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1、大气中污染物的迁移第1页，共62页，编辑于2022年，星期六1 大气的组成和主要污染物大气的组成和主要污染物一、大气的组成一、大气的组成 Composition of the atmosphere干空气：干空气：主要成分主要成分：major component N2 78.09%、O2 20.95%、Ar 0.93%、CO2 0.03%;第2页，共62页，编辑于2022年，星期六次要成分次要成分：minor component 含量含量 0.003%次要成分中可变的次要成分中可变的:O3、H2S、SO2、NH3、NO、O2、HCHO等，等，这些痕量气体（这些痕量气体（trace gas）在大气
2、化学中是）在大气化学中是 非常重要的。非常重要的。不可变的不可变的:He、Ne、Kr、Xe、CO、H2、N2O等。等。水汽：水汽：悬浮微粒：灰尘、烟尘、粉尘、水滴等悬浮微粒：灰尘、烟尘、粉尘、水滴等第3页，共62页，编辑于2022年，星期六干空气的成分第4页，共62页，编辑于2022年，星期六第5页，共62页，编辑于2022年，星期六二、大气温度层结二、大气温度层结n由于由于地球旋转作用地球旋转作用以及距地面不同高度的各层以及距地面不同高度的各层次大气次大气对太阳辐射吸收程度对太阳辐射吸收程度上的差异，使得温上的差异，使得温度、度、密度等气象要素在垂直方向上呈不均匀密度等气象要素在垂直方向上呈
3、不均匀的分布。的分布。n人们把人们把静大气的温度静大气的温度和密度和密度在垂直方向上的分在垂直方向上的分布布称为称为大气温度层结大气温度层结和大气密度层结。和大气密度层结。第6页，共62页，编辑于2022年，星期六1 对流层对流层 troposphere 对流层是大气的底层，其厚度在对流层是大气的底层，其厚度在1012km。相对大。相对大气层来讲其厚度是非常薄的，但其质量却占大气总质量气层来讲其厚度是非常薄的，但其质量却占大气总质量的的3/4。对流层内大气的重要热源是来自地面的长波辐射，对流层内大气的重要热源是来自地面的长波辐射，故离地面越高气温就越低。故离地面越高气温就越低。随高度升高气温的
4、降低率称为大气垂直递减率，用随高度升高气温的降低率称为大气垂直递减率，用下式表示：下式表示：式中：式中：T 绝对温度，绝对温度，z 高度高度第7页，共62页，编辑于2022年，星期六 在对流层中，平均而言在对流层中，平均而言dT/dz 0，且，且 0.6 k/100m，即每升高，即每升高100m温度降低温度降低0.6。由于低层空气受热不均匀，冷热空气垂直对流运由于低层空气受热不均匀，冷热空气垂直对流运动很剧烈，由污染源排放的污染物可被输送到远动很剧烈，由污染源排放的污染物可被输送到远方，同时，水汽、灰尘较多，象雨、雪、风、云、方，同时，水汽、灰尘较多，象雨、雪、风、云、雷电、冰雹等大气现象都发
5、生在对流层中。雷电、冰雹等大气现象都发生在对流层中。第8页，共62页，编辑于2022年，星期六2 平流层平流层 stratosphere 由对流层顶到由对流层顶到50km左右高度称为平流层，该层内气体状态左右高度称为平流层，该层内气体状态非常稳定。非常稳定。25km以下温度随高度保持不变或略有上升以下温度随高度保持不变或略有上升,25km开开始气温随高度而升高始气温随高度而升高,平流层顶可接近平流层顶可接近0。在在1535km高度范围内存在一臭氧层，可吸收紫外辐高度范围内存在一臭氧层，可吸收紫外辐射，同时臭氧分解为射，同时臭氧分解为O2和和O，当它们重新合成臭氧时，释放出，当它们重新合成臭氧时
6、，释放出大量能量，这就是平流层温度升高的原因。大量能量，这就是平流层温度升高的原因。平流层几乎无垂直对流，只能随地球自转而产生平流平流层几乎无垂直对流，只能随地球自转而产生平流运动，当污染物进入平流层时会形成一薄层而全球扩散。平运动，当污染物进入平流层时会形成一薄层而全球扩散。平流层很少有水汽和灰尘，没有云、雨、雪等天气现象，透明流层很少有水汽和灰尘，没有云、雨、雪等天气现象，透明度好，是飞机飞行的理想空间。度好，是飞机飞行的理想空间。第9页，共62页，编辑于2022年，星期六3 中间层（过渡层）中间层（过渡层）mesosphere 中间层处于平流层顶至中间层处于平流层顶至85 km左右的区域
