大气污染控制工程 第三章 大气污染气象学.pptx

教学内容教学内容1 1大气圈结构及气象要素大气圈结构及气象要素2 2大气的热力过程大气的热力过程3 3大气的运动和风大气的运动和风1源源受体受体大气扩散大气扩散酸雨越境转移（日本、南朝鲜酸雨越境转移（日本、南朝鲜） 大气科学大气科学 大气物理、化学大气物理、化学大气气象学大气气象学 污染气象学污染气象学 气象条件对污物的稀释、扩散作用气象条件对污物的稀释、扩散作用污染物对气象的影响污染物对气象的影响2一、大气圈垂一、大气圈垂直结构直结构3气象要素（因子）：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：与大气污染关系密切的气象要素主要有： 气温气温 气压气压 空气湿度（气湿）空气湿度（气湿） 风（风向、风速）风（风向、风速） 云量云量 能见度能见度 蒸发、日照时数、太阳辐射、地面辐射、大气辐射等。蒸发、日照时数、太阳辐射、地面辐射、大气辐射等。二、主要气象要素二、主要气象要素41 1气温气温 表示大气温度高低的物理量表示大气温度高低的物理量。天气预报中：天气预报中：1.5m1.5m高、百叶箱内气温。高、百叶箱内气温。 oo5(32)9CFo273.15KCoo9325FCoo5(32)9CFo273.15KCoo9325FC二、主要气象要素二、主要气象要素摄氏温度摄氏温度热力学温度热力学温度华氏温度华氏温度52 2气压气压 即大气的压强。即大气的压强。任一点的气压值等于该地单位面积任一点的气压值等于该地单位面积上的大气柱重量。上的大气柱重量。 气压总是随高度的增加而降低的。气压总是随高度的增加而降低的。 据实测，近地层高度每升高据实测，近地层高度每升高100100米，气压平均降低约米，气压平均降低约12.412.4毫巴（毫巴（1 1mbmb=100Pa=1hPa) =100Pa=1hPa) ，在高层小于此值。，在高层小于此值。 单位：单位：mbmb（毫巴）毫巴） 1atm1atm101325Pa101325Pa1013.25mb=760mmHg1013.25mb=760mmHg 二、主要气象要素二、主要气象要素63 3气湿气湿: :空气湿度空气湿度 反映空气中水汽含量和空气潮湿程度的一个物理量。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：常用的表示方法：绝对湿度绝对湿度1m1m3 3湿空气中含有的水汽质量湿空气中含有的水汽质量(kg)(kg)相对湿度空气的绝对湿度与同温度下饱和空气的绝对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湿度之百分比含湿量含湿量( (比湿比湿) )湿空气中湿空气中1kg1kg干空气包含的水汽质量干空气包含的水汽质量(kg)(kg)水汽体积分数水汽在湿空气中所占的体积分数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。露点在一定气压下空气达到饱和状态时的温度。二、主要气象要素二、主要气象要素7二、主要气象要素二、主要气象要素4.4.风向和风速（风向和风速（wind speed and directionwind speed and direction) )什么是风？什么是风？空气的流动就形成风。空气的流动就形成风。风的形成：风的形成：风主要由于风主要由于气压的水平分布不均气压的水平分布不均匀匀而引起的，而气压的水平分布不均是由而引起的，而气压的水平分布不均是由温温度分布不均度分布不均造成。造成。8 4 4风向和风速风向和风速 水平水平( (horizontalhorizontal) )方向的空气运动称为方向的空气运动称为风风（垂直方向（垂直方向升降气流）升降气流）风的来向叫风的来向叫风向风向（1616个方位圆周等分）个方位圆周等分）风速：风速：单位时间内空气在水平方向上运动距离（单位时间内空气在水平方向上运动距离（m/sm/s或或km/hkm/h） (km/h) (km/h) F F风力级（风力级（0 01212级）级） 302. 3Fu 二、主要气象要素二、主要气象要素910风玫瑰图风玫瑰图风速风速,m/s 某地区某地区1988年的风玫年的风玫瑰图。