第三章主要气象条件与大气污染.ppt

第三章主要气象条件与大气污染 本章课程内容边界层中风 湍流与大气污染气温的分布与大气污染气压与大气污染空气湿度与大气污染局地环流与大气污染 知识目标了解相关的概念 弄清主要气象条件与大气污染的关系 熟悉主要气象参数的测量 教学重点难点风 湍流 气温分布与大气污染 第一节主要气象条件与大气污染的关系 一 边界层中风 湍流与大气污染 相关概念气流 是大气流动的总称 它包括了风和湍流两种流动形式 风 是大气作有规则的平滑水平运动 把这种相对地面的水平运动称为 风 湍流 是附加在空气的平均运动之上 再由空气运动所组成的处于不断变化状态下的不规则运动称为 湍流 大气运动的产生 在各种力的作用下产生的水平气压梯度力重力地转偏向力惯性离心力摩擦力 最为主要 是引起大气运动的直接动力 风1 风的成因水平气压梯度力是空气运动的直接原因 是空气运动的原始动力 水平面温度分布不匀 又是产生水平气压梯度的主要原因 2 风的两个要素风向 指风的来向 通常用8或16个方位表示 风速 指单位时间内空气在水平方向上流动的距离 常用的单位为米 秒 风向玫瑰图又称风频图 是将风向分为8个或16个方位 在各方向线上按各方向风的出现频率 截取相应的长度 将相邻方向线上的截点用直线联结的闭合折线图形 如图1 在图1中该地区最大风频的风向为北风 约为20 每一间隔代表风向频率5 中心圆圈内的数字代表静风的频率 3 风的变化随时间的变化 包括日变化和季节的变化随高度的变化 风向基本不变 但越往高处风速越大随机性变化 风向和风速是不断变化的 下图表示了阵风和平均风速的关系 4 风向 风速与大气污染的基本关系风向决定污染物迁移的方向 风向不断的变化是平面上瞬间烟云轮廓呈蜿蜒曲折的原因 如图 第二章主要气象条件与大气污染 风速决定着污染物冲淡稀释的速度 较大的风速意味着有较大的湍流活动 影响输送距离 湍流1 湍流形成的原因热力湍流 由于垂直方向温度分布不均匀引起 机械湍流 由于垂直方向风速分布不均及地面粗糙度引起 2 湍流与大气扩散湍流有极强的扩散能力 它比分子扩散快105 106倍 湍流扩散是湍流运动的主要特征之一 大气中的湍流扩散包括小尺度 中尺度和大尺度 湍流与大气污染 小尺度大尺度中尺度 风向 风速的测量1 仪器类型三杯风向风速表电接风向风速仪轻便携带式翼状风速计热球式风速计 风向 风速的测量2 轻便三杯风向风速表测量风向 风速结构 由风向仪 风速表 手柄三部分组成 基本工作原理 P74 测量方法 将仪器组装好并安置 或手持着 在四周开阔无高大障碍物的地方 保持仪器直立 风向测量 将小套管拉下并右转一角度 待方向盘稳定下来 读出风向指针与方向盘所对应的读数即为风向 如指针摆动可读其中值 风速测量 用手指压下启动杆 风速指针回零 放开启动杆后 红色小指针 时间指针 和风速指针就开始走动 经60s后 指针停止转动 风速指针所指示的读数即为风速 此时风速为指示风速 再从风速曲线图 由厂方或计量校准部门测校后发给 中查出实际风速值即为所测的实际风速 连续测量三次 计算三次的平均风速 如欲进行下一次测定时 只要再压下启动杆即可 当测定完毕后 将小套管向左转一角度 使其恢复原来的位置 以固定方向盘 小心将风向仪和风速仪退下 放入仪器盒内 测量注意事项切勿用手触摸旋杯 仪器工作时 切勿按压启动杆 二 气温的分布与大气污染 大气边界层的温度场1 气温的概念空气的温度是表示空气冷热程度的一个物理量 