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1、1第三章 大气污染气象学教学内容v大气圈结构及气象要素v大气的热力过程v大气的运动和风2 第三章 大气污染气象学1、教学要求v了解大气圈的结构及各层主要特点，掌握主要气象要素的含义；v掌握温度层结的种类及判断；v了解大气稳定度的概念，掌握大气稳定度的判断方法；v了解逆温的种类以及烟流形状与大气稳定度的关系；v掌握风速廓线模式，了解地方性风场的形成机理，以及对污染物扩散的不利影响。3 第三章 大气污染气象学2、教学重点v掌握大气层结构及大气的热力过程。3、教学难点v大气的热力过程、大气稳定度和逆温。4第一节第一节大气圈结构及气象要素大气圈结构及气象要素一、大气圈垂直结构第三章第三章 大气污染气象
2、学大气污染气象学5高度(km)一、一、大气圈垂直结构大气圈垂直结构每升高每升高100m，气温降低气温降低0.65 N2O2ArCO2NeHeKrH2XeO O3 3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强烈照紫外线的强烈照射，射，N2和和O2产生产生不同程度的离解不同程度的离解均质大气层：均质大气层：808085km85km以下，干洁空以下，干洁空气成分基本不变气成分基本不变6一、大气圈垂直结构对流层对流层（10km左右）左右）集中了大气质量的集中了大气质量的3/4和全部的水蒸气，主要天气和全部的水蒸气，主要天气现象都发生在这一层现象都发生在这一层温度随高度的增加
3、而降低，每升高温度随高度的增加而降低，每升高100m平均降温平均降温0.650C强烈对流作用强烈对流作用温度和湿度的水平分布不均温度和湿度的水平分布不均7一、大气圈垂直结构一、大气圈垂直结构平流层平流层（对流层顶（对流层顶5055km）同温层同温层对流层顶对流层顶3540km，气温，气温-550C左右左右同温层以上，气温随高度增加而增加同温层以上，气温随高度增加而增加集中了大部分集中了大部分臭氧臭氧没有对流运动，污染物停留时间很长没有对流运动，污染物停留时间很长中间层中间层（平流层顶（平流层顶85km）气温随高度升高而迅速降低气温随高度升高而迅速降低对流运动强烈对流运动强烈8一、大气圈垂直结构
4、一、大气圈垂直结构暖层暖层（中间层顶（中间层顶800km）气温随高度升高而增高气温随高度升高而增高气体分子高度电离电离层气体分子高度电离电离层散逸层散逸层（暖层以上）（暖层以上）气温很高，空气稀薄气温很高，空气稀薄空气粒子可以摆脱地球引力而散逸空气粒子可以摆脱地球引力而散逸v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9二、主要气象要素二、主要气象要素气象要素（因子）：表示大气状态的物理量和物理现象。气象要素（因子）：表示大气状态的物理量和物理现象。与大气污染关系密切的气象要素主要有：与大气污染关系密切的气象要素主要有：气温气温气压气压空气湿度（气湿）空气湿度（气湿）风（风向、
5、风速）风（风向、风速）云况云况能见度能见度降水降水蒸发、日照时数、太阳辐射、地面辐射、大气辐射蒸发、日照时数、太阳辐射、地面辐射、大气辐射10二、主要气象要素二、主要气象要素1气温气温air temperature表示大气温度高低的物理量，表示大气温度高低的物理量，。天天气气预预报报中中：在在野野外外空空气气流流通通、不不受受太太阳阳直直射射下下测测得得的的空空气温度。气温度。在植有草皮的观测场中、在植有草皮的观测场中、1.5m高、百叶箱内高、百叶箱内测得测得气气温温是是用用来来衡衡量量地地球球表表面面大大气气温温度度分分布布状状况况和和变变化化态态势势的的重要指标。重要指标。11二、主要气象
6、要素二、主要气象要素1气温气温air temperaturev影响气温的因素影响气温的因素1）城市下垫面（大气底部与地表的接触面）城市下垫面（大气底部与地表的接触面）特性的影响特性的影响2）城市大气污染）城市大气污染3）人工热源的影响）人工热源的影响4）城市里的自然下垫面减少）城市里的自然下垫面减少12二、主要气象要素二、主要气象要素2气压气压任一点的气压值等于该地单位面积上的大气柱重量任一点的气压值等于该地单位面积上的大气柱重量。国国际际上上规规定定：温温度度0、纬纬度度45的的海海平平面面上上的的气气压压为为一个标准大气压，即一个标准大气压，即1标准大气压标准大气压p0=101325Pa=
7、1013.25hPa13二、主要气象要素二、主要气象要素3气湿气湿反映空气中反映空气中水汽含量水汽含量和和空气潮湿程度空气潮湿程度的一个物理量。的一个物理量。常常用用的的表表示示方方法法有有：绝绝对对湿湿度度、水水汽汽压压（水水蒸蒸气气压压力力）、饱饱和和水水汽汽压压、含含湿湿量量、相相对对湿湿度度、水水汽汽体体积积分分数数、露点等。露点等。绝对湿度绝对湿度1m1m3 3湿空气中含有的水汽质量（湿空气中含有的水汽质量（kgkg）相对湿度空气的绝对湿度与同温度下饱和空气的绝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对湿度的百分比含湿量湿空气中含湿量湿空气中1kg1kg干空气包含的
