第8章-大氣污染氣象學

大氣污染限制工程(AIRPOLLUTIONCONTROLENGINEERING)中國地質(zhì)高校（武漢）環(huán)境學院李立青E-mail:liliqing@16313476864036污染源大氣中遷移、擴散受體氣象條件風向、風速大氣湍流氣溫垂直分布大氣穩(wěn)定度……SourcesTransportsSinks人群其他生物體……工業(yè)交通生活……大氣污染系統(tǒng)與途徑問題：為什么同一地區(qū)大氣污染存在季節(jié)性(天)差異？第三章大氣污染氣象學大氣科學大氣物理、化學……大氣氣象學……污染氣象學環(huán)境科學(1)各種氣象條件對大氣污染物的傳輸與擴散作用

(2)大氣污染物質(zhì)對天氣和氣候的影響MeteorologyforAirPollution大氣污染氣象學——探討大氣運動與大氣中污染物相互作用的學科污染氣象學的發(fā)展簡史污染氣象學的發(fā)展簡史早在1861年就有學者指出，大氣中二氧化碳含量增加，溫室效應會增加，可能影響氣候。1921年，英國為了探討野戰(zhàn)時毒氣濃度的預報方法，起先進行大氣擴散試驗。40年頭，原子能工業(yè)興起，一些國家起先進行放射性物質(zhì)污染預料和限制的探討，促進了大氣擴散試驗和理論探討的發(fā)展。50～60年頭，相繼發(fā)生嚴峻的大氣污染事務。以1952年12月的倫敦煙霧事務為例，一些國家開展了城市或區(qū)域性的大氣污染物輸送、擴散、遷移和轉(zhuǎn)化規(guī)律的試驗和探討。70年頭，在全球范圍內(nèi)出現(xiàn)了常見的氣候災難，如非洲出現(xiàn)嚴峻干旱等，人們把這些現(xiàn)象歸因于大氣污染。開展了大氣污染對天氣、氣候影響的探討。同時，高空飛行器對平流層的污染以及污染物在平流層和對流層之間的遷移轉(zhuǎn)化，促使人們探討全球性的大氣污染與氣象的關(guān)系。第八章大氣污染氣象學教學內(nèi)容：1.氣象要素2.氣象的熱力因子3.氣象的動力因子氣象要素（因子）：

表示大氣狀態(tài)的物理現(xiàn)象和物理量，氣象學中統(tǒng)稱為～。影響大氣污染的主要氣象要素有：

氣溫氣壓空氣濕度（氣濕）風（風向、風速）

云量云狀

能見度

降水蒸發(fā)、日照時數(shù)、太陽輻射、地面輻射、大氣輻射等。第一節(jié)氣象要素1、氣溫氣象上講的地面氣溫一般是指距地面1.5m高處在百葉箱中觀測到的空氣溫度。

單位一般用攝氏度℃，或用熱力學溫度K。

2、氣壓

氣壓：單位面積上所承受的大氣柱重量。

氣壓是指大氣的壓強。氣象上常用的氣壓單位是百帕（hPa），與其它氣壓單位的關(guān)系是

1atm＝101326Pa＝1013.26hPa

＝760mmHg

主要氣象要素3、氣濕

氣濕的定義：空氣的濕度簡稱氣濕，反映了大氣中水汽含量的多少和空氣的潮濕程度。

常用的表示方法有：確定濕度、水汽壓力、相對濕度、飽和氣壓、露點等。（1）確定濕度：單位體積（1m3）的濕空氣中含有水汽的質(zhì)量（kg）。（2）相對濕度：空氣的確定濕度ρw與同溫度下飽和空氣的確定濕度ρv之比。它等于空氣的水汽分壓Pw與同溫度下飽和空氣的水汽分壓Pv之百分比。

（3）含濕量：濕空氣中1kg干空氣所包含的水汽質(zhì)量（kg），氣象中也成為比濕。等于水汽質(zhì)量（kg）除以干空氣質(zhì)量kg。主要氣象要素4、風向和風速

氣象上把水平方向的空氣運動稱為風。風是一個矢量，具有大小和方向。風向是指風的來向。水平運動的風，16個方向表示。例如，風從東方來稱東風。

風速是指單位時間內(nèi)空氣在水平方向運動的距離，單位用m/s或km/h表示。通常氣象臺站測定的風向、風速，都是指確定時間（如2min或10min）的平均值。有時也須要測定瞬時風向、風速。風力等級：0-12級主要氣象要素5、云

云是大氣中的水汽凝合現(xiàn)象，它是由漂移在空中的大量小水滴或小冰晶或兩者的混合物構(gòu)成的。云量是指云遮擋天空的成數(shù)。我國將天空分為10等分，云遮擋了幾分，云量就是幾。云量的記錄：一般總云量/低云量的形式記錄，如10/7。云高：指云底距地面的垂直距離，以米為單位。測定方法：激光測云儀、弧光測云儀等，目力測定法主要氣象要素低云（2500米以下）高云（5000m以上）中云（2500-5000m）6、能見度在當時的天氣條件下，視力正常的人能夠從天空背景中看到或分辨出目標物的最大距離級別（0~9級，相應距離為50～50000米），單位：m，km。能見度的大小反應了大氣的混濁現(xiàn)象，反映出大氣中雜質(zhì)的多少。大氣中的霧、水汽、煙塵等，可使能見度降低。二、主要氣象要素7、太陽高度角太陽高度角為太陽光線與地平線間的夾角，是影響太陽輻射強弱的最主要的因子之一。ho即太陽高度角，它隨時間而變更。8、降水降水是指大氣中著陸至地面的液態(tài)或固態(tài)水的通稱，如雨、雪等。降水是清除大氣污染物的重要機制之一。（降雨與大氣污染的關(guān)系，中國華山站，《science》，氣溶膠粒子的增加會削減降雨量，凝合核太多，水分不足）主要氣象要素其次節(jié)氣象的熱力因子1、干絕熱直減率干空氣塊（包括未飽和的濕空氣塊）絕熱上升或下降單位高度（通常取100ｍ時）溫度降低或上升的數(shù)值，稱為干空氣塊溫度絕熱垂直遞減率，其定義式為:

