大气污染控制工程ppt课件

1、大气污染控制工程(AIR POLLUTION CONTROL ENGINEERING)第三章 大气污染气候学n大气圈构造及气候要素 n大气热力过程 n大气的运动和风n了解气候学根底知识建议学时数：2学时污染源污染源大气中迁移、分散大气中迁移、分散 受体受体气候条件气候条件风向、风速风向、风速大气湍流大气湍流气温垂直分布气温垂直分布大气稳定度大气稳定度SourcesTransportsSinks人群人群其他生物体其他生物体工业工业交通交通生活生活大气污染系统与途径大气污染系统与途径问题：为什么同一地域大气污染存在季节性问题：为什么同一地域大气污染存在季节性(天天)差别？差别？第三章 大气污染气候

2、学大气科学大气科学大气物理、化学大气物理、化学大气气候学大气气候学污染气候学污染气候学环境科学环境科学(1)各种气候条件对大气污染物的传输与分散作用各种气候条件对大气污染物的传输与分散作用 (2)大气污染物质对天气和气候的影响大气污染物质对天气和气候的影响 Meteorology for Air Pollution 大气污染气大气污染气候学候学研讨大气运动与大气中污研讨大气运动与大气中污染物相互作用的学科染物相互作用的学科污染气候学的开展简史污染气候学的开展简史第三章 大气污染气候学教学内容：第一节 大气圈构造及气候要素第二节 大气的热力过程第三节 大气的运动和风第三章第三章 大气污染气候学大

3、气污染气候学 l 大气圈的垂直构造大气圈的垂直构造一、大气圈垂直构造一、大气圈垂直构造对流层对流层10km10km左右左右一、大气圈垂直构造一、大气圈垂直构造1 大气边境层特征大气边境层特征平流层对流层顶平流层对流层顶50-55km50-55km中间层平流层顶中间层平流层顶85km85km一、大气圈垂直构造一、大气圈垂直构造暖层中间层顶暖层中间层顶800km800km散逸层暖层以上散逸层暖层以上) ) 大气压力总是随高度的升高而降低大气压力总是随高度的升高而降低 均质大气层均质大气层: 80: 8085km85km以下，大气成分根本不变以下，大气成分根本不变一、大气圈垂直构造一、大气圈垂直构造

4、臭氧 吸收300平流层顶（+ ）（- ）平流层对流层对流层顶散逸层（+ ）（- ）（+ ）热成层电离层中间层中间层顶200250绝对温度（K ）50030007080506020409030040020010001030高 度 （ km ）高度（k m ）高度(km)每升高每升高100m，气温降低气温降低0.65 N2O2ArCO2NeHeKrH2XeO3越往上氧、氦等气体的原子态越多越往上氧、氦等气体的原子态越多紫外线的剧烈照紫外线的剧烈照射，射，N2和和O2产产生不同程度的离生不同程度的离解解一、大气圈垂直构造一、大气圈垂直构造 气温 气压 气湿 风向 风速 云况 能见度二、主要气候要素二

5、、主要气候要素天气预告中：天气预告中：1.5m1.5m高、百叶箱内气温。高、百叶箱内气温。 oo5(32)9CFo273.15KCoo9325FCoo5(32)9CFo273.15KCoo9325FC二、主要气候要素二、主要气候要素1 1、气、气 温温 单位：mb毫巴 大气的压强： 1at101326Pa1013.26mmb = 760mmHg 静力学方程:gzP二、主要气候要素二、主要气候要素2 2、气、气 压压二、主要气候要素二、主要气候要素3 3、气、气 湿湿风：程度方向的空气运动叫做风垂直方向为升降气流风向：风的来向叫风向16个方位圆周等分风速：单位时间内空气在程度方向上运动间隔2或1

6、0min平均值 (km/h) F风力级012级 302.3Fu 二、主要气候要素二、主要气候要素4 4、风向、风速、风向、风速风玫瑰图风玫瑰图 风玫瑰图 风向 N NNE NE ENE E ESE SE SSE S SSW SW WSW W WNW NW NNW C 冬季 12.610.48.2114.93.82.72.74.99.95.52.71.10.55.56.66.6 春季 9.868.74.95.42.71.68.210.915.28.20.52.23.36.54.31.6 夏季 6.58.29.810.33.34.94.39.216.310.35.42.20.51.60.51.64

