大气污染控制工程 第三章 大气污染气象学

1第3章大气污染气象学教学内容§1大气圈结构及气象要素§2大气的热力过程§3大气的运动和风2大气扩散源受体大气扩散酸雨越境转移（日本、南朝鲜……）大气科学大气物理、化学……大气气象学……污染气象学……气象条件对污物的稀释、扩散作用污染物对气象的影响第3章大气污染气象学3§1大气圈结构及气象要素一、大气圈垂直结构第3章大气污染气象学4气象要素（因子）：表示大气状态的物理现象和物理量，气象学中统称为～。与大气污染关系密切的气象要素主要有：气温气压空气湿度（气湿）风（风向、风速）云量能见度蒸发、日照时数、太阳辐射、地面辐射、大气辐射等。二、主要气象要素51．气温表示大气温度高低的物理量。天气预报中：1.5m高、百叶箱内气温。oo5(32)9CFo273.15KCoo9325FCoo5(32)9CFo273.15KCoo9325FC二、主要气象要素摄氏温度热力学温度华氏温度62．气压即大气的压强。任一点的气压值等于该地单位面积上的大气柱重量。气压总是随高度的增加而降低的。据实测，近地层高度每升高100米，气压平均降低约12.4毫巴（1mb=100Pa=1hPa)，在高层小于此值。单位：mb（毫巴）1atm＝101325Pa＝1013.25mb=760mmHg二、主要气象要素73．气湿:空气湿度反映空气中水汽含量和空气潮湿程度的一个物理量。常用的表示方法：绝对湿度－1m3湿空气中含有的水汽质量(kg)相对湿度－空气的绝对湿度与同温度下饱和空气的绝对湿度之百分比含湿量(比湿)－湿空气中1kg干空气包含的水汽质量(kg)水汽体积分数－水汽在湿空气中所占的体积分数露点－在一定气压下空气达到饱和状态时的温度。二、主要气象要素8二、主要气象要素4.风向和风速（windspeedanddirection)什么是风？空气的流动就形成风。风的形成：风主要由于气压的水平分布不均匀而引起的，而气压的水平分布不均是由温度分布不均造成。94．风向和风速水平(horizontal)方向的空气运动称为风（垂直方向－升降气流）风的来向叫风向（16个方位圆周等分）风速：单位时间内空气在水平方向上运动距离（m/s或km/h）(km/h)F－风力级（0～12级）302.3Fu二、主要气象要素1011风玫瑰图风速,m/s某地区1988年的风玫瑰图。同心圆表示风的频率，例如，吹南风的频率约为11％，其中风速大于10.82m/s的频率约为1％，风速在3.35～5.41m/s的频率为3.5%左右。125、云云：漂浮在空中的水汽凝结物。云量：指云遮蔽天空的成数。在我国，将天空分为10等份，有几分天空被云遮盖，云量就是几。如：碧空无云，云量为0；阴天云量为10；云占天空的1/10，云量记为1。国外，将天空分为8等份。国外云量×1.25=我国云量云高:云底距地面底高度低云（2500m以下）中云（2500-5000m）高云（5000m以上）总云量：指所有云遮蔽天空的成数，不论云的层次和高度。低云量：低云的云掩盖天空的成数。云量的记录：观测中以总云量/低云量的形式记录，如10/7。13高云（5000m以上）中云（2500-5000m）低云（2500米以下）5、云14能见度：在当时的天气条件下，视力正常的人能够从天空背景中看到或辨认出目标物的最大距离（0~9级，相应距离为50～50000米）。能见度的大小反应了大气的混浊现象，反映出大气中杂质的多少。大气中的雾、水汽、烟尘等，可使能见度降低。6、能见度15第二节大气的热力过程一、太阳、大气和地面的热交换•太阳以紫外线、可见光、红外线的形式辐射热量•太阳辐射加热地球表面•地面长波辐射加热大气•近地层大气温度随地表温度变化16太阳辐射光谱太阳辐射的能量主要分布在可见光区和红外区可见光区占太阳辐射总量的50％红外区占43％紫外区只占能量的7％在波长0.48微米的地方，太阳辐射的能力达到最高值。1718二、气温的垂直变化1.大气的绝热过程：某一空气块作垂直运动时与周围空气不发生热量交换，这样的状态变化过程称为大气的绝热过程。