第03章 大气污染气象学精选文档.ppt

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1、第03章 大气污染气象学本讲稿第一页，共四十一页第三章第三章 大气污染气象学大气污染气象学u大气圈结构及气象要素大气圈结构及气象要素u大气的热力过程大气的热力过程u大气的运动和风大气的运动和风本讲稿第二页，共四十一页第一节第一节 大气圈结构及气象要素大气圈结构及气象要素 大大大大气气气气圈圈圈圈的的的的垂垂垂垂直直直直结结结结构构构构本讲稿第三页，共四十一页 大气圈垂直结构大气圈垂直结构l集中了大气质量的集中了大气质量的3/43/4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l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100m100m平

2、均降温平均降温0.650.650 0C Cl强烈对流作用强烈对流作用l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：大气边界层：大气边界层：对流层下层对流层下层1 12km2km，地面阻滞和摩擦作用明显，地面阻滞和摩擦作用明显,气温日变气温日变化明显化明显自由大气：自由大气：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，地面摩擦可以忽略对流层（对流层（10km10km左右）左右）本讲稿第四页，共四十一页l同温层对流层顶同温层对流层顶35-40km35-40km，气温，气温-55-55左右左右l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

3、增加而增加l集中了大部分臭氧集中了大部分臭氧l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l气温随高度升高而迅速降低气温随高度升高而迅速降低l对流运动强烈对流运动强烈 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50-55km50-55km）中间层（平流层顶中间层（平流层顶85km85km）本讲稿第五页，共四十一页l气温随高度升高而增高气温随高度升高而增高l气体分子高度电离电离层气体分子高度电离电离层l气温很高，空气稀薄气温很高，空气稀薄l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 大气圈垂直结构大气圈垂直结构暖层（中间层顶暖层（中间层顶8

4、00km800km）散逸层（暖层以上散逸层（暖层以上)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:80:8085km85km以下，大气成分基本不变以下，大气成分基本不变本讲稿第六页，共四十一页高度(km)每升高每升高100m，气温，气温降低降低0.65N2O2ArCO2NeHeKrH2XeO3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射，紫外线的强烈照射，N2和和O2产生不同程产生不同程度的离解度的离解本讲稿第七页，共四十一页2 2、主要气象要素、主要气象要素:l 气温气温l 气压气压l 气湿气湿l 风向风向l 风速风速l

5、 云况云况l 能见度能见度本讲稿第八页，共四十一页天气预报中：天气预报中：1.5m1.5m高、百叶箱内气温。高、百叶箱内气温。主要气象要素1、气温、气温本讲稿第九页，共四十一页单位：单位：mb（毫巴）（毫巴）大气的压强：大气的压强：1at101326Pa1013.26mmb=760mmHg静力学方程静力学方程:主要气象要素2、气压、气压本讲稿第十页，共四十一页uu绝对湿度：绝对湿度：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uu相对湿度：相对湿度：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绝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对湿度

6、的百分比uu含湿量：含湿量：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uu水汽体积分数：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在湿空气中所占的体积分数uu露点：露点：露点：露点：一定气压下空气达到饱和状态时的温度一定气压下空气达到饱和状态时的温度主要气象要素3、气湿、气湿本讲稿第十一页，共四十一页p水平方向的空气运动叫做风（垂直方向为升降气流）水平方向的空气运动叫做风（垂直方向为升降气流）p风的来向叫风向（风的来向叫风向（1616个方位圆周等分）个方位圆周等分）p风速：单位时间内空气在水平方向上运动距离（风速：单位时

7、间内空气在水平方向上运动距离（2 2或或10min10min平均值）平均值）(km/h)F (km/h)F风力级（风力级（0 01212级）级）主要气象要素风向、风速风向、风速本讲稿第十二页，共四十一页本讲稿第十三页，共四十一页风玫瑰图风玫瑰图 本讲稿第十四页，共四十一页风玫瑰图 本讲稿第十五页，共四十一页p大气中水汽的凝结现象叫做云（使气温随高度变化小）大气中水汽的凝结现象叫做云（使气温随高度变化小）p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1010分，国外分，国外8 8分）分）p云高云高:云底距地面底高度云底距地面底高度 主要气象要素云云低云（低云（2500m2500m以

8、下）以下）中云（中云（250025005000m5000m）高云（高云（5000m5000m以上）以上）本讲稿第十六页，共四十一页云 高云（高云（5000m5000m以上）以上）中云（中云（2500-5000m2500-5000m）低低云云（2 25 50 00 0米米以以下下）本讲稿第十七页，共四十一页p正常视力的人，在天空背景下能看清的最大水平距离正常视力的人，在天空背景下能看清的最大水平距离p 级别（级别（0-90-9级，相应距离为级，相应距离为50505000050000米）米）主要气象要素能见度能见度本讲稿第十八页，共四十一页本讲稿第十九页，共四十一页uu 太阳、大气和地面的热交换太

