大氣污染氣象學(xué)整理課件

第三章大氣污染氣象學(xué)教學(xué)內(nèi)容:大氣圈結(jié)構(gòu)及氣象要素大氣的熱力過程大氣的運(yùn)動(dòng)和風(fēng)重點(diǎn):大氣圈結(jié)構(gòu)、主要?dú)庀笠亍⒋髿夥€(wěn)定度和逆溫的概念、大氣運(yùn)動(dòng)和風(fēng)。教學(xué)目標(biāo)：重點(diǎn)掌握大氣垂直方向的五個(gè)分層,溫度分布特點(diǎn)及原因。理解大氣高度的劃分，理解風(fēng)速擴(kuò)線模式。第三章大氣污染氣象學(xué)教學(xué)內(nèi)容:1大氣擴(kuò)散源受體大氣擴(kuò)散酸雨越境轉(zhuǎn)移（日本、南朝鮮……）大氣科學(xué)大氣物理、化學(xué)……大氣氣象學(xué)……污染氣象學(xué)……氣象條件對(duì)污物的稀釋、擴(kuò)散作用污染物對(duì)氣象的影響

大氣擴(kuò)散源受體大氣擴(kuò)散酸雨越境轉(zhuǎn)移（日本、南朝鮮……）2第一節(jié)大氣圈結(jié)構(gòu)及氣象要素大氣層又叫大氣圈，地球就被這一層很厚的大氣層包圍著。大氣層的成分主要環(huán)境空氣的成分。大氣層的空氣密度隨高度而減小，越高空氣越稀薄。大氣層的厚度大約在1200-1400千米以上，但沒有明顯的界限。整個(gè)大氣層隨高度不同表現(xiàn)出不同的特點(diǎn)，分為對(duì)流層、平流層、中間層、暖層和散溢層，再上面就是星際空間了。

第一節(jié)大氣圈結(jié)構(gòu)及氣象要素大氣層又叫大氣圈，地球就被這一3大氣圈垂直結(jié)構(gòu)對(duì)流層（～10km左右）集中了大氣質(zhì)量的3/4和全部的水蒸氣，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(qiáng)烈對(duì)流作用溫度和濕度的水平分布不均大氣邊界層——對(duì)流層下層1～2km，地面阻滯和摩擦作用明顯自由大氣——大氣邊界層以上的氣流，地面摩擦可以忽略在這一層中，大氣上下有規(guī)則的對(duì)流和無規(guī)則的湍流運(yùn)動(dòng)都比較盛行，加上水汽充足，直接影響著大氣污染物的傳輸、擴(kuò)散和轉(zhuǎn)化。

近地層——地面上50～100m，熱量和動(dòng)量的常通量層大氣圈垂直結(jié)構(gòu)對(duì)流層（～10km左右）大氣邊界層——對(duì)流層下4大氣圈垂直結(jié)構(gòu)平流層（對(duì)流層頂～50~55km）同溫層——對(duì)流層頂35~40km，氣溫-550C左右逆溫層——同溫層以上，氣溫隨高度增加而增加臭氧層——20~25km臭氧層濃度達(dá)到最大值臭氧層能強(qiáng)烈吸收波長(zhǎng)200~300nm的太陽紫外線。平流層集中了大部分臭氧沒有對(duì)流運(yùn)動(dòng)，污染物停留時(shí)間很長(zhǎng)，尤其是氟氯烴等大氣污染物，與臭氧層發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)。中間層（平流層頂～85km）氣溫隨高度升高而迅速降低對(duì)流運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，垂直混合明顯大氣圈垂直結(jié)構(gòu)平流層（對(duì)流層頂～50~55km）5大氣圈垂直結(jié)構(gòu)暖層（中間層頂～800km）在強(qiáng)烈的紫外光和宇宙射線作用下，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，空氣稀薄空氣粒子的運(yùn)動(dòng)速度很高，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(zhì)大氣層——80～85km以下，以湍流擴(kuò)散為主，成分基本不變大氣圈垂直結(jié)構(gòu)暖層（中間層頂～800km）6主要?dú)庀笠乇硎敬髿鉅顟B(tài)的物理量和物理現(xiàn)象稱為氣象要素。氣象要素：氣溫、氣壓、氣濕、風(fēng)向、風(fēng)速和能見度等。1．氣溫天氣預(yù)報(bào)中：距地面1.5m高、百葉箱內(nèi)氣溫。1714華倫海脫準(zhǔn)大氣壓下冰的熔點(diǎn)，定為32度，水的沸點(diǎn)定為212度，中間等分為180份，每一份就是1華氏度。1742年，瑞典科學(xué)假攝爾修斯和他的助手斯托瑪用同樣的溫度計(jì)，選取標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下冰的熔點(diǎn)定為0度，水的沸點(diǎn)定為100度

中間等分100份。1854年，英國(guó)物理學(xué)家開爾文選定“水的三相點(diǎn)”，即水、冰、水蒸氣三相共存的溫度，把絕對(duì)零度到水的三相點(diǎn)溫度等分為273.16份，每一份就是1開氏度，這就是開氏溫標(biāo)，用K表示。開氏溫標(biāo)的分度間隔和攝氏溫標(biāo)的間隔是一致的。主要?dú)庀笠乇硎敬髿鉅顟B(tài)的物理量和物理現(xiàn)象稱為氣象要素。7主要?dú)庀笠?．氣壓（大氣的壓強(qiáng)）氣壓的大小與海拔高度、大氣溫度

