第03章-大气污染气象学

第三章大气污染气象学大气污染控制工程赵玲子主要内容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扩散源受体大气扩散酸雨越境转移（日本、韩国……）大气科学大气物理、化学……大气气象学……

污染气象学……

气象条件对污物的稀释、扩散作用污染物对气象的影响

3.1大气圈结构及气象要素

3.1.1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，具体地，大气圈指地面到大约1400km高度处的大气层。3.1大气圈结构及气象要素大气圈垂直结构大气圈的垂直结构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0.65℃强烈对流作用温度和湿度的水平分布不均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-55℃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3.1.2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主要有：气温、气压、气湿、风向、风速、云况、能见度等。主要气象要素气温气温是表示大气温度的物理量，反映一定条件下空气分子平均动能大小。地面温度一般取距地面1.5m高处的百叶箱中的空气温度。

主要气象要素气压静止大气中某一点的气压等于单位面积上垂直气柱所受的重力。大气压的测量一般使用水银气压计，0℃，纬度45°的海平面上1标准大气压等于760mm汞柱，相当于101325Pa。1Pa=1N/m21hPa=100Pa1atm=101325Pa=1013hPa主要气象要素气湿气湿是大气中水汽含量的物理量，可以用水蒸气分压或单位湿空气水蒸气含量表示。表示气湿的物理量主要有：绝对湿度、相对湿度、含湿量、水气体积分数和露点。

气湿绝对湿度——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.气湿气湿含湿量——湿空气中1kg干空气包含的水汽质量气湿水汽体积分数——水汽在湿空气中所占的体积分数气湿气湿露点——同气压下空气达到饱和状态时的温度主要气象要素水平方向的空气运动叫做风（垂直方向－升降气流）风的来向叫风向（16个方位圆周等分）风速：单位时间内空气在水平方向上运动距离（2或10min平均）

(km/h)F－风力级（0～12级）

风向和风速风力等级表主要气象要素风速,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。风向和风速风玫瑰图主要气象要素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）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）云主要气象要素视力正常的人在当时天气条件下，能从天空背景中看到或辨认出的目标物(黑色、大小适度)的最大水平距离称为能见度，单位m或km。级别（0~9级，相应距离为50～50000米）能见度能见度3.2大气的热力过程3.2.1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大气对太阳辐射的三种作用大气加热效应3.2.2气温的垂直变化大气的绝热过程与泊松方程大气的绝热过程泊松方程2.干绝热直减率干气团绝热上升或下降单位高度(通常100m)的温度变化量称为干绝热直减率，用

γd

表示，单位K/100m。如果

g＝9.81m/s2,Cp＝1.005J/(kg·K)，则

γd

＝0.98K/100m,通常取

γd

＝1K/100m。干空气或未饱和湿空气每上升100m，温度下降1K。3.位温干空气团绝热升高或降低到标准气压(1000hPa)处的温度称为位温，用

θ

表示，单位K。绝热运动时，位温只取决于初始状态的温度和压力，因此有：空气团作绝热运动，位温不变。θ4.气温的垂直分布——温度层结3.2.3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：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

太阳

地球

：短波

地球

大气层：长波

大气吸收长波强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）很厚的气层下沉

压缩变扁

顶部增温比底部多逆温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.锋面逆温冷、暖气团相遇冷暖间逆温

暖气上爬，形成锋面思考题：多云的晚上能形成辐射逆温层吗？为什么？多云的夜晚，云吸收来自地球的辐射，对地表起到保温作用，不容易产生辐射逆温；如果夜晚风力较大，则在地表降温的同时，大气由于水平运动而降温，因此夜晚不容易产生逆温。思考题关于逆温和大气污染的关系，下列说法正确的有哪些？√√√√×思考题下列哪种情况形成的逆温现象最强烈？（1）树叶掉落后的秋季，雾天；（2）地面有初雪的晴朗冬天，夜晚；（3）太阳升起前的晴朗夏日，早晨。烟流型与大气稳定度的关系

波浪型（不稳）锥型（中性or弱稳）烟流型与大气稳定度的关系扇型（逆温）烟流型与大气稳定度的关系爬升型（下稳，上不稳）烟流型与大气稳定度的关系漫烟型（上逆、下不稳）烟流型与大气稳定度的关系3.3大气的运动和风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）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