大氣污染控制工程第02章 1-4節(jié)

第二章氣象與大氣擴(kuò)散大氣污染的形成:

源強(qiáng)氣象條件下墊層條件大氣擴(kuò)散:源受體大氣擴(kuò)散酸雨越境轉(zhuǎn)移大氣科學(xué)大氣物理、化學(xué)……大氣氣象學(xué)……空氣污染氣象學(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

大氣污染物排入大氣之后，在大氣湍流作用之下，使污染物與周圍環(huán)境清潔空氣混合稀釋的過程。第一節(jié)大氣圈結(jié)構(gòu)及氣象要素大氣圈垂直結(jié)構(gòu)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，地面摩擦可以忽略

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)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(duì)流運(yùn)動(dòng)，污染物停留時(shí)間很長(zhǎng)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)烈大氣圈垂直結(jié)構(gòu)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第二節(jié)主要?dú)庀笠貧庀笠兀罕硎敬髿鉅顟B(tài)的物理量和物理現(xiàn)象的物理量。包括：日照、氣壓、氣溫、濕度、降水、風(fēng)、云況等。1．氣溫:

天氣預(yù)報(bào)中：1.5m高、百葉箱內(nèi)氣溫。攝氏溫標(biāo)℃華氏溫標(biāo)℉絕對(duì)溫標(biāo)K主要?dú)庀笠?．氣壓：靜止大氣中某觀測(cè)高度上的氣壓值等于單位面積上承受的大氣柱的重量。單位：帕Pa,mmHg,百帕hPa(氣象)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓:溫度為0℃時(shí)，在緯度是45度的平均海平面上的氣壓為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，記作atm，關(guān)系:1Pa=1N/m21atm＝101325Pa＝1013.25hPa=760mmHg

靜止?fàn)顟B(tài)下:

主要?dú)庀笠?．氣濕（濕度）:空氣中水汽含量的多少。絕對(duì)濕度－1m3濕空氣中含有的水汽質(zhì)量（kg）。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。含濕量（比濕）－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?/p>

4．風(fēng)向和風(fēng)速

水平方向的空氣運(yùn)動(dòng)叫做風(fēng)（垂直方向－升降氣流）風(fēng)向：風(fēng)的來向，可用方位（8或16）或角度表示。

16個(gè)方位圓周等分，見下頁。

風(fēng)速：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)空氣在水平方向上運(yùn)動(dòng)距離（m/s，km/h）氣象報(bào)告中，指一定時(shí)間（2或10min）的平均值；有時(shí)也需測(cè)瞬時(shí)風(fēng)向、風(fēng)速。風(fēng)速和風(fēng)力的關(guān)系：

(km/h)F－風(fēng)力級(jí)（0～12級(jí)）

主要?dú)庀笠?/p>

4．風(fēng)向和風(fēng)速

風(fēng)速隨高度的變化值:

注意:靜風(fēng)u<1.0m/s

及微風(fēng)u=1~2m/s時(shí)，不利于污染物的擴(kuò)散，易造成污染。

高度/m0.5121632100風(fēng)速/m.s-12.42.8164.75.58.2主要?dú)庀笠?/p>

4．風(fēng)向和風(fēng)速風(fēng)玫瑰圖

風(fēng)速,m/s

某地區(qū)1988年的風(fēng)玫瑰圖。同心圓表示風(fēng)的頻率，例如，吹南風(fēng)的頻率約為11％，其中風(fēng)速大于10.82m/s的頻率約為1％，風(fēng)速在3.35～5.41m/s的頻率為3.5左右（3-6.5）。主要?dú)庀笠?/p>

5．湍流風(fēng)速、風(fēng)向無規(guī)則的陣性和擺動(dòng)叫做大氣湍流。機(jī)械湍流：由機(jī)械或動(dòng)力因素形成機(jī)械湍流。熱力湍流：由于地表受熱不均，或大氣層結(jié)不穩(wěn)定，使空氣發(fā)生垂直運(yùn)動(dòng)和使垂直運(yùn)動(dòng)發(fā)展而形成的湍流。大氣湍流是兩種因子共同作用的結(jié)果。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）

云高:云底距地面底高度低云（2500m以下）：不穩(wěn)定：孤立大云塊穩(wěn)定：云層低、黑，結(jié)構(gòu)稀松中云（2500～5000m）：（灰）白色、稠密、無光澤高云（5000m以上）：白色、蠶絲光澤、薄而透明

