第3章-大气污染气象学优秀PPT.ppt

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1、第三章第三章 大气污染气象学大气污染气象学从污染源排放到大气中的污染物的传输和扩散过从污染源排放到大气中的污染物的传输和扩散过程，与污染源本身特性、气象条件、地面特征和四周程，与污染源本身特性、气象条件、地面特征和四周地区建筑物分布等因素皆有亲密关系。随着气象要素地区建筑物分布等因素皆有亲密关系。随着气象要素的变更，污染物在大气中的扩散稀释状况千差万别，的变更，污染物在大气中的扩散稀释状况千差万别，所造成的污染程度有很大不同。所造成的污染程度有很大不同。第三章第三章 大气污染气象学大气污染气象学1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一、大气圈垂直结构一、大气圈垂直结构自然地理

2、学将受地心引力而随地球旋转的大自然地理学将受地心引力而随地球旋转的大气层称为大气圈。气层称为大气圈。大气圈的垂直结构是指气象要素的垂直分布大气圈的垂直结构是指气象要素的垂直分布状况，如气温、气压、大气密度和大气成分等。状况，如气温、气压、大气密度和大气成分等。依据气温在垂直于下垫面方向上的分布，可将大依据气温在垂直于下垫面方向上的分布，可将大气圈分为五层：对流层、平流层、中间层、暖层气圈分为五层：对流层、平流层、中间层、暖层和散逸层。和散逸层。第三章第三章 大气污染气象学大气污染气象学2一、大气圈垂直结构一、大气圈垂直结构第三章第三章 大气污染气象学大气污染气象学3一、大气圈垂直结构一、大气圈

3、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，主要天气现和全部的水蒸气，主要天气现象都发生在这一层象都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猛烈的对流作用猛烈的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4一、大气圈垂直结构一、大气圈垂直结构平流层（对流层顶平流层（对流层顶505055km

4、55km）同温层对流层顶同温层对流层顶353540km40km，气温，气温-550C-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85km85km）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5一、大气圈垂直结构一、大气圈垂直结构暖层（中间层顶暖层（中间层顶800km800km）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气体分子高度电离电离层电离层散逸层（暖层以上）散逸层（暖层以上）气温很高

5、，空气淡薄气温很高，空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808085km85km以下，成分基本不变以下，成分基本不变6二、主要气象要素二、主要气象要素J 气象要素（因子）：气象要素（因子）：J 表示大气状态的物理现象和物理量，称为气象要素。表示大气状态的物理现象和物理量，称为气象要素。J 主要的气象要素有：气温、气压、气湿、风向、风主要的气象要素有：气温、气压、气湿、风向、风速、云况、能见度等速、云况、能见度等J 1 1气温气温 J 表示大气温度凹凸的物理量。表示大气温度凹凸的物理量

6、。J 地面温度是指距地地面温度是指距地1.5 m1.5 m高处百叶箱内气温。高处百叶箱内气温。J表示气温的单位一般用摄氏温度表示气温的单位一般用摄氏温度 ，或用热力学温度，或用热力学温度K K。第三章第三章 大气污染气象学大气污染气象学7二、主要气象要素二、主要气象要素2气压气压气气压压是是指指大大气气的的压压强强。任任一一点点的的气气压压值值等等于于该该地单位面积上的大气柱重量。地单位面积上的大气柱重量。气压总是随高度的增加而降低的。气压总是随高度的增加而降低的。气气压压单单位位用用帕帕（Pa），1Pa=1N/m2。气气象象上上接接受百帕（受百帕（hPa)作单位。作单位。国国际际上上规规定定

7、，温温度度0、纬纬度度45的的海海平平面面上上的的气压为一个标准大气压。气压为一个标准大气压。1个标准大气压个标准大气压P0=101325Pa=1013.25hPa第三章第三章 大气污染气象学大气污染气象学8二、主要气象要素二、主要气象要素3 3气湿气湿反反映映空空气气中中水水汽汽含含量量和和空空气气潮潮湿湿程程度度的的一一个个物物理量。理量。常常用用的的表表示示方方法法有有：确确定定湿湿度度、水水蒸蒸气气压压力力、体积百分比、含湿量、相对湿度、露点等。体积百分比、含湿量、相对湿度、露点等。确定湿度确定湿度1m31m3湿空气中含有的水汽质量湿空气中含有的水汽质量相相对对湿湿度度空空气气的的确确

8、定定湿湿度度与与同同温温度度下下饱饱和和空空气的确定湿度的百分比气的确定湿度的百分比含湿量含湿量湿空气中湿空气中1kg1kg干空气包含的水汽质量干空气包含的水汽质量水水汽汽体体积积分分数数水水汽汽在在湿湿空空气气中中所所占占的的体体积积分分数数露点露点同气压下空气达到饱和状态时的温度同气压下空气达到饱和状态时的温度9二、主要气象要素二、主要气象要素4 4风向和风速风向和风速水水平平方方向向的的空空气气运运动动称称为为风风。垂垂直直方方向向的的空空气气运运动动则称为升降气流。则称为升降气流。风的来向叫风向（风的来向叫风向（8 8个或个或1616个方位圆周等分表示）个方位圆周等分表示）风风速速：单