7、，又出现温度左右的区域，又出现温度随高度升高而下降的现象，对流运动强烈，层顶温度最小值随高度升高而下降的现象，对流运动强烈，层顶温度最小值约约180K。4 热层（电离层）热层（电离层）thermosphere 热层处于中间层顶至热层处于中间层顶至800km左右的区域，离地面最左右的区域，离地面最远，直接受阳光辐射，因此温度随高度升高而增加，且在紫远，直接受阳光辐射，因此温度随高度升高而增加，且在紫外线的作用下产生许多离子，故也称电离层。热层处于高度外线的作用下产生许多离子，故也称电离层。热层处于高度电离状态，能将电磁波反射回地球，对全球的无线电通讯具电离状态，能将电磁波反射回地球，对全球的无线
8、电通讯具有重要意义。有重要意义。第10页，共62页，编辑于2022年，星期六5 逸散层逸散层 exosphere 800km以上的高空称为逸散层，也叫外逸层。这里空以上的高空称为逸散层，也叫外逸层。这里空气稀薄，气体分子受地球的吸引力小，自由行程很大，一个气稀薄，气体分子受地球的吸引力小，自由行程很大，一个质点被撞击出去以后一般难以再撞回来，而是进入宇宙空间质点被撞击出去以后一般难以再撞回来，而是进入宇宙空间了。根据卫星观察资料发现，宇宙空间每立方米仍约有数十了。根据卫星观察资料发现，宇宙空间每立方米仍约有数十个离子存在，所以，地球大气的宇宙空间并无截然分开的界个离子存在，所以，地球大气的宇宙
9、空间并无截然分开的界面。面。第11页，共62页，编辑于2022年，星期六第12页，共62页，编辑于2022年，星期六第13页，共62页，编辑于2022年，星期六三、大气污染三、大气污染 air pollution 大气污染是指由于人类或自然过程引起的某些物质进入大气大气污染是指由于人类或自然过程引起的某些物质进入大气中，呈现出足够的浓度和达到足够的时间并对人和环境产生有害中，呈现出足够的浓度和达到足够的时间并对人和环境产生有害的影响。的影响。大气污染物大气污染物(pollutant)是指由于人类活动或自然过程排入是指由于人类活动或自然过程排入大气的并对人或环境产生有害影响的那些物质。大气的并对
10、人或环境产生有害影响的那些物质。1 污染源污染源 固定源：从固定地点排出污染物的污染源。在我国固定源：从固定地点排出污染物的污染源。在我国燃煤是主要的固定源。燃煤是主要的固定源。流动源：交通工具汽车、火车、飞机、轮船等是主要流流动源：交通工具汽车、火车、飞机、轮船等是主要流动污染源。动污染源。第14页，共62页，编辑于2022年，星期六 从污染源分析，大约从污染源分析，大约77的的SO2、49的的NOx、30的颗粒物来源于固定燃烧；大约有的颗粒物来源于固定燃烧；大约有78的的CO、48NOx、42CH化合物来源于交通运输。化合物来源于交通运输。2 污染物的类别污染物的类别 原生原生(一次一次)
11、污染物污染物(Primary pollutants)：由污：由污染源直接排出的污染物。染源直接排出的污染物。次生次生(二次二次)污染物污染物(Secondary pollutants)：原生污染：原生污染物经化学反应后的产物为次生污染物。物经化学反应后的产物为次生污染物。第15页，共62页，编辑于2022年，星期六3 大气污染物大气污染物 Air pollutants(1)颗粒物颗粒物 particulate matter微粒大小微粒大小particle size 一般用粒径（直径）表示。一般用粒径（直径）表示。粉尘：粉尘：烟尘：烟尘：燃料燃烧时，从烟囱中排出的颗粒物，排燃料燃烧时，从烟囱中排
12、出的颗粒物，排放量与燃煤的性质和燃烧条件有关。放量与燃煤的性质和燃烧条件有关。粒径粒径 10 m 的为降尘；的为降尘；粒径粒径 100 m 的所有颗粒为总悬浮微粒的所有颗粒为总悬浮微粒(TSP)。(有的教科书上已列出粒径有的教科书上已列出粒径 2.5 m的为可吸入尘的为可吸入尘 respirable particles)第16页，共62页，编辑于2022年，星期六 颗粒物引起的大气污染对人体的危害与下列条件有关：颗粒物引起的大气污染对人体的危害与下列条件有关：颗粒物浓度：浓度越大，危害就越大。颗粒物浓度：浓度越大，危害就越大。颗粒物的化学成分：一些有毒的成分危害更大。颗粒物的化学成分：一些有毒
13、的成分危害更大。颗粒物的大小：粒径在颗粒物的大小：粒径在0.55 m之间的颗粒物对人体之间的颗粒物对人体危害最大。危害最大。第17页，共62页，编辑于2022年，星期六 (2)SO2 (Sulfur dioxide)我国的大气污染属于煤烟型污染，我国的大气污染属于煤烟型污染，SO2 是主要指标，是主要指标，由燃煤排放的由燃煤排放的SO2 官方数字达官方数字达1500万吨万吨/年。按年产年。按年产110000万吨、万吨、S含量含量1计，其排放量为：计，其排放量为：110000(万吨万吨/年年)1SO2/S 80%(可燃可燃)=1760 万吨万吨/年年 石油裂解、燃烧（含硫在石油裂解、燃烧（含硫在
