大氣污染氣象學(xué)

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(guò)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。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

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(méi)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。

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(wú)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)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(yáng)紫外線。平流層集中了大部分臭氧沒(méi)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)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(jiàn)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?．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(wú)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(guò)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

4．風(fēng)向和風(fēng)速氣象上把風(fēng)吹來(lái)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(lái)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(lái)。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)。

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(jiàn)全部天空。

云量觀測(cè)包括總云量和低云量。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)。

一、總云量的觀測(cè)

全天無(wú)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(jiàn)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(wú)定形）

主要?dú)庀笠?．能見(jiàn)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）

第二節(jié)大氣的熱力過(guò)程一、太陽(yáng)、大氣和地面的熱交換太陽(yáng)以紫外線、可見(jiàn)光、紅外線的形式輻射熱量太陽(yáng)輻射加熱地球表面地面長(zhǎng)波輻射加熱大氣(76%-95%)太陽(yáng)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(yáng)輻射能是地球大氣最重要的能量來(lái)源；太陽(yáng)輻射穿過(guò)大氣層到達(dá)地面；太陽(yáng)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。二、氣溫的垂直變化1、大氣的絕熱過(guò)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(guò)程，系統(tǒng)與周圍環(huán)境無(wú)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）氣溫直減率定量：熱力學(xué)第一定律

其中

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

氣溫的垂直分布－溫度層結(jié)

三、大氣艙穩(wěn)定度及玻其判據(jù)定義：傘大氣在柄垂直方票向上穩(wěn)羊定的程劇度；反餐映其是否容易址對(duì)流定性描述誼：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)定參條件下涂有利于巾擴(kuò)散三、大貢氣穩(wěn)定搖度及其該判據(jù)定量判寺斷：則有判據(jù)：大氣穩(wěn)定圓度及其判雀據(jù)四、逆溫逆溫不且利于擴(kuò)翼散，容所易造成責(zé)大氣污仿染輻射：輻噴射逆溫、采下沉逆溫具、平流逆度溫、鋒面勢(shì)逆溫及湍姑流逆溫輻射逆皮溫：由滴于地面起強(qiáng)烈輻仿射冷卻漏而形成的的逆溫如，地面戴白天加衫熱，大前氣自下痛而上變?yōu)跖?；地腥面夜間到變冷，賓大氣自氧下而上抱冷卻。四、逆為溫下沉逆棄溫：由澡于下沉婦所受到逢的壓縮旗增溫而您形成的篇逆溫。巴（多在幕高空大器氣中，劃高壓控起制區(qū)內(nèi)肆）很厚的氣逐層下沉判壓縮變扁萄頂部增亦溫比底部巧多。四、逆醬溫平流逆誓溫：暖空氣平眾流到冷地績(jī)面上而形訪成的逆溫逃為平流逆奴溫，由于息低層空氣漁受地面影陵響大，降航溫多，上診層空氣降戚溫少而形演成。湍流逆幅溫：鋒面逆溫尸：冷暖空能氣相遇佛，暖空史氣上爬蔑，形成椒的逆溫答區(qū)。煙流型騰與大氣擾穩(wěn)定度劉的關(guān)系波浪型（筋不穩(wěn)）γ〉γ攻d錐型（鼻中性or弱穩(wěn)）扇型（逆橡溫）爬升型（敬下穩(wěn)，上糟不穩(wěn)）漫煙型謊（上逆戰(zhàn)、下不驚穩(wěn)）第三節(jié)某大氣救的運(yùn)動(dòng)挑和風(fēng)一、引嶄起大氣氏運(yùn)動(dòng)的宿作用力直接作用力

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）

二、近地疼層中風(fēng)速器擴(kuò)線模式1、對(duì)財(cái)數(shù)律風(fēng)逗速廓線敘模式2、指數(shù)求律風(fēng)速廓體線模式三、地彎方性風(fēng)姻場(chǎng)1．海陸風(fēng)2．山谷獅風(fēng)3．撒城市熱倒島環(huán)流課后思考世與復(fù)習(xí)1、大視氣圈垂績(jī)直結(jié)構(gòu)歇是如何禁劃分的棉，各層洲的氣體偵密度和展垂直氣獸溫變化抽率各有近何特點(diǎn)?。?、以污涌染源類型旬、排放污只染物的種港類以及污看染物在大伏氣中的遷莖移轉(zhuǎn)化行潤(rùn)為等為主稠要因素，菠論述對(duì)流墊層和平流密層的大氣盯污染的特脈點(diǎn)。3、主要蝕的氣象要瀉素有哪些案，其中對(duì)徑大氣污染槐狀況影響料較大？4、造軟成低層嚴(yán)大氣增喬熱和冷次卻的主府要原因勤是什么瞞，大氣飼中有哪壓些氣體惠組分對(duì)迎大氣增傍熱和冷足卻的影抖響最大武。5、解納釋絕熱埋過(guò)程，冊(cè)干絕熱步直減率辱，干絕襯熱直減伏率的值屋？6、解釋引大氣穩(wěn)定蒜度，如何家判定大氣個(gè)穩(wěn)定度和標(biāo)穩(wěn)定度對(duì)致擴(kuò)散的影燙響？7、大略氣中典搭型的煙渴流形狀蟻及對(duì)大界氣污染近物的影允響？謝謝觀看/歡迎下載BY溫FAI緊