云狀:卷云（線）,積云（塊）,層云（面),雨層云(無定形）云高

高云（5000m以上）中云（2500-5000m）低云2500m以下主要?dú)庀笠?．太陽高度角太陽光線與地平面之間的夾角。

判斷大氣穩(wěn)定度級(jí)別的一個(gè)條件。主要?dú)庀笠?．能見度：大氣的清潔程度。

正常視力的人，在天空背景下能看清的水平距離。氣象學(xué)定義：在指定方向上，僅能用肉眼看見和辨認(rèn)的最大距離。

在白天能看見地平線上直指天空的一個(gè)顯著的深色物體；在夜間，能看見一個(gè)已知的、最好未經(jīng)聚焦的中等強(qiáng)度的光源。主要?dú)庀笠?．能見度：級(jí)別（0~9級(jí)，相應(yīng)距離為50～50000米）

主要?dú)庀笠?．降水：

從大氣中降落至地面的液態(tài)的或固態(tài)的水的通稱。降水量：大氣中降落至地面未經(jīng)蒸發(fā)、滲透和流失而在水面上積聚的水層厚度。（mm）第三節(jié)大氣穩(wěn)定度及其分類太陽、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)波輻射加熱大氣近地層大氣溫度隨地表溫度變化一、氣溫的垂直變化氣溫直減率

（℃/100m）溫度層結(jié)曲線:

在T-Z坐標(biāo)圖上,用曲線來表示氣溫隨高度的分布,此曲線叫溫度層結(jié)曲線.四種形式：P72圖3-3：溫度層結(jié)曲線

遞減層結(jié)：γ﹥0，正常分布層結(jié)；中性層結(jié)：γ=1℃/100m；等溫層結(jié)：γ=0；逆溫層結(jié)：γ＜0，大氣處于非常穩(wěn)定狀態(tài)逆溫在邊界層中,由于氣象和地形等條件的影響,有時(shí)出現(xiàn)氣溫隨高度增加而升高的現(xiàn)象,稱為逆溫。出現(xiàn)逆溫的氣層,稱為逆溫層，或稱為阻擋層。逆溫不利于擴(kuò)散類型（形成原因）：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。逆溫類型輻射逆溫的生消過程下午日落前1小時(shí)黎明日出后上午9~10點(diǎn)逆溫類型1、輻射逆溫：最常出現(xiàn)，與大氣污染關(guān)系最密切。

特點(diǎn)：逆溫層的厚度大陸地，冬季最強(qiáng)山谷、盆地區(qū)域受天氣條件影響逆溫類型2、平流逆溫：由于暖空氣到冷地面上而形成的逆溫。

暖空氣平流到冷地面上而下部降溫而形成。

強(qiáng)弱程度取決于暖空氣與冷地表面的溫差。發(fā)生：冬季，中緯度沿海地區(qū)；

低地、盆地。逆溫類型3.下沉逆溫：由于空氣下沉壓縮增溫形成的逆溫。（多在高空大氣中，高壓控制區(qū)內(nèi)；范圍大，厚度大）很厚的氣層下沉

壓縮變扁

頂部增溫比底部多逆溫類型4.湍流逆溫：低層空氣因湍流混合形成的逆溫。下層湍流混合達(dá)上層出現(xiàn)過渡層逆溫

逆溫類型5、鋒面逆溫冷、暖氣團(tuán)相遇冷暖間逆溫

暖氣上爬，形成鋒面逆溫類型6、地形逆溫：

局部地區(qū)的特殊地形。如：盆地和谷地，山脈背風(fēng)側(cè)的逆溫等。實(shí)際大氣中出現(xiàn)的逆溫，由幾種原因共同形成的，需具體分析。二、干絕熱直減率：干絕熱過程：與外界不發(fā)生熱量交換而引起的空氣溫度的變化，稱作空氣的絕熱交換過程。一般將沒有水相變化的空氣塊的垂直運(yùn)動(dòng)近似地看作絕熱運(yùn)動(dòng)。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、干絕熱直減率：干絕熱直減率：

近地表面干空氣塊在絕熱的條件下，在垂直方向上，每上升（或下降）100米時(shí)，在氣塊與外界無熱交換時(shí)，溫度降低（或升高）的數(shù)值，稱為干空氣溫度的絕熱垂直遞減率，簡(jiǎn)稱干絕熱直減率。

負(fù)號(hào)的意思是表示干氣塊在絕熱上升的過程中，溫度隨高度而降低。氣溫直減率

Cp:干空氣定壓比熱；描述氣塊在絕熱升降過程中，氣塊的初始狀態(tài)（T0、P0）和終止?fàn)顟B(tài)參數(shù)（T、P）之間的關(guān)系，說明絕熱過程中氣溫的變化完全是由氣壓變化引起的。二、干絕熱直減率：氣溫垂直遞減率：

變量，表示大氣溫度隨高度的分布；干絕熱直減率：

物理常數(shù)，表示干空氣的某種熱力學(xué)性質(zhì)。

邊界層氣溫的垂直分布：三、大氣穩(wěn)定度1、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。

2、定性描述（含義）：

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3、大氣是否穩(wěn)定的判斷方法：（1）比較γ和γd的值：定量判斷

