第三章 主要气象条件与大气污染.ppt

第三章第三章 主要气象条件与大气污染主要气象条件与大气污染 本章课程内容本章课程内容 边界层中风、湍流与大气污染边界层中风、湍流与大气污染 气温的分布与大气污染气温的分布与大气污染 气压与大气污染气压与大气污染 空气湿度与大气污染空气湿度与大气污染 局地环流与大气污染局地环流与大气污染F知识目标知识目标F了解相关的概念了解相关的概念;F弄清主要气象条件与大气污染的关系弄清主要气象条件与大气污染的关系;F熟悉主要气象参数的测量。熟悉主要气象参数的测量。F教学重点难点教学重点难点F风、湍流、气温分布与大气污染。风、湍流、气温分布与大气污染。第一节第一节 主要气象条件与主要气象条件与大气污染的关系大气污染的关系一、边界层中风、湍流与大气污染一、边界层中风、湍流与大气污染 相关概念相关概念气气流流：是是大大气气流流动动的的总总称称。它它包包括括了了风风和和湍湍流流两种流动形式。两种流动形式。风风：是是大大气气作作有有规规则则的的平平滑滑水水平平运运动动，把把这这种种相对地面的水平运动称为相对地面的水平运动称为“风风”。湍湍流流：是是附附加加在在空空气气的的平平均均运运动动之之上上，再再由由空空气运动所组成的处于不断变化状态下气运动所组成的处于不断变化状态下 的不规则运动称为的不规则运动称为“湍流湍流”。大气运动的产生大气运动的产生 在各种力的作用下产生的在各种力的作用下产生的 水平气压梯度力水平气压梯度力重力重力地转偏向力地转偏向力惯性离心力惯性离心力摩擦力摩擦力最为主要，是引起大气运动最为主要，是引起大气运动的直接动力的直接动力 风风1.1.风的成因风的成因F水平气压梯度力是空气运动的直接原因，是水平气压梯度力是空气运动的直接原因，是空气运动的原始动力。空气运动的原始动力。F水平面温度分布不匀，又是产生水平气压梯水平面温度分布不匀，又是产生水平气压梯度的主要原因。度的主要原因。2.2.风的两个要素风的两个要素F风向：风向：指风的来向，通常用指风的来向，通常用8 8或或1616个方位表个方位表示。示。F风速：风速：指单位时间内空气在水平方向上流动指单位时间内空气在水平方向上流动的距离，常用的单位为米秒。的距离，常用的单位为米秒。F风向玫瑰图又称风频图，风向玫瑰图又称风频图，是将风向分为是将风向分为8个或个或16个个方位，在各方向线上按各方位，在各方向线上按各方向风的出现频率，截取方向风的出现频率，截取相应的长度，将相邻方向相应的长度，将相邻方向线上的截点用直线联结的线上的截点用直线联结的闭合折线图形（如图闭合折线图形（如图1）。）。在图在图1中该地区最大风频中该地区最大风频的风向为北风，约为的风向为北风，约为20（每一间隔代表风向频率（每一间隔代表风向频率5）；中心圆圈内的数）；中心圆圈内的数字代表静风的频率。字代表静风的频率。3.3.风的变化风的变化F随时间的变化：包括日变化和季节的变化随时间的变化：包括日变化和季节的变化 F随高度的变化：风向基本不变，但越往高处风速越大随高度的变化：风向基本不变，但越往高处风速越大F随机性变化：风向和风速是不断变化的。下图表示了阵随机性变化：风向和风速是不断变化的。下图表示了阵风和平均风速的关系风和平均风速的关系4.4.风向、风速与大气污染的基本关系风向、风速与大气污染的基本关系 F风向风向F决定污染物迁移的方向；决定污染物迁移的方向；F风向不断的变化是平面上瞬间烟云轮廓呈蜿蜒风向不断的变化是平面上瞬间烟云轮廓呈蜿蜒曲折的原因曲折的原因(如图如图)。第二章 主要气象条件与大气污染F风速风速 F决定着污染物冲淡稀释的速度；决定着污染物冲淡稀释的速度；F较大的风速意味着有较大的湍流活动；较大的风速意味着有较大的湍流活动；F影响输送距离。