第二章大气污染气象学精选文档.ppt

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1、第二章大气污染气象学第二章大气污染气象学本讲稿第一页，共六十七页w2.成人每次吸入的空气量平均为成人每次吸入的空气量平均为500cm3，假若每分，假若每分钟呼吸钟呼吸15次，空气中颗粒物的浓度为次，空气中颗粒物的浓度为200g/m3，试，试计算每小时沉积于肺泡内的颗粒物质量。已知该颗计算每小时沉积于肺泡内的颗粒物质量。已知该颗粒物在肺泡中的沉降系数为粒物在肺泡中的沉降系数为0.12。解：解：每小时沉积量200（5001560106）0.12g=10.8g本讲稿第二页，共六十七页第二章第二章污染气象学原理与大气扩散污染气象学原理与大气扩散1.大气层及气象要素大气层及气象要素2.大气的热力过程大气

2、的热力过程(重点、难点重点、难点)3.大气的水平运动大气的水平运动4.局地气象特征局地气象特征5.大气扩散模式大气扩散模式(重点、难点重点、难点)6.污染物浓度估算污染物浓度估算(重点、难点重点、难点)本讲稿第三页，共六十七页大气扩散大气扩散酸雨越境转移（日本、南北朝鲜酸雨越境转移（日本、南北朝鲜）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受体受体大气扩散大气扩散源源本讲稿第四页，共六十七页第一节第一节大气层及气象要素大气层及气象要素大气层的结构。大气大气层

3、的结构。大气层可以分为对流层层可以分为对流层（最贴近地面、密度（最贴近地面、密度最大的一层）、平流最大的一层）、平流层（较高的、气体组层（较高的、气体组成相同但密度较小的成相同但密度较小的气层）以及电离层气层）以及电离层（由已电离的气体组（由已电离的气体组成）成）本讲稿第五页，共六十七页一、大气层结构一、大气层结构对流层对流层（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，主要天气现象都和全部的水蒸气，主要天气现象都发生在这一层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0.65强烈对流作用强烈对流作用温度和湿度的

4、水平分布不均，导致大气的水平运动。温度和湿度的水平分布不均，导致大气的水平运动。对流层较薄，厚度随纬度增设而降低对流层较薄，厚度随纬度增设而降低大气边界层大气边界层对流层下层对流层下层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自由大气大气边界层以上，地面摩擦可以忽略大气边界层以上，地面摩擦可以忽略近地层近地层地面上地面上50100m，热量和动量的交换甚微，温差大。，热量和动量的交换甚微，温差大。本讲稿第六页，共六十七页一、大气层结构一、大气层结构平流层平流层（对流层顶到（对流层顶到5060km）同温层同温层对流层顶对流层顶3540km，气温，气温-55左右。左右。同温层以

5、上，气温随高度增加而增加，逆温层。同温层以上，气温随高度增加而增加，逆温层。集中了大部分臭氧，在集中了大部分臭氧，在2025km形成臭氧层。形成臭氧层。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本讲稿第七页，共六十七页一、大气层结构一、大气层结构暖层暖层（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气体分子高度电离电离层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

6、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，成分基本不变本讲稿第八页，共六十七页二、气象要素二、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。本讲稿第九页，共六十七页二、气象要素二、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1atm101325Pa1013.26mb=760mmHg静力学方程静力学方程:本讲稿第十页，共六十七页二、气象要素二、气象要素3气湿气湿空气的湿度，表示空气中水汽含量的多少空气的湿度，表示空气

7、中水汽含量的多少。w表示方法有表示方法有n绝对湿度绝对湿度n水汽压水汽压n饱和水汽压饱和水汽压n相对湿度相对湿度n含湿量含湿量n水汽体积分数水汽体积分数n露点露点本讲稿第十一页，共六十七页二、气象要素二、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水平方向的空气运动叫做风风的来向叫风向（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（2min或或10min平均）平均）(m/s)F风力级（风力级（012级）级）本讲稿第十二页，共六十七页二、气象要素二、气象要素4风向和风速风向和风速风玫瑰图风玫瑰图风

8、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。本讲稿第十三页，共六十七页二、气象要素二、气象要素5云状和云量云状和云量大气中水汽的凝结现象叫做云大气中水汽的凝结现象叫做云云量云量: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）(黑色黑色)中中云云（25005000m）(由由冰冰晶晶及及小小水水滴滴构构成成，白白色色或灰白或灰白)高云（高云（5000m以上

