第8章--大气污染气象学.优秀PPT.ppt

大气污染限制工程(AIRPOLLUTIONCONTROLENGINEERING)中国地质高校（武汉）环境学院中国地质高校（武汉）环境学院李立青李立青E-mail:liliqing163污染源污染源大气中迁移、扩散大气中迁移、扩散受体受体气象条件气象条件风向、风速风向、风速大气湍流大气湍流气温垂直分布气温垂直分布大气稳定度大气稳定度SourcesTransportsSinks人群人群其他生物体其他生物体工业工业交通交通生活生活大气污染系统与途径大气污染系统与途径问题：问题：为什么同一地区大气污染存在季节性为什么同一地区大气污染存在季节性(天天)差异？差异？第三章 大气污染气象学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环境科学环境科学(1)各种气象条件对大气污染物的传输与扩散作用各种气象条件对大气污染物的传输与扩散作用(2)大气污染物质对天气和气候的影响大气污染物质对天气和气候的影响MeteorologyforAirPollution大气污染气大气污染气象学象学探讨大气运动与大气中污探讨大气运动与大气中污染物相互作用的学科染物相互作用的学科污染气象学的发展简史污染气象学的发展简史污染气象学的发展简史污染气象学的发展简史u早在早在1861年就有学者指出，大气中二氧化碳含量增加，温室效应会年就有学者指出，大气中二氧化碳含量增加，温室效应会增加，可能影响气候。增加，可能影响气候。u1921年，英国为了探讨野战时毒气浓度的预报方法，起先进行大气年，英国为了探讨野战时毒气浓度的预报方法，起先进行大气扩散试验。扩散试验。40年头，原子能工业兴起，一些国家起先进行放射性物质年头，原子能工业兴起，一些国家起先进行放射性物质污染预料和限制的探讨，促进了大气扩散试验和理论探讨的发展。污染预料和限制的探讨，促进了大气扩散试验和理论探讨的发展。u5060年头，相继发生严峻的大气污染事务。以年头，相继发生严峻的大气污染事务。以1952年年12月的伦敦月的伦敦烟雾事务为例，一些国家开展了城市或区域性的大气污染物输送、扩烟雾事务为例，一些国家开展了城市或区域性的大气污染物输送、扩散、迁移和转化规律的试验和探讨。散、迁移和转化规律的试验和探讨。u70年头，在全球范围内出现了常见的气候灾难，如非洲出现严峻干年头，在全球范围内出现了常见的气候灾难，如非洲出现严峻干旱等，人们把这些现象归因于大气污染。开展了大气污染对天气、气旱等，人们把这些现象归因于大气污染。开展了大气污染对天气、气候影响的探讨。候影响的探讨。u同时，高空飞行器对平流层的污染以及污染物在平流层和对流层之同时，高空飞行器对平流层的污染以及污染物在平流层和对流层之间的迁移转化，促使人们探讨全球性的大气污染与气象的关系。间的迁移转化，促使人们探讨全球性的大气污染与气象的关系。第八章 大气污染气象学教学内容：教学内容：1.气象要素气象要素2.气象的热力因子气象的热力因子3.气象的动力因子气象的动力因子n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。n影响大气污染的主要气象要素有：影响大气污染的主要气象要素有：气温气温 气压 空气湿度（气湿）风（风向、风速）风（风向、风速）云量云状云量云状 能见度能见度 降水降水 蒸发、日照时数、太阳辐射太阳辐射、地面辐射、大气辐射等。第一节 气象要素气象要素1、气温、气温气象上讲的地面气温一般是指距地面气象上讲的地面气温一般是指距地面1.5m高处在百叶箱中观测到的高处在百叶箱中观测到的空气温度。空气温度。单位一般用摄氏度单位一般用摄氏度，或用热力学温度，或用热力学温度K。2、气压、气压气压：单位面积上所承受的大气柱重量。气压：单位面积上所承受的大气柱重量。气压是指大气的压强。气象上常用的气压单位是百气压是指大气的压强。气象上常用的气压单位是百帕（帕（hPa），与其它气压单位的关系是），与其它气压单位的关系是1atm101326Pa1013.26hPa 760mmHg 主要气象要素主要气象要素3、气湿气湿气湿的定义：空气的湿度简称气湿，反映了大气中水汽含量的气湿的定义：空气的湿度简称气湿，反映了大气中水汽含量的多少和空气的潮湿程度。多少和空气的潮湿程度。常用的表示方法有：确定湿度、水汽压力、相对湿度、饱和气常用的表示方法有：确定湿度、水汽压力、相对湿度、饱和气压、露点等。压、露点等。（1）确定湿度：单位体积（1m3）的湿空气中含有水汽的质量（kg）。