3第三章-大气污染气象学2011解析.ppt

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1、LOGO大气污染控制工程第三章 大气污染气象学主讲人：杨毅红主讲人：杨毅红源受体大气扩散酸雨越境转移（日本、南朝鲜）大气科学大气物理、化学大气气象学污染气象学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在大气中的扩散与大气稳定度有很密切的关系。从污染源排入大气中的污染物，其输送迁移、扩散稀释情况随方向、风速、大气湍流运动、温度垂直变化及大气稳定度等气象因子的变化而千差万别。污染气象学研究两方面的问题：污染气象学研究两方面的问题：气象对大气污染的影响和大气污染对气象气象对大气污染的影响和大气污染对气象环境的作用环境的作用v3.1 大气圈结构及气象要素(略)v3.2 大气热力过程 v3.

2、3 大气的运动和风p了解大气层结构及主要的气象要素；p掌握气温直减率和干绝热直减率的定义及大气稳定度的判别；掌握烟流形状与大气稳定度的关系p了解引起大气运动的几种作用力；p理解地方性风场对大气污染的影响。学时数：2学时内容提要内容提要学习要求3.1 大气圈结构及主要气象要素大气圈结构及主要气象要素一、低层大气的成分：干洁空气、水汽、气溶胶粒子二、大气的垂直结构三、影响大气污染的主要气象要素v气象要素（因子）：表示大气状态的物理现象和物理量。v主要气象要素：气温、气压、空气湿度（气湿）、风（风向、风速）、云况、能见度、降水、蒸发、日照时数、太阳辐射、地面辐射、大气辐射等。玫瑰图表述的是在犹他州西

3、部沙漠里的一个山谷。周围的山是南北向的，由当地地形条件决定的最常见的风是沿峡谷南北向的风。最强烈的风是沿西北方向吹过来的，而且伴随着冬天的暴风雪。尝试读懂右图尝试读懂右图3.2 大气的热力过程大气的热力过程一、太阳辐射与热交换二、气温的垂直变化三、位温四、大气稳定度五、逆温六、烟流形状与大气稳定度的关系3.2.1 太阳辐射与热交换太阳辐射与热交换什么是辐射？什么是辐射？v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称为辐射。以辐射的方式向四周输送的能量称辐射能。辐射与波长辐射与波长v辐射能的不同，在于电磁波的波长不同，物体放射的波长视物体的温度而定，物体的温度增

4、加放射的波长减短，太阳由于温度很高，它的辐射波长在0.154.0m之间。地球表面平均温度在15，辐射最强是在10m附近，太阳放出主要辐射的波长只有地球放出的波长的1/20，所以我们称太阳辐射是短波，地球辐射是长波。太阳、大气和地面之间的热量交换过程太阳、大气和地面之间的热量交换过程v首先是太阳短波辐射加热了地球表面，然后是地面长波辐射加热了大气，因此，近地层大气温度近地层大气温度随地表温度的升高而升高随地表温度的升高而升高(自下而上地被加热)；随着地表温度的降低而降低(自下而上地被冷却)。地表温度的周期性变化引起低层大气温度随之周期性的变化。大气的保温作用大气的保温作用v大气向下辐射可使地面长

5、波辐射的热损失减少，有利于地面温度保持的这种作用。3.2.1 太阳辐射与热交换太阳辐射与热交换3.2.2 气温的垂直变化气温的垂直变化大气的绝热过程大气的绝热过程v 大气的升降运动总是伴有不同形式的能量交换。如果大气中某一空气块作垂直运动时与周围空气不发生热量交换，则将这样的状态变化过程称为大气的绝热过程。空气块空气块 膨胀（做功）膨胀（做功）耗内能耗内能 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）得内能得内能 T 泊松方程泊松方程v根据热力学第一定律和理想气体状态方程，可以推导出描述大气热力过程的微分方程：v将上式从气块升降前的状态(T0,P0),积分到气块升降后的

