指距离地面15m高度`在百叶箱中观测到的空气温度

第三章大气污染气象学,1.大气圈结构及气象要素2.大气的运动和风3.大气的热力过程,第一节大气圈结构及气象要素,与大气扩散有关的气象要素1气温指距离地面1.5m高度、在百叶箱中观测到的空气温度,与大气扩散有关的气象要素2气压：指单位面积上所承受的大气柱的压力单位：标准大气压atm毫米汞柱mmHg毫巴mb或百帕hPa关系：1atm101325Pa=760mmHg1013.25mb1013.25hPa1mb1hPa100Pa气压的变化用静力学方程描述：,与大气扩散有关的气象要素,3气湿：反应大气中水汽含量和空气的潮湿程度表示方法：绝对湿度每m3湿空气中含有的水汽质量，w（kg/m3）水汽压力Pw（Pv饱和水汽压力）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，=w/N=Pw/PN含湿量（或比湿）湿空气中1kg干空气包含的水汽质量，d（kg水汽/kg干空气）露点在一定气压下空气达到饱和状态时的温度，F（）,与大气扩散有关的气象要素,4风风：水平方向的空气运动（垂直方向升降气流）风向：风的来向方位法：16个方位或8个方位圆周等分角度法：以N为00，顺时针转风速：单位时间内空气在水平方向上运动距离（2或10min平均），um/s或km/hF风力级（012级）,与大气扩散有关的气象要素,5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）阴云密布，云量为10；碧空万里无云，云量为0云高:云底距地面底高度低云（2500m以下）中云（25005000m）高云（5000m以上）云状:卷云（线）,积云（块）,层云（面）,雨层云(无定形),与大气扩散有关的气象要素,6能见度：正常视力的人，在天空背景下能看清的最远水平距离级别共10级：09级，相应距离为5050000米,大气层结构垂直分层,对流层（010km左右）,特点：虽然薄，集中了整个大气质量的3/4，主要天气现象都发生在这一层集中了几乎全部的水蒸气大气的温度随高度的增加而降低，每升高100m平均降温0.65空气垂直气流强烈，水平气流相对较弱，由下垫面受热不均引起温度和湿度的水平分布不均，例如热带海洋温暖潮湿，高纬度内陆寒冷干燥污染物的扩散均在对流层（或近地层）中进行,对流层（010km左右）,概念：大气边界层对流层下层12km，地面阻滞和摩擦作用明显近地层地面上50100m，热量和动量的常通量层自由大气大气边界层以上，地面摩擦可以忽略,平流层（对流层顶5055km）,特点：同温层对流层顶3540km，温度不随高度变化，气温-550C左右逆温层同温层顶5055km，气温随高度增加而增加集中了大部分臭氧没有空气对流运动，大气稳定，污染物停留时间很长,中间层（平流层顶85km）,特点：气温随高度升高而迅速降低大气对流运动强烈,暖层（中间层顶800km）,特点：气温随高度升高而增高气体分子高度电离，存在大量的离子和电子电离层,特点：空气温度很高空气稀薄空气粒子运动速度很高，可以摆脱地球引力而散逸到太空中附注：大气压力总是随高度的升高而降低均质大气层8085km以下，成分基本不变,散逸层（暖层以上）,第二节大气的运动和风,引起大气运动的作用力1重力2水平气压梯度力G定义：由于水平方向气压差的存在而作用在单位质量空气上的力，叫水平气压梯度力说明：1）实际气体中，水平气压梯度力很小，约为1mb/100km2）垂直气压梯度力约为水平气压梯度力104倍，垂直气压梯度力虽大，但因重力与其平衡，所以大气实际受到的垂直分力并不大3）水平气压梯度力虽小，但却是大气水平运动的主要作用力,引起大气运动的作用力,3地转偏向力（地球自转偏向力）DN定义：由于地球自转而产生的使运动着的空气偏离气压梯度力方向的力，即DN=2vsinv风速地球自转角速度当地纬度说明：1）DN是伴随风速的产生而产生的2）北半球垂直指向运动方向的右方3）由于与运动方向垂直，所以只改变风向，不改变风速4）正比于，随纬度的增大而增加，赤道为零，两极最大，DNmax=2v,引起大气运动的作用力,4惯性离心力C以曲率半径r作曲线运动的单位质量空气所受的惯性离心力C为：C=v2/r5摩擦力（或粘滞力）R包括：外摩擦力：运动空气所受到的下垫面的阻力大小：与运动速度和下垫面的粗糙度成正比方向：与运动方向相内摩擦力：方向不同或速度不同的两层空气之间因存在粘性而产生的摩擦力,引起大气运动的作用力,小结：以上除重力以外的四个水平力中，水平气压梯度力是引起大气水平运动的原动力，而其他三个力是在空气开始运动之后才产生并起作用的；所起作用视具体情况而不同，如在近地层或低纬度地区，地转偏向力可忽略；近于直线的空气运动，惯性离心力可忽略；对自由大气，摩擦力可忽略。