9、单位位时时间间内内空空气气在在水水平平方方向向上上运运动动的的距距离离（2 2或或10min10min的平均值）。的平均值）。依依据据自自然然现现象象将将风风力力分分为为1313个个等等级级（0 01212级级）。若若用用F F表示风力等级，则风速表示风力等级，则风速u u（km/hkm/h）：）：第三章第三章 大气污染气象学大气污染气象学1011二、主要气象要素二、主要气象要素5 5、云、云云：是发生在高空的水汽凝合现象。云：是发生在高空的水汽凝合现象。云云量量：指指云云遮遮挡挡天天空空的的成成数数。在在我我国国，将将天天空空分分为为1010等等份份，有有几几分分天天空空被被云云遮遮盖盖，云

10、云量量就就是是几几。如如：云云占占天天空空的的1/101/10，云云量量记记为为1 1；在在云云层层中中有有少少量量空空隙隙（空空隙隙总总量量不不到到天天空空的的1/201/20）记记为为1010；当当天天空空无无云云或或云云量量不不到到1/201/20时，云量为时，云量为0 0。第三章第三章 大气污染气象学大气污染气象学125 5、云、云云量云量国外，将天空分为国外，将天空分为8 8等份。等份。国外云量与我国云量间的关系，国外云量国外云量与我国云量间的关系，国外云量1.25=1.25=我国我国云量总云量云量总云量低云量：低云的云掩盖天空的成数。低云量：低云的云掩盖天空的成数。云量的记录：以总

11、云量云量的记录：以总云量/低云量的形式记录，如低云量的形式记录，如10/710/7。云状：多种多样，云状：多种多样，19321932年国际云学委员会出版的国际年国际云学委员会出版的国际云图将云状分为四族十属。云图将云状分为四族十属。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 第三章第三章 大气污染气象学大气污染气象学13云云云云高云（高云（5000m以上）以上）中中云云（2500-5000m）低低云云（2500米米以以下下）14二、主要气象要素二、主要气象要素二

12、、主要气象要素二、主要气象要素6 6能见度能见度能见度：在当时的天能见度：在当时的天气条件下，视力正常的人气条件下，视力正常的人能够从天空背景中看到或能够从天空背景中看到或分辨出目标物的最大水平分辨出目标物的最大水平距离距离,观测值通常分观测值通常分0 09 9级，相应距离为级，相应距离为50505000050000米），米），能见度的大小反应了能见度的大小反应了大气的混浊现象，反映出大气的混浊现象，反映出大气中杂质的多少。大气大气中杂质的多少。大气中的雾、水汽、烟尘等，中的雾、水汽、烟尘等，可使能见度降低。可使能见度降低。15其次节其次节 大气的热力过程大气的热力过程一、太阳、大气和地面的热

13、交换一、太阳、大气和地面的热交换1 1、什么是辐射？、什么是辐射？自然界中的一切物体都以电磁波的形式时自然界中的一切物体都以电磁波的形式时刻不停的向外传递能量，这种传递能量的方式刻不停的向外传递能量，这种传递能量的方式称为辐射，以辐射的方式向四周输送的能量称称为辐射，以辐射的方式向四周输送的能量称辐射能，有时简称辐射。辐射能，有时简称辐射。2 2、大气对太阳辐射的减弱及影响因素、大气对太阳辐射的减弱及影响因素（1 1）吸取辐射）吸取辐射;（2 2）散射作用）散射作用;（3 3）反射）反射;（4 4）透过大气层）透过大气层.第三章第三章 大气污染气象学大气污染气象学16一、太阳、大气和地面的热交

14、换一、太阳、大气和地面的热交换3 3、大气温度依地面温度的变更关系、大气温度依地面温度的变更关系地面温度（土壤温度）的日变更是周期性的，具有地面温度（土壤温度）的日变更是周期性的，具有一最高值和最低值，在一天里地表温度最高值在一最高值和最低值，在一天里地表温度最高值在1313点左点左右，最低温度在日出前后。右，最低温度在日出前后。气温的年变更曲线与地表温度年变更曲线平行，但气温的年变更曲线与地表温度年变更曲线平行，但振幅较小。振幅较小。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

15、大气近地层大气温度随地表温度变更近地层大气温度随地表温度变更17太阳辐射光谱太阳辐射光谱w太阳辐射的能量主要分布在可见光区和红外区太阳辐射的能量主要分布在可见光区和红外区w可见光区占太阳辐射总量的可见光区占太阳辐射总量的5050w红外区占红外区占4343w紫外区只占能量的紫外区只占能量的7 7第三章第三章 大气污染气象学大气污染气象学18二、气温的垂直变更二、气温的垂直变更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，系统与四周环境无热交换一般满足，大气绝热过程，系统与四周环境无热交换空气

