大氣污染控制工程課件及習題答案第三章

1、第三章 大氣污染氣象學大氣圈結構及氣象要素 大氣熱力過程 大氣的運動和風理解氣象學基礎知識建議學時數(shù)：2學時.第三章 大氣污染氣象學大氣圈結構及氣象要素 建議學時數(shù)：2學大氣擴散源受體大氣擴散酸雨越境轉移（日本、南朝鮮） 大氣科學 大氣物理、化學大氣氣象學 污染氣象學 氣象條件對污物的稀釋、擴散作用污染物對氣象的影響.大氣擴散源受體大氣擴散酸雨越境轉移（日本、南朝鮮） 第一節(jié) 大氣圈結構及氣象要素大氣圈垂直結構.第一節(jié) 大氣圈結構及氣象要素大氣圈垂直結構.大氣圈垂直結構Ozone layer.大氣圈垂直結構Ozone layer.大氣圈垂直結構對流層（10km左右）集中了大氣質量的3/4和全部

2、的水蒸氣，主要天氣現(xiàn)象都發(fā)生在這一層溫度隨高度的增加而降低，每升高100m平均降溫0.650C強烈對流作用溫度和濕度的水平分布不均大氣邊界層對流層下層12km，地面阻滯和摩擦 作用明顯自由大氣大氣邊界層以上，地面摩擦可以忽略 近地層地面上50100m，熱量和動量的常通量層.大氣圈垂直結構對流層（10km左右）大氣邊界層對流層下層大氣圈垂直結構平流層（對流層頂50-55km）同溫層對流層頂35-40km，氣溫-550C左右同溫層以上，氣溫隨高度增加而增加集中了大部分臭氧沒有對流運動，污染物停留時間很長中間層（平流層頂85km）氣溫隨高度升高而迅速降低對流運動強烈.大氣圈垂直結構平流層（對流層頂5

3、0-55km）.大氣圈垂直結構暖層（中間層頂800km）氣溫隨高度升高而增高氣體分子高度電離電離層散逸層（暖層以上）氣溫很高，空氣稀薄空氣粒子可以擺脫地球引力而散逸大氣壓力總是隨高度的升高而降低均質大氣層8085km以下，成分基本不變.大氣圈垂直結構暖層（中間層頂800km）.大氣氣壓場分布.大氣氣壓場分布.大氣水汽分布.大氣水汽分布.主要氣象要素1氣溫 天氣預報中：1.5m高、百葉箱內氣溫。 .主要氣象要素1氣溫 .主要氣象要素2氣壓單位：mb（毫巴） 大氣的壓強1atm101326Pa1013.26mb=760mmHg靜力學方程:.主要氣象要素2氣壓.主要氣象要素3氣濕絕對濕度1m3濕空氣

4、中含有的水汽質量相對濕度空氣的絕對濕度與同溫度下飽和濕度的百分比含濕量濕空氣中1kg干空氣包含的水汽質量水汽體積分數(shù)水汽在濕空氣中所占的體積分數(shù)露點同氣壓下空氣達到飽和狀態(tài)時的溫度.主要氣象要素3氣濕.主要氣象要素3氣濕 .主要氣象要素3氣濕.主要氣象要素4風向和風速 水平方向的空氣運動叫做風（垂直方向升降氣流） 風的來向叫風向（16個方位圓周等分） 風速：單位時間內空氣在水平方向上運動距離（2或10min平均） (km/h) F風力級（012級） .主要氣象要素4風向和風速.主要氣象要素4風向和風速 風玫瑰圖 .主要氣象要素4風向和風速.主要氣象要素5云 大氣中水汽的凝結現(xiàn)象叫做云（使氣溫隨

5、高度變化?。?云量:天空被云遮蔽的成數(shù)（我國10分，國外8分） 云高:云底距地面底高度 低云（2000m以下） 中云（2000-6000m） 高云（6000m以上） 云狀:卷云（線）,積云（塊）,層云（面),雨層云(無定形） .主要氣象要素5云.云 高云（6000m以上）中云（2000-6000m）低云（2000米以下）.云高云（6000m以上）中云（2000-6000m）低云（2主要氣象要素6能見度 正常視力的人，在天空背景下能看清的水平距離 級別（09級，相應距離為5050000米） .主要氣象要素6能見度.第二節(jié) 大氣的熱力過程太陽、大氣和地面的熱交換太陽以紫外線、可見光、紅外線的形式輻