同心圆表示风的频瑰图。同心圆表示风的频率，例如，吹南风的频率率，例如，吹南风的频率约为约为11，其中风速大于，其中风速大于10.82m/s的频率约为的频率约为1，风速在风速在3.355.41m/s的频的频率为率为3.5%左右。左右。115 5、云、云云：云：漂浮在空中的水汽凝结物。漂浮在空中的水汽凝结物。云量：云量：指云遮蔽天空的成数。在我国，将天空分为指云遮蔽天空的成数。在我国，将天空分为1010等份，等份，有几分天空被云遮盖，云量就是几。如：碧空无云，云量有几分天空被云遮盖，云量就是几。如：碧空无云，云量为为0 0；阴天云量为；阴天云量为1010；云占天空的；云占天空的1/101/10，云量记为，云量记为1 1。 国外，将天空分为国外，将天空分为8 8等份。国外云量等份。国外云量1.25=1.25=我国云量我国云量云高云高: :云底距地面底高度云底距地面底高度 低云（低云（2500m2500m以下）以下） 中云（中云（2500-5000m2500-5000m） 高云（高云（5000m5000m以上）以上）总云量：总云量：指所有云遮蔽天空的成数，不论云的层次和高度。指所有云遮蔽天空的成数，不论云的层次和高度。低云量：低云量：低云的云掩盖天空的成数。低云的云掩盖天空的成数。云量的记录：云量的记录：观测中以总云量观测中以总云量/ /低云量的形式记录，如低云量的形式记录，如10/710/7。12 高云（高云（5000m以上）以上）中云（中云（2500-5000m）低云（低云（2500米以下）米以下）5 5、云、云13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看到或辨认出目标物的最大距离（0909级，相应距离为级，相应距离为50505000050000米）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。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。大气中的雾、水汽、烟尘等，可使能见度降低。 6、能见度、能见度14一、太阳、大气和地面的热交换一、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太阳辐射加热地球表面地面长波辐射加热大气地面长波辐射加热大气近地层大气温度随地表温度变化近地层大气温度随地表温度变化15太阳辐射的能量主要分布在可见光太阳辐射的能量主要分布在可见光区和红外区区和红外区可见光区占太阳辐射总量的可见光区占太阳辐射总量的5050红外区占红外区占4343紫外区只占能量的紫外区只占能量的7 7在波长在波长0.480.48微米的地方，太阳辐微米的地方，太阳辐射的能力达到最高值。射的能力达到最高值。16171. 大气的绝热过程：大气的绝热过程：某一空气块作垂直运动时与周围空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。热过程。 空气块空气块膨胀（做功）膨胀（做功）耗内耗内 能能 T定性定性空气块空气块压缩（外气对它做功）压缩（外气对它做功）T内能内能（由压力变化引起）（由压力变化引起）18定量：定量： 泊松方程泊松方程0.288000()()pRCTPPTPP泊松方程泊松方程0.288000()()pRCTPPTPPT0,T气气块升降前后的温度，块升降前后的温度，KP0,P气气块升降前后的压力，块升降前后的压力，hPaR干空气的气体常数，干空气的气体常数，287.0J/kg/KCp干空气的定压比热，干空气的定压比热，1005J/kg/K课后课后3.3绝热过程中气温的变化完全是由气压变化引起的绝热过程中气温的变化完全是由气压变化引起的192. 2. 干绝热直减率：干绝热直减率：干空气块干空气块( (包括未饱和湿空气块包括未饱和湿空气块) )绝绝热上升或下降热上升或下降单位高度单位高度时，温度降低或升高的数值。时，温度降低或升高的数值。