第二章氣象條件對空氣污染的影響ppt課件

1、第二章氣候條件對空氣污染的影響第二章 氣候條件對空氣污染的影響2.1 大氣邊境層及其特征2.2 風和湍流2.3 氣溫與大氣穩(wěn)定度2.4 輻射與云2.5 天氣情勢2.6 下墊面條件2.1 大氣邊境層及其特征2.1.1 大氣邊境層的根本概念大氣邊境層Atmospheric boundary layer, ABL/Planetary boundary layer, PBL：對流層最底層，從地面至高度約為11.5km之間直接受地面影響的大氣層，它呼應地面作用的時間尺度為1小時或更短。2.1.2 邊境層氣體的運動方式平均風速：呵斥快速程度保送和平流的直接緣由。動搖：夜間長能觀測到，主要保送動量和能量，保

2、送少量的熱量、濕度、污染物等標量。湍流：出現(xiàn)的頻次非常高是邊境層最顯著的特征。2.1.3 湍流保送1湍流的定義 自然界中的流體運動存在著兩種完全不同的運動形狀。 層 流(laminar flow):平順、光滑、明晰，沒有摻混景象。 湍 流turbulence：雜亂無章、看上去毫無規(guī)那么。1湍流的定義湍流turbulence：疊加在平均風速上的陣風，是由不規(guī)那么的湍渦eddy組成。不同湍渦的相對強度構(gòu)成湍流譜2湍流產(chǎn)生的緣由：熱力要素地面受太陽加熱使外表空氣變暖，成熱泡上升，熱泡就是大湍渦。機械要素地面對氣流的摩擦曳力，使氣流演化成湍流。程度和垂直風切變 。3湍流產(chǎn)生的能量來源及傳送湍流的能量傳

3、送湍流級串Big whorls have little whorls,Which feed on their velocity;And little whorls have lesser whorls,And so on to viscosity大渦用動能哺育小渦，小渦照此把兒女養(yǎng)活。能量沿代代旋渦傳送，但終于耗散在粘滯里。L. F. 理查遜1922：大渦旋套小渦旋，速度有增；小渦旋套微渦旋，粘滯乃生。污染物在大氣中的分散取決于湍流的開展4湍流特征不規(guī)那么性和隨機性 分散性大雷諾數(shù)性質(zhì) 渦旋運動耗散性混沌特性 延續(xù)性流動屬性 記憶特性間歇性 猝發(fā)與擬序構(gòu)造5湍流的數(shù)學描畫12001300140

4、0510地方時風速(m/s)平均風速：6m/s，風速動搖在1m/s午后實測風速軌跡平均風速：5.5m/s，風速動搖在0.5m/s平均風速：5m/s，風速動搖在0.5m/s平均值方差、規(guī)范差風速CO2H2OT湍流變量的脈動部分：湍流方差：湍流量 ： 視為方差 方差規(guī)范差方差的平方根 規(guī)范差與方差相比，優(yōu)點在于具有原變量一樣的量綱。 湍流統(tǒng)計實際中常用規(guī)范差表示為湍流強度的變量。協(xié)方差協(xié)方差表示A、B兩個變量之間共同關系的程度。雷諾平均5湍流的數(shù)學描畫湍流的強弱脈動量的均方根湍流強度湍流耗散率5湍流的數(shù)學描畫熱力要素動力要素理查遜數(shù)Ri空氣動力學粗糙度z0切應力垂直顯熱通量H莫寧-奧布霍夫長度L產(chǎn)

5、生湍流的要素2.1.4 大氣邊境層構(gòu)造大氣邊境層又可分為近地邊境層surface boundary layer和?？寺鼘覧kman boundary layer摩擦層.近地邊境層又可分為近地面層surface layer和貼地層。云層直接受下墊面影響驅(qū)動力：氣壓梯度力pressure gradient force；湍流摩擦力turbulent friction stress 。大氣運動：湍流運動，風向隨高度幾乎不變。風、溫度等氣候要素隨高度迅速變化。驅(qū)動力：湍流粘性力turbulent viscosity force；氣壓梯度力；科里奧利力(coriolis force，簡稱科氏力。大氣運動：