（2）相对湿度：空气的确定湿度w与同温度下饱和空气的确定湿度v之比。它等于空气的水汽分压Pw与同温度下饱和空气的水汽分压Pv之百分比。（3）含湿量：湿空气中1kg干空气所包含的水汽质量（kg），气象中也成为比湿。等于水汽质量（kg）除以干空气质量kg。主要气象要素主要气象要素4、风向和风速风向和风速气象上把水平方向的空气运动称为风。气象上把水平方向的空气运动称为风。风是一个矢量，具有大小和方向。风向是指风的来向。水平运动的风，风是一个矢量，具有大小和方向。风向是指风的来向。水平运动的风，16个个方向表示。例如，风从东方来称东风。方向表示。例如，风从东方来称东风。风速是指单位时间内空气在水平方向运动的距离，单位用风速是指单位时间内空气在水平方向运动的距离，单位用m/s或或km/h表示。表示。通常气象台站测定的风向、风速，都是指通常气象台站测定的风向、风速，都是指确定时间（如确定时间（如2min或或10min）的平均值。）的平均值。有时也须要测定瞬时风向、风速。有时也须要测定瞬时风向、风速。风力等级：0-12级主要气象要素主要气象要素5、云、云云是大气中的水汽凝合现象，它是由漂移在空中的大量小云是大气中的水汽凝合现象，它是由漂移在空中的大量小水滴或小冰晶或两者的混合物构成的。水滴或小冰晶或两者的混合物构成的。云量是指云遮挡天空的成数。我国将天空分为云量是指云遮挡天空的成数。我国将天空分为10等分，云等分，云遮挡了几分，云量就是几。遮挡了几分，云量就是几。云量的记录：一般总云量云量的记录：一般总云量/低云量的形式记录，如低云量的形式记录，如10/7。云高：指云底距地面的垂直距离，以米为单位。云高：指云底距地面的垂直距离，以米为单位。测定方法：激光测云仪、弧光测云仪等，目力测定法测定方法：激光测云仪、弧光测云仪等，目力测定法主要气象要素主要气象要素低云（低云（2500米以下）米以下）高云（高云（5000m以上）以上）中云（中云（2500-5000m）6、能见度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分辨出目标物的最大距离级别（中看到或分辨出目标物的最大距离级别（09级，相应距离级，相应距离为为5050000米）米），单位：，单位：m，km。能见度的大小反应了大气的混浊现象，反映出大气中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，可使能见度降杂质的多少。大气中的雾、水汽、烟尘等，可使能见度降低。低。二、主要气象要素二、主要气象要素7、太阳高度角太阳高度角太阳高度角为太阳光线与地平线间的夹角，是影响太阳辐射强太阳高度角为太阳光线与地平线间的夹角，是影响太阳辐射强弱的最主要的因子之一。弱的最主要的因子之一。ho即太阳高度角，它随时间而变更。即太阳高度角，它随时间而变更。8、降水降水降水是指大气中着陆至地面的液态或固态水的通称，如雨、雪降水是指大气中着陆至地面的液态或固态水的通称，如雨、雪等。等。降水是清除大气污染物的重要机制之一。降水是清除大气污染物的重要机制之一。（降雨与大气污染的关系，中国华山站，（降雨与大气污染的关系，中国华山站，science，气溶胶粒，气溶胶粒子的增加会削减降雨量，凝合核太多，水分不足）子的增加会削减降雨量，凝合核太多，水分不足）主要气象要素主要气象要素其次节 气象的热力因子1、干绝热直减率、干绝热直减率干空气块（包括未饱和的湿空气块）绝热上升或下降单位高度（通常干空气块（包括未饱和的湿空气块）绝热上升或下降单位高度（通常取取100时）温度降低或上升的数值，称为干空气块温度绝热垂直递减率，时）温度降低或上升的数值，称为干空气块温度绝热垂直递减率，其定义式为其定义式为:通常取通常取=1K/100m，表示干空气块（或未饱和的湿空气块）每上升，表示干空气块（或未饱和的湿空气块）每上升（或下降）（或下降）100m时，温度降低（或上升）约时，温度降低（或上升）约1K。2、气温垂直递减率、气温垂直递减率气温随高度的变更特征可以用气温垂直递减率来表示，简称气温直气温随高度的变更特征可以用气温垂直递减率来表示，简称气温直减率，指单位（通常取减率，指单位（通常取100m）高差气温变更率的负值。）高差气温变更率的负值。