8、水汽质量（干空气包含的水汽质量（kgkg）水汽体积分数水汽在湿空气中所占的体积分数水汽体积分数水汽在湿空气中所占的体积分数露点在一定气压下空气达到饱和状态时的温度露点在一定气压下空气达到饱和状态时的温度14二、主要气象要素二、主要气象要素4风向和风速风向和风速水平水平(horizontal)方向的空气运动称为风。方向的空气运动称为风。（垂直方向升降气流）（垂直方向升降气流）风向：风的来向（风向：风的来向（16个方位圆周等分）个方位圆周等分）风风速速：单单位位时时间间内内空空气气在在水水平平方方向向上上运运动动距距离离（2或或10min平均）平均）(km/h)F风力级（风力级（012级）级）15
9、16二、主要气象要素二、主要气象要素4风向和风速174风向和风速风向和风速风玫瑰图风玫瑰图 风速风速,m/s 某某地地区区风风玫玫瑰瑰图图。同同心心圆圆表表示示风风的的频频率率，例例如如，吹吹南南风风的的频频率率约约为为11，其其中中风风速速大大于于10.82m/s的的频频率率约约为为1，风风速速在在3.35 5.41m/s的的 频频 率率 为为3.5左右。左右。二、主要气象要素二、主要气象要素184风向和风速风向和风速风玫瑰图风玫瑰图 二、主要气象要素二、主要气象要素19 5 5、云、云 云：是发生在高空的水汽凝结现象。云：是发生在高空的水汽凝结现象。云高：云高：指云底距地面的垂直距离，以米
10、为单位。指云底距地面的垂直距离，以米为单位。高云（高云（5000m以上）以上）中中云云（2500-5000m）低低云云（2500m以以下下）二、主要气象要素二、主要气象要素20 5 5、云、云 云云量量：指指云云遮遮蔽蔽天天空空的的成成数数。在在我我国国，将将天天空空分分为为1010等份，有几份天空被云遮盖，云量就是几。等份，有几份天空被云遮盖，云量就是几。国外，将天空分为国外，将天空分为8 8等份。等份。总总云云量量：指指所所有有云云遮遮蔽蔽天天空空的的成成数数，不不论论云云的的层层次和高度次和高度 低云量：低云的云掩盖天空的成数。低云量：低云的云掩盖天空的成数。云云量量的的记记录录：一一般
11、般总总云云量量/低低云云量量的的形形式式记记录录，如如10/710/7。测测定定方方法法：激激光光测测云云仪仪、弧弧光光测测云云仪仪等等，目目力力测测定法定法 二、主要气象要素二、主要气象要素21v6能见度：在当时的天气条件下，视力正常的人能够从天空背：在当时的天气条件下，视力正常的人能够从天空背景中看到或辨认出目标物的最大距离景中看到或辨认出目标物的最大距离级别（09级，相应距离为5050000米），单位：，单位：m，Km。v能见度的大小反应了大气的混浊现象，反映出大气中杂质的多少。能见度的大小反应了大气的混浊现象，反映出大气中杂质的多少。大气中的雾、水汽、烟尘等，可使能见度降低。大气中的雾
12、、水汽、烟尘等，可使能见度降低。二、主要气象要素二、主要气象要素22 7、太阳高度角 太阳高度角为太阳光线与地平线间的夹角，是影响太阳辐射强弱的最主要的因子之一。ho即太阳高度角，它随时间而变化。二、主要气象要素二、主要气象要素23 8、降水 降水是指大气中降落至地面的液态或固态水的通称。如雨、雪等。降水是清除大气污染物的重要机制之一。二、主要气象要素二、主要气象要素24第二节第二节 大气的热力过程大气的热力过程一、太阳、大气和地面的热交换一、太阳、大气和地面的热交换25第二节第二节 大气的热力过程大气的热力过程一、太阳、大气和地面的热交换一、太阳、大气和地面的热交换26第二节第二节 大气的热
13、力过程大气的热力过程一、太阳、大气和地面的热交换一、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，为太阳以紫外线、可见光、红外线的形式辐射热量，为短波辐射短波辐射太阳辐射加热地球表面太阳辐射加热地球表面地面长波辐射加热大气地面长波辐射加热大气近地层大气温度随地表温度变化近地层大气温度随地表温度变化 地面温度（土壤温度）的日变化是周期性的，具地面温度（土壤温度）的日变化是周期性的，具有一最高值和最低值，在一天里地表温度最高值在有一最高值和最低值，在一天里地表温度最高值在1313点左右，最低温度在日出前后。点左右，最低温度在日出前后。气气温温的的年年变变化化曲曲线线与与地地表
14、表温温度度年年变变化化曲曲线线平平行行，但振幅较小。但振幅较小。大气对地面有保温效应大气对地面有保温效应 27二、气温的垂直变化二、气温的垂直变化1.大气的绝热工程与泊松方程 空气块空气块膨胀（做功）膨胀（做功）耗内耗内 能能 T定性定性空气块空气块压缩（外气对它做功）压缩（外气对它做功）T内能内能（由压力变化引起）（由压力变化引起）282.干绝热直减率：干空气块（包括未饱和的湿空气块）干绝热直减率：干空气块（包括未饱和的湿空气块）绝热上升或下降单位高度（绝热上升或下降单位高度（100m100m），温度降低或升），温度降低或升高的数值，称为干空气温度绝热垂直递减率。高的数值，称为干空气温度绝热
