第03章大气污染气象学PPT讲稿.ppt
第第03章大气污染气象学章大气污染气象学第1页，共42页，编辑于2022年，星期日 第一章第一章 绪绪 论论 1.研究对象和内容研究对象和内容 2.大气污染源大气污染源第2页，共42页，编辑于2022年，星期日第二章第二章 气象学基础气象学基础1.大气圈结构及气象要素大气圈结构及气象要素2.大气的热力过程大气的热力过程3.大气的运动和风大气的运动和风第3页，共42页，编辑于2022年，星期日大气扩散大气扩散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第4页，共42页，编辑于2022年，星期日第一节第一节 大气圈结构及气象要素大气圈结构及气象要素大气圈垂直结构大气圈垂直结构第5页，共42页，编辑于2022年，星期日大气圈垂直结构大气圈垂直结构Ozone layer 大气层的结构。大气层可以分为对流层（最贴近地面、密度最大的一层）、平流层（较高的、气体组成相同但密度较小的气层）以及电离层（由已电离的气体组成）第6页，共42页，编辑于2022年，星期日大气圈垂直结构大气圈垂直结构对流层对流层（10km左右）左右）集中了大气质量的集中了大气质量的3/4和全部的水蒸气，主要天气现象都发生在这一层和全部的水蒸气，主要天气现象都发生在这一层温度随高度的增加而降低，每升高温度随高度的增加而降低，每升高100m平均降温平均降温0.650C强烈对流作用强烈对流作用温度和湿度的水平分布不均温度和湿度的水平分布不均大气边界层对流层下层大气边界层对流层下层12km，地面阻滞和摩擦，地面阻滞和摩擦 作用明显作用明显自由大气大气边界层以上，地面摩擦可以忽略自由大气大气边界层以上，地面摩擦可以忽略 近地层地面上近地层地面上50100m，热量和动量的常通量层，热量和动量的常通量层第7页，共42页，编辑于2022年，星期日大气圈垂直结构大气圈垂直结构平流层平流层（对流层顶（对流层顶5055km）同温层对流层顶同温层对流层顶3540km，气温，气温-550C左右左右同温层以上，气温随高度增加而增加同温层以上，气温随高度增加而增加集中了大部分臭氧集中了大部分臭氧没有对流运动，污染物停留时间很长没有对流运动，污染物停留时间很长中间层中间层（平流层顶（平流层顶85km）气温随高度升高而迅速降低气温随高度升高而迅速降低对流运动强烈对流运动强烈第8页，共42页，编辑于2022年，星期日大气圈垂直结构大气圈垂直结构暖层暖层（中间层顶（中间层顶800km）气温随高度升高而增高气温随高度升高而增高气体分子高度电离电离层气体分子高度电离电离层散逸层散逸层（暖层以上）（暖层以上）气温很高，空气稀薄气温很高，空气稀薄空气粒子可以摆脱地球引力而散逸空气粒子可以摆脱地球引力而散逸大气压力总是随高度的升高而降低大气压力总是随高度的升高而降低均质大气层均质大气层8085km以下，成分基本不变以下，成分基本不变第9页，共42页，编辑于2022年，星期日大气气压场分布大气气压场分布第10页，共42页，编辑于2022年，星期日大气水汽分布大气水汽分布第11页，共42页，编辑于2022年，星期日主要气象要素主要气象要素1气温气温 天气预报中：天气预报中：1.5m高、百叶箱内气温。高、百叶箱内气温。第12页，共42页，编辑于2022年，星期日主要气象要素主要气象要素2气压气压单位：单位：mb（毫巴）（毫巴）大气的压强大气的压强1atm101326Pa1013.26mb=760mmHg静力学方程静力学方程:第13页，共42页，编辑于2022年，星期日主要气象要素主要气象要素3气湿气湿绝对湿度绝对湿度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的百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的百分比分比含湿量湿空气中含湿量湿空气中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同气压下空气达到饱和状态时的温度露点同气压下空气达到饱和状态时的温度第14页，共42页，编辑于2022年，星期日主要气象要素主要气象要素3气湿气湿 第15页，共42页，编辑于2022年，星期日主要气象要素主要气象要素4风向和风速风向和风速 水平方向的空气运动叫做风（垂直方向升降气流）水平方向的空气运动叫做风（垂直方向升降气流）风的来向叫风向（风的来向叫风向（16个方位圆周等分）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（风速：单位时间内空气在水平方向上运动距离（2或或10min平平均）均）(km/h)F风力级（风力级（012级）级）第16页，共42页，编辑于2022年，星期日主要气象要素主要气象要素4风向和风速风向和风速风玫瑰图风玫瑰图 风速风速,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 3.355.41m/s的频率为3.5左右。