大氣環(huán)境影響之一

1、大氣環(huán)境影響之一第1頁，共45頁，2022年，5月20日，14點55分，星期二第一節(jié)大氣層概述一、低層大氣組成干潔空氣、水汽和雜質(zhì)干潔空氣不含水蒸氣和雜質(zhì)-主要組分氮、氧、氬，次要組分二氧化碳、氖、氦、氪、臭氧等。不變組分大氣中的水蒸氣含量不穩(wěn)定，鉛直方向分布不均勻；水平方向隨著緯度的增加而減少；同一地區(qū)夏季多，冬季少；水循環(huán)的重要鏈條；導(dǎo)演了云、霧、雨、雪等天氣現(xiàn)象。大氣中的二氧化碳-溫室氣體，影響大氣溫度臭氧-阻擋紫外線第2頁，共45頁，2022年，5月20日，14點55分，星期二二、描述大氣的物理量氣象要素：氣溫、氣壓、氣濕、風(fēng)向、云況、云量、能見度、降水、蒸發(fā)量、日照時數(shù)、太陽輻射等主

2、要氣象要素：1氣溫離地1.5米處在百葉箱中觀測到的空氣溫度2氣壓大氣作用在某面積上的作用力與其面積的比值1atm=760mmHg=1013.25mb=101.325kpa 高壓，脊向外伸展部分；低壓，槽-高壓向外伸展部分。當(dāng)?shù)蛪嚎刂茣r，由于有氣流上升運動，云天較多，通常風(fēng)速較大，有利于污染物的擴散稀釋；當(dāng)高壓控制時，空氣大范圍下沉，從地面上幾百米至1km的高空形成下晨逆溫，阻止污染物向上擴散。 第3頁，共45頁，2022年，5月20日，14點55分，星期二NNNENEENEE3氣濕反應(yīng)空氣中水汽含量的多少,相對濕度應(yīng)用普遍4風(fēng)空氣質(zhì)點的水平運動16方位+1個靜風(fēng)0-12風(fēng)級風(fēng)速約等于第4頁，共

3、45頁，2022年，5月20日，14點55分，星期二云大氣中水凝結(jié)現(xiàn)象飄浮在空中的大小水滴或小冰晶或兩者的混合物構(gòu)成云量指云遮蔽天空的成數(shù)。將視野能見的天空作為十份，其中云遮蔽了幾分，云量就是幾。例如天空無云或不到1/20，云量為0；云布滿天空（陰天），云量為10?？傇屏浚核性普诒翁炜盏某蓴?shù)，不分云的高低和層次。 低云量：低云遮蔽天空的成數(shù)。云底高度通常在2500米以下 云量的記錄：我國一般以分?jǐn)?shù)形式記錄總云量和低云量，總云量作分子，低云量作分母，即總云量在斜線的上面，低云量在斜線的下面，任何情況下低云量不得大于總云量。記錄形式為：10/7，5/5，7/0。一個氣象臺站的云量資料可在20km

4、范圍內(nèi)使用。 第5頁，共45頁，2022年，5月20日，14點55分，星期二第6頁，共45頁，2022年，5月20日，14點55分，星期二能見度當(dāng)時的天氣條件下，正常人的眼睛所能見到的最大水平距離反映大氣的混濁程度三、大氣層的結(jié)構(gòu)（1）對流層12km高氣溫隨高度的增加而降低層內(nèi)有強烈的對流運動空氣密度最大氣象要素分布不均，冷熱氣團的過渡帶又分摩擦層和自由大氣層，1-2km為大氣邊界層（摩擦層），受地面影響大（2）平流層對流層頂?shù)诫x下墊面55km高度的這一層30-35km同溫層；往上氣溫隨高度增加，逆溫層-暖層之稱垂直混合微弱，氣流平穩(wěn)水汽塵埃很少，大氣透明度好。第7頁，共45頁，2022年，5

5、月20日，14點55分，星期二（3）中間層 55-85km氣溫隨高度增高降低空氣強烈對流，高空對流層（4）熱成層 85-800km氣溫隨高度增高迅速增高空氣處于電離狀態(tài)電離層，反射無線電波（5）逸散層氣溫極高，空氣稀薄，大氣粒子運動速度很快，擺脫地球引力2大氣壓力的垂直分布任意地點的氣壓值等于該地單位面積上的大氣柱重量。氣壓隨高度增高而降低大氣密度的垂直分布與大氣壓力變化規(guī)律相同第8頁，共45頁，2022年，5月20日，14點55分，星期二3大氣成分的垂直分布決定于兩種物理過程分子擴散濃度梯度為動力湍流擴散動力因子100km以下湍流擴散為主100km以上分子擴散為主湍流層頂湍流擴散為主到分子擴