影响输送距离。湍流湍流 1.1.湍流形成的原因湍流形成的原因F热力湍流：由于垂直方向温度分布不均匀引起。热力湍流：由于垂直方向温度分布不均匀引起。F机械湍流：由于垂直方向风速分布不均及地面粗机械湍流：由于垂直方向风速分布不均及地面粗 糙度引起。糙度引起。2.2.湍流与大气扩散湍流与大气扩散F湍流有极强的扩散能力，它比分子扩散快湍流有极强的扩散能力，它比分子扩散快10105 510106 6倍。湍流扩散是湍流运动的主要特征之一。倍。湍流扩散是湍流运动的主要特征之一。F大气中的湍流扩散包括小尺度、中尺度和大尺度。大气中的湍流扩散包括小尺度、中尺度和大尺度。湍流与大气污染湍流与大气污染小尺度小尺度大尺度大尺度中尺度中尺度 风向、风速的测量风向、风速的测量1.1.仪器类型仪器类型F三杯风向风速表三杯风向风速表F电接风向风速仪电接风向风速仪F轻便携带式翼状风速计轻便携带式翼状风速计F热球式风速计热球式风速计 风向、风速的测量风向、风速的测量2.2.轻便三杯风向风速表测量风向、风速轻便三杯风向风速表测量风向、风速F结构：结构：由风向仪、风速表、手柄三部分由风向仪、风速表、手柄三部分组成。组成。F基本工作原理：基本工作原理：P74F测量方法测量方法 将仪器组装好并安置将仪器组装好并安置(或手持着或手持着)在四周开阔无在四周开阔无高大障碍物的地方，保持仪器直立。高大障碍物的地方，保持仪器直立。风向测量：将小套管拉下并右转一角度，待方风向测量：将小套管拉下并右转一角度，待方向盘稳定下来，读出风向指针与方向盘所对应向盘稳定下来，读出风向指针与方向盘所对应的读数即为风向，如指针摆动可读其中值。的读数即为风向，如指针摆动可读其中值。风速测量：用手指压下启动杆风速测量：用手指压下启动杆(风速指针回风速指针回零零)，放开启动杆后，红色小指针，放开启动杆后，红色小指针(时间指针时间指针)和风速指针就开始走动。经和风速指针就开始走动。经60s后，指针停后，指针停止转动，风速指针所指示的读数即为风速，止转动，风速指针所指示的读数即为风速，此时风速为指示风速。再从风速曲线图此时风速为指示风速。再从风速曲线图(由由厂方或计量校准部门测校后发给厂方或计量校准部门测校后发给)中查出实中查出实际风速值即为所测的实际风速。际风速值即为所测的实际风速。连续测量连续测量三次，计算三次的平均风速。三次，计算三次的平均风速。如欲进行下一次测定时，只要再压下启动如欲进行下一次测定时，只要再压下启动杆即可。杆即可。当测定完毕后，将小套管向左转一角度，当测定完毕后，将小套管向左转一角度，使其恢复原来的位置，以固定方向盘，小心使其恢复原来的位置，以固定方向盘，小心将风向仪和风速仪退下，放入仪器盒内。将风向仪和风速仪退下，放入仪器盒内。F测量注意事项测量注意事项F切切勿勿用手触摸旋杯。用手触摸旋杯。F仪器工作时，切勿按压启动杆。仪器工作时，切勿按压启动杆。二、气温的分布与大气污染二、气温的分布与大气污染 大气边界层的温度场大气边界层的温度场1.1.气温的概念气温的概念 空气的温度是表示空气冷热程度的一个物空气的温度是表示空气冷热程度的一个物理量，简称气温。（理量，简称气温。（天气预报中：天气预报中：1.5m高、百高、百叶箱内气温。）叶箱内气温。）F气温的绝热变化气温的绝热变化F绝热冷却：气团绝热上升绝热冷却：气团绝热上升F绝热增温：气团绝热下沉绝热增温：气团绝热下沉F气温的非绝热变化气温的非绝热变化F热辐射热辐射F热传导热传导F热对流热对流F空气平流空气平流2.2.