简称气温 天气预报中 1 5m高 百叶箱内气温 气温的绝热变化绝热冷却 气团绝热上升绝热增温 气团绝热下沉气温的非绝热变化热辐射热传导热对流空气平流 2 气温的垂直递减率 干绝热垂直递减率 d d dt dz 1 100m表示干空气 包括未饱和湿空气 在作干绝热上升 或下降 运动时 每升高 或下降 100m 温度降低 或升高 1 气温平均垂直递减率 dt dz 0 65 100m 图高度与温度的关系 气温垂直分布与大气稳定度的关系大气稳定度是指在垂直方向上大气稳定的程度 大气稳定度可分为 稳定 当气块受到铅直方向的扰动后 如果气块具有返回原位置的加速度 则这时的大气是稳定的 不稳定 当气块受到铅直方向的扰动后 如果气块具有远离原位置的加速度 则这时的大气是不稳定的 中性 当气块受到铅直方向的扰动后 如果气块自身产生的加速度为0 则这时的大气处于中性稳定状态 大气稳定度的判断当 d时 大气是稳定的 0等温 0逆温是稳定状态中最稳定的状态 当 d时 大气是不稳定的当 d时 大气处于中性状态 近地层大气稳定度的判断当 0时 大气处于不稳定当 0时 大气处于中性状态当 0时 大气是处于稳定 出现逆温 波浪型 不稳 锥型 中性 扇型 稳定 爬升型 下稳 上不稳 漫烟型 上稳 下不稳 烟型与大气稳定度的关系 第二章主要气象条件与大气污染 逆温定义 一般将气温随高度增加而增加的气层称为逆温层 分类 根据逆温生成的过程 可将逆温分为辐射逆温 平流逆温 下沉逆温 湍流逆温及锋面逆温等五种 1 辐射逆温 由于下垫面强烈辐射冷却而形成的逆温 2 下沉逆温 高空高压气团下沉 压缩变扁 顶部增温比底部多 3 平流逆温 由暖空气平流到冷地面上而下部降温而形成的逆温 4 湍流逆温0 d 低层空气湍流混合达 d 混合之上出现过渡层 逆温层 5 锋面逆温 与污染有关的因素逆温层的厚度逆温层底的高度逆温的强度 温度随高度的变化情况 逆温层的消失时间不同季节都应掌握上述数据 逆温的最危险状况是逆温层正好处于烟囱排放口 气温的测量1 测温元件 液体玻璃温度表 最高 最低温度表最高温度表 最高 最低温度表 自记式温度计原理 是基于双金属片随着空气温度变化而发生变形的原理设计的 2 垂直气温的测量 气球观测 铁塔观测 遥感仪器 3 气温测量中的防辐射设备防止辐射误差的途径有以下几种 屏蔽 使太阳辐射和地面反射辐射不能直接照射到测温元件上 增加元件的反射率 人工通风 促使元件散热 采用极细的金属丝元件 细丝具有较大的散热系数 三 气压与大气污染 气压的定义气压即大气压强 是指大气施加于单位面积上的力 所谓某地的气压 就是指该地单位面积垂直向上延伸到大气层顶的空气柱的总重量 气象上常用百帕做为气压的度量单位 1atm 1013 25hPa 760mmHg 气压的变化 空间变化 随高度增加而降低 但各地区降低的程度不同 在同一个海拔高度 各点的气压也可能不同 时间变化 日变化 早晨气压上升 下午气压下降 具双峰值特征 最高峰 次高峰 最低值 次低值 年变化 大陆型 冬季气压最高 夏季气压最低 海洋型 夏季气压最高 冬季气压最低 高山型 夏季气压最高 冬季气压最低 气压对污染物迁移的影响1 高气压 形成高浓度污染2 低气压 可减轻或消除污染 气压的测定方法1 水银动槽式气压计2 空盒气压计3 自动记录气压计 四 湿度与大气污染 湿度表示空气中水汽含量或表征空气干湿程度的物理量称为湿度 