大气污染控制工程第02章 1-4节

第二章气象与大气扩散大气污染的形成:

源强气象条件下垫层条件大气扩散:源受体大气扩散酸雨越境转移大气科学大气物理、化学……大气气象学……空气污染气象学…气象条件对污物的稀释、扩散作用污染物对气象的影响

大气污染物排入大气之后，在大气湍流作用之下，使污染物与周围环境清洁空气混合稀释的过程。第一节大气圈结构及气象要素大气圈垂直结构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大气边界层－对流层下层1～2km，地面阻滞和摩擦作用明显自由大气－大气边界层以上，地面摩擦可以忽略

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第二节主要气象要素气象要素：表示大气状态的物理量和物理现象的物理量。包括：日照、气压、气温、湿度、降水、风、云况等。1．气温:

天气预报中：1.5m高、百叶箱内气温。摄氏温标℃华氏温标℉绝对温标K主要气象要素2．气压：静止大气中某观测高度上的气压值等于单位面积上承受的大气柱的重量。单位：帕Pa,mmHg,百帕hPa(气象)标准大气压:温度为0℃时，在纬度是45度的平均海平面上的气压为一个标准大气压，记作atm，关系:1Pa=1N/m21atm＝101325Pa＝1013.25hPa=760mmHg

静止状态下:

主要气象要素3．气湿（湿度）:空气中水汽含量的多少。绝对湿度－1m3湿空气中含有的水汽质量（kg）。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（比湿）－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。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，可用方位（8或16）或角度表示。

16个方位圆周等分，见下页。

风速：单位时间内空气在水平方向上运动距离（m/s，km/h）气象报告中，指一定时间（2或10min）的平均值；有时也需测瞬时风向、风速。风速和风力的关系：

(km/h)F－风力级（0～12级）

主要气象要素

4．风向和风速

风速随高度的变化值:

注意:静风u<1.0m/s

及微风u=1~2m/s时，不利于污染物的扩散，易造成污染。

高度/m0.5121632100风速/m.s-12.42.8164.75.58.2主要气象要素

4．风向和风速风玫瑰图

风速,m/s

某地区1988年的风玫瑰图。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（3-6.5）。主要气象要素

5．湍流风速、风向无规则的阵性和摆动叫做大气湍流。机械湍流：由机械或动力因素形成机械湍流。热力湍流：由于地表受热不均，或大气层结不稳定，使空气发生垂直运动和使垂直运动发展而形成的湍流。大气湍流是两种因子共同作用的结果。主要气象要素6．云

大气中水汽的凝结现象叫做云（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）：不稳定：孤立大云块稳定：云层低、黑，结构稀松中云（2500～5000m）：（灰）白色、稠密、无光泽高云（5000m以上）：白色、蚕丝光泽、薄而透明

云状:卷云（线）,积云（块）,层云（面),雨层云(无定形）云高

高云（5000m以上）中云（2500-5000m）低云2500m以下主要气象要素7．太阳高度角太阳光线与地平面之间的夹角。

判断大气稳定度级别的一个条件。主要气象要素8．能见度：大气的清洁程度。

正常视力的人，在天空背景下能看清的水平距离。气象学定义：在指定方向上，仅能用肉眼看见和辨认的最大距离。

在白天能看见地平线上直指天空的一个显著的深色物体；在夜间，能看见一个已知的、最好未经聚焦的中等强度的光源。主要气象要素8．能见度：级别（0~9级，相应距离为50～50000米）

主要气象要素9．降水：

从大气中降落至地面的液态的或固态的水的通称。降水量：大气中降落至地面未经蒸发、渗透和流失而在水面上积聚的水层厚度。（mm）第三节大气稳定度及其分类太阳、大气和地面的热交换太阳以紫外线、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一、气温的垂直变化气温直减率

（℃/100m）温度层结曲线:

在T-Z坐标图上,用曲线来表示气温随高度的分布,此曲线叫温度层结曲线.四种形式：P72图3-3：温度层结曲线

递减层结：γ﹥0，正常分布层结；中性层结：γ=1℃/100m；等温层结：γ=0；逆温层结：γ＜0，大气处于非常稳定状态逆温在边界层中,由于气象和地形等条件的影响,有时出现气温随高度增加而升高的现象,称为逆温。出现逆温的气层,称为逆温层，或称为阻挡层。逆温不利于扩散类型（形成原因）：辐射逆温：由于地面强烈辐射冷却而形成的逆温。