16、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（由压力变更引起）（由压力变更引起）191.1.大气的绝热过程与泊松方程大气的绝热过程与泊松方程定量：定量：热力学第确定律热力学第确定律 （第确定律状态方程）（第确定律状态方程）其中其中 第三章第三章 大气污染气象学大气污染气象学202.2.气温直减率气温直减率第三章第三章 大气污染气象学大气污染气象学212.2.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223.3.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

17、布气温的垂直分布温度层结温度层结第三章第三章 大气污染气象学大气污染气象学231.1.1.1.大气稳定度的概念大气稳定度的概念大气稳定度的概念大气稳定度的概念定定义义：大大气气在在垂垂直直方方向向上上稳稳定定的的程程度度；反反映映其其是是否否简简洁洁对对流流定性描述：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三、大气稳定度三、大气稳定度第三章第三章 大气污染气象学大气污

18、染气象学24判据：判据：2.2.大气稳定度的判据大气稳定度的判据第三章第三章 大气污染气象学大气污染气象学25一、大气边界层的温度场一、大气边界层的温度场（三）逆温（三）逆温一般将气温随高度增加而增加的气层称为逆一般将气温随高度增加而增加的气层称为逆温层。当发生逆温或等温时，大气是稳定的。逆温层。当发生逆温或等温时，大气是稳定的。逆温层的存在，阻碍了气流的垂直运动，所以又将温层的存在，阻碍了气流的垂直运动，所以又将逆温层称为阻挡层。逆温层称为阻挡层。依据逆温生成的过程，可将逆温分为辐射逆依据逆温生成的过程，可将逆温分为辐射逆温、下沉逆温、平流逆温、锋面逆温顺湍流逆温。温、下沉逆温、平流逆温、锋

19、面逆温顺湍流逆温。第三章第三章 大气污染气象学大气污染气象学26三三、逆温逆温1 1、辐射逆温的生消过程、辐射逆温的生消过程27四四、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28四四、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 低层空气湍流混合形成的逆温低层空气湍流混合形成的逆温29四四、逆温逆温5.5.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

20、气上爬，形成锋面暖气上爬，形成锋面30四、不同温度层结下的烟型四、不同温度层结下的烟型 波浪型（不稳）波浪型（不稳）锥型（中性锥型（中性oror弱弱稳）稳）扇型（逆温）扇型（逆温）爬升型（下稳，爬升型（下稳，上不稳）上不稳）漫烟型（上逆、漫烟型（上逆、下不稳）下不稳）31第三节第三节 大气的运动和风大气的运动和风w一、引起大气运动的作用力一、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：变更方向）地转偏向力（相对运动：变更方向）惯性离心力（大气曲线运动：很小）惯性离心力（大

21、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）第三章第三章 大气污染气象学大气污染气象学32二、大气边界层中风随高度变更二、大气边界层中风随高度变更二、大气边界层中风随高度变更二、大气边界层中风随高度变更 wEkmanEkman（爱爱克克曼曼）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，故故顺顺时时针针；南南半半球球则相反）则相反）w高高度度增增高高，风风速速增增大大，方方向向渐渐渐渐接近地转风。接近地转风。第三章第三章 大气污染气象学大气污染气象学33三、近地层风速廓线模式三、近地层风速廓线模式三、近地层风速廓线模式三、近地层风速廓

22、线模式 1.1.对数律风速廓线模式对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34三、近地层风速廓线模式三、近地层风速廓线模式 2.2.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，指数律，稳定度参数稳定度参数m m第三章第三章 大气污染气象学大气污染气象学35四、地方性风场四、地方性风场1 1、地形和地物的影响、地形和地物的影响当气流沿地面流过时，必定要同各种地形地物发生当气流沿地面流过时，必定要同各种地形地物发生摩擦作用，使风向风速发生变更，其影响程度与各

23、种障摩擦作用，使风向风速发生变更，其影响程度与各种障碍物的体积、形态、凹凸有亲密关系。碍物的体积、形态、凹凸有亲密关系。2 2、地方性风场、地方性风场 （1 1）山谷风；）山谷风；（2 2）海陆风；）海陆风；（3 3）城市热岛环流。）城市热岛环流。第三章第三章 大气污染气象学大气污染气象学36四四、地方性风场地方性风场w 1 1海陆风海陆风 第三章第三章 大气污染气象学大气污染气象学37四、地方性风场四、地方性风场 2 2山谷风山谷风 第三章第三章 大气污染气象学大气污染气象学38精品课件精品课件！39精品课件精品课件！40四、地方性风场四、地方性风场 3城市热岛环流城市热岛环流第三章第三章 大气污染气象学大气污染气象学41