4.第03章-大气污染气象学解析优秀PPT.ppt

《4.第03章-大气污染气象学解析优秀PPT.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《4.第03章-大气污染气象学解析优秀PPT.ppt（58页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第三章第三章第三章第三章 大气污染气象学大气污染气象学大气污染气象学大气污染气象学一一.大气圈结构及气象要素大气圈结构及气象要素二二.大气的热力过程大气的热力过程三三.大气的运动和风大气的运动和风课程要求课程要求课程要求课程要求1教学内容：教学内容：1.1大气圈结构与气象要素：大气圈垂直结构、主要气大气圈结构与气象要素：大气圈垂直结构、主要气象要素气温、气压、气湿、云、能见度；象要素气温、气压、气湿、云、能见度；1.2大气的热力过程：气温的垂直变更、大气稳定度、大气的热力过程：气温的垂直变更、大气稳定度、逆温、烟流形态与大气稳定度的关系；逆温、烟流形态与大气稳定度的关系；1.3大气的运动和风：

2、大气运动的作用力、大气边界层大气的运动和风：大气运动的作用力、大气边界层中风随高度的变更、近地层中的风速廓线模式、地方性风场；中风随高度的变更、近地层中的风速廓线模式、地方性风场；2教学基本要求：教学基本要求：通过本章的学习，使学生了解大气污染气象学的基本学问，通过本章的学习，使学生了解大气污染气象学的基本学问，相识到污染物对环境的贡献与气象条件有干脆关系。相识到污染物对环境的贡献与气象条件有干脆关系。教学重点：大气稳定度、逆温、地方性风场、烟流型与大气稳教学重点：大气稳定度、逆温、地方性风场、烟流型与大气稳定度的关系。定度的关系。教学难点：气温直减率、温度层结。教学难点：气温直减率、温度层结

3、。雨、雪、暴雨和大部分雨、雪、暴雨和大部分云等天气现象云等天气现象下部的臭氧层吸取紫外下部的臭氧层吸取紫外线使温度上升，且天气线使温度上升，且天气现象少，适合高空飞行现象少，适合高空飞行流星体大部分在这燃流星体大部分在这燃尽尽,是气象探讨的上界是气象探讨的上界又称电离层又称电离层,完成远距完成远距离无线电通讯离无线电通讯电话信息和电视图象通电话信息和电视图象通过卫星来传送过卫星来传送对流层对流层平流层平流层中间层中间层暖层暖层外层外层一、一、大大气气的的结结构构大气圈垂直结构大气圈垂直结构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

4、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，每上升温度随高度的增加而降低，每上升100m平均降温平均降温0.650C猛烈对流作用猛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自由大气大气边界层以上，地面摩擦可以忽视自由大气大气边界层以上，地面摩擦可以忽视大气圈垂直结构大气圈垂直结构大气圈垂直结构大气圈垂直结构平流层（对流层顶平流层（对流层顶50-5

5、5km）同温层对流层顶同温层对流层顶35-40km，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（平流层顶中间层（平流层顶85km）气温随高度上升而快速降低气温随高度上升而快速降低对流运动猛烈对流运动猛烈大气圈垂直结构大气圈垂直结构大气圈垂直结构大气圈垂直结构暖层（中间层顶暖层（中间层顶800km）气温随高度上升而增高气温随高度上升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（暖层以上）散逸层（暖层以上）气温很高，空气淡薄气温很高，空

6、气淡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上升而降低大气压力总是随高度的上升而降低均质大气层均质大气层8085km以下，成分基本不变以下，成分基本不变温度温度（OC）高高度度0125585-100（千米）（千米）-80-600-2020 50大大气气的的温温度度垂垂直直分分布布图图大气温度随高度增加而降低大气温度随高度增加而降低大气温度随高度增加而上升大气温度随高度增加而上升大气温度随高度增加而降低大气温度随高度增加而降低大气温度随高度增加而上升大气温度随高度增加而上升一、大气的结构一、大气的结构主要气象要素主要气象要素主要气象要素主要气象要素1气温

7、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。摄氏度与华氏度换算摄氏度与开氏度换算请在下图中用箭头表示出空气对流运动的规律请在下图中用箭头表示出空气对流运动的规律:大气扩散过程（垂直方向）大气扩散过程（垂直方向）请在下图中用箭头表示出空气对流运动的规律请在下图中用箭头表示出空气对流运动的规律:主要气象要素主要气象要素主要气象要素主要气象要素2气压气压（1）单位：）单位：mb（毫巴）（毫巴）大气的压强大气的压强1atm101325Pa1013.25mb=760mmHg（2）hPa（百帕）（百帕）大气的压强随高度的变更，可用静力学方程描述：大气的压强随高度的变更，可用静力

