第三章大气污染气象学

第三章大气污染气象学1.大气圈结构及气象要素2.大气的热力过程3.大气的运动和风第一节大气圈结构

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，具体地，大气圈指地面到大约1400km高度处的大气层。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，大气污染也主要发生在这一层，特别是在靠近地面1-2Km的近地层更易造成污染。温度和湿度等各气象要素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。近地层——地面以上50~100m，上下气温之差可达1~2℃

。自由大气——大气边界层以上，地面摩擦可以忽略大气圈垂直结构平流层（对流层顶～50~55km）同温层——对流层顶到30km左右，气温-55℃左右同温层以上，气温随高度增加而增加，亦称逆温层。集中了大部分臭氧。没有对流运动，污染物停留时间很长。大气很干燥，没有云、雨等现象，是飞机理想的飞行区域。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，垂直混合明显。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。发电报是靠这层反射回来。散逸层（暖层以上）气温很高，空气稀薄。星际空间内每m3空间有数十个离子存在。空气粒子可以摆脱地球引力而散逸研究重点：对流层，平流层大气压力总是随高度的升高而降低。气体静力学方程：ΔP=-ρgΔZ均质大气层－80～85km以下，成分基本不变主要气象要素

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（一定时间如2或10min的平均值）

(km/h)F－风力级（0～12级）

主要气象要素5．云云是飘浮在空中的水汽凝结物，由大量小水滴或小冰晶或两者混合物组成。云高和云量对污染物扩散具有重要意义。

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

高云（5000m以上）中云（2500-5000m）低云（2500米以下）主要气象要素6．能见度

正常视力的人，在天空背景下能看清的水平距离

级别（0~9级，相应距离为50～50000米）

第二节大气的热力过程一、太阳、大气和地面的热交换【太阳】地球上所有的能量最终都来自于太阳。太阳表面温度达6000K,不断向外辐射能量。太阳辐射线主要有：紫外线、可见光和红外线，波长在0.15～4μm之间的射线辐射能占全部太阳能量的99％以上。【地球】地球表面的陆地、海洋、植物等直接吸收太阳辐射的能力很强，太阳辐射到地球上的能量约有21%直接被地面吸收。同时，地球表面可以按自身温度向外辐射。地球辐射以低温长波辐射为主，波长集中在3～120μm之间。【大气】

虽然太阳辐射很强，但直接被地面接受的却不多，这是因为大部分太阳辐射被地球表面的大气层吸收、散射和反射。大气还能吸收地面长波辐射。其中水汽、二氧化碳等吸收长波辐射能力较强，水滴、臭氧和颗粒物也能选择吸收一些长波辐射。最终约有75％～90％的地面长波辐射被大气吸收。大气吸收太阳辐射和地面辐射的同时，也能向上或向下辐射。大气向下辐射称为逆辐射，以长波辐射为主，这是地面的主要加热方式。二、气温的垂直变化气体静力学方程：表示干空气在作干绝热上升（或下降）运动时，每升高（或下降）100m，温度降低（或升高）约1℃。2、干绝热直减率γd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。气温直减率

3、位温（θ）位温：把各层中的气块由最初的压力P循着干绝热的程序订正到一个标准压力1000hPa时所具有的温度。任何一气块的位温是不变的（干绝热情况）；而非绝热情况下，位温是变化的。∴位温比气温更能代表气块的热力学性质。气温的垂直分布（温度层结）

气温的垂直分布－温度层结

气温直减率（大气）γd（递减层结）大气稳定度及其判据定义：大气在垂直方向上稳定的程度；反映其是否容易发生对流

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

准静力条件：P=Pi假设则有用层结曲线（大气温度随高度变化曲线）和状态曲线（即上升空气块的温度随高度的变化曲线）的分布来判断大气稳定度。逆温定义：逆温是大气温度随高度增加而升高的现象，逆温层结是强稳定的大气层结，不利于污染物的扩散。辐射逆温：在晴朗无云或少云、风力不大的夜晚，地面辐射冷却很快，贴近地面的大气温度下降最多，而高层大气冷却慢，造成温度自下而上的增加，称为辐射逆温。辐射逆温层的产生是有规律的，一般只在夜间形成，早晨随着太阳不断加热地表，地面温度上升，逆温自下而上逐渐消失，一般在上午完全消失。逆温辐射逆温的生消过程下午日落前1h夜间日出上午10h逆温2.下沉逆温——由于空气下沉受到压缩而增温所形成的逆温（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（温差越大，逆温越强）4.湍流逆温——由低层空气的湍流混合所形成的逆温。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，形成锋面烟流形状与大气稳定度的关系

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）