所以对大气的运动，根据牛顿第二运动定律：mdv/dt=mg+G+DN+C+R,大气边界层中风随高度的变化规律Ekman螺旋线,结论：高度增高，风速增大；当到了大气边界层顶时，风速和风向完全接近了地转风自由大气中的风常常和地转风接近地转风：指气压梯度力和地转偏向力达平衡时的风，此时空气团沿等压线（直线）作等速直线运动,近地层中风随高度的变化规律,1对数规律（中性层结）式中：高度Z处的平均风速，m/s；u*摩擦速度，m/s；k卡门常数，大气中k=0.40（0.350.44）；Z0地面粗糙度，m,近地层中风随高度的变化规律,求解粗糙度和摩擦速度：实际的u*和Z0值，可根据不同高度上测得的风速按上式求得，将上式变形为：,作图lnZ是一条直线，可求得u*和Z0,近地层中风随高度的变化规律,式中：高度Z处的平均风速，m/s；1高度Z1处的平均风速，m/s；m稳定度参数注意：1）参数m的变化取决于温度层结和地面粗糙度2）层结越不稳定，m越小，表3-3给出了六种稳定度时的m值,2指数规律（非中性层结）,近地层中风随高度的变化规律,求解稳定度参数m，将上式变形为：,在气象上测得的风速常为10m高度的风速，所以上式可写为：,例题已知一组实测数据，试计算该地区高度分别为25m、250m处的平均风速。（假设为非中性层结）,例题解：（1）用对数规律求解25,以lnZ为横坐标，为纵坐标作图，得=0.9206lnZ+0.8186故u*/k=0.9206u*/klnZ0=0.8186因k=0.40，则u*=0.9206k=0.37m/slnZ0=0.8186/0.9206=0.8892Z0=0.41m则25=0.9206lnZ+0.8186=0.9206ln25+0.8186=3.78m/s,例题,解；（2）用指数规律求解250,地方性风局地风1海陆风,地方性风局地风,2山谷风,地方性风局地风,3城市热岛环流,第三节大气的热力过程,干绝热直减率1定义：干空气（或未饱和的湿空气）在绝热上升或下降过程中，每升高或降低单位高差(通常取100m)的温度变化率的负值，称为干空气温度绝热垂直递减率，简称干绝热直减率，用d表示，/100m或K/100mTi干空气块的温度,干绝热直减率的计算,热力学第一定律：dQ=dE+dW准静力条件：P=P气体状态方程：PV=nRT绝热过程：dQ=0干绝热直减率定义：气体静力学方程：联立以上六式得，d=Ag/CpA功热当量，2.3910-8cal/ergG重力加速度，9.8m/s2Cp空气的定压比热，对于单位质量的干空气，=0.238cal/g故d=2.3910-8981104/0.238=0.985/100m实际计算中取d=1/100m，即气块在干绝热升高100m，温度递减1,气温垂直递减率,1定义：空气每升高或降低单位高度（通常取100m），气温变化率的负值，用表示，单位为/100m或K/100m2温度层结气温沿垂直高度的分布曲线类型：,大气稳定度及其判据,大气稳定度定义：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：,大气稳定度及其判据,定量判断：将体积为V的气块上抬Z高度作干绝热运动，此时气块：P（气压）、T（温度）、（密度）环境：P（气压）、T（温度）、（密度）气块受到两个力：重力G=mg=Vg浮力F1=Vg合力F：F=F1G=VgVg=（）Vg=（/1）mg气块上抬Z高度后，很快和周围气体达到平衡，即P=P,大气稳定度及其判据,由气态方程：P=RTP=RT则RT=RT即/=T/T代入上式得，F=（T/T1）mg=（TT）mg/T对干绝热运动，气块在外力作用下上抬Z高度后，气块的温度：T=T0+T=T0dZ周围的温度：T=T0+T=T0Z因起始温度相同，T0=T0则TT=（d）Z故,大气稳定度及其判据,讨论：1）当d0，即d时，若Z0，则F0，若Z0，则F0，即外力F与位移Z方向不一致，气块有返回原来位置的趋势，此时湍流减弱，大气稳定；3）当d=0，即=d时，则F=0，气块可停留在任何一个位置，或作等速直线运动，大气处于中性状态。,课堂讨论：,如下图所示，分别判断大气处于何种状态，稳定还是不稳定？,逆温,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,2.下沉逆温（多在高空大气中，高压