6、散為主的轉(zhuǎn)換高度低層大氣成分均勻，高層不均勻第9頁，共45頁，2022年，5月20日，14點55分，星期二第二節(jié)大氣邊界層的溫度場一、氣溫的垂直分布溫度層結(jié)-氣溫沿高度的變化；氣溫垂直遞減率氣溫隨高度的變化快慢氣溫隨高度增高而降低，正值；氣溫隨高度增高而升高，負(fù)值；四種情況：氣溫隨高度的增加而降低，即0,正常的氣溫分布；= d中性層結(jié)氣溫隨高度增加而增加， T)時，它比周圍空氣輕，氣塊則加速（a0)，氣層不穩(wěn)定；TiT時，它比周圍空氣重，氣塊減速（a0),氣層穩(wěn)定。因氣塊溫度難以測定，上式應(yīng)用不便。作如下變換。若氣塊與周圍的空氣的起始溫度相等，即Ti0=T0,當(dāng)氣塊絕熱垂直移動Z高度后，其溫度

7、Ti=Ti0-dZ；周圍同高度空氣溫度，T=T0- Z 代入上式可見（ - d)的符號決定了加速度a與位移Z的方向是否一致。亦即決定了大氣是否穩(wěn)定。 第14頁，共45頁，2022年，5月20日，14點55分，星期二 0,則a d若Z 0,則a0加速度與位移方向相同，層結(jié)不穩(wěn)定 d 層結(jié)為中性四、位溫為飽和的空氣塊絕熱移動到標(biāo)準(zhǔn)氣壓處所具有的溫度稱為這一未飽和空氣的位溫，記作。其定義為：10.81111111212121313131113120.713.212.030010020011.312.712.01.01.2高度米第15頁，共45頁，2022年，5月20日，14點55分，星期二五、氣溫層

8、結(jié)與煙流形狀波浪形：擴散良好，-d0錐形：比波浪型差，中性大氣層中平展型： -dH)，因而頂部絕熱增溫比底部多而形成逆溫。下沉逆溫，范圍廣、厚度大，持續(xù)時間長，在離地數(shù)百米至數(shù)千米的高空都有可能出現(xiàn)。HHhh第18頁，共45頁，2022年，5月20日，14點55分，星期二鋒面逆溫對流層中，冷暖空氣相遇，暖空氣密度小，爬到冷空氣的上面，兩者之間形成一個傾斜的過渡鋒面，在鋒面上，如果冷暖空氣的溫度差比較顯著，也可出現(xiàn)逆溫，稱為鋒面逆溫。暖氣團冷氣團ZZZTTx1x2距離km第19頁，共45頁，2022年，5月20日，14點55分，星期二第三節(jié)大氣邊界層的風(fēng)場大氣的水平運動是作用在大氣上的各種力的總

9、效應(yīng)四種作用力：水平氣壓梯度力-空氣水平運動的原動力；地轉(zhuǎn)偏向力（科里奧利力）-地球?qū)τ谙鄬τ诘厍蛴羞\動的大氣的旋轉(zhuǎn)效應(yīng)，北半球指向運動方向的右方，南半球指向左方，力的方向與大氣運動方向垂直；隨地理緯度增加而增大，兩極最大，赤道為零；慣性離心力-作曲線運動的大氣受力；摩擦力-內(nèi)摩擦力，外摩擦力-后三種力是由空氣運動產(chǎn)生第20頁，共45頁，2022年，5月20日，14點55分，星期二一、大氣邊界層的理想風(fēng)場什么是大氣邊界層？自由大氣中的空氣運動？在1-2km高度以上的自由大氣里，大氣的運動十分接近水平運動-自由大氣層近地面受到地面摩擦作用-大氣邊界層大氣邊界層中的風(fēng)受到四種力的作用，運動非常復(fù)雜

10、！兩種理想情況：1、平行等壓線的風(fēng)場風(fēng)與等壓線的交角摩擦力大交角大摩擦力小角較小海洋交角小，陸地交角大高空交角小，近地交角大DRGV高低PP-1第21頁，共45頁，2022年，5月20日，14點55分，星期二2、彎曲等壓線的風(fēng)場高氣壓中的空氣順時針旋轉(zhuǎn)低氣壓中空氣反時針旋轉(zhuǎn)低壓p DCV高壓pDCV風(fēng)向第22頁，共45頁，2022年，5月20日，14點55分，星期二第23頁，共45頁，2022年，5月20日，14點55分，星期二第24頁，共45頁，2022年，5月20日，14點55分，星期二二、大氣邊界層風(fēng)隨高度的變化風(fēng)向與等壓線的夾角隨高度的增加而減小愛克曼螺旋線隨高度的增加，摩擦力的影響逐