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。逆温类型辐射逆温的生消过程下午日落前1小时黎明日出后上午9~10点逆温类型1、辐射逆温：最常出现，与大气污染关系最密切。

特点：逆温层的厚度大陆地，冬季最强山谷、盆地区域受天气条件影响逆温类型2、平流逆温：由于暖空气到冷地面上而形成的逆温。

暖空气平流到冷地面上而下部降温而形成。

强弱程度取决于暖空气与冷地表面的温差。发生：冬季，中纬度沿海地区；

低地、盆地。逆温类型3.下沉逆温：由于空气下沉压缩增温形成的逆温。（多在高空大气中，高压控制区内；范围大，厚度大）很厚的气层下沉

压缩变扁

顶部增温比底部多逆温类型4.湍流逆温：低层空气因湍流混合形成的逆温。下层湍流混合达上层出现过渡层逆温

逆温类型5、锋面逆温冷、暖气团相遇冷暖间逆温

暖气上爬，形成锋面逆温类型6、地形逆温：

局部地区的特殊地形。如：盆地和谷地，山脉背风侧的逆温等。实际大气中出现的逆温，由几种原因共同形成的，需具体分析。二、干绝热直减率：干绝热过程：与外界不发生热量交换而引起的空气温度的变化，称作空气的绝热交换过程。一般将没有水相变化的空气块的垂直运动近似地看作绝热运动。一般满足，大气绝热过程，系统与周围环境无热交换

空气块膨胀（做功）耗内能T定性空气块压缩（外气对它做功）T内能（由压力变化引起）二、干绝热直减率：干绝热直减率：

近地表面干空气块在绝热的条件下，在垂直方向上，每上升（或下降）100米时，在气块与外界无热交换时，温度降低（或升高）的数值，称为干空气温度的绝热垂直递减率，简称干绝热直减率。

负号的意思是表示干气块在绝热上升的过程中，温度随高度而降低。气温直减率

Cp:干空气定压比热；描述气块在绝热升降过程中，气块的初始状态（T0、P0）和终止状态参数（T、P）之间的关系，说明绝热过程中气温的变化完全是由气压变化引起的。二、干绝热直减率：气温垂直递减率：

变量，表示大气温度随高度的分布；干绝热直减率：

物理常数，表示干空气的某种热力学性质。

边界层气温的垂直分布：三、大气稳定度1、定义：大气在垂直方向上稳定的程度；反映其是否容易对流。

2、定性描述（含义）：

外力使气块上升或下降气块去掉外力气块减速，有返回趋势，稳定气块加速上升或下降，不稳定气块停在外力去掉处，中性不稳定条件下有利于扩散3、大气是否稳定的判断方法：（1）比较γ和γd的值：定量判断

浮力ρg重力ρiga假设起始温度相同，即则有判据：

3、大气是否稳定的判断方法：3、大气是否稳定的判断方法：（2）用层结曲线和状态曲线的分布来判断大气稳定度

状态曲线：在T-Z坐标上，表示气块在绝热条件下升降过程中温度的变化曲线，（即上升空气块的温度随高度变化曲线）称为状态曲线。

温度层结曲线：在T-Z坐标图上用直线描述气温直减率的直线，（即大气温度随高度变化曲线）称为温度层结曲线。4、大气稳定度的分类方法：（1）帕斯奎尔分类法：（P-G法）

依据：离地面10米处的平均风速太阳的辐射强度云量

分类方法：表4-3（P93）

，A~F六个级别。

A——极不稳定；B——不稳定；C——弱不稳定；

D——中性；E——弱稳定；F——稳定

4、大气稳定度的分类方法：（1）帕斯奎尔分类法：几点说明：稳定度级别A~B表示按A、B级的数据内插；夜间的定义为日落前1h至日出后1小时；不论何种天空状况，夜间前后1小时算作中性，即D级稳定度；仲夏晴天中午为强日照，寒冬晴天中午为弱日照；强弱太阳辐射与太阳高度角对应，并考虑云量。4、大气稳定度的分类方法：（2）帕斯奎尔分类法的改进和补充：（P-T法）修订我国GB/T13201-91

步骤:

