第3章-大气污染气象学1..ppt

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1、1第三章 大气污染气象学3第三章 大气污染气象学教学内容v大气圈结构及气象要素v大气的热力过程v大气的运动和风6第三章第三章 大气污染气象学大气污染气象学第一节第一节 大气圈结构及气象要素大气圈结构及气象要素7一、大气圈垂直结构一、大气圈垂直结构8高度(km)一、一、大气圈垂直结构大气圈垂直结构N2O2ArCO2NeHeKrH2XeO O3 3越往上氧、氦等气体的原子态越多越往上氧、氦等气体的原子态越多紫外线的强烈照紫外线的强烈照射，射，N2和和O2产生产生不同程度的离解不同程度的离解均质大气层：均质大气层：808085km85km以下，干洁空以下，干洁空气成分基本不变气成分基本不变9一、大气

2、圈垂直结构一、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和全部的水蒸气，主要天气和全部的水蒸气，主要天气现象都发生在这一层现象都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0.650C温度和湿度的水平分布不均温度和湿度的水平分布不均强烈对流作用强烈对流作用厚度随着厚度随着纬度、季节纬度、季节的不同而不同。的不同而不同。10对流层对流层（10km左右）左右）u对流层的分层对流层的分层边界层：边界层：对流层下部对流层下部12km，地面阻滞和，地面阻滞和摩擦作用明显摩擦作用明显自由层：自由层：大气边界层以

3、上，地面摩擦可以大气边界层以上，地面摩擦可以忽略忽略近地层：近地层：从地面到从地面到50100m左右左右一、大气圈垂直结构一、大气圈垂直结构11平流层平流层（对流层顶（对流层顶5055km）集中了大部分集中了大部分臭氧：臭氧：2025km达到最大值，达到最大值，臭氧层臭氧层同温层：同温层：对流层顶对流层顶3540km，气温，气温-550C左右左右逆温层：逆温层：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

4、动强烈一、大气圈垂直结构一、大气圈垂直结构12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电离层气体分子高度电离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球引力而散逸空气粒子可以摆脱地球引力而散逸一、大气圈垂直结构一、大气圈垂直结构13v大气压力随高度的变化：大气压力随高度的变化：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一、大气圈垂直结构一、大气圈垂直结构14二、主要气象要素二、主要气象要素气象要素（因子）：气象要素（因子）：表示大气状态的物理量和物理现象。表示大气状态

5、的物理量和物理现象。与大气污染关系密切的气象要素主要有：与大气污染关系密切的气象要素主要有：气温气温气压气压空气湿度（气湿）空气湿度（气湿）风（风向、风速）风（风向、风速）云况云况能见度能见度降水降水蒸发、日照时数、太阳辐射、地面辐射、大气辐射蒸发、日照时数、太阳辐射、地面辐射、大气辐射151气温气温表示大气温度高低的物理量，表示大气温度高低的物理量，。天天气气预预报报中中：在在野野外外空空气气流流通通、不不受受太太阳直射下测得的空气温度。阳直射下测得的空气温度。在在植植有有草草皮皮的的观观测测场场中中、1.5m高高、百百叶箱内叶箱内测得测得气气温温是是用用来来衡衡量量地地球球表表面面大大气气

6、温温度度分分布布状况和变化态势的重要指标。状况和变化态势的重要指标。气温与大气污染的关系：气温与大气污染的关系：气温决定光化学反应速率气温决定光化学反应速率气温的垂直分布决定扩散条件气温的垂直分布决定扩散条件二、主要气象要素二、主要气象要素162气压气压任一点的气压值等于该地单位面积上的大气柱重量任一点的气压值等于该地单位面积上的大气柱重量。国国际际上上规规定定：温温度度0、纬纬度度45的的海海平平面面上上的的气气压压为一个标准大气压，即为一个标准大气压，即1标准大气压标准大气压p0=101325Pa=1013.25hPa气压的水平分布气压的水平分布二、主要气象要素二、主要气象要素173气湿气