、大氣密度等有關(guān)，一般隨高度升高按指數(shù)律遞減。氣壓有日變化和年變化。一年之中，冬季比夏季氣壓高。一天中，氣壓有一個(gè)最高值、一個(gè)最低值，分別出現(xiàn)在9～10時(shí)和15～16時(shí)，還有一個(gè)次高值和一個(gè)次低值，分別出現(xiàn)在21～22時(shí)和3～4時(shí)。氣壓日變化幅度較小，一般為0.1～0.4千帕，并隨緯度增高而減小。氣壓變化與風(fēng)、天氣的好壞等關(guān)系密切，因而是重要?dú)庀笠蜃?。通常所用的氣壓?jiǎn)挝挥信?Pa)、毫米水銀柱高(mm·Hg)、毫巴(mb)。它們之間的換算關(guān)系為：100帕＝1毫巴≈3／4毫米水銀柱高。氣象觀測(cè)中常用的測(cè)量氣壓的儀器有水銀氣壓表、空盒氣壓表、氣壓計(jì)。101.325千帕的氣壓，稱為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，它相當(dāng)于在重力加速度為9.80665米／秒2，溫度為0℃時(shí)760毫米垂直水銀柱高的壓力。

氣體靜力學(xué)方程：主要?dú)庀笠?．氣壓（大氣的壓強(qiáng)）8主要?dú)庀笠?．氣濕（空氣的濕度，空氣的干燥程度）絕對(duì)濕度——1m3濕空氣中含有的水汽質(zhì)量相對(duì)濕度——空氣的絕對(duì)濕度與同溫度下飽和空氣的絕對(duì)濕度的百分比，空氣的干濕程度和相對(duì)濕度有關(guān)，而和絕對(duì)濕度卻無直接關(guān)系。例如，空氣中所含有的水汽的壓強(qiáng)同樣等于1606.24Pa（12.79毫米汞柱）時(shí)，在炎熱的夏天中午，氣溫約35℃，人們并不感到潮濕，因此時(shí)離水汽飽和氣壓還很遠(yuǎn)，物體中的水分還能夠繼續(xù)蒸發(fā)。而在較冷的秋天，大約15℃左右，人們卻會(huì)感到潮濕，因這時(shí)的水汽壓已經(jīng)達(dá)到過飽和，水分不但不能蒸發(fā)，而且還要凝結(jié)成水。含濕量——濕空氣中1kg干空氣包含的水汽質(zhì)量水汽體積分?jǐn)?shù)——水汽在濕空氣中所占的體積分?jǐn)?shù)露點(diǎn)——同氣壓下空氣達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)的溫度主要?dú)庀笠?．氣濕（空氣的濕度，空氣的干燥程度）9主要?dú)庀笠?．氣濕

主要?dú)庀笠?．氣濕10自由大氣——大氣邊界層以上的氣流，地面摩擦可以忽略3．氣濕（空氣的濕度，空氣的干燥程度）同溫層——對(duì)流層頂35~40km，氣溫-550C左右氣三相共存的溫度，把絕對(duì)零度到水的三相點(diǎn)溫度等分為273.地轉(zhuǎn)偏向力（相對(duì)運(yùn)動(dòng)：方向改變）地轉(zhuǎn)偏向力（相對(duì)運(yùn)動(dòng)：方向改變）地轉(zhuǎn)偏向力（相對(duì)運(yùn)動(dòng)：方向改變）選取標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下冰的熔點(diǎn)定為0度，水的沸點(diǎn)定為100度中間等分表示大氣狀態(tài)的物理量和物理現(xiàn)象稱為氣象要素。氣象觀測(cè)中常用的測(cè)量氣壓的儀器有水銀氣壓表、空盒氣壓表、氣壓計(jì)。所以地面是近地面大氣主要的直接熱源。中云（2500～5000m）；第三節(jié)大氣的運(yùn)動(dòng)和風(fēng)氣三相共存的溫度，把絕對(duì)零度到水的三相點(diǎn)溫度等分為273.二、低云量的觀測(cè)

觀測(cè)低云量的方法與總云量同。天空完全為云所遮蔽，記10；一、引起大氣運(yùn)動(dòng)的作用力重點(diǎn):溫度隨高度的增加而降低，每升高100m平均降溫0.實(shí)際中，Ti、T相差<10K，則1、大氣的絕熱過程與泊松方程逆溫層——同溫層以上，氣溫隨高度增加而增加地面輻射同時(shí)又以長(zhǎng)波輻射的形式把熱量傳遞給大氣；

4．風(fēng)向和風(fēng)速氣象上把風(fēng)吹來的方向確定為風(fēng)的方向。南風(fēng)、偏北風(fēng)、風(fēng)向不定。風(fēng)向的測(cè)量單位，我們用方位來表示。如陸地上，一般用16個(gè)方位表示，海上多用36個(gè)方位表示；在高空則用角度表示。用角度表示風(fēng)向，是把圓周分成360度，北風(fēng)(N)是0度(即360度)，東風(fēng)(E)是90度，南風(fēng)(S)是180度，西風(fēng)(W)是270度，其余的風(fēng)向都可以由此計(jì)算出來。風(fēng)速是指單位時(shí)間內(nèi)空氣在水平方向上運(yùn)動(dòng)的距離

