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1、第二章污染气象学原理与大气扩散1.大气层及气象要素2.大气的热力过程(重点、难点)3.大气的水平运动4.局地气象特征5.大气扩散模式(重点、难点)6.污染物浓度估算(重点、难点)第1页/共66页大气扩散酸雨越境转移（日本、南北朝鲜）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受体大气扩散源第2页/共66页第一节大气层及气象要素大气层的结构。大气层可以分为对流层（最贴近地面、密度最大的一层）、平流层（较高的、气体组成相同但密度较小的气层）以及电离层（由已电离的气体组成）第3页/共66页一、大气层结构对流层（10km左右）集中了大气质量的3/4和
2、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，导致大气的水平运动。对流层较薄，厚度随纬度增设而降低大气边界层对流层下层12km，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50100m，热量和动量的交换甚微，温差大。第4页/共66页一、大气层结构平流层（对流层顶到5060km）同温层对流层顶3540km，气温-55左右。同温层以上，气温随高度增加而增加，逆温层。集中了大部分臭氧，在2025km形成臭氧层。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
3、而迅速降低对流运动强烈第5页/共66页一、大气层结构暖层（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8085km以下，成分基本不变第6页/共66页二、气象要素1气温天气预报中：1.5m高、百叶箱内气温。第7页/共66页二、气象要素2气压单位：mb（毫巴）大气的压强1atm101325Pa1013.26mb=760mmHg静力学方程:第8页/共66页二、气象要素3气湿空气的湿度，表示空气中水汽含量的多少。表示方法有绝对湿度水汽压饱和水汽压相对湿度含湿量水汽体积分数露点第9
4、页/共66页二、气象要素4风向和风速水平方向的空气运动叫做风风的来向叫风向（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（2min或10min平均）(m/s)F风力级（012级）第10页/共66页二、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3.355.41m/s的频率为3.5左右。第11页/共66页二、气象要素5云状和云量大气中水汽的凝结现象叫做云云量: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）(黑色)中云（2
5、5005000m）(由冰晶及小水滴构成，白色或灰白)高云（5000m以上）(由冰晶构成，白色)云状:卷云（线）,积云（块）,层云（面),雨层云(无定形）第12页/共66页云高云（5000m以上）中云（2500-5000m）低云（2 25 50 00 0米以下）第13页/共66页二、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（09级，相应距离为5050000米）第14页/共66页第二节大气的热力过程与竖向运动一、低层大气的加热与冷却太阳以紫外线、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(75%95%)近地层大气温度随地表温度而变化第15页/共6
6、6页太阳辐射地表低层大气紫外线可见光红外线高层大气以长波形式以长波形式地表温度的周期性变化会引起低层大气温度的周期性变化第16页/共66页二、气温的绝热变化1泊松方程空气块膨胀（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）一般满足大气绝热过程，认为系统与周围环境无热交换可以将没有水相变化的空气块的垂直运动看作绝热过程第17页/共66页1.泊松方程根据热力学第一定律和理想气体状态方程，可有大气热力过程的微分方程由于是绝热过程第18页/共66页2.干绝热递减率干空气绝热上升或下降单位高度时，温度降低或升高的数值干绝热直减率（空气团）包括未饱和的湿空气第19页/共66页2
7、.干绝热递减率第20页/共66页2.干绝热递减率代入上式得：实际中，Ti、T 相差d)锥型（中性or弱稳）(=d)扇型（逆温）(像源法n实源：n像源：实源的贡献像源的贡献实际浓度第49页/共66页三、地面点源扩散模式地面浓度模式：取z z 0 0 代入上式，得地面浓度模式：取z z 0 0 代入上式，得地面轴线浓度模式：再取y y=0=0 代入上式地面轴线浓度模式：再取y yyszs上式，x增大，则、增大，第一项减小，第二项增大，必然在某 x处有最大值地面最大浓度模式：考虑地面轴线浓度模式第50页/共66页三、地面点源扩散模式yzconstss=地面最大浓度模式（续）：设（实际中成立）由此求得
8、yzconstss=地面最大浓度模式（续）：设（实际中成立）由此求得相当于无界源的2 2倍（镜像垂直于地面，源强加倍）地面连续点源扩散模式第51页/共66页q源强计算或实测平均风速多年的风速资料H有效烟囱高度、扩散参数第六节污染物浓度的估算一、烟流高度计算 初始动量：速度、内径烟温度 浮力平均风速、大气稳定度等烟气抬升第52页/共66页烟气抬升高度的计算抬升高度计算式（1）Holland公式：适用于中性大气条件（稳定时减少、不稳时增加1020）HollandHolland公式比较保守，特别在烟囱高、热释放率比较强的情况下第53页/共66页烟气抬升高度的计算抬升高度计算式（2）布里格斯（Brig
9、gs）公式：适用不稳定及中性大气条件第54页/共66页烟气抬升高度的计算国标法第55页/共66页例：某城市火电厂的烟囱高100m，出口直径5m。出口烟气流速为12.7m/s，温度为140，流量250m3/s。烟囱出口处平均风速为4m/s，大气温度为20，当地气压为978.4hPa，试确定烟气抬升高度和有效源高。解：烟气热释放率：第56页/共66页二、扩散参数的确定PG曲线法PG曲线Pasquill仅需常规气象资料估算y和zGifford制成图表几点说明见P33 af第57页/共66页扩散参数的确定PG曲线法PG曲线的应用根据常规资料确定稳定度级别第58页/共66页扩散参数的确定国标中规定的方法
10、稳定度分类方法改进的PT法太阳高度角 （地理纬度，倾角）辐射等级 稳定度 云量（加地面风速）第59页/共66页扩散参数的确定PG曲线法PG曲线的应用利用扩散曲线确定和第60页/共66页扩散参数的确定PG曲线法PG曲线的应用地面最大浓度估算HzxsmaxcxyxsmaxCw由和w由曲线（图）反查出w由曲线（图2.192.19）查w由式（2.192.19）求出ysHzxsmaxcxyxsmaxCw由和w由曲线（图2.202.20）反查出w由曲线（图）查w由式（）求出ys第61页/共66页扩散参数的确定国标中规定的方法扩散参数的选取扩散参数的表达式为（取样时间0.5h，按表2.8查算）取样时间大于0.5h，不变，y按下式计算：第62页/共66页地面源正下风方向一点上，测得3分钟平均浓度为3.410-3g/m3，试估计该点两小时的平均浓度是多少？假设大气稳定度为B级。解：由空气污染控制工程P36（2.43）第63页/共66页在例1中，当SO2排放速率为150g/s时，计算阴天的白天SO2出现的地面最大浓度及其距离。解：阴天的白天，大气稳定度为D级，由于是城区点源，向际稳定方向提一级，为C级。查图2.20，查图2.19，地面最大浓度：第64页/共66页作 业P361、3第65页/共66页感谢您的观看！第66页/共66页