8、学方程描述：例.一登山运动员在山脚处测得气压为1000hPa，登山到达某高度后又测得气压为500hPa，试问登山运动员从山脚向上爬了多少米？主要气象要素主要气象要素主要气象要素主要气象要素例例.一登山运动员在山脚处测得气压为一登山运动员在山脚处测得气压为1000hPa、气温为、气温为10，登山到达某，登山到达某高度后又测得气压为高度后又测得气压为500hPa，试问登山运动员从山脚向上爬了多少米？，试问登山运动员从山脚向上爬了多少米？（气温随高度的变更可以忽视）（气温随高度的变更可以忽视）将空气视为志向气体，即有可写为将（2）式带入（1）式，并整理，得到以下方程：由于在确定高度内温度的变更可以忽

9、视。对上式进行积分得：即 则：得即登山运动员从山脚向上爬了约5.7km。解：由气体静力学方程式，大气中气压随高度的变更可用下式描述：解：由气体静力学方程式，大气中气压随高度的变更可用下式描述：（1）（2）（3）主要气象要素主要气象要素主要气象要素主要气象要素3气湿气湿-确定湿度确定湿度（1）确确定定湿湿度度1m3湿湿空空气气中中含含有有的的水水汽汽质质量量w=Pw/RwTw=空气的确定湿度，空气的确定湿度，kg/m3(湿空气湿空气)；Pw：水汽分压，：水汽分压，Pa；Rw:水汽的气体常数，水汽的气体常数，461.5J/（kg.K）T:空气温度，空气温度，K主要气象要素主要气象要素主要气象要素主

10、要气象要素3气湿气湿-相对湿度相对湿度（2）相相对对湿湿度度空空气气的的确确定定湿湿度度与与同同温温度度下下饱饱和和湿湿度度的百分比的百分比=w/v*100=Pw/PV*100：空气的相对湿度，：空气的相对湿度，%v：饱和确定湿度，：饱和确定湿度，kg/m3(饱和空气）饱和空气）PV：饱和空气的水汽分压，：饱和空气的水汽分压，Pa主要气象要素主要气象要素主要气象要素主要气象要素3气湿气湿-含湿量含湿量（3 3）含湿量湿空气中）含湿量湿空气中1kg1kg干空气（去除水滴，水分干空气（去除水滴，水分以及固体颗粒物）包含的水汽质量，比湿以及固体颗粒物）包含的水汽质量，比湿d=w/dd:空气含湿量，空

11、气含湿量，kg(水汽水汽)/kg(干空气干空气)d：干空气的密度，干空气的密度，kg/m33气湿气湿-含湿量含湿量d=0.622Pw/Pd=0.622Pv/P-Pv在工程中常将湿空气的含湿量定义为在工程中常将湿空气的含湿量定义为1标准标准m3干空干空气所包含的水汽质量（气所包含的水汽质量（kg），用），用d0表示：表示：d0=0.804Pv/P-Pv主要气象要素主要气象要素主要气象要素主要气象要素3气湿气湿-水汽体积分数水汽体积分数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 w=w=Pw/P=d0/(0.804+d0)=dNd/(0.804+Nd)主要气象

12、要素主要气象要素主要气象要素主要气象要素3气湿气湿-露点露点露点同气压下空气露点同气压下空气达到饱和状态达到饱和状态时的时的温度温度主要气象要素主要气象要素主要气象要素主要气象要素3气湿气湿 主要气象要素主要气象要素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平均）平均）(km/h)F风力级（风力级（012级）级）主要气象要素主要气象要素主

13、要气象要素主要气象要素4风向和风速风向和风速风是矢量，有方向和大小，即风向和风速。风速(风的大小)：单位时间内空气在水平方向移动的距离，常用单位：m/s，Km/s。风向(风的来向)：可用8个方位或16方位表示(地面风),见右图；也可用角度表示(高空风):以北为零点，沿顺时针方向旋转正北为360(或0);正东90;正南180;正西270。主要气象要素主要气象要素主要气象要素主要气象要素5云云大气中水汽的凝合现象叫做云（使气温随高度变更小）大气中水汽的凝合现象叫做云（使气温随高度变更小）云量云量:天空被云遮挡的成数（我国天空被云遮挡的成数（我国10分，国外分，国外8分）分）云高云高:云底距地面底高

14、度云底距地面底高度低云（低云（2500m以下）以下）不不稳稳定定气气层层中中的的低低云云常常分分散散为为孤孤立立的的大大云云块块，稳稳定定气气层层中中低低云云云云层层低低而而黑黑，结结构稀松构稀松中云（中云（2500-5000m）过冷的微小水滴和冰晶组成，颜色为白色或者灰白色，没有光泽，云体稠密过冷的微小水滴和冰晶组成，颜色为白色或者灰白色，没有光泽，云体稠密高云（高云（5000m以上）以上）由冰晶组成，云体白色，白而透亮由冰晶组成，云体白色，白而透亮云状云状: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）5000m2500-5000mH0，P1