一、气温的垂直变更一、气温的垂直变更3、气温的垂直分布、气温的垂直分布气温沿垂直高度的分布，可用坐标图上的曲线表示，（图），气温气温沿垂直高度的分布，可用坐标图上的曲线表示，（图），气温沿高度分布曲线或温度层结曲线，简称沿高度分布曲线或温度层结曲线，简称温度层结温度层结n大气中的温度层结有四种类型大气中的温度层结有四种类型：正常分布层结（递减）正常分布层结（递减）中性层结中性层结等温层结等温层结逆温层结逆温层结一、气温的垂直变更一、气温的垂直变更大气稳定度是指垂直方向上大气的稳定程度，即大气稳定度是指垂直方向上大气的稳定程度，即是否易于发生对流。是否易于发生对流。污染物在大气中的扩散与大气稳定度有亲密关系污染物在大气中的扩散与大气稳定度有亲密关系二、大气稳定度二、大气稳定度1、大气稳定度的判别、大气稳定度的判别（1），a0,气块加速度与其位移方向相同，气块加速度与其位移方向相同，气块加速运动气块加速运动，大气不稳定大气不稳定（2），a0,气块加速度与其位移方向相反，气块加速度与其位移方向相反，气块减速运动气块减速运动，大气稳定大气稳定（3），a=0,大气是中性的大气是中性的2、大气稳定度分类大气稳定度分类（1）不稳定类：）不稳定类：A、B、C；（2）中性类：）中性类：D（3）稳定类：）稳定类：E、FABCDEF强不稳定强不稳定不稳定不稳定弱不稳定弱不稳定中性中性较稳定较稳定稳定稳定二、大气稳定度二、大气稳定度季节季节风速风速白白昼昼夜夜间间02晴晴37多云多云810(阴阴)02(晴晴)37多云多云810阴阴夏夏春秋春秋冬冬夏夏春秋春秋冬冬各季各季各各季季6CDDDDDDD城市大气边界层中的大气稳定度分类表城市大气边界层中的大气稳定度分类表周淑贞（华东师范高校）城市气候学近地层空气温度随高度增加而上升的一种现象近地层空气温度随高度增加而上升的一种现象依据逆温形成过程可分为：依据逆温形成过程可分为：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，大气自地面夜间变冷，大气自下而上冷却下而上冷却辐射逆温的生消过程辐射逆温的生消过程三、逆温三、逆温2、下沉逆温、下沉逆温（多在高空大气中，高压限制区内）（多在高空大气中，高压限制区内）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三、逆温三、逆温3、平流逆温、平流逆温暖空气平流到冷地面上，由于下部降温快而形成暖空气平流到冷地面上，由于下部降温快而形成4、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，形成锋面三、逆温三、逆温四、烟流形态与大气稳定度的关系四、烟流形态与大气稳定度的关系n波浪型（不稳）波浪型（不稳）n锥型（中性锥型（中性or弱稳）弱稳）n扇型（逆温）扇型（逆温）n爬升型（下稳，上不稳）爬升型（下稳，上不稳）n漫烟型（上逆、下不稳）漫烟型（上逆、下不稳）第三节 气象的动力因子1、风向、风向a风向频率与主导风向风向频率与主导风向风向频率是指确定时间内（年或月），某风向出现次数占风向频率是指确定时间内（年或月），某风向出现次数占各风向出现总次数的百分率各风向出现总次数的百分率风向频率的物理意义：表征下风向受污染的几率风向频率的物理意义：表征下风向受污染的几率风频最大的风向称主导风向风频最大的风向称主导风向b风玫瑰图风玫瑰图c污染系数污染系数d最多风向最多风向盛行凤，季节性盛行凤，季节性一、风一、风 风向 N NNE NE ENE E ESE SE SSE S SSW SW WSW W WNW NW NNW C 冬季 12.610.48.2114.93.82.72.74.99.95.52.71.10.55.56.66.6 春季 9.868.74.95.42.71.68.210.915.28.20.52.23.36.54.31.6 夏季 6.58.29.810.33.34.94.39.216.310.35.42.20.51.60.51.64.9 秋季 9.99.96.68.21.61.62.24.912.19.910.43.32.22.73.81.68.8 全年 10.0 9.0 8.0 9.0 4.0 3.0 3.0 6.0 11.0 11.0 7.0 2.0 2.0 2.0 4.0 4.0 5.0 某城市年及各季风向频率某城市年及各季风向频率风玫瑰图制作方法：风玫瑰图制作方法：做一个极坐标（做一个极坐标（16位，位，8位）；位）；将观测的风频按确定比例点在相对应方位的确定线段；将观测的风频按确定比例点在相对应方位的确定线段；将各点用折线连接起来；将各点用折线连接起来；将静风频率记在图的中心。将静风频率记在图的中心。