，m/s或km/h。13個(gè)等級(jí)。

自由大氣——大氣邊界層以上的氣流，地面摩擦可以忽略

4．風(fēng)向11主要?dú)庀笠?．云大氣中水汽的凝結(jié)現(xiàn)象叫做云（使氣溫隨高度變化?。?/p>

云量:天空被云遮蔽的成數(shù)（我國(guó)10分，國(guó)外8分）估計(jì)云量的地點(diǎn)必須能見全部天空。

云量觀測(cè)包括總云量和低云量?？傇屏渴侵赣^測(cè)時(shí)天空被所有的云遮蔽的總成數(shù)，低云量是指天空被低云所遮蔽的成數(shù)，均記整數(shù)。

一、總云量的觀測(cè)

全天無云，總云量記0；天空完全為云所遮蔽，記10；天空完全為云所遮蔽，但只要從云隙中可見青天，則記10-；云占全天十分之一，總云量記1；云占全天十分之二，總云量記2，其余依次類推。

二、低云量的觀測(cè)

觀測(cè)低云量的方法與總云量同。云高:云底距地面的高度低云（2500m以下）；中云（2500～5000m）；高云（5000m以上）。

云狀:卷云（線）,積云（塊）,層云（面),雨層云(無定形）

主要?dú)庀笠?．云12大氣污染氣象學(xué)整理課件13主要?dú)庀笠?．能見度正常視力的人，在天空背景下能看清的目標(biāo)物的最大水平距離。

級(jí)別（0~9級(jí)，相應(yīng)距離為50～50000米）

主要?dú)庀笠?．能見度14第二節(jié)大氣的熱力過程一、太陽、大氣和地面的熱交換太陽以紫外線、可見光、紅外線的形式輻射熱量太陽輻射加熱地球表面地面長(zhǎng)波輻射加熱大氣(76%-95%)太陽短波輻射加熱地球表面，然后是地面長(zhǎng)波輻射加熱大氣，所以近地層大氣溫度隨地表溫度變化太陽輻射能是地球大氣最重要的能量來源；太陽輻射穿過大氣層到達(dá)地面；太陽輻射能被地面吸收而使地面增溫；地面輻射同時(shí)又以長(zhǎng)波輻射的形式把熱量傳遞給大氣；所以地面是近地面大氣主要的直接熱源。第二節(jié)大氣的熱力過程一、太陽、大氣和地面的熱交換15二、氣溫的垂直變化1、大氣的絕熱過程與泊松方程氣溫直減率（大氣）干空氣絕熱繪制溫度遞減率——干絕熱直減率

（空氣團(tuán)）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(nèi)能T定性空氣塊壓縮（外氣對(duì)它做功）T內(nèi)能（由壓力變化引起）二、氣溫的垂直變化1、大氣的絕熱過程與泊松方程空氣塊膨脹（做16氣溫直減率定量：熱力學(xué)第一定律

其中

氣溫直減率定量：17氣溫直減率氣溫直減率18氣溫直減率代入上式得：實(shí)際中，Ti、T相差<10K，則氣溫直減率代入上式得：實(shí)際中，Ti、T相差<10K，則19氣溫的垂直分布（溫度層結(jié)）

氣溫的垂直分布－溫度層結(jié)

氣溫的垂直分布（溫度層結(jié)）

氣溫的垂直分布－溫度層結(jié)20三、大氣穩(wěn)定度及其判據(jù)定義：大氣在垂直方向上穩(wěn)定的程度；反映其是否容易對(duì)流

定性描述：

外力使氣塊上升或下降氣塊去掉外力氣塊減速，有返回趨勢(shì)，穩(wěn)定氣塊加速上升或下降，不穩(wěn)定氣塊停在外力去掉處，中性不穩(wěn)定條件下有利于擴(kuò)散三、大氣穩(wěn)定度及其判據(jù)定義：大氣在垂直方向上穩(wěn)定的程度；反映21三、大氣穩(wěn)定度及其判據(jù)定量判斷：

三、大氣穩(wěn)定度及其判據(jù)定量判斷：22

則有判據(jù)：

大氣穩(wěn)定度及其判據(jù)大氣穩(wěn)定度及其判據(jù)23四、逆溫逆溫不利于擴(kuò)散，容易造成大氣污染輻射：輻射逆溫、下沉逆溫、平流逆溫、鋒面逆溫及湍流逆溫

輻射逆溫：由于地面強(qiáng)烈輻射冷卻而形成的逆溫，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。

四、逆溫逆溫不利于擴(kuò)散，容易造成大氣污染輻射逆溫：由于地面強(qiáng)24四、逆溫下沉逆溫：由于下沉所受到的壓縮增溫而形成的逆溫。（多在高空大氣中，高壓控制區(qū)內(nèi)）很厚的氣層下沉壓縮變扁頂部增溫比底部多。

四、逆溫下沉逆溫：由于下沉所受到的壓縮增溫而形成的逆溫。（多25四、逆溫平流逆溫：暖空氣平流到冷地面上而形成的逆溫為平流逆溫，由于低層空氣受地面影響大，降溫多，上層空氣降溫少而形成。湍流逆溫：鋒面逆溫：冷暖空氣相遇，暖空氣上爬，形成的逆溫區(qū)。