9、）以上）(由冰晶构成，白色由冰晶构成，白色)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）本讲稿第十四页，共六十七页云云高云（高云（5000m以上）以上）中云（中云（2500-5000m）低低云云（2 25 50 00 0米米以以下下）本讲稿第十五页，共六十七页二、主要气象要素二、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）本讲稿第十六页，共六十七页第二节第二节大气的热力过程与竖向运动大气的热力过程与竖向运

10、动一、低层大气的加热与冷却一、低层大气的加热与冷却太阳以紫外线、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(75%95%)近地层大气温度随地表温度而变化近地层大气温度随地表温度而变化本讲稿第十七页，共六十七页太阳辐射地表低层大气紫外线紫外线可见光可见光红外线红外线高层大气以长波以长波形式形式以长波以长波形式形式地表温度的周期性变化会引起低层大气温度的周期性变化地表温度的周期性变化会引起低层大气温度的周期性变化本讲稿第十八页，共六十七页二、气温的绝热变化二、气温的绝热变化1泊松方程泊松方程

11、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）w一般满足大气绝热过程，认为系统与周围环境无热交换一般满足大气绝热过程，认为系统与周围环境无热交换w可以将可以将没有水相变化没有水相变化的空气块的垂直运动看作绝热过程的空气块的垂直运动看作绝热过程本讲稿第十九页，共六十七页1.泊松方程泊松方程w根据热力学第一定律和理想气体状态方程，可有大根据热力学第一定律和理想气体状态方程，可有大气热力过程的微分方程气热力过程的微分方程w由于是绝热过程由于是绝热过程本讲稿第二十页，共六十七页2.干绝热递减率

12、干绝热递减率干空气绝热上升或下降单位高度时，温度降干空气绝热上升或下降单位高度时，温度降低或升高的数值低或升高的数值干绝热直减率干绝热直减率（空气团）（空气团）包括未饱包括未饱和的湿空和的湿空气气本讲稿第二十一页，共六十七页2.干绝热递减率干绝热递减率本讲稿第二十二页，共六十七页2.干绝热递减率干绝热递减率代入上式得：代入上式得：实际中，实际中，Ti、T 相差相差d)w锥型（中性锥型（中性or弱稳）弱稳）(=d)w扇型（逆温）扇型（逆温）(像源法像源法n实源：实源：n像源：像源：实源的贡献实源的贡献像源的贡献像源的贡献实际浓度实际浓度本讲稿第五十一页，共六十七页三、地面点源扩散模式三、地面点源

13、扩散模式地面浓度模式：取地面浓度模式：取z z0 0代入上式，得代入上式，得地面浓度模式：取地面浓度模式：取z z0 0代入上式，得代入上式，得地面轴线浓度模式：再取地面轴线浓度模式：再取y y=0=0代入上式代入上式地面轴线浓度模式：再取地面轴线浓度模式：再取y yyszs上式，上式，x增大，则增大，则、增大，第一项减小，第二增大，第一项减小，第二项增大，必然在某项增大，必然在某x处有最大值处有最大值地面最大浓度模式：地面最大浓度模式：考虑地面轴线浓度模式考虑地面轴线浓度模式本讲稿第五十二页，共六十七页三、地面点源扩散模式三、地面点源扩散模式yzconstss=地面最大浓度模式（续）：地面最

14、大浓度模式（续）：设设（实际中成立）（实际中成立）由此求得由此求得yzconstss=地面最大浓度模式（续）：地面最大浓度模式（续）：设设（实际中成立）（实际中成立）由此求得由此求得相当于无界源的相当于无界源的2 2倍（镜像垂直于地面，源强加倍）倍（镜像垂直于地面，源强加倍）地面连续点源扩散模式地面连续点源扩散模式本讲稿第五十三页，共六十七页wq源强源强计算或实测计算或实测w平均风速平均风速多年的风速资料多年的风速资料wH有效烟囱高度有效烟囱高度w、扩散参数扩散参数第六节第六节污染物浓度的估算污染物浓度的估算一、一、烟流高度计算烟流高度计算初始动量：初始动量：速度、内径速度、内径烟温度烟温度浮