7、湿反映空气中反映空气中水汽含量水汽含量和和空气潮湿程度空气潮湿程度的一个物理量。的一个物理量。绝对湿度绝对湿度1m1m3 3湿空气中含有的水汽质量（湿空气中含有的水汽质量（kgkg）相对湿度相对湿度空气的绝对湿度与同温度下饱和空气的空气的绝对湿度与同温度下饱和空气的绝对湿度的百分比绝对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（kgkg）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在湿空气中所占的体积分数二、主要气象要素二、主要气象要素183气湿气湿露露点点在在一一定定气气压压下下空空气气达达到到饱饱和和状态时的温度状态时的温度空气

8、湿度对空气质量的影响：空气湿度对空气质量的影响：颗粒物吸湿增长颗粒物吸湿增长水汽消光，能见度变差水汽消光，能见度变差二、主要气象要素二、主要气象要素194风向和风速风向和风速风：风：水平方向的空气运动。水平方向的空气运动。风向：风向：风的来向风的来向 （16个方位圆周等分）个方位圆周等分）风向对大气污染的影响：风向对大气污染的影响：污染物向下风向扩散、稀释污染物向下风向扩散、稀释 二、主要气象要素二、主要气象要素204风向和风速风向和风速风风速速：单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距距离离（2或或10min平均）平均）F风力级（风力级（012级）级）二、主要气象要素二

9、、主要气象要素214风向和风速风向和风速风速对大气污染的影响：风速对大气污染的影响：当当其其他他条条件件相相同同时时，下下风风向向污污染染物物浓浓度度与与风风速速成成反比反比风速越高，扩散稀释能力越强风速越高，扩散稀释能力越强二、主要气象要素二、主要气象要素224风向和风速风向和风速风玫瑰图风玫瑰图 二、主要气象要素二、主要气象要素23 5 5、云、云 云：云：是发生在高空的水汽凝结现象。是发生在高空的水汽凝结现象。云高：云高：指云底距地面的垂直距离，以米为单位。指云底距地面的垂直距离，以米为单位。高云（高云（5000m以上）以上）中中云云（2500-5000m）低低云云（2500m以以下下）

10、二、主要气象要素二、主要气象要素24 5 5、云、云 云云量量：指指云云遮遮蔽蔽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等份，有几份天空被云遮盖，云量就是几。等份，有几份天空被云遮盖，云量就是几。国外，将天空分为国外，将天空分为8 8等份。等份。总总云云量量：指指所所有有云云遮遮蔽蔽天天空空的的成成数数，不不论论云云的的层层次和高度次和高度 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。云云量量的的记记录录：一一般般总总云云量量/低低云云量量的的形形式式记记录录，如如10/710/7。测测定定方方法法：激激光光测测云云仪仪、弧弧光光测测云云仪仪等等，目

11、目力力测测定法定法 二、主要气象要素二、主要气象要素256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：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背景中看到或辨认出目标物的最大距离级别（级别（09级，相应距级，相应距离为离为5050000米）米），单位：，单位：m，Km。v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。大气中的少。大气中的雾、水汽、烟尘雾、水汽、烟尘等，可使能见度降低。等，可使能见度降低。二、主要气象要素二、主要气象要素26 7 7、太阳高度角、太阳高度角 太太阳阳高

12、高度度角角为为太太阳阳光光线线与与地地平平线线间间的的夹夹角角，是是影影响响太太阳阳辐辐射射强强弱弱的的最最主主要要的的因因子子之之一一。h ho o即即太太阳阳高高度度角角，它随时间而变化。它随时间而变化。二、主要气象要素二、主要气象要素27 8 8、降水、降水 降降水水是是指指大大气气中中降降落落至至地地面面的的液液态态或或固固态态水水的的通通称。如雨、雪等。称。如雨、雪等。降水是清除大气污染物的重要机制之一。降水是清除大气污染物的重要机制之一。二、主要气象要素二、主要气象要素28第三章第三章 大气污染气象学大气污染气象学第二节第二节 大气的热力过程大气的热力过程29一、太阳、大气和地面的