7、.9 秋季 9.99.96.68.21.61.62.24.912.19.910.43.32.22.73.81.68.8 全年 10.0 9.0 8.0 9.0 4.0 3.0 3.0 6.0 11.0 11.0 7.0 2.0 2.0 2.0 4.0 4.0 5.0 某城市年及各季风向频率某城市年及各季风向频率 风玫瑰图制造方法：风玫瑰图制造方法：做一个极坐标做一个极坐标16位，位，8位；位；将观测的风频按一定比例点在相对应方位的一定线段；将观测的风频按一定比例点在相对应方位的一定线段；将各点用折线衔接起来；将各点用折线衔接起来；将静风频率记在图的中心。将静风频率记在图的中心。051015 N

8、 NNE NE ENE E ESE SE SSE S SSW SW WSW W WNW NW NNW 冬季静风：6.6%主导风向：N，12.6%风玫瑰图风玫瑰图某城市年及各季风向频率某城市年及各季风向频率 风向 N NNE NE ENE E ESE SE SSE 冬季 12.610.48.2114.93.82.72.7春季 9.868.74.95.42.71.68.2夏季 6.58.29.810.33.34.94.39.2秋季 9.99.96.68.21.61.62.24.9全年 10.0 9.0 8.0 9.0 4.0 3.0 3.0 6.0 风向 S SSW SW WSW W WNW NW

9、 NNW C冬季 4.99.95.52.71.10.55.56.66.6春季 10.915.28.20.52.23.36.54.31.6夏季 16.310.35.42.20.51.60.51.64.9秋季 12.19.910.43.32.22.73.81.68.8全年 11.0 11.0 7.0 2.0 2.0 2.0 4.0 4.0 5.0 课堂练习：制造风玫瑰图课堂练习：制造风玫瑰图风向风向 N NE E SE S SW W NW 合计合计 风向频率风向频率 10 8 9 17 12 20 17 7 100 风速风速(m/s) 4.0 7.2 4.7 3.9 4.8 2.2 3.6 5.1

10、 污染系数污染系数 2.5 1.1 1.9 4.4 2.5 9.1 4.7 1.4 27.6 污染系数百分率污染系数百分率 9 4 7 16 9 33 16 6 100 某城市污染系数表某城市污染系数表新建工厂应建在市区的东北新建工厂应建在市区的东北(NE)方向上，有利于大气污染向市区外部分散。方向上，有利于大气污染向市区外部分散。p云：大气中水汽的凝结景象叫做云使气温随高度变化小云：大气中水汽的凝结景象叫做云使气温随高度变化小p云量云量: : 天空被云遮盖的成数我国天空被云遮盖的成数我国1010分，国外分，国外8 8分分p云高云高: : 云底距地面底高度云底距地面底高度p云量的记录：以总云量

11、云量的记录：以总云量/ /低云量的方式记录，如低云量的方式记录，如10/710/7p l低云低云2500m2500m以下以下l中云中云250025005000m5000ml高云高云5000m5000m以上以上二、主要气候要素二、主要气候要素5 5、云、云云 高云高云5000m5000m以上以上中云中云2500-5000m2500-5000m低云低云25002500米以下米以下p正常视力的人，在天空背景下能看清的最大程度间隔正常视力的人，在天空背景下能看清的最大程度间隔p 级别级别0-90-9级，相应间隔为级，相应间隔为50505000050000米米 二、主要气候要素二、主要气候要素5 5、能

12、见度、能见度第三章 大气污染气候学教学内容：第一节 大气圈构造及气候要素第二节 大气的热力过程第三节 大气的运动和风第三章第三章 大气污染气候学大气污染气候学一、太阳、大气和地面的热变换一、太阳、大气和地面的热变换温室效应温室效应一、太阳、大气和地面的热变换一、太阳、大气和地面的热变换1热力学第一定律大气中的热力学过程遵照热力学第一定律，即能量守恒定律。表示加于任一封锁物系气体的热量等于该物系内能的变化和物系对外所做的功，即：在无非膨胀功时，其微分表达式为：将形状方程 代入上式，并取 ， 那么上式写成 变形为： 式中：dQ参与物系的热量； R气体常数； Cp恒压比第三章第三章 大气污染气候学大

