二节大气污染气象学新PPT课件.ppt

g m3N c mol m3N 2 每天流经管道的CCl4质量为1 031 10 3600 24 10 3kg 891kg 1 CCl4气体与空气混合成体积分数为1 50 10 4的混合气体 在管道中流动的流量为10m3N s 试确定 1 CCl4在混合气体中的质量浓度 g m3N 和摩尔浓度c mol m3N 2 每天流经管道的CCl4质量是多少千克 解 1 2 成人每次吸入的空气量平均为500cm3 假若每分钟呼吸15次 空气中颗粒物的浓度为200 g m3 试计算每小时沉积于肺泡内的颗粒物质量 已知该颗粒物在肺泡中的沉降系数为0 12 解 每小时沉积量200 500 15 60 10 6 0 12 g 10 8 g 第二章污染气象学原理与大气扩散 1 大气层及气象要素2 大气的热力过程 重点 难点 3 大气的水平运动4 局地气象特征5 大气扩散模式 重点 难点 6 污染物浓度估算 重点 难点 大气扩散 酸雨越境转移 日本 南北朝鲜 第一节大气层及气象要素 大气层的结构 大气层可以分为对流层 最贴近地面 密度最大的一层 平流层 较高的 气体组成相同但密度较小的气层 以及电离层 由已电离的气体组成 一 大气层结构 对流层 10km左右 集中了大气质量的3 4和全部的水蒸气 主要天气现象都发生在这一层温度随高度的增加而降低 每升高100m平均降温0 65 强烈对流作用温度和湿度的水平分布不均 导致大气的水平运动 对流层较薄 厚度随纬度增设而降低 一 大气层结构 平流层 对流层顶到50 60km 同温层 对流层顶35 40km 气温 55 左右 同温层以上 气温随高度增加而增加 逆温层 集中了大部分臭氧 在20 25km形成臭氧层 没有对流运动 污染物停留时间很长 中间层 平流层顶 85km 气温随高度升高而迅速降低对流运动强烈 一 大气层结构 暖层 中间层顶 800km 气温随高度升高而增高气体分子高度电离 电离层散逸层 暖层以上 气温很高 空气稀薄空气粒子可以摆脱地球引力而散逸大气压力总是随高度的升高而降低均质大气层 80 85km以下 成分基本不变 二 气象要素 1 气温天气预报中 1 5m高 百叶箱内气温 二 气象要素 2 气压单位 mb 毫巴 大气的压强1atm 101325Pa 1013 26mb 760mmHg静力学方程 二 气象要素 3 气湿空气的湿度 表示空气中水汽含量的多少 表示方法有绝对湿度水汽压饱和水汽压相对湿度含湿量水汽体积分数露点 二 气象要素 4 风向和风速水平方向的空气运动叫做风风的来向叫风向 16个方位圆周等分 风速 单位时间内空气在水平方向上运动距离 2min或10min平均 m s F 风力级 0 12级 二 气象要素 4 风向和风速风玫瑰图 风速 m s 某地区1988年的风玫瑰图 同心圆表示风的频率 例如 吹南风的频率约为11 其中风速大于10 82m s的频率约为1 风速在3 35 5 41m s的频率为3 5左右 二 气象要素 5 云状和云量大气中水汽的凝结现象叫做云云量 天空被云遮蔽的成数 我国10分 国外8分 云高 云底距地面底高度低云 2500m以下 黑色 中云 2500 5000m 由冰晶及小水滴构成 白色或灰白 高云 5000m以上 由冰晶构成 白色 云状 卷云 线 积云 块 层云 面 雨层云 无定形 云 高云 5000m以上 中云 2500 5000m 低云 2500米以下 二 主要气象要素 6 能见度正常视力的人 在天空背景下能看清的水平距离级别 0 9级 相应距离为50 50000米 第二节大气的热力过程与竖向运动 一 低层大气的加热与冷却太阳以紫外线 可见光 红外线的形式辐射热量太阳辐射加热地球表面地面长波辐射加热大气 75 95 近地层大气温度随地表温度而变化 地表温度的周期性变化会引起低层大气温度的周期性变化 二 气温的绝热变化 1泊松方程 一般满足大气绝热过程 认为系统与周围环境无热交换可以将没有水相变化的空气块的垂直运动看作绝热过程 1 泊松方程 根据热力学第一定律和理想气体状态方程 可有大气热力过程的微分方程 由于是绝热过程 2 干绝热递减率 干空气绝热上升或下降单位高度时 温度降低或升高的数值 干绝热直减率 空气团 包括未饱和的湿空气 2 干绝热递减率 2 干绝热递减率 代入上式得 实际中 Ti T相差 10K 则 由定义 干绝热气团包括是未饱和状态 但不会发生状态的变化湿空气团作绝热升降时情况较复杂 在升降过程中若无相变化 