13、热交换一、太阳、大气和地面的热交换30一、太阳、大气和地面的热交换一、太阳、大气和地面的热交换31一、太阳、大气和地面的热交换一、太阳、大气和地面的热交换大气层的作用大气层的作用-吸收、散射和反射吸收、散射和反射49%太阳辐射太阳辐射-吸收地面长波辐射吸收地面长波辐射-向下辐射加热地面，向下辐射加热地面，保温作用保温作用32二、气温的垂直变化二、气温的垂直变化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 33二、气温的垂直变化二、气温的垂直变化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 34二、气温的垂直变化二、气温的垂直变化2.干绝热直减率：干绝热直减率：干空气块（包括未饱

14、和的湿空气块）干空气块（包括未饱和的湿空气块）绝热上升或下降单位高度（绝热上升或下降单位高度（100m100m），温度降低或升），温度降低或升高的数值。高的数值。35二、气温的垂直变化二、气温的垂直变化3.位温：位温：一干空气块绝热升降到标准大气压所具有一干空气块绝热升降到标准大气压所具有的温度的温度36二、气温的垂直变化二、气温的垂直变化4.气温的垂直变化气温的垂直变化气温直减率气温直减率:气温随高度的变化率气温随高度的变化率 温度层结：温度层结：根据气温与高度的变化关系作图根据气温与高度的变化关系作图得到的曲线得到的曲线 37三、大气稳定度三、大气稳定度三、大气稳定度三、大气稳定度1.1.

15、大气稳定度的概念大气稳定度的概念 大气在垂直方向上稳定的程度；反映其是否容易对流大气在垂直方向上稳定的程度；反映其是否容易对流定性描述：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38三、大气稳定度三、大气稳定度2.2.大气稳定度的判别大气稳定度的判别v定量判定定量判定39三、大气稳定度三、大气稳定度2.大气稳定度的判别大气稳定度的判别判据：判据：40四四、逆温逆温根据逆

16、温生成的过程，可将逆温分为：根据逆温生成的过程，可将逆温分为：辐射逆温辐射逆温 下沉逆温下沉逆温 平流逆温平流逆温 湍流逆温湍流逆温 锋面逆温锋面逆温41四四、逆温逆温1.辐射逆温：辐射逆温：地面白天加热，大气自下而上变暖地面白天加热，大气自下而上变暖地面夜间变冷，大气自下而上冷却地面夜间变冷，大气自下而上冷却v辐射逆温的生消过程辐射逆温的生消过程42四四、逆温逆温 2.2.下沉逆温下沉逆温 （多在高空大气中，高压控制区内）（多在高空大气中，高压控制区内）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43四四、逆温逆温 3.3.平流逆温平流逆温 暖空气平流到冷

17、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 冬季中纬度沿海地区海上暖空气平流到大陆时，以冬季中纬度沿海地区海上暖空气平流到大陆时，以及暖空气平流到低地、盆地内积聚的冷空气上面时。及暖空气平流到低地、盆地内积聚的冷空气上面时。44四、逆温四、逆温 4.4.湍流逆温湍流逆温 45四四、逆温逆温5.锋面逆温锋面逆温 冷、暖气团相遇冷、暖气团相遇冷暖间逆温冷暖间逆温 暖气上爬，形成锋面暖气上爬，形成锋面第三节第三节 大气污染与气象的关系大气污染与气象的关系v边界层的风与湍流对大气污染的影响v大气稳定度与大气污染v大气温度层结与大气污染v降水与大气污染v辐射和云与大气污染v天气形势与大气

18、污染一、风对大气污染物扩散和输送一、风对大气污染物扩散和输送v风向影响污染物的水平迁移扩散方向，总是不断将污染物向风向影响污染物的水平迁移扩散方向，总是不断将污染物向下风方向输送，污染区总是分布在下风向上。下风方向输送，污染区总是分布在下风向上。v风向是随着高度的增加而向右偏转的。所以污染物输送的方风向是随着高度的增加而向右偏转的。所以污染物输送的方向在低空和高空是不同的。向在低空和高空是不同的。v风速的大小决定了大气扩散稀释作用的强弱。风速的大小决定了大气扩散稀释作用的强弱。v风对大气污染物的影响发生在从地面起到污染物能扩散的任风对大气污染物的影响发生在从地面起到污染物能扩散的任何高度。何高