浮力ρg重力ρiga假設(shè)起始溫度相同，即則有判據(jù)：

3、大氣是否穩(wěn)定的判斷方法：3、大氣是否穩(wěn)定的判斷方法：（2）用層結(jié)曲線和狀態(tài)曲線的分布來判斷大氣穩(wěn)定度

狀態(tài)曲線：在T-Z坐標(biāo)上，表示氣塊在絕熱條件下升降過程中溫度的變化曲線，（即上升空氣塊的溫度隨高度變化曲線）稱為狀態(tài)曲線。

溫度層結(jié)曲線：在T-Z坐標(biāo)圖上用直線描述氣溫直減率的直線，（即大氣溫度隨高度變化曲線）稱為溫度層結(jié)曲線。4、大氣穩(wěn)定度的分類方法：（1）帕斯奎爾分類法：（P-G法）

依據(jù)：離地面10米處的平均風(fēng)速太陽的輻射強(qiáng)度云量

分類方法：表4-3（P93）

，A~F六個(gè)級(jí)別。

A——極不穩(wěn)定；B——不穩(wěn)定；C——弱不穩(wěn)定；

D——中性；E——弱穩(wěn)定；F——穩(wěn)定

4、大氣穩(wěn)定度的分類方法：（1）帕斯奎爾分類法：幾點(diǎn)說明：穩(wěn)定度級(jí)別A~B表示按A、B級(jí)的數(shù)據(jù)內(nèi)插；夜間的定義為日落前1h至日出后1小時(shí)；不論何種天空狀況，夜間前后1小時(shí)算作中性，即D級(jí)穩(wěn)定度；仲夏晴天中午為強(qiáng)日照，寒冬晴天中午為弱日照；強(qiáng)弱太陽輻射與太陽高度角對(duì)應(yīng)，并考慮云量。4、大氣穩(wěn)定度的分類方法：（2）帕斯奎爾分類法的改進(jìn)和補(bǔ)充：（P-T法）修訂我國(guó)GB/T13201-91

步驟:

根據(jù)某時(shí)某地的太陽角和云量，按表4-5（P96）

確定太陽輻射的等級(jí)數(shù)；根據(jù)太陽的輻射等級(jí)和地面10m處的風(fēng)速查表4-6來確定穩(wěn)定度等級(jí)。第四節(jié)大氣污染與氣象的關(guān)系一、氣象要素對(duì)大氣污染的影響：1、風(fēng)的影響：風(fēng)速：決定污染物的稀釋程度風(fēng)向：決定污染物的擴(kuò)散、移動(dòng)方向1、風(fēng)的影響——風(fēng)速風(fēng)速廓線：平均風(fēng)速隨高度變化的曲線。風(fēng)速廓線模式：描述風(fēng)速廓線的數(shù)學(xué)表達(dá)式。①對(duì)數(shù)律模式：中性層結(jié)時(shí)近地層的風(fēng)速廓線

(3-22)②指數(shù)律模式：非中性層結(jié)時(shí)的風(fēng)速廓線

（3-23）1、風(fēng)的影響——風(fēng)向頻率和污染系數(shù)風(fēng)向頻率：指一定時(shí)間內(nèi)(年或月)，某風(fēng)向出現(xiàn)次數(shù)占各風(fēng)向出現(xiàn)次數(shù)的百分?jǐn)?shù)。風(fēng)向頻率用風(fēng)玫瑰圖：

主要?dú)庀笠?、風(fēng)的影響——風(fēng)向頻率和污染系數(shù)污染系數(shù)：風(fēng)向、風(fēng)速綜合作用對(duì)空氣污染物擴(kuò)散影響程度。污染系數(shù)越大，其下風(fēng)方向污染越嚴(yán)重。

靜風(fēng)（u﹤1.0米/秒）微風(fēng)（u在1~2米/秒）容易引起高濃度的大氣污染。

2、湍流對(duì)大氣污染物的擴(kuò)散作用風(fēng)速、風(fēng)向無規(guī)則的陣性和擺動(dòng)叫做大氣湍流。（1）大氣湍流的形成和發(fā)展：機(jī)械湍流熱力湍流（2）湍流擴(kuò)散：

小渦流：煙團(tuán)受小尺寸湍流攪動(dòng)，緩慢地?cái)U(kuò)散；

大渦流：尺寸比煙團(tuán)大，這時(shí)煙團(tuán)可能被大尺寸的湍流夾帶，本身截面尺寸變化不大，前進(jìn)路線呈曲線狀作曲線運(yùn)動(dòng)；