空气块膨胀（做功）耗内能T定性空气块压缩（外气对它做功）T内能（由压力变化引起）19定量：－泊松方程0.288000()()pRCTPPTPP－泊松方程0.288000()()pRCTPPTPPT0,T——气块升降前后的温度，KP0,P——气块升降前后的压力，hPaR——干空气的气体常数，287.0J/kg/KCp——干空气的定压比热，1005J/kg/K课后3.3绝热过程中气温的变化完全是由气压变化引起的二、气温的垂直变化202.干绝热直减率：干空气块(包括未饱和湿空气块)绝热上升或下降单位高度时，温度降低或升高的数值。dddiTz1/100pgKmCCp——干空气的定压比热，1005J/kg/Kg——重力加速度，9.81m/s2二、气温的垂直变化213.气温的垂直分布（温度层结）温度层结：气温沿垂直高度的分布曲线Tzd0，正常分布层结＝，中性层结（绝热直减率）＝0，等温层结0，逆温层结Tzd0，正常分布层结＝，中性层结（绝热直减率）＝0，等温层结0，逆温层结Tz气温直减率TZ单位高度气温的变化或递减层结d22定义：大气在垂直方向上稳定的程度，即是否容易对流定性描述：外力使气块上升或下降气块去掉外力气块减速，有返回趋势，稳定气块加速上升或下降，不稳定气块停在外力去掉处，中性不稳定条件下有利于扩散三、大气稳定度1.大气稳定度的概念232.大气稳定度的判据定量判断ipiiTpT气块：环境：ipiiTpT气块：环境：()(1)iigTTTagTT()iigaiiippRTRT（单位体积块）加速度，将代入上式得：()(1)iigTTTagTT()iigaiiippRTRT（单位体积块）加速度，将代入上式得：()iigaiiippRTRT（单位体积块）加速度，将代入上式得：0diiTTz0TTz气块：环境：zzz高度（一般均满足绝热条件）0diiTTz0TTz气块：环境：zzz高度（一般均满足绝热条件）zzz高度（一般均满足绝热条件）24则有判据：2.大气稳定度的判据00iTTd()agzTddd混合层0,a0不稳定0,a0稳定中性层＝0，a=0中性稳定层0，a0逆温，非常稳定ddd混合层0,a0不稳定0,a0稳定中性层＝0，a=0中性稳定层0，a0逆温，非常稳定25例题3.71/100dKm11126.721.11.22/1000458TKmzTZ逆温22215.621.10.72/1001/100763TKmKmz3338.915.61.16/1001/100580TKmKmz4445.025.01/1002000TKmz55520.030.02/1001/100500TKmKmz66628.025.00.43/1000700TKmz稳定不稳定中性不稳定逆温26四、逆温逆温不利于扩散辐射：太阳地球：短波地球大气层：长波大气吸收长波强27四、逆温辐射逆温的生消过程1.辐射逆温：地面白天加热，大气自下而上变暖；地面夜间变冷，大气自下而上冷却28四、逆温2.下沉逆温（多在高空大气中）很厚的气层下沉压缩变扁顶部增温比底部多29四、逆温3.平流逆温：暖空气平流到冷地面上而形成dd4.湍流逆温下层湍流混合达上层出现过渡层逆温30四、逆温5.锋面逆温对流层中冷、暖气团相遇冷暖间逆温暖气上爬，形成锋面31五、烟流型与大气稳定度的关系波浪型（不稳）锥型（中性）扇型（逆温）爬升型（下稳，上不稳）漫烟型（上逆、下不稳）32§3大气的运动和风一、引起大气运动的作用力直接作用力重力水平气压梯度力（垂直气压梯度力与重力基本平衡，水平气压梯度力是大气水平运动的直接动力）间接作用力地转偏向力（纬度越高，地转偏向力越大）惯性离心力（大气曲线运动：很小）摩擦力（近地1～2km内明显，摩擦层）33二、近地层风速廓线模式1.对数律风速廓线模式平均风速随高度变化中性层结：对数律，粗糙度和摩擦速度*0lnuZukZu—高度Z处平均风速*u—摩擦速度k—卡门常数,0.40Z—地面粗糙度34三、近地层风速廓线模式2.指数律风速廓线模式平均风速随高度变化非中性层结：指数律，稳定度参数11()mZuuZ1u—已知高度Z1处平均风速m—稳定度参数(表3-3)已知和m，可求得习题3.41uu35四、地方性风场1．海陆风36四、地方性风场2．山谷风373．城市热岛环流图城市热岛示意图38本章小结1.影响大气污染的主要气象要素：气温、气压、空气湿度（气湿）、风（风向、风速）、云况、能见度、降水、蒸发、日照时数、太阳辐射、地面辐射、大气辐射等。2.热力因子影响大气污染的主要原因3.动力因子影响大气污染的主要原因