13、气污染气候学二、气温的垂直变化二、气温的垂直变化1 1、大气的绝热过程与泊松方程、大气的绝热过程与泊松方程WUQPdVdTCdQvPdPRTdTCdQpPdPCRTCdQdTppRTPV RCCvp第三章第三章 大气污染气候学大气污染气候学二、气温的垂直变化二、气温的垂直变化1 1、大气的绝热过程与泊松方程、大气的绝热过程与泊松方程2大气绝热过程气块在大气中的运动近似以为是绝热变化。缘由：空气的导热率较小，变化慢； 气块大气中运动很快； 气压变化很大。大气的绝热方程： 绝热： PdPCRTCdQdTpp0QPdPCRTdTP将 变为两边积分，得即有：因CP - CV = R 又 CP/CV =

14、 K，对于空气K=1.404于是得大气绝热方程：这就是绝热方程，亦称泊松Poisson方程。1212lnlnPPCRTTPPCRPPTT1212288. 01211212PPPPTTKKn定义：干空气块包括未饱和的湿空气块上升或下降单位高度通常取100m时，温度降低或升高的数值，称为干空气温度绝热垂直递减率，简称干绝热直减率。n表示方法：n定义式：第三章第三章 大气污染气候学大气污染气候学二、气温的垂直变化二、气温的垂直变化2 2、干绝热直减率、干绝热直减率dm100/98. 0KCgdZdTdZdTPdm100/1Kd通常取：n推导：n根据热力第一定律，导出绝热过程方程式为： n n又气压随

15、高度变化规律： n n又理想气体形状方程：n 第三章第三章 大气污染气候学大气污染气候学二、气温的垂直变化二、气温的垂直变化2 2、干绝热直减率、干绝热直减率PdPCRTdTPgdZdPgdZdPRTPRTPV将代入，那么得：整理得：PdPCRTdTPPCdZdTgRTgdZCRPn定义：气温随高度的变化特征可以用气温垂直递减率来表示，简称气温直减率，指单位通常取100m高差气温变化率的负值。n表示方法：n定义式：第三章第三章 大气污染气候学大气污染气候学二、气温的垂直变化二、气温的垂直变化3 3、气温的垂直分布、气温的垂直分布ZTn二者区别：n1、d表示干空气团绝热升降过程温度的变化n表示环

16、境大气稳定的变化n2、d为常数n为变量n二、气温的垂直变化二、气温的垂直变化3 3、气温的垂直分布、气温的垂直分布n温度层结：温度层结：n 气温沿垂直高度的分布，可用坐标图上的曲线表气温沿垂直高度的分布，可用坐标图上的曲线表示图，气温沿高度分布曲线或温度层结曲线，简称示图，气温沿高度分布曲线或温度层结曲线，简称温度层结温度层结n大气中的温度层结有四种类型：大气中的温度层结有四种类型：1 1、正常分布层结递减、正常分布层结递减2 2、中性层结、中性层结3 3、等温层结、等温层结4 4、逆温层结、逆温层结00ddZT二、气温的垂直变化二、气温的垂直变化3 3、气温的垂直分布、气温的垂直分布n定义：

17、定义：n 大气稳定度是指垂直方向上大气的稳定程度，即大气稳定度是指垂直方向上大气的稳定程度，即能否易于发生对流。能否易于发生对流。n定性描画：外力使气块上升或下降定性描画：外力使气块上升或下降三、大气稳定度三、大气稳定度1 1、大气稳定度的概念、大气稳定度的概念当气块去掉外力时当气块去掉外力时气块减速，有前往趋势，稳定气块减速，有前往趋势，稳定气块加速上升或下降，不稳定气块加速上升或下降，不稳定气块停在外力去掉处，中性气块停在外力去掉处，中性污染物在大气中的分散与大气稳定度有亲密关系污染物在大气中的分散与大气稳定度有亲密关系定量判别: ipiviTpvT气块：气块： 环境：环境：()iigai

18、iippRTRT进展受力分析，得单位体积块加速度进展受力分析，得单位体积块加速度 ，将将 代入上式得：代入上式得：0iidTTz0T Tz 气块：气块： 环境：环境： zzz高度高度 普通均满足绝热条件普通均满足绝热条件三、大气稳定度三、大气稳定度2 2、大气稳定度的判别、大气稳定度的判别 那么得：00iTTzTgad)(TTTga)(iG GF Fztgad)(判据： ddd 混合层混合层 0, a0 不稳定不稳定 0, a0 稳定稳定 中性层中性层 0，a=0 中性中性 稳定层稳定层 0 ， a0,气块加速度与其位移方向一样，气块加速运动，大气气块加速度与其位移方向一样，气块加速运动，大气

