速度等於其所受浮力和重力的和，即

由於靜力平衡，有

將‚②代入①，可得氣塊垂直加速度與內外密度差的關係

式中 w——垂直運動加速度；

ρ——氣塊密度；

ρ₁——環境空氣密度；

P ——空氣壓強；

g ——重力加速度；

B ——淨的阿基米德浮力。

根據判據B，可以得知氣塊的運動趨勢：

B>0，表示加速度為正，即氣塊上升到新位置之後，由於密度比空氣密度小，將繼續上升；

B<0，表示加速度為負，即氣塊上升到新位置之後，由於密度比空氣密度大，將下降；

B=0，表示加速度等於零，氣塊靜止不動。 ^[1] 

大氣中污染物的擴散情況和大氣穩定度有直接的關係，選擇有利於污染物擴散的天氣形勢排放廢氣，有助於緩解生產帶來的空氣污染。

一般在陰天或者大風的天氣條件下，大氣多呈中性，污染物在垂直方向緩慢均勻擴散，水平方向擴散較好；在太陽輻射強的晴天，大氣為不穩定狀態，污染物在垂直方向上呈現較明顯的起伏運動，垂直擴散較充分，但容易在源地附近堆積，形成一個高濃度區域，造成局地嚴重污染；在晴天的傍晚，近地層容易形成逆温，此時低層大氣穩定而高層大氣不穩定，則污染物在逆温層上部向上方擴散，若污染源高度較高，則對地面污染較小；晴天的夜晚，大氣穩定，污染物垂直擴散緩慢，水平方向隨風向緩慢擴散，若污染源高度較低，容易造成地面空氣嚴重污染；日出後2～3小時內，低層大氣形成不穩定層結，高層仍為逆温，污染物無法向上擴散，只能向下蔓延，造成地面空氣污染嚴重，這是城市和工業區早晨煙霧瀰漫的原因之一。

氣象上常用氣塊法和埃瑪圖法來分析大氣的靜力穩定度。

一般使用氣塊內外虛温差來討論靜力穩定度，可將方程變換為

氣塊離開平衡位置之後，温度變化為

環境温度變化為

因此可得氣塊加速度為

式中 T——氣塊温度；

T₁——環境大氣温度；

T₀——初始温度；

γ——氣塊垂直減温率；

Γ——環境垂直減温率；

根據氣塊和環境垂直減温率的差值（Γ-γ），可判斷大氣層結穩定度（如圖1）：

Γ>γ，氣塊有離開平衡位置的傾向，稱大氣具有負靜力穩定度，即絕對不穩定；

Γ<γ，氣塊有回到平衡位置的傾向，稱大氣具有正靜力穩定度，即絕對穩定；

Γ=γ，氣塊無垂直運動，大氣層結穩定，稱零穩定，即中性。

利用埃瑪圖（T-lnp圖）可以更方便的判斷氣層的靜力穩定度，如圖2。判斷依據為：

Γ>γ_d，氣層達到超絕熱狀態，對於未飽和氣塊和飽和氣塊均為絕對不穩定；

γ_d>Γ>γ_s，大氣層結對飽和氣塊是不穩定的，對未飽和氣塊是穩定的，即條件性不穩定；

Γ<γ_s，對於未飽和氣塊和飽和氣塊均為絕對穩定。 ^[2]