气温的垂直气温的垂直递递减率减率 干干绝热绝热垂直垂直递递减率减率d d:d d=-=-dtdtdzdz=1=1100m100m表表示示干干空空气气（包包括括未未饱饱和和湿湿空空气气）在在作作干干绝绝热热上上升升（或或下下降降）运运动动时时，每每升升高高（或或下下降降）100m，温度降低（或升高）温度降低（或升高）1。气温平均垂直气温平均垂直递递减率减率:=-=-dtdtdzdz=0.65=0.65100m 100m 图图 高度与温度的关系高度与温度的关系 气温垂直分布与大气稳定度的关系气温垂直分布与大气稳定度的关系大气稳定度大气稳定度是指在垂直方向上大气稳定的程度。是指在垂直方向上大气稳定的程度。大气稳定度可分为：大气稳定度可分为：稳定：稳定：当气块受到铅直方向的扰动后，如果气块具有返回当气块受到铅直方向的扰动后，如果气块具有返回原位置的加速度，则这时的大气是稳定的。原位置的加速度，则这时的大气是稳定的。不稳定不稳定：当气块受到铅直方向的扰动后，如果气块具有当气块受到铅直方向的扰动后，如果气块具有远离原位置的加速度，则这时的大气是不稳定的。远离原位置的加速度，则这时的大气是不稳定的。中性：中性：当气块受到铅直方向的扰动后，如果气块自身产生当气块受到铅直方向的扰动后，如果气块自身产生的加速度为的加速度为0，则这时的大气处于中性稳定状态。，则这时的大气处于中性稳定状态。F大气稳定度的判断大气稳定度的判断当当d d时时，大气是，大气是稳稳定的定的(0 0等温；等温；0 0逆温是逆温是稳稳定状定状态态中最中最稳稳定的状定的状态态)当当d d时时，大气是不，大气是不稳稳定的定的 当当d d时时，大气，大气处处于中性状于中性状态态 F近地层大气稳定度的判断近地层大气稳定度的判断当当0 0时时，大气，大气处处于不于不稳稳定定 当当0 0时时，大气，大气处处于中性状于中性状态态当当0 0时时，大气是，大气是处处于于稳稳定，出定，出现现逆温逆温F波浪型（不稳）波浪型（不稳）F锥型（中性）锥型（中性）F扇型（稳定）扇型（稳定）F爬升型（下稳，爬升型（下稳，上不稳）上不稳）F漫烟型（上稳、漫烟型（上稳、下不稳）下不稳）烟型与大气稳定度的关系烟型与大气稳定度的关系第二章 主要气象条件与大气污染 逆温逆温 F定义：定义：一般将气温随高度增加而增加的气层称一般将气温随高度增加而增加的气层称为逆温层。为逆温层。F分类：分类：根据逆温生成的过程，可将逆温分为辐根据逆温生成的过程，可将逆温分为辐射逆温、平流逆温、下沉逆温、湍流逆温及锋射逆温、平流逆温、下沉逆温、湍流逆温及锋面逆温等五种。面逆温等五种。1.1.辐辐射逆温：射逆温：由于下由于下垫垫面面强强烈烈辐辐射冷却而形成的逆温。射冷却而形成的逆温。2.2.下下沉沉逆逆温温：高高空空高高压压气气团团下下沉沉 压压缩缩变变扁扁 顶部增温比底部多顶部增温比底部多3.3.平平流逆温：流逆温：由由暖空气平流到冷地面上而下部降暖空气平流到冷地面上而下部降温而形成的逆温。温而形成的逆温。4.4.湍流逆温湍流逆温 0 0d d 低层空气湍流混合达低层空气湍流混合达 d d 混合之上出现过渡层（逆温层）混合之上出现过渡层（逆温层）5.5.锋锋面逆温面逆温 F与污染有关的因素与污染有关的因素逆温层的厚度逆温层的厚度逆温层底的高度逆温层底的高度逆温的强度（温度随高度的变化情况）逆温的强度（温度随高度的变化情况）逆温层的消失时间逆温层的消失时间 不不同同季季节节都都应应掌掌握握上上述述数数据据。逆逆温温的的最最危危险险状状况况是是逆逆温温层层正正好好处处于于烟烟囱囱排排放口。放口。气温的测量气温的测量1.1.测温元件测温元件 液体玻璃温度表液体玻璃温度表 最高、最低温度表最高、最低温度表 最高温度表最高温度表最高、最低温度表最高、最低温度表 自记式温度计自记式温度计原原理理：是是基基于于双双金金属属片片随随着着空空气气温温度度变变化化而而发发生变形的原理设计的。