19、不稳定不稳定2 ，a000ht10.81111111212121313131113120.713.212.030010020011.312.712.01.01.2高度/米：d不稳定空气块运动趋势表示图四、逆四、逆 温温2 2、大气稳定度的判别、大气稳定度的判别d=12、 大气稳定度分类大气稳定度分类1不稳定类：不稳定类：A、B、C；2中性类：中性类：D3稳定类：稳定类：E、F A B C D E F强不稳定强不稳定 不稳定不稳定 弱不稳定弱不稳定 中性中性 较稳定较稳定 稳定稳定二、大气稳定度二、大气稳定度三、大气稳定度三、大气稳定度逆温定义与分类：逆温定义与分类：n定义：定义：n 近地层空气

20、温度随高度添加而上升的一种景象近地层空气温度随高度添加而上升的一种景象n分类：分类：n 辐射逆温辐射逆温n 下沉逆温下沉逆温n 平流逆温平流逆温n 湍流逆温湍流逆温n 锋面逆温锋面逆温地面白天加热，大气自下而上变暖；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夜间变冷，大气自下而上冷却辐射逆温的生消过程辐射逆温的生消过程三、大气稳定度三、大气稳定度1 1、辐射逆温、辐射逆温多在高空大气中，高压控制区内多在高空大气中，高压控制区内 很厚的气层下沉很厚的气层下沉 紧缩变扁紧缩变扁 顶部增温比底部多顶部增温比底部多三、大气稳定度三、大气稳定度2 2、下沉逆温、下沉逆温m100

21、/98. 0KCgdZdTdZdTPd 暖空气平流到冷地面上，由于下部降温快而构成暖空气平流到冷地面上，由于下部降温快而构成三、大气稳定度三、大气稳定度3 3、平流逆温、平流逆温4 4、湍流逆温、湍流逆温dd 下层湍流混合达下层湍流混合达 上层出现过渡层逆温上层出现过渡层逆温 冷、暖气团相遇冷、暖气团相遇冷暖间逆温冷暖间逆温 暖气上爬，构成锋面暖气上爬，构成锋面三、大气稳定度三、大气稳定度5 5、锋面逆温、锋面逆温n波浪型不稳波浪型不稳n锥型中性锥型中性or弱稳弱稳n扇型逆温扇型逆温n爬升型下稳，上不稳爬升型下稳，上不稳n漫烟型上逆、下不稳漫烟型上逆、下不稳 三、大气稳定度三、大气稳定度4 4

22、、烟流外形与大气稳定度的关系、烟流外形与大气稳定度的关系第三章 大气污染气候学教学内容：第一节 大气圈构造及气候要素第二节 大气的热力过程第三节 大气的运动和风第三章第三章 大气污染气候学大气污染气候学直接作用力直接作用力重力重力程度气压梯度力垂直上与重力根本平衡程度气压梯度力垂直上与重力根本平衡间接作用力间接作用力 地转偏向力相对运动：方向改动地转偏向力相对运动：方向改动惯性离心力大气曲线运动：很小惯性离心力大气曲线运动：很小摩擦力近地摩擦力近地1 12km2km内明显内明显 一、引起大气运动的作用力一、引起大气运动的作用力引起大气运动的作用力引起大气运动的作用力nE k m a nE k

23、m a n 螺 旋 线螺 旋 线北半球下视，北半球下视，地偏力指向运动地偏力指向运动右方，故顺时针；右方，故顺时针；南半球那么相反南半球那么相反n n 高 度 增 高 ，高 度 增 高 ，风速增大，方向风速增大，方向逐渐接近地转风。逐渐接近地转风。 二、大气边境层中风随高度变化二、大气边境层中风随高度变化大气边境层中风随高度变化大气边境层中风随高度变化平均风速随高度变化中性层结：对数律，粗糙度和摩擦速度0u*lnZZ高度为高度为Z处的风速处的风速m/s摩擦速度摩擦速度卡门常数卡门常数高度高度m地面粗糙度地面粗糙度地面粗糙度越大，风速梯度越小地面粗糙度越大，风速梯度越小三、近地层中的风速廓线方式三、近地层中的风速廓线方式1 1、对数律风速廓线方式、对数律风速廓线方式三、近地层中的风速廓线方式三、近地层中的风速廓线方式1 1、对数律风速廓线方式、对数律风速廓线方式非中性层结： 指数律，稳定度参数高度为高度为Z处的平均风速处的平均风速m/s高度为高度为Z1米处