復(fù)合尺寸湍流：湍流由大小與煙團(tuán)尺寸相似的渦流組成，煙團(tuán)被渦流迅速撕裂，沿著下風(fēng)向不斷擴(kuò)大，濃度逐漸稀釋。3、大氣穩(wěn)定度對(duì)大氣污染的影響波浪型（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)）

4、大氣溫度層結(jié)與大氣污染當(dāng)γ﹥0時(shí)，對(duì)污染物擴(kuò)散有利；當(dāng)γ=0時(shí)，大氣較穩(wěn)定，不利于污染物的擴(kuò)散與稀釋；當(dāng)γ﹤0時(shí)，逆溫層形成，污染物極難輸送擴(kuò)散。逆穩(wěn)越強(qiáng)，逆溫層越厚，維持時(shí)間越長(zhǎng)，污染物越不容易擴(kuò)散和稀釋，危害也越大。5、降水與大氣污染清除大氣污染物的重要機(jī)制之一。降水凈化大氣的作用主要有兩個(gè)方面：①降水凝結(jié)核，隨降水降落到地面；②雨滴等在下降過程中，碰撞、捕獲了一部分顆粒污染物。

這兩種作用既發(fā)生在云中，也發(fā)生在云下降水下落過程中。大雨是凈化城市空氣的重要因素。6、輻射和云對(duì)大氣污染的影響晴天白晝，特別是午后，太陽輻射最強(qiáng)，地面強(qiáng)烈增溫，溫度層結(jié)是遞減的，大氣極不穩(wěn)定。晴夜，地面有效輻射大，地面降溫快，因而形成逆溫，大氣極為穩(wěn)定。日出日落前后為轉(zhuǎn)換期，大氣接近中性狀態(tài)。云對(duì)輻射起屏障作用，使白天遞減和夜間逆溫均受到削減。減弱的程度決定于云量的多少。陰天，溫度層結(jié)的晝夜變化幾乎消失，大氣接近中型狀態(tài)。7、天氣形勢(shì)與大氣污染所謂天氣形勢(shì)，主要是指大范圍的氣壓分布狀況。低壓（氣旋）控制區(qū)內(nèi)，有利于稀釋擴(kuò)散。在高壓（反氣旋）控制下，天氣晴朗，風(fēng)速較小，大范圍內(nèi)空氣做下沉運(yùn)動(dòng)，在幾百米或一兩千米上空形成下沉逆溫。二、地形、地物對(duì)大氣污染的影響：地方性風(fēng)場(chǎng)：局部地區(qū)由于地形、地物的影響，引起近地層大氣的增溫和冷卻速度不同，從而形成了局部空氣環(huán)流，即形成了特殊的風(fēng)場(chǎng)，稱為局地風(fēng)。如：海陸風(fēng)、山谷風(fēng)（地形的影響）城市熱島效應(yīng)、城市風(fēng)（地物的影響）地形對(duì)大氣污染的影響

海洋平地陸地丘陵山地

地形對(duì)煙氣的擴(kuò)散有直接或間接的影響。

地形山、丘陵對(duì)煙氣運(yùn)行的影響渦流地形對(duì)大氣污染的影響—海陸風(fēng)什么是海（湖）陸風(fēng)？

海陸風(fēng)是海（湖）風(fēng)和陸風(fēng)的總稱。地形對(duì)大氣污染的影響—海風(fēng)白天：由海洋吹向陸地的海風(fēng)。地形對(duì)大氣污染的影響—陸風(fēng)夜間：由陸地吹向海洋的陸風(fēng)。地方性風(fēng)場(chǎng)海陸風(fēng)地形對(duì)大氣污染的影響—海陸風(fēng)

當(dāng)陸面出現(xiàn)海風(fēng)時(shí)，高空是陸風(fēng)；當(dāng)?shù)孛娉霈F(xiàn)陸風(fēng)時(shí)，高空出現(xiàn)海風(fēng)，從而形成鉛直的閉合環(huán)流，即海陸風(fēng)。地形對(duì)大氣污染的影響—海陸風(fēng)發(fā)生地點(diǎn)：海與陸地的交界地帶（活動(dòng)范圍大）、內(nèi)陸湖泊、江河的水陸交界處（活動(dòng)范圍?。┌l(fā)生周期：24小時(shí)，以日為單位形成原因：陸地和海洋（或大湖）對(duì)熱量反應(yīng)的差異，即地形的熱力效應(yīng)?？傊?，海陸風(fēng)對(duì)大氣污染的影響很大。如：洛杉磯光化學(xué)煙霧地形對(duì)大氣污染的影響—山谷風(fēng)發(fā)生地點(diǎn)：山區(qū)發(fā)生周期：24小時(shí)，以日為單位形成原因：地形熱力作