《大气污染气象学》PPT课件.ppt

第三章大气污染气象学 1 大气圈结构及气象要素2 大气的热力过程3 大气的运动和风 大气动力学 4 气象状况对大气污染物扩散影响 大气扩散 大气科学 大气物理 化学 大气气象学 污染气象学 气象条件对污染物的稀释 扩散作用 污染物对气象的影响 第1节大气圈结构及气象要素 1 1大气圈垂直结构 大气层可分为对流层 最贴近地面 密度最大的一层 平流层 气体组成相同但密度较小的气层 中间层 大气对流强烈 暖层 电离层 由已电离的气体组成 散逸层 摆脱地球引力 大气圈垂直结构 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 650C强烈对流作用温度和湿度的水平分布不均 近地层 地面上50 100m 热量和动量的常通量层 大气圈垂直结构 平流层 对流层顶 50 55km 同温层 对流层顶到35 40km高度 气温 55oC左右同温层以上 气温随高度增加而增加集中了大部分臭氧 20 25kmO3浓度最高没有对流运动 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 大气圈垂直结构 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 气体成分基本不变 1 2主要气象要素 1 气温天气预报中 1 5m高 百叶箱内气温 主要气象要素 2 气压 大气的压强 单位 mb hP 毫巴 百帕 国际规定 温度0oC 纬度45oC的海平面上的气压为1atm 标准大气压 1atm 101326Pa 1013 26mb 760mmHg1013 26hP 101 326kPa大气静力学方程 主要气象要素 3 气湿绝对湿度 w 1m3湿空气中含有的水汽质量 w w RwT 相对湿度 空气的绝对湿度与同温度下饱和空气的绝对湿度的百分比 RH w v含湿量d 湿空气中1kg干空气包含的水汽质量 d w ddo 湿空气中1mN3干空气所包含的水汽质量 do d Nd水汽体积分数 水汽在湿空气中所占的体积分数露点oC 同气压下空气达到饱和状态时的温度 气湿换算 主要气象要素 4 风向和风速水平方向的空气运动叫做风 垂直方向 升降气流 风向 风的来向 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 2或10min的平均值 km h F 风力级 0 12级 4 风向和风速 风速 m s 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 某地区1988年的风玫瑰图 5 云 云 大气中水汽的凝结现象 使气温随高度变化小 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 中云 2500 5000m 高云 5000m以上 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 6 能见度 定义 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 汽车时速km hm s308 34011 15013 96016 78022 227 833 316044 4 第2节大气的热力过程 1 1太阳 大气和地面的热交换 低层大气的增温与冷却 太阳以紫外线 0 76 m 的短波形式辐射热量地球表面和大气吸收太阳辐射 并以自身温度向外辐射能量 低温长波辐射 3 120 m 地面长波辐射 75 95 加热大气 能量主要被低层大气 40 50m 吸收近地层大气温度随地表温度变化 地面 太阳辐射 地面吸收 宇宙空间 大气 大气逆辐射 大气辐射 大气保温作用是指 大气吸收 大气逆辐射 辐射能量的吸收 地球表面每秒钟接收到的太阳辐射热量为19 6万亿大卡 相当于400万吨标准煤的发热量 太阳辐射能量31 返回宇宙 45 被地球吸收 24 被气体分子和颗粒物吸收 大气中能选择吸收辐射能量的物质主要有 水气 CO2 O3和颗粒物等水气 波长4 5 80 m的辐射几乎全部吸收 其中6 m和25 m附近吸收能力最强CO2 12 9 17 1 m有强吸收带O3 在0 2 0 3 m间强吸收带 0 6 m附近和8 3 10 6 m间有部分吸收辐射能力 颗粒物和水滴 能选择吸收一部分长波辐射 水气 CO2等可使大气有明显增温 具有较强的吸收长波辐射的能力 O3和颗粒物部分吸收长波辐射 增温贡献少 2 2气温的垂直变化 大气热力学微分方程气团运动一般满足大气绝热过程 即系统与周围环境无热交换 根据热力学第一定律和理想气体状态方程推导 dQ du dw定压过程 dw pdv焓定义式 h u pv du dh d pv dh pdv vdp dQ dh pdv vdp pdv dh vdp 大气热力学微分方程 理想方程p RT又 dh CpdT和v 1 dQ dh vdp CpdT RT dp p 又 绝热过程dQ 0得出 此外 由上式积分得 气温的垂直变化 气温直减率 垂直于地球表面方向上 每升高100m气温的变化值 大气 干绝热直减率干空气块绝热上升或下降100m时 温度降低或升高的数值 空气团 干绝热直减率计算 2 干绝热直减率计算 代入式 2 得 实际中 Ti T相差 10K 则 气温的垂直分布 温度层结 2 3大气稳定度及其判据 定义 大气在垂直方向上稳定的程度 反映大气是否容易对流定性描述 大气不稳定条件下有利于污染物扩散 大气稳定度及其判据 定量判断 则有判据 大气稳定度及其判据 2 4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 逆温 辐射逆温的生消过程 逆温 2 下沉逆温 多在高空大气中 高压控制区内 逆温 3 平流逆温 暖空气平流到冷地面上而下部降温而形成4 湍流逆温 下层湍流混合达上层出现过渡层逆温 逆温 5 锋面逆温 2 5烟流型与大气稳定度的关系 波浪型 不稳 锥型 中性or弱稳 扇型 逆温 爬升型 下稳 上不稳 漫烟型 上逆 下不稳 第3节大气的运动和风 3 1引起大气运动的作用力 直接作用力 重力 水平气压梯度力 垂直上与重力基本平衡 间接作用力 地转偏向力 相对运动 方向改变 惯性离心力 大气曲线运动 很小 摩擦力 近地1 2km内明显 3 2大气边界层中风随高度变化 Ekman螺旋线 北半球下视 地偏力指向运