6、状态(T,P),则得泊松方程泊松方程3.2.2 气温的垂直变化气温的垂直变化T：气块温度；T：环境温度。实际中，T与T之差不超过10，T/T1。根据计算，得到d约为0.98/100m，近似，近似1/100m。湿空气上升达到饱和状态并开始凝结的高度称为凝结高度凝结高度，在凝结高度以下，其温度变化同干空气一样；在凝结高度以上，温度变化小于干空气的变化值，饱和空气每上升（或下降）单位距离空气的温度变化，称为湿绝热递减率m，约为0.5/100m。上节内容回顾上节内容回顾v大气中温度层结分为 、和 四种类型。v对流层中，气温随着高度的增加而降低，每升高100m平均气温下降（）A.0.65 B.1.89

7、C.5.81 D.0.098 B.1.89 C.5.81 D.0.098 人类活动排放的污染物绝大多数聚集以及大气污染主要发生在（）人类活动排放的污染物绝大多数聚集以及大气污染主要发生在（）A.A.对流层对流层 B.B.平流层平流层 C.C.中间层中间层 D.D.热层热层饱和空气绝热下降时，假设其中没有水滴或冰晶，下降时变为未饱和空气绝热下降时，假设其中没有水滴或冰晶，下降时变为未饱和的空气，饱和的空气，则每下降100m，温度升高 。参考答案：正常分布层结、中性层结、等温层结、逆温层结；a；A；1 3.2.3 位温位温干空气作绝热升降运动时，虽然温度Ti是变化的，但其位温位温却是不变的却是不变

8、的。所以比Ti更能代表气块的热力学状态。3.2.4 大气稳定度大气稳定度大气稳定度的判别大气稳定度的判别v气块法说明。假设起始温度相同，课堂巩固练习课堂巩固练习 P86 3-7v用测得的地面气温和一定高度处的气温数据，按平均温度梯度对大气稳定度进行分类。测定编测定编号号123456地面气温/C21.121.115.625.030.025.0高度/m4587635802000500700相应气温/C26.715.68.95.020.028.0定义定义p温度随高度的增加而增加，此时dT/dZ 0。跟我们研究污染有关的因素：跟我们研究污染有关的因素：v逆温层的消失时间；v逆温层底的高度；v逆温层的厚

9、度；v逆温的强度（温度随高度的变化情况）。v逆温的最危险状况是逆温层正好处于烟囱排放口。3.2.5 逆温逆温辐射逆温辐射逆温v由于地面强烈辐射冷却而形成的逆温，称为辐射逆温。图中a是下午时递减温度层结；辐射逆温开始于日落(图b)，随着夜深，地面消失的热量越多，逆温逐渐向上扩展，黎明时达最强(图c)。日出后，太阳辐射逐渐加强，地面很快增温，逆温便自下而上逐渐消失(图d)，大约上午十点左右，逆温层完全消失。湍流逆温湍流逆温锋面逆温锋面逆温v在对流层中的冷空气团与暖空气团相遇时，暖空气因其密度小就会爬升到冷空气上面去，形成一个倾斜的过渡区，称为锋面。v在锋面上，如果冷暖空气的温差很大，即可形成锋面逆

10、温。3.2.6 烟流形状与大气稳定度的关系烟流形状与大气稳定度的关系3.3 大气的运动和风大气的运动和风v（一）风对大气污染物扩散和输送的影响v（二）湍流v（三）地方性风场3.3.1 风对大气污染物扩散和输送的影响风对大气污染物扩散和输送的影响引起大气运动的作用力引起大气运动的作用力风向和风速风向和风速3.3.2 湍流湍流3.3.3 地方性风场地方性风场海陆风海陆风山谷风山谷风城市热岛环流城市热岛环流v本章结束，谢谢参与。作业：作业：（1）由大气稳定度的影响，常见的五种典型烟云形式_、_、_、_和_。（2）影响烟气扩散的气象条件主要有_、_、_、_和_。（3）在日出后的早晨，烟流的扩散类型是（）；在日落后的傍晚，烟流的扩散类型是（）；容易造成极其严重地面污染的烟流的扩散类型是（）。A.漫烟型B.锥形C.扇形D.爬升型（4）下列关于气象条件对烟气扩散影响的描述，正确的是（）vA.风速越大，地面污染物浓度就越小vB.风速越大，地面污染物浓度也就越大vC.无风时容易发生严重的地面污染vD.空气受污染的程度与风无任何关系作业作业（5）哪一种类型属于逆温层（）。A.0 B.0 C.=d D.=0（6）哪一种气团属于不稳定气团（）。A.-d=0 B.-d 0 C.-d 0 D.-d 0