11、漸減少，所以風(fēng)速逐漸增大；同時地轉(zhuǎn)偏向力也隨高度的增加而逐漸明顯，風(fēng)向逐漸向右偏轉(zhuǎn)（北半球），到了邊界層頂，風(fēng)的大小、方向與地轉(zhuǎn)風(fēng)完全一致，這是摩擦力的影響消失。在北半球高空風(fēng)對地面風(fēng)按順時針方向偏轉(zhuǎn)20-30高空實際風(fēng)接近-地轉(zhuǎn)風(fēng)第25頁，共45頁，2022年，5月20日，14點55分，星期二三、近地層風(fēng)速廓線模式 表示風(fēng)速隨高度變化的曲線大氣擴散計算需要知道煙囪和有效煙囪高度處的風(fēng)速；氣象資料通常是在10m高度處觀測得到；地面推算任一高度處的風(fēng)速，將極為方便。1、對數(shù)律模式近地層（100m以下）中性層結(jié)下的風(fēng)速廓線模式U-欲求高度z處的平均風(fēng)速U*-摩擦速度Z0-地面粗造度第26頁，共45

12、頁，2022年，5月20日，14點55分，星期二冪函數(shù)風(fēng)速廓線模式近地層、中性層結(jié)、平坦下墊面的條件下推導(dǎo)出來導(dǎo)則推薦計算式冪指數(shù)一般是地面粗造度和氣溫層結(jié)的函數(shù)，在同一地區(qū)、相同穩(wěn)定度情況下，p值為一常數(shù)。在不同地區(qū)或不同穩(wěn)定度情況下，取不同的值。我國導(dǎo)則 大氣環(huán)境推薦值,表5-3所示四、風(fēng)的日變化和年變化風(fēng)的日變化最小風(fēng)速發(fā)生在夜間，日出后漸漸增大，到14：00達(dá)到最大，然后減小，午夜前后達(dá)到最小值觀測得到的風(fēng)速廓線風(fēng)向日變化近地層，夜間到白天，順時針旋轉(zhuǎn)低空：夜間到白天，反時針旋轉(zhuǎn)第27頁，共45頁，2022年，5月20日，14點55分，星期二產(chǎn)生風(fēng)的日變化的原因是太陽輻射的日變化。風(fēng)的

13、年變化冬季風(fēng)速大于夏季冬季氣壓梯度大五、地方性風(fēng)場1海陸風(fēng)海風(fēng)和陸風(fēng)的總稱海風(fēng)-從海洋吹向陸地；陸風(fēng)-與之相反2山谷風(fēng)山風(fēng)和谷風(fēng)的總稱日出后，太陽先照射到山坡，空氣被加熱，向上運動，谷底空氣，向上補充，產(chǎn)生谷風(fēng)。高空形成反谷風(fēng)-產(chǎn)生局地環(huán)流日落后-情形相反3坡風(fēng)發(fā)生在平原和山地交界地帶。第28頁，共45頁，2022年，5月20日，14點55分，星期二思考題:1、什么是大氣邊界層?2、氣溫層結(jié)的四種典型情況?3、大氣的靜力穩(wěn)定度如何判別?4、如何根據(jù)煙流形狀粗略估計大氣穩(wěn)定度?5、逆溫種類，逆溫產(chǎn)生的原因是什么?6、環(huán)評導(dǎo)則推薦的風(fēng)速廓線模式是哪一種？7、海陸風(fēng)、山谷風(fēng)是怎樣產(chǎn)生的？第29頁，共

14、45頁，2022年，5月20日，14點55分，星期二從地球表面向上，大約到90千米高度，大氣的主要成分氧和氮的組成比例幾乎沒有什么變化，具有這樣特性的大氣層，我們稱它為均質(zhì)大氣層（簡稱為均質(zhì)層），在均質(zhì)層以上和外層空間的大氣層（如熱層），其氣體的組成隨高度的升高有很大變化，這個圈層我們稱它為非均質(zhì)層 在均質(zhì)層中，根據(jù)氣體的溫度沿地球表面垂直方向的變化，分為對流層、平流層和中間層 第30頁，共45頁，2022年，5月20日，14點55分，星期二海風(fēng)陸風(fēng)陸地海海風(fēng)入侵時污染物輸送狀況示意圖第31頁，共45頁，2022年，5月20日，14點55分，星期二第32頁，共45頁，2022年，5月20日，14點55分，星期二第33頁，共45頁，2022年，5月20日，14點55分，星期二第34頁，共45頁，2022年，5月20日，14點55分，星期二第35頁，共45頁，2022年，5月20日，14點55分，星期二第36頁，共45頁，2022年，5月20日，14點55分，星期二第37頁，共45頁，2022年，5月20日，14點55分，星期二第38頁，共45頁，2022年，5月20日，14點