15、力浮力平均风速、大气稳定度等平均风速、大气稳定度等烟气抬升烟气抬升本讲稿第五十四页，共六十七页烟气抬升高度的计算烟气抬升高度的计算w抬升高度计算式抬升高度计算式（1）Holland公公式式：适适用用于于中中性性大大气气条条件件（稳稳定定时时减少、不稳时增加减少、不稳时增加1020）HollandHolland公式比较保守，特别在烟囱高、公式比较保守，特别在烟囱高、热释放率比较强的情况下热释放率比较强的情况下本讲稿第五十五页，共六十七页烟气抬升高度的计算烟气抬升高度的计算w抬升高度计算式抬升高度计算式（2）布里格斯（）布里格斯（Briggs）公式：适用不稳定及中性大气条件）公式：适用不稳定及中性

16、大气条件本讲稿第五十六页，共六十七页烟气抬升高度的计算烟气抬升高度的计算w国标法国标法本讲稿第五十七页，共六十七页例：某城市火电厂的烟囱高例：某城市火电厂的烟囱高100m，出口直径，出口直径5m。出口烟气流速为出口烟气流速为12.7m/s，温度为，温度为140，流量，流量250m3/s。烟囱出口处平均风速为。烟囱出口处平均风速为4m/s，大气温，大气温度为度为20，当地气压为，当地气压为978.4hPa，试确定烟气抬，试确定烟气抬升高度和有效源高。升高度和有效源高。解：烟气热释放率：解：烟气热释放率：本讲稿第五十八页，共六十七页二、扩散参数的确定二、扩散参数的确定wPG曲线法曲线法PG曲线曲线

17、Pasquill仅需常规气象资料估算仅需常规气象资料估算y和和zGifford制成图表制成图表几点说明见几点说明见P33af本讲稿第五十九页，共六十七页扩散参数的确定扩散参数的确定PG曲线法曲线法wPG曲线的应用曲线的应用n根据常规资料确定稳定度级别根据常规资料确定稳定度级别本讲稿第六十页，共六十七页扩散参数的确定扩散参数的确定国标中规定的方法国标中规定的方法w稳定度分类方法稳定度分类方法n改进的改进的PT法法太阳高度角太阳高度角（地理纬度，倾角）（地理纬度，倾角）辐射等级辐射等级 稳定度稳定度 云量云量（加地面风速）（加地面风速）本讲稿第六十一页，共六十七页扩散参数的确定扩散参数的确定PG曲

18、线法曲线法wPG曲线的应用曲线的应用n利用扩散曲线确定利用扩散曲线确定和和本讲稿第六十二页，共六十七页扩散参数的确定扩散参数的确定PG曲线法曲线法wPG曲线的应用曲线的应用n地面最大浓度估算地面最大浓度估算HzxsmaxcxyxsmaxCw由由和和w由由曲线（图曲线（图）反查出）反查出w由由曲线（图曲线（图2.192.19）查）查w由式（由式（2.192.19）求出）求出ysHzxsmaxcxyxsmaxCw由由和和w由由曲线（图曲线（图 2.202.20）反查出）反查出w由由曲线（图曲线（图）查）查w由式（由式（）求出）求出ys本讲稿第六十三页，共六十七页扩散参数的确定扩散参数的确定国标中规

19、定的方法国标中规定的方法w扩散参数的选取扩散参数的选取n扩散参数的表达式为（取样时间扩散参数的表达式为（取样时间0.5h，按表，按表2.8查查算）算）n取样时间大于取样时间大于0.5h，不变，不变，y按下式计算：按下式计算：本讲稿第六十四页，共六十七页地面源正下风方向一点上，测得地面源正下风方向一点上，测得3分钟平均浓度为分钟平均浓度为3.410-3g/m3，试估计该点两小时的平均浓度是多少？假设大气稳定，试估计该点两小时的平均浓度是多少？假设大气稳定度为度为B级级。解：解：由空气污染控制工程P36（2.43）本讲稿第六十五页，共六十七页在例在例1中，当中，当SO2排放速率为排放速率为150g/s时，计算阴天的白天时，计算阴天的白天SO2出现的地面最大浓度及其距离。出现的地面最大浓度及其距离。解：阴天的白天，大气稳定度为解：阴天的白天，大气稳定度为D级，由于是城区点源，级，由于是城区点源，向际稳定方向提一级，为向际稳定方向提一级，为C级。级。查图查图2.20，查图查图2.19，地面最大浓度：地面最大浓度：本讲稿第六十六页，共六十七页作作业业P361、3本讲稿第六十七页，共六十七页