生变形的原理设计的。2.2.垂直气温的测量垂直气温的测量 气球观测气球观测 铁铁塔塔观测观测 遥感遥感仪仪器器 3.3.气温测量中的防辐射设备气温测量中的防辐射设备 防止辐射误差的途径有以下几种：防止辐射误差的途径有以下几种：屏蔽，使太阳辐射和地面反射辐射不能直接照屏蔽，使太阳辐射和地面反射辐射不能直接照射到测温元件上；射到测温元件上；增加元件的反射率；增加元件的反射率；人工通人工通风风，促使元件散，促使元件散热热；采用极采用极细细的金属的金属丝丝元件，元件，细丝细丝具有具有较较大的散大的散热热系数。系数。三、气压与三、气压与大气污染大气污染 气压的定义气压的定义 气气压压即即大大气气压压强强。是是指指大大气气施施加加于于单单位位面面积积上上的的力力。所所谓谓某某地地的的气气压压，就就是是指指该该地地单单位位面面积积垂垂直直向向上上延延伸伸到到大大气气层层顶顶的的空空气气柱柱的的总总重重量量。气气象象上上常常用用百百帕帕做做为为气气压压的的度度量量单单位位。1atm1013.25hPa760mmHg 气压的变化气压的变化空间变化：空间变化：随高度增加而降低，但各地区降低的程度随高度增加而降低，但各地区降低的程度不同；不同；在同一个海拔高度，各点的气在同一个海拔高度，各点的气压压也可能不同。也可能不同。时间变化：时间变化：日变化：早晨气压上升，下午气压下降，具双峰值特日变化：早晨气压上升，下午气压下降，具双峰值特征（最高峰、次高峰；最低值、次低值）。征（最高峰、次高峰；最低值、次低值）。年变化：年变化：大陆型大陆型冬季气压最高，夏季气压最低；冬季气压最高，夏季气压最低；海洋型海洋型夏季气压最高，冬季气压最低；夏季气压最高，冬季气压最低；高山型高山型夏季气压最高，冬季气压最低。夏季气压最高，冬季气压最低。气压对污染物迁移的影响气压对污染物迁移的影响 1.高气压高气压形成高浓度污染形成高浓度污染 2.低气压低气压可减轻或消除污染可减轻或消除污染 气压的测定方法气压的测定方法 1.水银动槽式气压计水银动槽式气压计2.空盒气压计空盒气压计3.自动记录气压计自动记录气压计四、湿度与大气污染四、湿度与大气污染 湿度湿度 表示空气中水汽含量或表征空气干湿程度的物理量称为湿度。空气湿度是决定云量、雾和降水状况等天气现象的重要因素。空气湿度的表示方法：水汽压、绝对湿度、比湿度、体积百分数、饱和差、相对湿度、露点等。F绝对湿度单位体积的空气中的水汽的含量。单位为g/m3。F体积百分数在相同条件下，水汽在湿空气中所占的体积百分数。F相对湿度空气中的实际水汽压与同一温度下的饱和水汽压的百分比。F露点指空气在水汽含量和气压都不改变的条件下，冷却到饱和时的温度。空气湿度与大气污染空气湿度与大气污染1.湿度大不利于污染物扩散2.湿度大有助于一次污染物转化为二次污染物 空气湿度的测量空气湿度的测量1.1.仪器类型仪器类型F干湿球温度计F通风干湿表F毛发湿度表2.相对湿度的测量相对湿度的测量干湿球温度计干湿球温度计F结构F一对并列装置的、形状完全相同的温度计，一支测气温，称干球温度计，另一支包有保持浸透蒸馏水的脱脂纱布，称湿球温度计。F原理F当空气未饱和时，湿球因表面蒸发需要消耗热量，使湿球温度下降，从而出现一个干湿球温度差。F空气湿度越小，湿球温度降得越多，干湿球的温差就越大；反之，空气湿度越大，湿球温度降得越少，干湿球的温差就越小。F测量方法 在无阳光照射的环境下，将干湿球温度计悬挂于测定点1.5m高度处，515min后即可读数。根据干湿球温度计的读数，直接查干湿球温度计附有的相对湿度表，得出相对湿度。