6、射熱量太陽輻射加熱地球表面地面長波輻射加熱大氣近地層大氣溫度隨地表溫度變化.第二節(jié) 大氣的熱力過程太陽、大氣和地面的熱交換.氣溫的垂直變化氣溫直減率 （大氣）干空氣絕熱繪制溫度遞減率 干絕熱直減率 （空氣團）一般滿足，大氣絕熱過程，系統(tǒng)與周圍環(huán)境無熱交換 空氣塊膨脹（做功）耗內 能 T定性空氣塊壓縮（外氣對它做功）T內能（由壓力變化引起）.氣溫的垂直變化氣溫直減率空氣塊膨脹（做功）耗內 能 T定性空氣溫直減率定量： 熱力學第一定律 （第一定律狀態(tài)方程） 其中 .氣溫直減率定量：.氣溫直減率氣塊： 環(huán)境： （大氣） （氣塊） （高度）對氣團： 流體準靜力學條件： ，由 代入上式可得：.氣溫直減率

7、氣塊： 環(huán)境： （大氣） （氣塊） （高度）對氣氣溫直減率代入上式得：泊松方程（空氣 ）由定義： （ ）位溫:各高度均把壓力換算為1000mb時的溫度（絕熱）實際中，Ti T相差 0 ， 正常分布層結 ， 中性層結（絕熱直減率） 0 ， 等溫層結 0, a0 不穩(wěn)定 0, a0 穩(wěn)定 中性層 0，a=0 中性 穩(wěn)定層 0 ， a0 逆溫，非常穩(wěn)定.大氣穩(wěn)定度及其判據(jù) 則有逆溫逆溫不利于擴散輻射： 1. 輻射逆溫： 地面白天加熱，大氣自下而上變暖； 地面夜間變冷，大氣自下而上冷卻 太陽 地球 ：短波 地球 大氣層：長波 大氣吸收長波強.逆溫逆溫不利于擴散1. 輻射逆溫： 地面白天加熱，大氣自下逆

8、溫輻射逆溫的生消過程.逆溫輻射逆溫的生消過程.逆溫2.下沉逆溫 （多在高空大氣中，高壓控制壓內） 很厚的氣層下沉 壓縮變扁 頂部增溫比底部多.逆溫2.下沉逆溫 （多在高空大氣中，高壓控制壓內） 很厚的氣逆溫3.平流逆溫 暖空氣平流到冷地面上而下部降溫而形成4.湍流逆溫 下層湍流混合達 上層出現(xiàn)過度逆溫 .逆溫3.平流逆溫4.湍流逆溫 .逆溫5.鋒面逆溫 冷、暖氣團相遇冷暖間逆溫 暖氣上爬，形成鋒面.逆溫5.鋒面逆溫 冷、暖氣團相遇冷暖間逆溫 暖氣上爬，形成鋒煙流型與大氣穩(wěn)定度的關系 波浪型（不穩(wěn)）錐型（中性or弱穩(wěn)）扇型（逆溫）爬升型（下穩(wěn)，上不穩(wěn)）漫煙型（上逆、下不穩(wěn)） .煙流型與大氣穩(wěn)定度的關系 波浪型（不穩(wěn)）.第三節(jié) 大氣的運動和風引起大氣運動的作用力 直接作用力重力水平氣壓梯度力（垂直上與重力基本平衡）間接作用力 地轉偏向力（相對運動：方向改變）慣性偏向力（大氣曲線運動：很小）摩擦力（近地12km內明顯） .第三節(jié) 大氣的運動和風引起大氣運動的作用力直接作用力重力水平大氣邊界層中風隨高度變化 Ekman螺旋線（北半球下視，地偏力指向運動右方，故順時針；南半球則相反） 高度增高，風速增大，方向逐漸接近地轉風。 .大氣邊界層中風隨高度變化 Ekman螺旋線（北半球下視，地偏近地層風速廓線模式 平均風速隨高度變化中性層結：對數(shù)律，粗糙度和摩擦速度.近地層風速廓線模式 平均風