其温度直减率和干绝热直减率一样 每升降100米温度变化1 若有相变化 每升高100米 温度变化小于1 三 大气竖向温度分布与静力稳定度 1 大气竖向温度分布 温度层结 气温直减率 2 大气静力稳定度及其判据 定义 大气在垂直方向上稳定的程度 反映其是否容易对流 定性描述 不稳定条件下有利于扩散 2 大气静力稳定度及其判据 定量判断 重点 气块受到浮力和重力作用 则有判据 2 大气静力稳定度及其判据 假设起始温度相同 2 大气静力稳定度及其判据 24 气块 25 26 300m 高度 200m 100m 环境 稳定 24 25 26 中性 不稳定 1 2 0 8 24 2 25 25 8 23 8 25 26 2 1 四 逆温 逆温不利于扩散辐射 1 辐射逆温 地面白天加热 大气自下而上变暖 地面夜间变冷 大气自下而上冷却 地面冷却快 较高气层冷却慢 四 逆温 辐射逆温的生消过程 四 逆温 2 下沉逆温 多在高空大气中 高压控制区内 3500m 12 3000m 10 1700m6 1500m5 四 逆温 3 平流逆温暖空气平流到冷地面上 而形成 在盆地多发 四 逆温 5 锋面逆温 2019 12 27 35 烟流型与大气稳定度的关系 波浪型 不稳 d 锥型 中性or弱稳 d 扇型 逆温 d 爬升型 下稳 上不稳 漫烟型 上逆 下不稳 作业 证明 第三节大气的水平运动 一 水平方向的作用力 近地层风速廓线模式 平均风速随高度变化中性层结 对数律 粗糙度和摩擦速度 近地层风速廓线模式 平均风速随高度变化非中性层结 指数律 稳定度参数 第四节局地气象特征 1 城市热岛环流 第四节局地气象特征 2 山谷风 第四节局地气象特征 3 海陆风 第五节大气扩散模式 有关假定坐标系右手坐标系 x轴正向为平均风向 y轴在水平面内垂直于x轴 z轴为垂直于水平面 四点假设a 污染物浓度在y z风向上分布为正态分布b 全部高度风速均匀稳定c 源强是连续均匀稳定的d 扩散中污染物是守恒的 不考虑转化 重点 坐标系 一 无限空间点源扩散模式 由正态分布假定 得下风向任一点的浓度分布 由统计理论得到 方差的表达式 由假定d可写出源强积分式 单位时间物料守恒 同理有 通过计算得到 所以有 所以有 所以得到 要记住噢 得到高斯模式 污染物在y方向分布的标准偏差 是距离x的函数 m 污染物在z方向分布的标准偏差 是距离x的函数 mq 源强是指污染物排放速率 与空气中污染物质的浓度成正比 它是研究空气污染问题的基础数据 mg s 平均风速 m s 烟流的形态 二 高架点源扩散模式 难点 镜像全反射 像源法实源 像源 实源的贡献 像源的贡献 实际浓度 三 地面点源扩散模式 地面浓度模式 取 z 0 代入上式 得 地面浓度模式 取 z 0 代入上式 得 地面最大浓度模式 考虑地面轴线浓度模式 三 地面点源扩散模式 地面最大浓度模式 续 设 实际中成立 由此求得 地面最大浓度模式 续 设 实际中成立 由此求得 相当于无界源的2倍 镜像垂直于地面 源强加倍 地面连续点源扩散模式 q源强计算或实测平均风速多年的风速资料H有效烟囱高度 扩散参数 第六节污染物浓度的估算 一 烟流高度计算 烟气抬升高度的计算 抬升高度计算式 1 Holland公式 适用于中性大气条件 稳定时减少 不稳时增加10 20 Holland公式比较保守 特别在烟囱高 热释放率比较强的情况下 烟气抬升高度的计算 抬升高度计算式 2 布里格斯 Briggs 公式 适用不稳定及中性大气条件 烟气抬升高度的计算 国标法 例 某城市火电厂的烟囱高100m 出口直径5m 出口烟气流速为12 7m s 温度为140 流量250m3 s 烟囱出口处平均风速为4m s 大气温度为20 当地气压为978 4hPa 试确定烟气抬升高度和有效源高 解 烟气热释放率 二 扩散参数的确定 P G曲线法P G曲线Pasquill仅需常规气象资料估算 y和 zGifford制成图表 几点说明见P33a f 扩散参数的确定 P G曲线法 P G曲线的应用根据常规资料确定稳定度级别 扩散参数的确定 国标中规定的方法 稳定度分类方法改进的P T法 扩散参数的确定 P G曲线法 P G曲线的应用利用扩散曲线确定和 扩散参数的确定 P G曲线法 P G曲线的应用地面最大浓度估算 扩散参数的确定 国标中规定的方法 扩散参数的选取扩散参数的表达式为 取样时间0 5h 按表2 8查算 取样时间大于0 5h 不变 y按下式计算 地面源正下风方向一点上 测得3