根据某时某地的太阳角和云量，按表4-5（P96）

确定太阳辐射的等级数；根据太阳的辐射等级和地面10m处的风速查表4-6来确定稳定度等级。第四节大气污染与气象的关系一、气象要素对大气污染的影响：1、风的影响：风速：决定污染物的稀释程度风向：决定污染物的扩散、移动方向1、风的影响——风速风速廓线：平均风速随高度变化的曲线。风速廓线模式：描述风速廓线的数学表达式。①对数律模式：中性层结时近地层的风速廓线

(3-22)②指数律模式：非中性层结时的风速廓线

（3-23）1、风的影响——风向频率和污染系数风向频率：指一定时间内(年或月)，某风向出现次数占各风向出现次数的百分数。风向频率用风玫瑰图：

主要气象要素1、风的影响——风向频率和污染系数污染系数：风向、风速综合作用对空气污染物扩散影响程度。污染系数越大，其下风方向污染越严重。

静风（u﹤1.0米/秒）微风（u在1~2米/秒）容易引起高浓度的大气污染。

2、湍流对大气污染物的扩散作用风速、风向无规则的阵性和摆动叫做大气湍流。（1）大气湍流的形成和发展：机械湍流热力湍流（2）湍流扩散：

小涡流：烟团受小尺寸湍流搅动，缓慢地扩散；

大涡流：尺寸比烟团大，这时烟团可能被大尺寸的湍流夹带，本身截面尺寸变化不大，前进路线呈曲线状作曲线运动；

复合尺寸湍流：湍流由大小与烟团尺寸相似的涡流组成，烟团被涡流迅速撕裂，沿着下风向不断扩大，浓度逐渐稀释。3、大气稳定度对大气污染的影响波浪型（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）

4、大气温度层结与大气污染当γ﹥0时，对污染物扩散有利；当γ=0时，大气较稳定，不利于污染物的扩散与稀释；当γ﹤0时，逆温层形成，污染物极难输送扩散。逆稳越强，逆温层越厚，维持时间越长，污染物越不容易扩散和稀释，危害也越大。5、降水与大气污染清除大气污染物的重要机制之一。降水净化大气的作用主要有两个方面：①降水凝结核，随降水降落到地面；②雨滴等在下降过程中，碰撞、捕获了一部分颗粒污染物。

这两种作用既发生在云中，也发生在云下降水下落过程中。大雨是净化城市空气的重要因素。6、辐射和云对大气污染的影响晴天白昼，特别是午后，太阳辐射最强，地面强烈增温，温度层结是递减的，大气极不稳定。晴夜，地面有效辐射大，地面降温快，因而形成逆温，大气极为稳定。日出日落前后为转换期，大气接近中性状态。云对辐射起屏障作用，使白天递减和夜间逆温均受到削减。减弱的程度决定于云量的多少。阴天，温度层结的昼夜变化几乎消失，大气接近中型状态。7、天气形势与大气污染所谓天气形势，主要是指大范围的气压分布状况。低压（气旋）控制区内，有利于稀释扩散。在高压（反气旋）控制下，天气晴朗，风速较小，大范围内空气做下沉运动，在几百米或一两千米上空形成下沉逆温。二、地形、地物对大气污染的影响：地方性风场：局部地区由于地形、地物的影响，引起近地层大气的增温和冷却速度不同，从而形成了局部空气环流，即形成了特殊的风场，称为局地风。如：海陆风、山谷风（地形的影响）城市热岛效应、城市风（地物的影响）地形对大气污染的影响

海洋平地陆地丘陵山地

地形对烟气的扩散有直接或间接的影响。

地形山、丘陵对烟气运行的影响涡流地形对大气污染的影响—海陆风什么是海（湖）陆风？

海陆风是海（湖）风和陆风的总称。地形对大气污染的影响—海风白天：由海洋吹向陆地的海风。地形对大气污染的影响—陆风夜间：由陆地吹向海洋的陆风。地方性风场海陆风地形对大气污染的影响—海陆风

当陆面出现海风时，高空是陆风；当地面出现陆风时，高空出现海风，从而形成铅直的闭合环流，即海陆风。地形对大气污染的影响—海陆风发生地点：海与陆地的交界地带（活动范围大）、内陆湖泊、江河的水陆交界处（活动范围小）发生周期：24小时，以日为单位形成原因：陆地和海洋（或大湖）对热量反应的差异，即地形的热力效应。总之，海陆风对大气污染的影响很大。如：洛杉矶光化学烟雾地形对大气污染的影响—山谷风发生地点：山区发生周期：24小时，以日为单位形成原因：地形热力作