15、H0，P1，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，（图图中中曲曲线线1）正正常常分分布布层层结结，t随随着着高高度度增加而下降增加而下降，（图图中中曲曲线线2）中中性性层层结结（与与绝绝热热直直减减率率变更同）变更同）0，（图图中中曲曲线线3）等等温温层层结结（气气温温不不随随高高度度变变更）更）0,a0不稳定0,a0稳定=0，a=0中性T依据位温推断大气稳定度时，大气不稳定；时大气稳定；时，大气中性。测定编号123456地面温度/。C21.121.115.625.030.025.0高度/m4587635802000500700相应温度/。

16、C26.715.68.95.020.028.0例.已知各测点的地面气和顺确定高度的气温数据，分别依据气温直减率和位温梯度推断各点的大气稳定度。大气稳定度及其判据大气稳定度及其判据大气稳定度及其判据大气稳定度及其判据解（1）依据气温直减率推断，故，逆温；，故，稳定；，故，不稳定；，故，不稳定；，故，不稳定；，故，逆温。解（2）依据位温梯度推断以测点1为例，假设地面大气压强为1013hPa，由公式代入已知数据(温度T取两高度处的平均值)即分别计算地面处位和顺给定高度处位温：故位温梯度=同理可计算得到其他数据的位温梯度，结果列表如下：测定编号123456地面温度/。C21.121.115.625.0

17、30.025.0高度/m4587635802000500700相应温度/。C26.715.68.95.020.028.0位温梯度/K/100m2.220.270.170.021.021.42由此解得P2=961hPa。逆温逆温逆温逆温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 大气吸取长波强大气吸取长波强 地球地球 大气层：长波大气层：长波 1.1.辐射逆温：辐射逆温：地面白天加热，大气自下而上变地面白天加热，大气自下而上变暖；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 逆温逆温逆温逆温辐射逆温的生消过程辐射逆温的生消过程上午上午10：00后后

18、日落前日落前1h黎明前逆温最强黎明前逆温最强 日出后太阳辐射日出后太阳辐射 日出后上午日出后上午10：00后后逆温逆温逆温逆温2.2.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逆温逆温逆温逆温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 上层出现过渡逆温上层出现过渡逆温 逆温逆温逆温逆温5.锋面逆温锋面逆温 冷、暖气团相遇冷、暖气团相遇暖气上爬，斜成锋面暖气上爬，斜成锋

19、面冷暖间逆温冷暖间逆温烟流型与大气稳定度的关系烟流型与大气稳定度的关系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）晴朗白天，地面最大浓度离晴朗白天，地面最大浓度离烟囱很近烟囱很近锥型（中性锥型（中性或或弱稳）弱稳）扇型（逆温）扇型（逆温）污染状况与烟囱高度有关污染状况与烟囱高度有关爬升型（下稳，上不稳）爬升型（下稳，上不稳）日落后出现日落后出现漫烟型（上逆、下不稳）漫烟型（上逆、下不稳）上午上午8：00-10：00第三节第三节第三节第三节 大气的运动和风大气的运动和风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 重力重力 干脆作用力干脆

20、作用力 水平气压梯度力（垂直上与水平气压梯度力（垂直上与重力基本平衡）重力基本平衡）地转偏地转偏向力（相对运动：方向变更）向力（相对运动：方向变更）间接作用力间接作用力 惯性偏向力（大气曲线运动：惯性偏向力（大气曲线运动：很小）很小）摩擦力（近地摩擦力（近地1 12km2km内明显）内明显）近地层风速廓线模式近地层风速廓线模式近地层风速廓线模式近地层风速廓线模式 平均风速随高度变更平均风速随高度变更中性层结：对数律，粗糙度和摩擦速度中性层结：对数律，粗糙度和摩擦速度近地层风速廓线模式近地层风速廓线模式近地层风速廓线模式近地层风速廓线模式 平均风速随高度变更平均风速随高度变更非中性层结：非中性层

21、结：指数律，稳定度参数指数律，稳定度参数一般认为，在中性层结条件下，指数律模式不如对数律模式精确。特殊是在近地层时。但指数律在中性条件下，能较满足地应用于300500m的气层，特殊在非中性条件下应用较为精确和便利。所以在大气污染浓度估算中应用指数律较多。地方性风场地方性风场地方性风场地方性风场 1海陆风海陆风地方性风场地方性风场地方性风场地方性风场 2山谷风山谷风地方性风场地方性风场地方性风场地方性风场 3城市热岛环流城市热岛环流烟流型与大气稳定度的关系烟流型与大气稳定度的关系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）晴朗白天，地面最大浓度离晴朗白天，地面最大浓度离烟囱很近烟囱很近锥型（中性锥型（中性或或弱稳）弱稳）扇型（逆温）扇型（逆温）污染状况与烟囱高度有关污染状况与烟囱高度有关爬升型（下稳，上不稳）爬升型（下稳，上不稳）日落后出现日落后出现漫烟型（上逆、下不稳）漫烟型（上逆、下不稳）上午上午8：00-10：00