空气湿度是决定云量 雾和降水状况等天气现象的重要因素 空气湿度的表示方法 水汽压 绝对湿度 比湿度 体积百分数 饱和差 相对湿度 露点等 绝对湿度 单位体积的空气中的水汽的含量 单位为g m3 体积百分数 在相同条件下 水汽在湿空气中所占的体积百分数 相对湿度 空气中的实际水汽压与同一温度下的饱和水汽压的百分比 露点 指空气在水汽含量和气压都不改变的条件下 冷却到饱和时的温度 空气湿度与大气污染1 湿度大不利于污染物扩散2 湿度大有助于一次污染物转化为二次污染物 空气湿度的测量1 仪器类型干湿球温度计通风干湿表毛发湿度表 2 相对湿度的测量 干湿球温度计结构一对并列装置的 形状完全相同的温度计 一支测气温 称干球温度计 另一支包有保持浸透蒸馏水的脱脂纱布 称湿球温度计 原理当空气未饱和时 湿球因表面蒸发需要消耗热量 使湿球温度下降 从而出现一个干湿球温度差 空气湿度越小 湿球温度降得越多 干湿球的温差就越大 反之 空气湿度越大 湿球温度降得越少 干湿球的温差就越小 测量方法在无阳光照射的环境下 将干湿球温度计悬挂于测定点1 5m高度处 5 15min后即可读数 根据干湿球温度计的读数 直接查干湿球温度计附有的相对湿度表 得出相对湿度 五 其他气象条件与大气污染 云 是发生在高空的水汽凝结现象 云高 云底距地面底高度 低云 2000m以下 中云 2000 6000m 高云 6000m以上 云量 指云遮蔽天空的成数 在我国 将天空分为10等份 有几分天空被云遮盖 云量就是几 总云量 指所有云遮蔽天空的成数 不论云的层次和高度 低云量 低云的云掩盖天空的成数 云量的记录 一般总云量 低云量的形式记录 如10 7 云的作用 减小气温随高度的变化 高云 6000m以上 中云 2000 6000m 低云 2000m以下 能见度能见度 在当时的天气条件下 视力正常的人能够从天空背景中看到或辨认出目标物的最大距离 单位 m km 能见度的大小反应了大气的混浊现象 反映出大气中杂质的多少 大气中的雾 水汽 烟尘等 可使能见度降低 雾 是发生在与地面相接的水汽凝结现象 大雾 使能见度降到1km以内的雾 轻雾 能见度在1 10km的雾 霾 是由悬浮在大气中的细微烟 尘或盐粒等形成的物理现象 出现时 空气的能见度小于1km 干霾 相对湿度小于60 湿霾 相对湿度大于70 降水降水 大气中降落至地面的液态或固态水的通称 如雨 雪等 降水对大气污染有净化作用 降水的净化作用与降水的强度和持续时间有关 第二节局地环流与大气污染 教学重点和难点四种典型的局地环流的形成及与大气污染的关系 一 局地环流概念由于地形影响形成的空间和时间尺度都比较小的地方性气流 风 称为局地环流或局地风 局地环流影响大气扩散的过程及原因动力作用 机械作用 地形粗糙加强季节湍流 坡向差异改变局地流场和气流路径 热力作用 下垫面性质影响吸热 散热的均匀性 引起温度场和风场的变化 二 山谷风的形成与大气污染概念山风 从山坡吹向山谷的风谷风 从山谷吹向山坡的风山谷风的形成山坡和谷底受热不均匀而产生山谷风分布变化规律 白天 谷风 夜间 山风 山谷风形成图 a 夜间 山风 b 白天 谷风 山谷风与大气污染若在山谷中建有排放大气污染源的工厂 往往使污染物在山谷内往返累积 在山谷地区的夜间 由于辐射冷却和由山风带下来的冷空气容易在谷地积聚而形成很强的逆温层 大气非常稳定 显然就不利于污染物的扩散 白天 也因地形闭塞 与外界大气交