冬季静风：6.6%主导风向：N，12.6%风玫瑰图风玫瑰图某城市年及各季风向频率某城市年及各季风向频率风向 N NNE NE ENE E ESE SE SSE 冬季 12.610.48.2114.93.82.72.7春季 9.868.74.95.42.71.68.2夏季 6.58.29.810.33.34.94.39.2秋季 9.99.96.68.21.61.62.24.9全年 10.0 9.0 8.0 9.0 4.0 3.0 3.0 6.0 风向 S SSW SW WSW W WNW NW NNW C冬季 4.99.95.52.71.10.55.56.66.6春季 10.915.28.20.52.23.36.54.31.6夏季 16.310.35.42.20.51.60.51.64.9秋季 12.19.910.43.32.22.73.81.68.8全年 11.0 11.0 7.0 2.0 2.0 2.0 4.0 4.0 5.0 课堂练习：制作风玫瑰图课堂练习：制作风玫瑰图2、风速风速单位时间内空气移动的水平距离（单位时间内空气移动的水平距离（m/s）平均风速平均风速确定时间确定时间(2min/10min)的平均值的平均值最大风速最大风速在某个时段内出现的最大在某个时段内出现的最大10分钟平均风速值。分钟平均风速值。极大风速极大风速某个时段内出现的最大瞬时风速值。在自动气象站中，瞬某个时段内出现的最大瞬时风速值。在自动气象站中，瞬时风速是指时风速是指3秒钟的平均风速。秒钟的平均风速。一、风一、风主导风向主导风向污染系数污染系数城市规划与工业布局的问题？城市规划与工业布局的问题？3、风对污染物的作用：、风对污染物的作用：（1）风向影响污染物的水平迁移扩散方）风向影响污染物的水平迁移扩散方向向（2）风速的大小确定了大气扩散稀释作）风速的大小确定了大气扩散稀释作用的强弱用的强弱一、风一、风风向风向NNEESESSWWNW合计合计风向频率风向频率1089171220177100风速风速(m/s)4.07.24.73.94.82.23.65.1污染系数污染系数2.51.11.94.42.59.14.71.427.6污染系数百分率污染系数百分率94716933166100某城市污染系数表某城市污染系数表新建工厂应建在市区的东北新建工厂应建在市区的东北(NE)方向上，有利于大气污染向市区外部扩散。方向上，有利于大气污染向市区外部扩散。无规则阵性搅动的气流称为湍流无规则阵性搅动的气流称为湍流ab烟团湍流扩散示意图烟团湍流扩散示意图(a.无湍流；无湍流；b.有湍流有湍流)热力湍流：温度垂直分布不均（不稳定）热力湍流：温度垂直分布不均（不稳定）机械湍流：垂直方向风速分布不匀整及地面粗糙度机械湍流：垂直方向风速分布不匀整及地面粗糙度二、二、湍流湍流第三节 气象的动力因子三、地方性风场三、地方性风场1、海陆风海陆风高温（低压）三、地方性风场三、地方性风场2、山谷风山谷风比利时马斯河谷事务比利时马斯河谷事务1930年年12月，美国多诺拉事月，美国多诺拉事务务1948年年10月。出现条件：山谷，无风，有逆温月。出现条件：山谷，无风，有逆温层、烟雾，工厂区有铁厂、锌厂，硫酸厂等层、烟雾，工厂区有铁厂、锌厂，硫酸厂等三、地方性风场三、地方性风场3、城市热岛环流城市热岛环流a.城市热岛效应城市热岛效应:城市气温比乡村高的现象城市气温比乡村高的现象b.城市环流：由于城区气温比乡村高，形成从四周农村吹向城城市环流：由于城区气温比乡村高，形成从四周农村吹向城市的一种局地风市的一种局地风城市风城市风.四、近地层风速廓线模式四、近地层风速廓线模式风速廓线：平均风速随高度的变更曲线风速廓线：平均风速随高度的变更曲线1、对数律风速廓线模式对数律风速廓线模式中性层结：对数律，粗糙度和摩擦速度中性层结：对数律，粗糙度和摩擦速度四、近地层风速廓线模式四、近地层风速廓线模式2、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更平均风速随高度变更非中性层结：非中性层结：指数律，稳定度参数指数律，稳定度参数各稳定度等级下的各稳定度等级下的m m值值0.250.150.100.070.07乡乡村村0.300.250.200.150.1城城市市EFDCBA地区地区思索题：思索题：1、什么是风玫瑰图，如何绘制？、什么是风玫瑰图，如何绘制？2、实际空气气温垂直分布一般有哪几种状况、实际空气气温垂直分布一般有哪几种状况？3、大气稳定度分为几类？、大气稳定度分为几类？4、p82习题中的习题中的3.、3.5题。题。第八章 大气污染气象学