通常取=1K/100m，表示干空氣塊（或未飽和的濕空氣塊）每上升（或下降）100m時，溫度降低（或上升）約1K。2、氣溫垂直遞減率氣溫隨高度的變更特征可以用氣溫垂直遞減率來表示，簡稱氣溫直減率，指單位（通常取100m）高差氣溫變更率的負值。一、氣溫的垂直變更3、氣溫的垂直分布氣溫沿垂直高度的分布，可用坐標圖上的曲線表示，（圖），氣溫沿高度分布曲線或溫度層結(jié)曲線，簡稱溫度層結(jié)大氣中的溫度層結(jié)有四種類型：正常分布層結(jié)（遞減）中性層結(jié)等溫層結(jié)逆溫層結(jié)一、氣溫的垂直變更大氣穩(wěn)定度是指垂直方向上大氣的穩(wěn)定程度，即是否易于發(fā)生對流。污染物在大氣中的擴散與大氣穩(wěn)定度有親密關(guān)系二、大氣穩(wěn)定度1、大氣穩(wěn)定度的判別（1），a>0,氣塊加速度與其位移方向相同，氣塊加速運動，大氣不穩(wěn)定（2），a<0,氣塊加速度與其位移方向相反，氣塊減速運動，大氣穩(wěn)定（3），a=0,大氣是中性的2、大氣穩(wěn)定度分類（1）不穩(wěn)定類：A、B、C；（2）中性類：D（3）穩(wěn)定類：E、FABCDEF強不穩(wěn)定不穩(wěn)定弱不穩(wěn)定中性較穩(wěn)定穩(wěn)定二、大氣穩(wěn)定度季節(jié)風速白晝夜間0~2晴3~7多云8~10(陰)0~2(晴)3~7多云8~10陰夏春秋冬夏春秋冬各季各季<2m/sAA-BBA-BBB-CDEED2~2.9A-BBB-CBB-CCDED-ED3~4.9BB-CCB-CCC-DDD-EDDD5~6B-CCC-DCC-DDDD>6CDDDDDDD城市大氣邊界層中的大氣穩(wěn)定度分類表周淑貞（華東師范高校）《城市氣候?qū)W》近地層空氣溫度隨高度增加而上升的一種現(xiàn)象依據(jù)逆溫形成過程可分為：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，大氣自下而上冷卻輻射逆溫的生消過程三、逆溫2、下沉逆溫（多在高空大氣中，高壓限制區(qū)內(nèi)）

很厚的氣層下沉

壓縮變扁

頂部增溫比底部多三、逆溫3、平流逆溫暖空氣平流到冷地面上，由于下部降溫快而形成4、鋒面逆溫

冷、暖氣團相遇冷暖間逆溫

暖氣上爬，形成鋒面三、逆溫四、煙流形態(tài)與大氣穩(wěn)定度的關(guān)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)）

第三節(jié)氣象的動力因子1、風向a風向頻率與主導風向風向頻率是指確定時間內(nèi)（年或月），某風向出現(xiàn)次數(shù)占各風向出現(xiàn)總次數(shù)的百分率風向頻率的物理意義：表征下風向受污染的幾率風頻最大的風向稱主導風向b風玫瑰圖c污染系數(shù)d最多風向盛行鳳，季節(jié)性一、風風向NNNENEENEEESESESSESSSWSWWSWWWNWNWNNWC冬季12.610.48.26.6春季9.810.94.31.6夏季1.64.9秋季2.24.912.19.98.8全年10.09.08.09.04.03.03.06.011.011.07.02.02.02.04.04.05.0某城市年及各季風向頻率 風玫瑰圖制作方法：做一個極坐標（16位，8位）；將觀測的風頻按確定比例點在相對應方位的確定線段；將各點用折線連接起來；將靜風頻率記在圖的中心。冬季靜風：6.6%主導風向：N，12.6%風玫瑰圖某城市年及各季風向頻率 風向NNNENEENEEESESESSE冬季12.610.48.22.7春季9.8夏季4.39.2秋季2.24.9全年10.09.08.09.04.03.03.06.0風向SSSWSWWSWWWNWNWNNWC冬季春季10.94.31.6夏季16.31.64.9秋季12.19.98.8全年11.011.07.02.02.02.04.04.05.0課堂練習：制作風玫瑰圖2、風速單位時間內(nèi)空氣移動的水平距離（m/s）平均風速確定時間(2min/10min)的平均值最大風速在某個時段內(nèi)出現(xiàn)的最大10分鐘平均風速值。極大風速某個時段內(nèi)出現(xiàn)的最大瞬時風速值。在自動氣象站中，瞬時風速是指3秒鐘的平均風速。一、風主導風向污染系數(shù)城市規(guī)劃與工業(yè)布局的問題？3、風對污染物的作用：（1）風向影響污染物的水平遷移擴散方向（2）風速的大小確定了大氣擴散稀釋作用的強弱一、風風向NNEESESSWWNW合計風向頻率1089171220177100風速(m/s)4.05.1

污染系數(shù)4.71.427.6污染系數(shù)百分率94716933166100某城市污染系數(shù)表新建工廠應建在市區(qū)的東北(NE)方向上，有利于大氣污染向市