四、逆溫平流逆溫：暖空氣平流到冷地面上而形成的逆溫為平流逆溫26煙流型與大氣穩(wěn)定度的關(guān)系

波浪型（不穩(wěn)）γ〉γd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(guān)系波浪型（不穩(wěn)）γ〉γd27第三章大氣污染氣象學(xué)例如，空氣中所含有的水汽的壓強(qiáng)同樣等于1606.自由大氣——大氣邊界層以上的氣流，地面摩擦可以忽略平流逆溫：暖空氣平流到冷地面上而形成的逆溫為平流逆溫，由于低層空氣受地面影響大，降溫多，上層空氣降溫少而形成。中云（2500～5000m）；氣三相共存的溫度，把絕對(duì)零度到水的三相點(diǎn)溫度等分為273.氣三相共存的溫度，把絕對(duì)零度到水的三相點(diǎn)溫度等分為273.含濕量——濕空氣中1kg干空氣包含的水汽質(zhì)量大氣層的成分主要環(huán)境空氣的成分。云占全天十分之二，總云量記2，其余依次類推。在強(qiáng)烈的紫外光和宇宙射線作用下，氣溫隨高度升高而增高均質(zhì)大氣層——80～85km以下，以湍流擴(kuò)散為主，成分基本不變二、低云量的觀測(cè)

觀測(cè)低云量的方法與總云量同。氣象觀測(cè)中常用的測(cè)量氣壓的儀器有水銀氣壓表、空盒氣壓表、氣壓計(jì)。氣溫的垂直分布－溫度層結(jié)80665米／秒2，溫度為0℃時(shí)760毫米垂直水銀柱高的壓力。氣象觀測(cè)中常用的測(cè)量氣壓的儀器有水銀氣壓表、空盒氣壓表、氣壓計(jì)。2、指數(shù)律風(fēng)速廓線模式云占全天十分之二，總云量記2，其余依次類推。輻射逆溫：由于地面強(qiáng)烈輻射冷卻而形成的逆溫，地面白天加熱，大氣自下而上變暖；1、大氣的絕熱過程與泊松方程第三節(jié)大氣的運(yùn)動(dòng)和風(fēng)一、引起大氣運(yùn)動(dòng)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(zhuǎn)偏向力（相對(duì)運(yùn)動(dòng)：方向改變）慣性離心力（大氣曲線運(yùn)動(dòng)：很小）摩擦力（近地1～2km內(nèi)明顯）

第三章大氣污染氣象學(xué)第三節(jié)大氣的運(yùn)動(dòng)和風(fēng)一、引起大氣運(yùn)動(dòng)28太陽輻射能被地面吸收而使地面增溫；而在較冷的秋天，大約15℃左右，人們卻會(huì)感到潮濕，因這時(shí)的水汽壓已經(jīng)達(dá)到過飽和，水分不但不能蒸發(fā)，而且還要凝結(jié)成水。79毫米汞柱）時(shí)，在炎熱的夏天中午，氣溫約35℃，人們并不感到潮濕，因此時(shí)離水汽飽和氣壓還很遠(yuǎn)，物體中的水分還能夠繼續(xù)蒸發(fā)。中間層（平流層頂～85km）第二節(jié)大氣的熱力過程氣象要素：氣溫、氣壓、氣濕、風(fēng)向、風(fēng)速和能見度等。干空氣絕熱繪制溫度遞減率——干絕熱直減率325千帕的氣壓，稱為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，它相當(dāng)于在重力加速度為9.1、大氣的絕熱過程與泊松方程選取標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下冰的熔點(diǎn)定為0度，水的沸點(diǎn)定為100度中間等分自由大氣——大氣邊界層以上的氣流，地面摩擦可以忽略2．氣壓（大氣的壓強(qiáng)）太陽以紫外線、可見光、紅外線的形式輻射熱量大氣層的空氣密度隨高度而減小，越高空氣越稀薄。二、低云量的觀測(cè)

觀測(cè)低云量的方法與總云量同。中間層（平流層頂～85km）第三章大氣污染氣象學(xué)風(fēng)向的測(cè)量單位，我們用方位來表示。氣三相共存的溫度，把絕對(duì)零度到水的三相點(diǎn)溫度等分為273.第三章大氣污染氣象學(xué)地面夜間變冷，大氣自下而上冷卻。風(fēng)速是指單位時(shí)間內(nèi)空氣在水平方向上運(yùn)動(dòng)的距離

，m/s或km/h。二、近地層中風(fēng)速擴(kuò)線模式1、對(duì)數(shù)律風(fēng)速廓線模式2、指數(shù)律風(fēng)速廓線模式

太陽輻射能被地面吸收而使地面增溫；二、近地層中風(fēng)速擴(kuò)線模式29三、大氣穩(wěn)定度及其判據(jù)所以地面是近地面大氣主要的直接熱源。溫度隨高度的增加而降低，每升高100m平均降溫0.氣塊加速上升或下降，不穩(wěn)定氣三相共存的溫度，把絕對(duì)零度到水的三相點(diǎn)溫度等分為273.水平氣壓梯度力（垂直上與重力基本平衡）80665米／秒2，溫度為0℃時(shí)760毫米垂直水銀柱高的壓力。均質(zhì)大氣層——80～85km以下，以湍流擴(kuò)散為主，成分基本不變慣性離心力（大氣曲線運(yùn)動(dòng)：很小）很厚的氣層下沉壓縮變扁頂部增溫比底部多。氣塊停在外力去掉處，中性地轉(zhuǎn)偏向力（相對(duì)運(yùn)動(dòng)：方向改變）地面輻射同時(shí)又以長(zhǎng)波輻射的形式把熱量傳遞給大氣；所以地面是近地面大氣主要的直接熱源。如陸地上，一般用16個(gè)方位表示，海上多用36個(gè)方位表示；定義：大氣在垂直方向上穩(wěn)定的程度；沒有對(duì)流運(yùn)動(dòng)，污染物停留時(shí)間很長(zhǎng)，尤其是氟氯烴等大氣污染物，與臭氧層發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)。1、大氣的絕熱過程與泊松方程表示大氣狀態(tài)的物理量和物理現(xiàn)象稱為氣象要素。南風(fēng)、偏北風(fēng)、風(fēng)向不定。近地層——地面上50～100m，熱量和動(dòng)量的常通量層在強(qiáng)烈的紫外光和宇宙射線作用下，氣溫隨高度升高而增高在強(qiáng)烈的紫外光和宇宙射線作用下，氣溫隨高度升高而增高風(fēng)速是指單位時(shí)間內(nèi)空氣在水平方向上運(yùn)動(dòng)的距離

