第3章-大气污染气象学.ppt

第三章大气污染气象学 从污染源排放到大气中的污染物的传输和扩散过程 与污染源本身特性 气象条件 地面特征和周围地区建筑物分布等因素皆有密切关系 随着气象要素的变化 污染物在大气中的扩散稀释情况千差万别 所造成的污染程度有很大不同 第三章大气污染气象学 第一节大气圈结构及气象要素 一 大气圈垂直结构自然地理学将受地心引力而随地球旋转的大气层称为大气圈 大气圈的垂直结构是指气象要素的垂直分布情况 如气温 气压 大气密度和大气成分等 根据气温在垂直于下垫面方向上的分布 可将大气圈分为五层 对流层 平流层 中间层 暖层和散逸层 第三章大气污染气象学 一 大气圈垂直结构 第三章大气污染气象学 一 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强烈的对流作用温度和湿度的水平分布不均 一 大气圈垂直结构 平流层 对流层顶 50 55km 同温层 对流层顶35 40km 气温 550C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 主要气象要素 气象要素 因子 表示大气状态的物理现象和物理量 称为气象要素 主要的气象要素有 气温 气压 气湿 风向 风速 云况 能见度等1 气温表示大气温度高低的物理量 地面温度是指距地1 5m高处百叶箱内气温 表示气温的单位一般用摄氏温度 或用热力学温度K 第三章大气污染气象学 二 主要气象要素 2 气压气压是指大气的压强 任一点的气压值等于该地单位面积上的大气柱重量 气压总是随高度的增加而降低的 气压单位用帕 Pa 1Pa 1N m2 气象上采用百帕 hPa 作单位 国际上规定 温度0 纬度45 的海平面上的气压为一个标准大气压 1个标准大气压P0 101325Pa 1013 25hPa 第三章大气污染气象学 二 主要气象要素 3 气湿反映空气中水汽含量和空气潮湿程度的一个物理量 常用的表示方法有 绝对湿度 水蒸气压力 体积百分比 含湿量 相对湿度 露点等 绝对湿度 1m3湿空气中含有的水汽质量相对湿度 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含湿量 湿空气中1kg干空气包含的水汽质量水汽体积分数 水汽在湿空气中所占的体积分数露点 同气压下空气达到饱和状态时的温度 二 主要气象要素 4 风向和风速水平方向的空气运动称为风 垂直方向的空气运动则称为升降气流 风的来向叫风向 8个或16个方位圆周等分表示 风速 单位时间内空气在水平方向上运动的距离 2或10min的平均值 根据自然现象将风力分为13个等级 0 12级 若用F表示风力等级 则风速u km h 第三章大气污染气象学 二 主要气象要素5 云云 是发生在高空的水汽凝结现象 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 如 云占天空的1 10 云量记为1 在云层中有少量空隙 空隙总量不到天空的1 20 记为10 当天空无云或云量不到1 20时 云量为0 第三章大气污染气象学 5 云云量国外 将天空分为8等份 国外云量与我国云量间的关系 国外云量 1 25 我国云量总云量低云量 低云的云掩盖天空的成数 云量的记录 以总云量 低云量的形式记录 如10 7 云状 多种多样 1932年国际云学委员会出版的国际云图将云状分为四族十属 云高 指云底距地面的垂直距离 以米为单位 测定方法 激光测云仪 弧光测云仪等 目力测定法 第三章大气污染气象学 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水平距离 观测值通常分0 9级 相应距离为50 50000米 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 第二节大气的热力过程 一 太阳 大气和地面的热交换1 什么是辐射 自然界中的一切物体都以电磁波的形式时刻不停的向外传递能量 这种传递能量的方式称为辐射 以辐射的方式向四周输送的能量称辐射能 有时简称辐射 2 大气对太阳辐射的减弱及影响因素 1 吸收辐射 2 散射作用 3 反射 4 透过大气层 第三章大气污染气象学 一 太阳 大气和地面的热交换3 大气温度依地面温度的变化关系地面温度 土壤温度 的日变化是周期性的 具有一最高值和最低值 在一天里地表温度最高值在13点左右 最低温度在日出前后 气温的年变化曲线与地表温度年变化曲线平行 但振幅较小 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近地层大气温度随地表温度变化 太阳辐射光谱 太阳辐射的能量主要分布在可见光区和红外区可见光区占太阳辐射总量的50 红外区占43 紫外区只占能量的7 第三章大气污染气象学 二 气温的垂直变化 气温直减率 大气 干空气绝热绘制温度递减率 干绝热直减率 空气团 一般满足 大气绝热过程 系统与周围环境无热交换 由压力变化引起 1 大气的绝热过程与泊松方程 定量 热力学第一定律 第一定律 状态方程 其中 第三章大气污染气象学 2 气温直减率 第三章大气污染气象学 2 气温直减率 代入上式得 实际中 Ti T相差 10K 则 3 气温的垂直分布 温度层结 气温的垂直分布 温度层结 第三章大气污染气象学 1 大气稳定度的概念 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 三 大气稳定度 第三章大气污染气象学 判据 2 大气稳定度的判据 第三章大气污染气象学 一 大气边界层的温度场 三 逆温一般将气温随高度增加而增加的气层称为逆温层 当发生逆温或等温时 大气是稳定的 逆温层的存在 阻碍了气流的垂直运动 所以又将逆温层称为阻挡层 根据逆温生成的过程 可将逆温分为辐射逆温 下沉逆温 平流逆温 锋面逆温和湍流逆温 第三章大气污染气象学 三 逆温 1 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 四 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 湍流逆温低层空气湍流混合形成的逆温 四 逆温 5 锋面逆温 四 不同温度层结下的烟型 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 第三节大气的运动和风 一 引起大气运动的作用力 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 改变方向 惯性离心力 大气曲线运动 很小 摩擦力 近地1 2km内明显 第三章大气污染气象学 二 大气边界层中风随高度变化 Ekman 爱克曼 螺旋线 北半球下视 地偏力指向运动右方 故顺时针 南半球则相反 高度增高 风速增大 方向逐渐接近地转风 第三章大气污染气象学 三 近地层风速廓线模式 1 对数律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 三 近地层风速廓线模式 2 指数律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m 第三章大气污染气象学 36 四 地方性风场 1 地形和地物的影响当气流沿地面流过时 必然要同各种地形地物发生摩擦作用 使风