19、度。1、风向、风速、风向、风速48大气边界层中风随高度变化大气边界层中风随高度变化 v摩摩擦擦力力随随高高度度的的增增加加而减小而减小-风风速速随随高高度度的的增增加加而而增增大大49（1 1）风速随高度的分布（）风速随高度的分布（风速廓线风速廓线（模式）（模式）对数律对数律 适用于中性层结近地层。适用于中性层结近地层。51指数律指数律 适用于非中性层结或适用于非中性层结或300500m的中性大气层：的中性大气层：稳定度参数v风向频率：风向频率：一定时间内，某风向出现次数占各风向出现总一定时间内，某风向出现次数占各风向出现总次数的百分率。次数的百分率。v用风玫瑰图表示。用风玫瑰图表示。（2 2

20、）风向频率和污染系数）风向频率和污染系数某一风向频率越大，其下某一风向频率越大，其下风向受污染的机会越多。风向受污染的机会越多。v污染系数污染系数v污染系数越大，其下风向污染越严重。污染系数越大，其下风向污染越严重。v在工业区规划时，应将其安排在污染系数最小方位的上风在工业区规划时，应将其安排在污染系数最小方位的上风向，这样其下风向的污染就轻。向，这样其下风向的污染就轻。2、湍流扩散、湍流扩散v湍流的形成原因：机械湍流、热力湍流湍流的形成原因：机械湍流、热力湍流v湍流扩散过程湍流扩散过程55（1）海陆风海陆风 3、地方性风场、地方性风场56（2）山谷风山谷风57（3）城市热岛环流）城市热岛环流

21、 v波浪型（不稳定）波浪型（不稳定）v平展型（扇形、稳定）平展型（扇形、稳定）v锥型（中性）锥型（中性）v爬升型（屋脊型）爬升型（屋脊型）v漫烟型（熏烟型）漫烟型（熏烟型）二、大气稳定度与大气污染二、大气稳定度与大气污染v大气温度层结大气温度层结v大气稳定度大气稳定度v湍流湍流v污染物的迁移扩散污染物的迁移扩散v大气污染大气污染三、大气温度层结与大气污染三、大气温度层结与大气污染（1）r0，湍流强，有利于扩散，湍流强，有利于扩散（2）r=0，等温层，不利于扩散，等温层，不利于扩散（3）r0，逆温层，难扩散，逆温层，难扩散v降水是清除大气污染物的重要机制之一。降水是清除大气污染物的重要机制之一。

22、v净化作用：净化作用：（1）大气中的颗粒物作为降水凝结核。（2）雨滴降落时，碰撞捕获一部分颗粒物。v降水对大气污染物净化作用与降水强度和持续时间有关。降水对大气污染物净化作用与降水强度和持续时间有关。四、降水与大气污染四、降水与大气污染v晴天白昼，特别是午后，太阳辐射最强，地面增温快，温度层结是递减的，大气极不稳定。v晴夜，地面有效辐射大，地面降温快，形成逆温，大气极稳定。v日出日落为转换期，中性。五、辐射和云与大气污染五、辐射和云与大气污染v云对辐射起屏障作用云对辐射起屏障作用，使垂直温度梯度减小。使白天递减和夜间逆温均受到消弱。v减弱的程度决定于云量的多少。v阴天，阴天，温度层结昼夜变化几乎消失，大气接近中性状态中性状态。v天气形势天气形势大范围的气压分布状况。v低压控制区低压控制区:空气作上升运动，云量大的天数较多，通常风速也较大，大气多为中性或不稳定状态，有利于稀释扩散。v高压控制区：高压控制区：天气晴朗，风速小，大范围内空气作下沉运动，形成下沉逆温。阻挡湍流扩散。六、天气形势与大气污染六、天气形势与大气污染64作业作业简述大气污染与气象的关系。简述大气污染与气象的关系。