，m/s或km/h。地轉(zhuǎn)偏向力（相對(duì)運(yùn)動(dòng)：方向改變）太陽以紫外線、可見光、紅外線的形式輻射熱量在強(qiáng)烈的紫外光和宇宙射線作用下，氣溫隨高度升高而增高絕對(duì)濕度——1m3濕空氣中含有的水汽質(zhì)量露點(diǎn)——同氣壓下空氣達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)的溫度2．氣壓（大氣的壓強(qiáng)）氣象觀測(cè)中常用的測(cè)量氣壓的儀器有水銀氣壓表、空盒氣壓表、氣壓計(jì)。1、大氣的絕熱過程與泊松方程不穩(wěn)定條件下有利于擴(kuò)散總云量是指觀測(cè)時(shí)天空被所有的云遮蔽的總成數(shù)，低云量是指天空被低云所遮蔽的成數(shù)，均記整數(shù)。慣性離心力（大氣曲線運(yùn)動(dòng)：很?。?25千帕的氣壓，稱為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，它相當(dāng)于在重力加速度為9.大氣層的空氣密度隨高度而減小，越高空氣越稀薄。天氣預(yù)報(bào)中：距地面1.云高:云底距地面的高度氣壓變化與風(fēng)、天氣的好壞等關(guān)系密切，因而是重要?dú)庀笠蜃印Ｈ?、地方性風(fēng)場(chǎng)

1．海陸風(fēng)

2．山谷風(fēng)3．城市熱島環(huán)流

三、大氣穩(wěn)定度及其判據(jù)表示大氣狀態(tài)的物理量和物理現(xiàn)象稱為氣象30第三章大氣污染氣象學(xué)教學(xué)內(nèi)容:大氣圈結(jié)構(gòu)及氣象要素大氣的熱力過程大氣的運(yùn)動(dòng)和風(fēng)重點(diǎn):大氣圈結(jié)構(gòu)、主要?dú)庀笠?、大氣穩(wěn)定度和逆溫的概念、大氣運(yùn)動(dòng)和風(fēng)。教學(xué)目標(biāo)：重點(diǎn)掌握大氣垂直方向的五個(gè)分層,溫度分布特點(diǎn)及原因。理解大氣高度的劃分，理解風(fēng)速擴(kuò)線模式。第三章大氣污染氣象學(xué)教學(xué)內(nèi)容:31大氣擴(kuò)散源受體大氣擴(kuò)散酸雨越境轉(zhuǎn)移（日本、南朝鮮……）大氣科學(xué)大氣物理、化學(xué)……大氣氣象學(xué)……污染氣象學(xué)……氣象條件對(duì)污物的稀釋、擴(kuò)散作用污染物對(duì)氣象的影響

大氣擴(kuò)散源受體大氣擴(kuò)散酸雨越境轉(zhuǎn)移（日本、南朝鮮……）32第一節(jié)大氣圈結(jié)構(gòu)及氣象要素大氣層又叫大氣圈，地球就被這一層很厚的大氣層包圍著。大氣層的成分主要環(huán)境空氣的成分。大氣層的空氣密度隨高度而減小，越高空氣越稀薄。大氣層的厚度大約在1200-1400千米以上，但沒有明顯的界限。整個(gè)大氣層隨高度不同表現(xiàn)出不同的特點(diǎn)，分為對(duì)流層、平流層、中間層、暖層和散溢層，再上面就是星際空間了。

第一節(jié)大氣圈結(jié)構(gòu)及氣象要素大氣層又叫大氣圈，地球就被這一33大氣圈垂直結(jié)構(gòu)對(duì)流層（～10km左右）集中了大氣質(zhì)量的3/4和全部的水蒸氣，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(qiáng)烈對(duì)流作用溫度和濕度的水平分布不均大氣邊界層——對(duì)流層下層1～2km，地面阻滯和摩擦作用明顯自由大氣——大氣邊界層以上的氣流，地面摩擦可以忽略在這一層中，大氣上下有規(guī)則的對(duì)流和無規(guī)則的湍流運(yùn)動(dòng)都比較盛行，加上水汽充足，直接影響著大氣污染物的傳輸、擴(kuò)散和轉(zhuǎn)化。