6、風速隨高度明顯變化z0.1 ZiZi2.1.4 大氣邊境層構(gòu)造大氣邊境層的另一個重要特征就是由于熱力作用而導致的劇烈的日變化。在陸地高壓區(qū)，邊境層具有輪廓清楚、周日循環(huán)開展的構(gòu)造。這種構(gòu)造的三個主要部分是大渦對流混合層、含有原先混合層空氣的殘留層、具有間隙性湍流的穩(wěn)定邊境層。 對流邊境層構(gòu)造及其流場圖象。引自Wyngaard, 1990) 穩(wěn)定邊境層構(gòu)造及其流場圖象。引自Wyngaard, 1990)蓋帽逆溫上部穩(wěn)定層結(jié)中的動搖及下部大對流湍渦湍流層較淺層內(nèi)存在顯著平均梯度,風速極值分布湍渦尺度小,伴隨疊加重力波2.2 風和湍流2.2.1 風風：空氣相對于地面的程度運動，有方向和大小。污染系數(shù)

7、：2.2.2 湍流大氣中的污染物在湍流渦旋的作用下分布開來。湍流運動的不規(guī)那么性與隨機性對污染物有保送和分散稀釋的作用。湍流機械湍流熱力湍流2.2.2 湍流無湍流有湍流分子分散作用湍流分散分子分散作用2.2.2 湍流abc湍渦小于煙團湍渦大大超越煙團湍渦尺度與煙團相當2.3 氣溫與大氣穩(wěn)定度氣溫的垂直分布可以表征大氣層結(jié)的穩(wěn)定度(Atmospheric stability)。在大氣邊境層中重要的溫度概念：虛溫Tv, Virtual temperature：當氣壓不變時，與濕空氣具有一樣密度的干空氣所對應的溫度。位溫 , Potential temperature：氣體從原有的壓強與溫度出發(fā)，以

8、干絕熱的方式膨脹或緊縮到規(guī)范壓強的溫度。T ：實測的溫度e、P ：當時的水汽壓、大氣壓P0 ：基準大氣壓如100 kPa或地面氣壓2.3 氣溫與大氣穩(wěn)定度虛位溫 v, Virtual potential temperature：飽和空氣：未飽和空氣：r ：非飽和氣塊的水汽混合比r sat ：飽和氣塊的水汽混合比r L ：液態(tài)水混合比2.3 氣溫與大氣穩(wěn)定度大氣穩(wěn)定度的判別：氣溫垂直遞減率與干絕熱遞減率d的比較、位溫隨高度的變化/z 、理查遜數(shù)Ri 、湍流熱通量HT 、特征溫度T* 、莫寧-奧布霍夫長度L、=z/L。判別近地面層穩(wěn)定度的條件2.3 氣溫與大氣穩(wěn)定度不同虛位溫廓線下的非部分穩(wěn)定度特征Stull (1988,1999提出了穩(wěn)定度的非局地判別。FA:自在大氣層ML:混合層RL:殘留層SBL:穩(wěn)定邊境層SL:近地層SCL:云下層不同時辰，大氣邊境層平均虛位溫廓線2.3 氣溫與大氣穩(wěn)定度2.3 氣溫與大氣穩(wěn)定度2.4 輻射與云太陽輻射是地球大氣的主要能量來源，影響地面及大氣的熱情況，引起溫度分布變化，導致空氣污染物分散的不同。云的存在減小氣溫隨高度的變化。全球能量平衡表示圖2.5 天氣情勢不利于污染物分散有利于污染物分散反氣旋 Anti-cyclone氣旋 cyclone天氣系統(tǒng)影響著日或更長時間尺度污染物在底層大氣的分散2.5 天