第17页，共42页，编辑于2022年，星期日主要气象要素主要气象要素5云云 大气中水汽的凝结现象叫做云（使气温随高度变化小）大气中水汽的凝结现象叫做云（使气温随高度变化小）云量云量:天空被云遮蔽的成数（我国天空被云遮蔽的成数（我国10分，国外分，国外8分）分）云高云高:云底距地面底高度云底距地面底高度 低云（低云（2500m以下以下）中云（中云（25005000m）高云（高云（5000m以上）以上）云状云状:卷云（线）卷云（线）,积云（块）积云（块）,层云（面层云（面),),雨层云雨层云(无定形）无定形）第18页，共42页，编辑于2022年，星期日云云高云（高云（5000m以上）以上）中中云云（2500-5000m）低低云云（2500米米以以下下）第19页，共42页，编辑于2022年，星期日主要气象要素主要气象要素6能见度能见度 正常视力的人，在天空背景下能看清的水平距离正常视力的人，在天空背景下能看清的水平距离 级别（级别（09级，相应距离为级，相应距离为5050000米）米）第20页，共42页，编辑于2022年，星期日第二节第二节 大气的热力过程大气的热力过程太阳、大气和地面的热交换太阳、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第21页，共42页，编辑于2022年，星期日气温的垂直变化气温的垂直变化气温直减率气温直减率（大气）（大气）干空气绝热绘制温度递减率干空气绝热绘制温度递减率 干绝热直减率干绝热直减率 （空气团）（空气团）一般满足，大气绝热过程，系统与周围环境无热交换一般满足，大气绝热过程，系统与周围环境无热交换空气块空气块膨胀（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）第22页，共42页，编辑于2022年，星期日气温直减率气温直减率定量：定量：热力学第一定律热力学第一定律 （第一定律状态方程）（第一定律状态方程）其中其中 第23页，共42页，编辑于2022年，星期日气温直减率气温直减率第24页，共42页，编辑于2022年，星期日气温直减率气温直减率代入上式得：代入上式得：实际中，实际中，Ti、T 相差相差10K，则，则第25页，共42页，编辑于2022年，星期日气温的垂直分布（温度层结）气温的垂直分布（温度层结）气温的垂直分布气温的垂直分布温度层结温度层结 第26页，共42页，编辑于2022年，星期日大气稳定度及其判据大气稳定度及其判据定义：大气在垂直方向上稳定的程度；反映其是否容易对流定义：大气在垂直方向上稳定的程度；反映其是否容易对流定性描述：定性描述：外力使气块上升或下降外力使气块上升或下降气块去掉外力气块去掉外力气块减速，有返回趋势，稳定气块减速，有返回趋势，稳定气块加速上升或下降，不稳定气块加速上升或下降，不稳定气块停在外力去掉处，中性气块停在外力去掉处，中性不稳定条件下有利于扩散不稳定条件下有利于扩散第27页，共42页，编辑于2022年，星期日大气稳定度及其判据大气稳定度及其判据定量判断定量判断 第28页，共42页，编辑于2022年，星期日 则有则有判据：判据：大气稳定度及其判据大气稳定度及其判据第29页，共42页，编辑于2022年，星期日逆温逆温逆温不利于扩散逆温不利于扩散辐射：辐射：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 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第30页，共42页，编辑于2022年，星期日逆温逆温辐射逆温的生消过程辐射逆温的生消过程第31页，共42页，编辑于2022年，星期日逆温逆温2.2.下沉逆温下沉逆温 （多在高空大气中，高压控制区内）（多在高空大气中，高压控制区内）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第32页，共42页，编辑于2022年，星期日逆温逆温3.3.平流逆温平流逆温 暖空气平流到冷地面上而下部降温而形成暖空气平流到冷地面上而下部降温而形成4.4.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 第33页，共42页，编辑于2022年，星期日逆温逆温5.锋面逆温锋面逆温 冷、暖气团相遇冷、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，形成锋面第34页，共42页，编辑于2022年，星期日烟流型与大气稳定度的关系烟流型与大气稳定度的关系 波浪型（不稳）波浪型（不稳）锥型（中性锥型（中性or弱稳）弱稳）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）第35页，共42页，编辑于2022年，星期日第三节第三节 大气的运动和风大气的运动和风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（垂直上与重力基本平衡）水平气压梯度力（垂直上与重力基本平衡）间接作用力间接作用力 地转偏向力（相对运动：方向改变）地转偏向力（相对运动：方向改变）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）内明显）第36页，共42页，编辑于2022年，星期日大气边界层中风随高度变化大气边界层中风随高度变化 Ekman螺螺旋旋线线（北北半半球球下下视视，地地偏偏力力指指向向运运动动右右方方，故顺时针；南半球则相反）故顺时针；南半球则相反）高高度度增增高高，风风速速增增大大，方方向逐渐接近地转风。向逐渐接近地转风。第37页，共42页，编辑于2022年，星期日近地层风速廓线模式近地层风速廓线模式 平均风速随高度变化平均风速随高度变化中性层结：对数律，粗糙度和摩擦速度中性层结：对数律，粗糙度和摩擦速度第38页，共42页，编辑于2022年，星期日近地层风速廓线模式近地层风速廓线模式 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，稳定度参数第39页，共42页，编辑于2022年，星期日地方性风场地方性风场 1海陆风海陆风 第40页，共42页，编辑于2022年，星期日地方性风场地方性风场 2山谷风山谷风 第41页，共42页，编辑于2022年，星期日地方性风场地方性风场 3城市热岛环流城市热岛环流 第42页，共42页，编辑于2022年，星期日