近地層——地面上50～100m，熱量和動(dòng)量的常通量層大氣圈垂直結(jié)構(gòu)對(duì)流層（～10km左右）大氣邊界層——對(duì)流層下34大氣圈垂直結(jié)構(gòu)平流層（對(duì)流層頂～50~55km）同溫層——對(duì)流層頂35~40km，氣溫-550C左右逆溫層——同溫層以上，氣溫隨高度增加而增加臭氧層——20~25km臭氧層濃度達(dá)到最大值臭氧層能強(qiáng)烈吸收波長(zhǎng)200~300nm的太陽紫外線。平流層集中了大部分臭氧沒有對(duì)流運(yùn)動(dòng)，污染物停留時(shí)間很長(zhǎng)，尤其是氟氯烴等大氣污染物，與臭氧層發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)。中間層（平流層頂～85km）氣溫隨高度升高而迅速降低對(duì)流運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，垂直混合明顯大氣圈垂直結(jié)構(gòu)平流層（對(duì)流層頂～50~55km）35大氣圈垂直結(jié)構(gòu)暖層（中間層頂～800km）在強(qiáng)烈的紫外光和宇宙射線作用下，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，空氣稀薄空氣粒子的運(yùn)動(dòng)速度很高，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(zhì)大氣層——80～85km以下，以湍流擴(kuò)散為主，成分基本不變大氣圈垂直結(jié)構(gòu)暖層（中間層頂～800km）36主要?dú)庀笠乇硎敬髿鉅顟B(tài)的物理量和物理現(xiàn)象稱為氣象要素。氣象要素：氣溫、氣壓、氣濕、風(fēng)向、風(fēng)速和能見度等。1．氣溫天氣預(yù)報(bào)中：距地面1.5m高、百葉箱內(nèi)氣溫。1714華倫海脫準(zhǔn)大氣壓下冰的熔點(diǎn)，定為32度，水的沸點(diǎn)定為212度，中間等分為180份，每一份就是1華氏度。1742年，瑞典科學(xué)假攝爾修斯和他的助手斯托瑪用同樣的溫度計(jì)，選取標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下冰的熔點(diǎn)定為0度，水的沸點(diǎn)定為100度

中間等分100份。1854年，英國(guó)物理學(xué)家開爾文選定“水的三相點(diǎn)”，即水、冰、水蒸氣三相共存的溫度，把絕對(duì)零度到水的三相點(diǎn)溫度等分為273.16份，每一份就是1開氏度，這就是開氏溫標(biāo)，用K表示。開氏溫標(biāo)的分度間隔和攝氏溫標(biāo)的間隔是一致的。主要?dú)庀笠乇硎敬髿鉅顟B(tài)的物理量和物理現(xiàn)象稱為氣象要素。37主要?dú)庀笠?．氣壓（大氣的壓強(qiáng)）氣壓的大小與海拔高度、大氣溫度

、大氣密度等有關(guān)，一般隨高度升高按指數(shù)律遞減。氣壓有日變化和年變化。一年之中，冬季比夏季氣壓高。一天中，氣壓有一個(gè)最高值、一個(gè)最低值，分別出現(xiàn)在9～10時(shí)和15～16時(shí)，還有一個(gè)次高值和一個(gè)次低值，分別出現(xiàn)在21～22時(shí)和3～4時(shí)。氣壓日變化幅度較小，一般為0.1～0.4千帕，并隨緯度增高而減小。氣壓變化與風(fēng)、天氣的好壞等關(guān)系密切，因而是重要?dú)庀笠蜃?。通常所用的氣壓?jiǎn)挝挥信?Pa)、毫米水銀柱高(mm·Hg)、毫巴(mb)。它們之間的換算關(guān)系為：100帕＝1毫巴≈3／4毫米水銀柱高。氣象觀測(cè)中常用的測(cè)量氣壓的儀器有水銀氣壓表、空盒氣壓表、氣壓計(jì)。101.325千帕的氣壓，稱為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，它相當(dāng)于在重力加速度為9.80665米／秒2，溫度為0℃時(shí)760毫米垂直水銀柱高的壓力。

氣體靜力學(xué)方程：主要?dú)庀笠?．氣壓（大氣的壓強(qiáng)）38主要?dú)庀笠?．氣濕（空氣的濕度，空氣的干燥程度）絕對(duì)濕度——1m3濕空氣中含有的水汽質(zhì)量相對(duì)濕度——空氣的絕對(duì)濕度與同溫度下飽和空氣的絕對(duì)濕度的百分比，空氣的干濕程度和相對(duì)濕度有關(guān)，而和絕對(duì)濕度卻無直接關(guān)系。例如，空氣中所含有的水汽的壓強(qiáng)同樣等于1606.24Pa（12.79毫米汞柱）時(shí)，在炎熱的夏天中午，氣溫約35℃，人們并不感到潮濕，因此時(shí)離水汽飽和氣壓還很遠(yuǎn)，物體中的水分還能夠繼續(xù)蒸發(fā)。而在較冷的秋天，大約15℃左右，人們卻會(huì)感到潮濕，因這時(shí)的水汽壓已經(jīng)達(dá)到過飽和，水分不但不能蒸發(fā)，而且還要凝結(jié)成水。含濕量——濕空氣中1kg干空氣包含的水汽質(zhì)量水汽體積分?jǐn)?shù)——水汽在濕空氣中所占的體積分?jǐn)?shù)露點(diǎn)——同氣壓下空氣達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)的溫度主要?dú)庀笠?．氣濕（空氣的濕度，空氣的干燥程度）39主要?dú)庀笠?．氣濕