9、阳、大气和地面的热交换uu 气温的垂直变化气温的垂直变化uu 大气稳定度大气稳定度uu 逆温逆温uu 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第二节第二节 大气的热力过程大气的热力过程本讲稿第二十页，共四十一页l l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l l太阳辐射加热地球表面太阳辐射加热地球表面l l地面长波辐射加热大气地面长波辐射加热大气地面长波辐射加热大气地面长波辐射加热大气l l近地层大气温度随地表温度变化近地层大气温度随地表温度变化第二节第二

10、节 大气的热力过程大气的热力过程1、太阳、大气和地面的热交换、太阳、大气和地面的热交换本讲稿第二十一页，共四十一页温室效应温室效应本讲稿第二十二页，共四十一页2、气温的垂直变化、气温的垂直变化描述气块在绝热升降过程中描述气块在绝热升降过程中,气块的初态气块的初态(T0,P0)与终态与终态(T,P)之间的关系。之间的关系。Cp是干空气的定压比热，是干空气的定压比热，Cp=1005J/kgK位位温温 大气的绝热过程和泊松方程大气的绝热过程和泊松方程大气的绝热过程和泊松方程大气的绝热过程和泊松方程本讲稿第二十三页，共四十一页空气块空气块膨胀膨胀(做功做功)耗内耗内能能T定性定性空气块空气块压缩压缩(

11、外气对它做功外气对它做功)T内能内能 干绝热直减率干绝热直减率干绝热直减率干绝热直减率 干绝热直减率：干绝热直减率：（空气团）（空气团）由压力变化引起由压力变化引起气温直减率：气温直减率：(大气大气)气温的垂直变化气温的垂直变化本讲稿第二十四页，共四十一页气温的垂直变化气温的垂直变化温度层结温度层结T TZ Z温度层结曲线温度层结曲线温度层结曲线温度层结曲线本讲稿第二十五页，共四十一页大气稳定度及其判据大气稳定度及其判据定义：定义：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：不稳定条件下有利于扩散不稳定条件下有利于扩散外力

12、使气块上升或下降外力使气块上升或下降当气块去掉外力时当气块去掉外力时气块减速，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3 3、大气稳定度、大气稳定度本讲稿第二十六页，共四十一页由由 得：得：判据：判据：判别判别本讲稿第二十七页，共四十一页u 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 4 4、逆、逆 温温本讲稿第二十八页，共四十一页uu 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

13、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逆温逆温本讲稿第二十九页，共四十一页uu 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u 湍流逆温湍流逆温湍流逆温湍流逆温 下层湍流混合达下层湍流混合达 上层出现过渡层逆温上层出现过渡层逆温 逆温逆温本讲稿第三十页，共四十一页u 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，形成锋面逆温逆温本讲稿第三十一页，共四十一页l波浪型（不稳）波浪型（不稳）l锥型（中性锥型（中性oror弱稳）弱稳）l扇型（逆温

14、）扇型（逆温）l爬升型（下稳，上不稳）爬升型（下稳，上不稳）l漫烟型（上逆、下不稳）漫烟型（上逆、下不稳）5 5、烟流型与大气稳定度的关系、烟流型与大气稳定度的关系 本讲稿第三十二页，共四十一页 引起大气运动的作用力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：方向改变）地转偏向力（相对运动：方向改变）惯性离心力（大气曲线运动：很小）惯性离心力（大气曲线运动：很小）摩擦力（近地摩擦力（近地1 12km2km内明显）内明显）第三节第三节 大气的运动和风大气的运动和风本讲稿第

15、三十三页，共四十一页EkmanEkman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；南南半半球球则则相反）相反）高高度度增增高高，风风速速增增大大，方方向向逐逐渐渐接接近近地转风。地转风。大气边界层中风随高度变化大气边界层中风随高度变化 本讲稿第三十四页，共四十一页 近地层风速廓线模式近地层风速廓线模式 中性层结中性层结中性层结中性层结：对数律，粗糙度和摩擦速度对数律，粗糙度和摩擦速度平均风速随高度变化平均风速随高度变化平均风速随高度变化平均风速随高度变化本讲稿第三十五页，共四十一页非中性层结：非中性层结：指数律，稳定度参数指数律，稳定度参数平均风速随高度变化平均风速随高度变化平均风速随高度变化平均风速随高度变化 近地层风速廓线模式近地层风速廓线模式 本讲稿第三十六页，共四十一页l 海陆风海陆风 地方性风模式地方性风模式 本讲稿第三十七页，共四十一页l山谷风山谷风 本讲稿第三十八页，共四十一页l城市热岛环流城市热岛环流 本讲稿第三十九页，共四十一页城市热岛示意图城市热岛示意图城市热岛示意图城市热岛示意图本讲稿第四十页，共四十一页谢谢大家！谢谢大家！本讲稿第四十一页，共四十一页