ddd iTz1/100pgKmCCp干空气的定压比热，干空气的定压比热，1005J/kg/Kg重力加速度，重力加速度，9.81m/s220温度层结：温度层结：气温沿垂直高度的分布曲线气温沿垂直高度的分布曲线Tz d0，正常分布层结正常分布层结，中性层结（绝热直减率）中性层结（绝热直减率）0，等温层结等温层结0，正常分布层结正常分布层结，中性层结（绝热直减率）中性层结（绝热直减率）0，等温层结等温层结0,a0不稳定不稳定0,a0稳定稳定中性层中性层0，a=0中性中性稳定层稳定层0， a0,a0不稳定不稳定0,a0稳定稳定中性层中性层0，a=0中性中性稳定层稳定层0， a0逆温，非常稳定逆温，非常稳定241/100dKm11126.721.11.22/1000458TKmz TZ 逆温逆温22215.621.10.72/1001/100763TKmKmz 3338.9 15.61.16/1001/100580TKmKmz 4445.025.01/1002000TKmz 55520.030.02/1001/100500TKmKmz 66628.025.00.43/1000700TKmz 稳定稳定不稳定不稳定中性中性不稳定不稳定逆温逆温25逆温不利于扩散逆温不利于扩散辐射：辐射： 太阳太阳 地球地球 ：短波：短波 地球地球 大气层：长波大气层：长波 大气吸收长波强大气吸收长波强26辐射逆温的生消过程辐射逆温的生消过程1.辐 射 逆 温 ：辐 射 逆 温 ： 地 面白天加热，大气自下而上变 暖 ；地 面白天加热，大气自下而上变 暖 ； 地面夜间变冷，大气自下而上冷却地面夜间变冷，大气自下而上冷却 272.2.下沉逆温下沉逆温 （多在高空大气中）（多在高空大气中） 很厚的气层下沉很厚的气层下沉 压缩变扁压缩变扁 顶部增温比底部多顶部增温比底部多283.3.平流逆温：平流逆温：暖空气暖空气平流平流到冷地面上而形成到冷地面上而形成dd4.4.湍流逆温湍流逆温 下层湍流混合达下层湍流混合达 上层出现过渡层上层出现过渡层 逆温逆温 295.锋面逆温锋面逆温 对流层中冷、暖气团相遇对流层中冷、暖气团相遇冷暖间逆温冷暖间逆温暖气上爬，形成锋面暖气上爬，形成锋面30波浪型（不稳）波浪型（不稳）锥型（中性）锥型（中性）扇型（逆温）扇型（逆温）爬升型（下稳，上不稳）爬升型（下稳，上不稳）漫烟型（上逆、下不稳）漫烟型（上逆、下不稳） 31一一、引起大气运动的作用力引起大气运动的作用力 直接作用力直接作用力重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（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）水平气压梯度力是大气水平运动的直接动力）间接作用力间接作用力 地转偏向力（纬度越高，地转偏向力越大）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）惯性离心力（大气曲线运动：很小）摩擦力（近地摩擦力（近地1 12km2km内明显，摩擦层）内明显，摩擦层） 321.对数律风速廓线模式对数律风速廓线模式平均风速随高度变化平均风速随高度变化中性层结中性层结：对数律，粗糙度和摩擦速度：对数律，粗糙度和摩擦速度*0lnuZukZu 高度高度Z Z处平均风速处平均风速*u 摩擦速度摩擦速度k 卡门常数卡门常数,0.4,0.40Z 地面粗糙度地面粗糙度332.指数律风速廓线模式指数律风速廓线模式平均风速随高度变化平均风速随高度变化非中性层结非中性层结：指数律，稳定度参数指数律，稳定度参数11()mZuuZ1u 已知高度已知高度Z Z1 1处平均风速处平均风速m 稳定度参数稳定度参数( (表表3-3)3-3)已知已知 和和mm，可求得，可求得 习题习题3.43.41uu341海陆风海陆风352山谷风山谷风363城市热岛环流城市热岛环流371.1.影响大气污染的主要气象要素：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）、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、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。地面辐射、大气辐射等。2.2.热力因子影响大气污染的主要原因热力因子影响大气污染的主要原因3.3.动力因子影响大气污染的主要原因动力因子影响大气污染的主要原因38