15、垂直递减率。气温直减率气温直减率:气温随高度的变化率气温随高度的变化率 二、气温的垂直变化二、气温的垂直变化292.气温的垂直分布（温度层结）二、气温的垂直变化二、气温的垂直变化301.1.大气稳定度的概念大气稳定度的概念大气在垂直方向上稳定的程度；反映其是否容易对流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：定性描述：外力使气块上升或下降外力使气块上升或下降气块去掉外力气块去掉外力气块减速，有返回趋势，稳定气块减速，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，中性不稳定条件下有利于扩散不稳定条件下有利于扩散三、大
16、气稳定度三、大气稳定度312.2.大气稳定度的判别大气稳定度的判别三、大气稳定度三、大气稳定度v定量判定32判据：2.2.大气稳定度的判别大气稳定度的判别三、大气稳定度三、大气稳定度33四、逆温逆温不利于扩散逆温不利于扩散1.辐射逆温：辐射逆温：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v辐射逆温的生消过程辐射逆温的生消过程 34四、逆温2.2.下沉逆温下沉逆温 （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 压缩变扁压缩变扁 顶部增温比底部多顶部增温比底部多35四、
17、逆温3.3.平流逆温平流逆温 暖空气平流到冷地面上而下部降温而形成暖空气平流到冷地面上而下部降温而形成 冬季中纬度沿海地区海上暖空气流到大陆是，以及暖冬季中纬度沿海地区海上暖空气流到大陆是，以及暖空气平流到低地、盆地内积聚的冷空气上面时。空气平流到低地、盆地内积聚的冷空气上面时。4.4.湍流逆温湍流逆温 下层湍流混合达下层湍流混合达 上层出现过渡层上层出现过渡层 逆温逆温 36四、逆温5.锋面逆温锋面逆温 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，形成锋面暖气上爬，形成锋面37五五、烟流形状与大气稳定度的关系烟流形状与大气稳定度的关系v波浪型（不稳）波浪型（不稳）v锥型（中性
18、锥型（中性or弱稳）弱稳）v扇型（逆温）扇型（逆温）v爬升型（下稳，上不稳）爬升型（下稳，上不稳）v漫烟型（上逆、下不稳）漫烟型（上逆、下不稳）39第三节大气的运动和风v一、引起大气运动的作用力 直接作用力直接作用力重力重力气压梯度力气压梯度力间接作用力间接作用力 地转偏向力（相对运动：方向改变）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）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）垂直气压梯度力：与重力平衡垂直气压梯度力：与重力平衡水平气压梯度力水平气压梯度力40二二、大气边界层中风随高度变化大气边界层中风随高度变化vEkma
19、n（爱爱 克克曼曼）螺螺旋旋线线（北北半半球球下下视视，地地偏偏力力指指向向运运动动右右方方，故故顺顺时时针针；南半球则相反）南半球则相反）高高度度增增高高，风风速速增增大大，方方向向逐逐渐渐接近地转风。接近地转风。41三三、近地层中的风速廓线模式近地层中的风速廓线模式1.对数律风速廓线模式对数律风速廓线模式中性层结：对数律，粗糙度和摩擦速度中性层结：对数律，粗糙度和摩擦速度42三三、近地层风速廓线模式近地层风速廓线模式2.指数律风速廓线模式指数律风速廓线模式非中性层结：非中性层结：指数律，稳定度参数指数律，稳定度参数表表3-3 参数参数m值值稳定度ABCDE、Fm城市0.150.150.20
20、0.250.30乡村0.070.070.100.150.2543四四、地方性风场地方性风场1海陆风海陆风44四四、地方性风场地方性风场2山谷风山谷风45四四、地方性风场地方性风场3城市热岛环流城市热岛环流46城市热岛示意图城市热岛示意图城市热岛示意图城市热岛示意图47本章小结1.大气层的结构、大气层的结构、影响大气污染的主要气象要素：影响大气污染的主要气象要素：气温、气压、气湿、风（风向、风速）、云况、能气温、气压、气湿、风（风向、风速）、云况、能见度、降水、太阳高度角等。见度、降水、太阳高度角等。2.热力因子：影响大气污染的主要原因热力因子：影响大气污染的主要原因3.动力因子：影响大气污染的主要原因动力因子：影响大气污染的主要原因人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。