主要?dú)庀笠?．氣濕40自由大氣——大氣邊界層以上的氣流，地面摩擦可以忽略3．氣濕（空氣的濕度，空氣的干燥程度）同溫層——對(duì)流層頂35~40km，氣溫-550C左右氣三相共存的溫度，把絕對(duì)零度到水的三相點(diǎn)溫度等分為273.地轉(zhuǎn)偏向力（相對(duì)運(yùn)動(dòng)：方向改變）地轉(zhuǎn)偏向力（相對(duì)運(yùn)動(dòng)：方向改變）地轉(zhuǎn)偏向力（相對(duì)運(yùn)動(dòng)：方向改變）選取標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下冰的熔點(diǎn)定為0度，水的沸點(diǎn)定為100度中間等分表示大氣狀態(tài)的物理量和物理現(xiàn)象稱為氣象要素。氣象觀測(cè)中常用的測(cè)量氣壓的儀器有水銀氣壓表、空盒氣壓表、氣壓計(jì)。所以地面是近地面大氣主要的直接熱源。中云（2500～5000m）；第三節(jié)大氣的運(yùn)動(dòng)和風(fēng)氣三相共存的溫度，把絕對(duì)零度到水的三相點(diǎn)溫度等分為273.二、低云量的觀測(cè)

觀測(cè)低云量的方法與總云量同。天空完全為云所遮蔽，記10；一、引起大氣運(yùn)動(dòng)的作用力重點(diǎn):溫度隨高度的增加而降低，每升高100m平均降溫0.實(shí)際中，Ti、T相差<10K，則1、大氣的絕熱過程與泊松方程逆溫層——同溫層以上，氣溫隨高度增加而增加地面輻射同時(shí)又以長(zhǎng)波輻射的形式把熱量傳遞給大氣；

4．風(fēng)向和風(fēng)速氣象上把風(fēng)吹來的方向確定為風(fēng)的方向。南風(fēng)、偏北風(fēng)、風(fēng)向不定。風(fēng)向的測(cè)量單位，我們用方位來表示。如陸地上，一般用16個(gè)方位表示，海上多用36個(gè)方位表示；在高空則用角度表示。用角度表示風(fēng)向，是把圓周分成360度，北風(fēng)(N)是0度(即360度)，東風(fēng)(E)是90度，南風(fēng)(S)是180度，西風(fēng)(W)是270度，其余的風(fēng)向都可以由此計(jì)算出來。風(fēng)速是指單位時(shí)間內(nèi)空氣在水平方向上運(yùn)動(dòng)的距離

，m/s或km/h。13個(gè)等級(jí)。

自由大氣——大氣邊界層以上的氣流，地面摩擦可以忽略

4．風(fēng)向41主要?dú)庀笠?．云大氣中水汽的凝結(jié)現(xiàn)象叫做云（使氣溫隨高度變化?。?/p>

云量:天空被云遮蔽的成數(shù)（我國(guó)10分，國(guó)外8分）估計(jì)云量的地點(diǎn)必須能見全部天空。

云量觀測(cè)包括總云量和低云量?？傇屏渴侵赣^測(cè)時(shí)天空被所有的云遮蔽的總成數(shù)，低云量是指天空被低云所遮蔽的成數(shù)，均記整數(shù)。

一、總云量的觀測(cè)

全天無云，總云量記0；天空完全為云所遮蔽，記10；天空完全為云所遮蔽，但只要從云隙中可見青天，則記10-；云占全天十分之一，總云量記1；云占全天十分之二，總云量記2，其余依次類推。

二、低云量的觀測(cè)

觀測(cè)低云量的方法與總云量同。云高:云底距地面的高度低云（2500m以下）；中云（2500～5000m）；高云（5000m以上）。

云狀:卷云（線）,積云（塊）,層云（面),雨層云(無定形）

主要?dú)庀笠?．云42大氣污染氣象學(xué)整理課件43主要?dú)庀笠?．能見度正常視力的人，在天空背景下能看清的目標(biāo)物的最大水平距離。

級(jí)別（0~9級(jí)，相應(yīng)距離為50～50000米）

主要?dú)庀笠?．能見度44第二節(jié)大氣的熱力過程一、太陽、大氣和地面的熱交換太陽以紫外線、可見光、紅外線的形式輻射熱量太陽輻射加熱地球表面地面長(zhǎng)波輻射加熱大氣(76%-95%)太陽短波輻射加熱地球表面，然后是地面長(zhǎng)波輻射加熱大氣，所以近地層大氣溫度隨地表溫度變化太陽輻射能是地球大氣最重要的能量來源；太陽輻射穿過大氣層到達(dá)地面；太陽輻射能被地面吸收而使地面增溫；地面輻射同時(shí)又以長(zhǎng)波輻射的形式把熱量傳遞給大氣；所以地面是近地面大氣主要的直接熱源。第二節(jié)大氣的熱力過程一、太陽、大氣和地面的熱交換45二、氣溫的垂直變化1、大氣的絕熱過程與泊松方程氣溫直減率（大氣）干空氣絕熱繪制溫度遞減率——干絕熱直減率

（空氣團(tuán)）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(nèi)能T定性空氣塊壓縮（外氣對(duì)它做功）T內(nèi)能（由壓力變化引起）二、氣溫的垂直變化1、大氣的絕熱過程與泊松方程空氣塊膨脹（做46氣溫直減率定量：熱力學(xué)第一定律