五、其他气象条件与大气污染五、其他气象条件与大气污染 云：云：是发生在高空的水汽凝结现象。云高：云高：云底距地面底高度。低云（2000m以下）中云（20006000m）高云（6000m以上）云云量量：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。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。低云量低云量：低云的云掩盖天空的成数。云量的记录云量的记录：一般总云量/低云量的形式记录，如10/7。云的作用：云的作用：减小气温随高度的变化。高云（高云（6000m以上）以上）中云（中云（2000-6000m）低云（低云（2000m以下以下）能见度能见度F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中看到或辨认出目标物的最大距离，单位：m，km。F 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。雾：雾：是发生在与地面相接的水汽凝结现象。大雾：大雾：使能见度降到1km以内的雾。轻雾：轻雾：能见度在110km的雾。霾霾：是由悬浮在大气中的细微烟、尘或盐粒等形成的物理现象。出现时，空气的能见度小于1km。干霾：干霾：相对湿度小于60%。湿霾：湿霾：相对湿度大于70%。降水降水F降水：降水：大气中降落至地面的液态或固态水的通称。如雨、雪等。F降水对大气污染有净化作用，降水的净化作用与降水的强度和持续时间有关。第二节第二节 局地环流与大气污染局地环流与大气污染F教学重点和难点教学重点和难点F四种典型的局地环流的形成及与大气污染的关系一一、局地环流局地环流概念概念 由于地形影响形成的空间和时间尺度都比较小的地方性气流（风），称为局地环流或局地风。局地环流影响大气扩散的过程及原因局地环流影响大气扩散的过程及原因F动力作用（机械作用）：地形粗糙加强季节湍流，坡向差异改变局地流场和气流路径。F热力作用：下垫面性质影响吸热、散热的均匀性，引起温度场和风场的变化。二、山谷风的形成与大气污染二、山谷风的形成与大气污染概念概念F山风从山坡吹向山谷的风F谷风从山谷吹向山坡的风山谷风的形成山谷风的形成F山坡和谷底受热不均匀而产生F山谷风分布变化规律：白天“谷风”，夜间“山风”山谷风形成图山谷风形成图（a）夜间）夜间“山风山风”（b）白天）白天“谷风谷风”；山谷风与大气污染山谷风与大气污染若在山谷中建有排放大气污染源的工厂，往往使污染物在山谷内往返累积。在山谷地区的夜间，由于辐射冷却和由山风带下来的冷空气容易在谷地积聚而形成很强的逆温层，大气非常稳定，显然就不利于污染物的扩散。白天，也因地形闭塞，与外界大气交换困难，污染也不会减轻。三、地形风的形成与大气污染三、地形风的形成与大气污染地地形形风风的的形形成成：主要是地形对气流的动力作用，形成背坡风（涡流、转子流）地形风与大气污染地形风与大气污染四、四、海陆风的形成与大气污染海陆风的形成与大气污染海陆风的形成海陆风的形成F成因：由于水面与陆面的导热率和比热不同，水域的温度变化比陆面小。F海陆风的转换过程及特点海陆风与大气污染海陆风与大气污染五、五、城市风的形成与大气污染城市风的形成与大气污染概念概念F“热岛”效应即城市比郊区、原野热，形成了城市高温区。F城市风由城市热岛效应形成由农村吹向城市市区的的局地风，亦称城市热岛环流。形成的原因形成的原因热力作用下垫面性状空气组成城市风与大气污染城市风与大气污染若城市效区有较多大气排放源的工厂，则会使污染物在夜间向市中心输送，加重城市的污染。