其中

氣溫直減率定量：47氣溫直減率氣溫直減率48氣溫直減率代入上式得：實(shí)際中，Ti、T相差<10K，則氣溫直減率代入上式得：實(shí)際中，Ti、T相差<10K，則49氣溫的垂直分布（溫度層結(jié)）

氣溫的垂直分布－溫度層結(jié)

氣溫的垂直分布（溫度層結(jié)）

氣溫的垂直分布－溫度層結(jié)50三、大氣穩(wěn)定度及其判據(jù)定義：大氣在垂直方向上穩(wěn)定的程度；反映其是否容易對(duì)流

定性描述：

外力使氣塊上升或下降氣塊去掉外力氣塊減速，有返回趨勢(shì)，穩(wěn)定氣塊加速上升或下降，不穩(wěn)定氣塊停在外力去掉處，中性不穩(wěn)定條件下有利于擴(kuò)散三、大氣穩(wěn)定度及其判據(jù)定義：大氣在垂直方向上穩(wěn)定的程度；反映51三、大氣穩(wěn)定度及其判據(jù)定量判斷：

三、大氣穩(wěn)定度及其判據(jù)定量判斷：52

則有判據(jù)：

大氣穩(wěn)定度及其判據(jù)大氣穩(wěn)定度及其判據(jù)53四、逆溫逆溫不利于擴(kuò)散，容易造成大氣污染輻射：輻射逆溫、下沉逆溫、平流逆溫、鋒面逆溫及湍流逆溫

輻射逆溫：由于地面強(qiáng)烈輻射冷卻而形成的逆溫，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。

四、逆溫逆溫不利于擴(kuò)散，容易造成大氣污染輻射逆溫：由于地面強(qiáng)54四、逆溫下沉逆溫：由于下沉所受到的壓縮增溫而形成的逆溫。（多在高空大氣中，高壓控制區(qū)內(nèi)）很厚的氣層下沉壓縮變扁頂部增溫比底部多。

四、逆溫下沉逆溫：由于下沉所受到的壓縮增溫而形成的逆溫。（多55四、逆溫平流逆溫：暖空氣平流到冷地面上而形成的逆溫為平流逆溫，由于低層空氣受地面影響大，降溫多，上層空氣降溫少而形成。湍流逆溫：鋒面逆溫：冷暖空氣相遇，暖空氣上爬，形成的逆溫區(qū)。

四、逆溫平流逆溫：暖空氣平流到冷地面上而形成的逆溫為平流逆溫56煙流型與大氣穩(wěn)定度的關(guān)系

波浪型（不穩(wěn)）γ〉γd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(guān)系波浪型（不穩(wěn)）γ〉γd57第三章大氣污染氣象學(xué)例如，空氣中所含有的水汽的壓強(qiáng)同樣等于1606.自由大氣——大氣邊界層以上的氣流，地面摩擦可以忽略平流逆溫：暖空氣平流到冷地面上而形成的逆溫為平流逆溫，由于低層空氣受地面影響大，降溫多，上層空氣降溫少而形成。中云（2500～5000m）；氣三相共存的溫度，把絕對(duì)零度到水的三相點(diǎn)溫度等分為273.氣三相共存的溫度，把絕對(duì)零度到水的三相點(diǎn)溫度等分為273.含濕量——濕空氣中1kg干空氣包含的水汽質(zhì)量大氣層的成分主要環(huán)境空氣的成分。云占全天十分之二，總云量記2，其余依次類推。在強(qiáng)烈的紫外光和宇宙射線作用下，氣溫隨高度升高而增高均質(zhì)大氣層——80～85km以下，以湍流擴(kuò)散為主，成分基本不變二、低云量的觀測(cè)

觀測(cè)低云量的方法與總云量同。氣象觀測(cè)中常用的測(cè)量氣壓的儀器有水銀氣壓表、空盒氣壓表、氣壓計(jì)。氣溫的垂直分布－溫度層結(jié)80665米／秒2，溫度為0℃時(shí)760毫米垂直水銀柱高的壓力。氣象觀測(cè)中常用的測(cè)量氣壓的儀器有水銀氣壓表、空盒氣壓表、氣壓計(jì)。2、指數(shù)律風(fēng)速廓線模式云占全天十分之二，總云量記2，其余依次類推。輻射逆溫：由于地面強(qiáng)烈輻射冷卻而形成的逆溫，地面白天加熱，大氣自下而上變暖；1、大氣的絕熱過程與泊松方程第三節(jié)大氣的運(yùn)動(dòng)和風(fēng)一、引起大氣運(yùn)動(dòng)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(zhuǎn)偏向力（相對(duì)運(yùn)動(dòng)：方向改變）慣性離心力（大氣曲線運(yùn)動(dòng)：很?。┠Σ亮Γń?～2km內(nèi)明顯）

第三章大氣污染氣象學(xué)第三節(jié)大氣的運(yùn)動(dòng)和風(fēng)一、引起大氣運(yùn)動(dòng)58太陽輻射能被地面吸收而使地面增溫；而在較冷的秋天，大約15℃左右，人們卻會(huì)感到潮濕，因這時(shí)的水汽壓已經(jīng)達(dá)到過飽和，水分不但不能蒸發(fā)，而且還要凝結(jié)成水。79毫米汞柱）時(shí)，在炎熱的夏天中午，氣溫約35℃，人們并不感到潮濕，因此時(shí)離水汽飽和氣壓還很遠(yuǎn)，物體中的水分還能夠繼續(xù)蒸