14、1左右）、硫酸生产都排出左右）、硫酸生产都排出大量大量SO2。每生产。每生产1吨硫酸排放吨硫酸排放20kg SO2，烟道气中，烟道气中SO2 的的含量在含量在5左右。左右。按按19981998年的数据，工业排放年的数据，工业排放SO2 达达1593万吨，生活中万吨，生活中SO2排放量达排放量达497万吨。万吨。第18页，共62页，编辑于2022年，星期六(3)NOx Nitrogen oxides NOx 来源主要三个方面来源主要三个方面A:燃料的燃烧燃料的燃烧 常温下常温下N2 和和 O2 并不反应，但在燃烧过程中，当温度超并不反应，但在燃烧过程中，当温度超过过1200时，时，N2 和和 O
15、2 就会反应且温度越高，反应速度越快，就会反应且温度越高，反应速度越快，这是这是NOx的来源之一。的来源之一。N2 O2 2 NO2 NO O2 =2 NO2第19页，共62页，编辑于2022年，星期六反应机理反应机理:高温下通过氧分子的分解高温下通过氧分子的分解:O2 =2 O O N2 =NO N (吸热吸热)N O2 =NO O 2 NO O2 =2 NO2 （慢）（慢）生成生成NO的慢步骤是吸热反应，因此高温有利于的慢步骤是吸热反应，因此高温有利于NO的的形成，此反应是在高温条件下进行的，生成的形成，此反应是在高温条件下进行的，生成的NOx 称为称为热致型热致型NOx。由于燃料中含有含
16、氮有机物，燃烧时氧化成由于燃料中含有含氮有机物，燃烧时氧化成 NO，这一类称为燃料这一类称为燃料NOx，排放量与燃料中含氮量有关，排放量与燃料中含氮量有关，受温度影响很小。受温度影响很小。第20页，共62页，编辑于2022年，星期六B：汽车尾气：汽车尾气据统计美国的汽车尾气排放据统计美国的汽车尾气排放NOx占大气污染物中总占大气污染物中总NOx排放排放量的量的48，而且汽车产量增加及汽车加速时，而且汽车产量增加及汽车加速时NOx排放量增排放量增加。加。C：工业生产：工业生产每生产每生产1吨吨HNO3 排放排放25kg Nox，使用硝酸的工厂也产生，使用硝酸的工厂也产生大量的大量的NOx排入大气
17、。排入大气。第21页，共62页，编辑于2022年，星期六 (4)CH化合物化合物 Hydrocarbons CH化合物包括：烷烃、烯烃、炔烃、芳香烃化合物包括：烷烃、烯烃、炔烃、芳香烃等。等。主要来源：汽车尾气、工业生产、燃烧等。主要来源：汽车尾气、工业生产、燃烧等。CH化合物是形成光化学烟雾的主要成分，对化合物是形成光化学烟雾的主要成分，对它的重视也是由此产生的。它的重视也是由此产生的。第22页，共62页，编辑于2022年，星期六(5)CO Carbon monoxide CO有毒，其来源主要是燃料燃烧、汽车尾气和工业有毒，其来源主要是燃料燃烧、汽车尾气和工业生产。一般每万量汽车，每天排放生
18、产。一般每万量汽车，每天排放CO约约30吨、吨、CH化合化合物物24吨、吨、NOx 0.51.5吨吨。第23页，共62页，编辑于2022年，星期六2 大气污染物的迁移大气污染物的迁移一、辐射逆温层一、辐射逆温层 在对流层中，气温一般随高度增加而降低，在对流层中，气温一般随高度增加而降低，但在一定条件下会出现反常现象，即所谓逆温但在一定条件下会出现反常现象，即所谓逆温现象现象(temperature inversion)，以其稳定性为，以其稳定性为特点。特点。当当 0 时称为等温气层，当时称为等温气层，当 0时称为时称为逆温气层。逆温气层。第24页，共62页，编辑于2022年，星期六 逆温现象常
19、发生在较低气层中，气体稳定性逆温现象常发生在较低气层中，气体稳定性特强。逆温形成的过程是多种多样的，由于过程特强。逆温形成的过程是多种多样的，由于过程的不同可分为近地面层的逆温和自由大气的逆温的不同可分为近地面层的逆温和自由大气的逆温两种。两种。近地面层的逆温：辐射逆温、平流逆温、融近地面层的逆温：辐射逆温、平流逆温、融雪逆温和地形逆温等。雪逆温和地形逆温等。自由大气的逆温：乱流逆温、下沉逆温和锋自由大气的逆温：乱流逆温、下沉逆温和锋面逆温等。面逆温等。第25页，共62页，编辑于2022年，星期六 近地面层的逆温多是由于热力条件而形成，近地面层的逆温多是由于热力条件而形成，以辐射逆温为主。以辐
20、射逆温为主。辐射逆温是地面因强烈辐射而冷却降温所辐射逆温是地面因强烈辐射而冷却降温所致，多发生在距地面致，多发生在距地面100150m高度内，最有高度内，最有利的条件是平静而晴朗的夜晚。当白天地面受利的条件是平静而晴朗的夜晚。当白天地面受日照而升温时，近地面空气的温度随之升高，日照而升温时，近地面空气的温度随之升高，夜晚地面由于向外辐射而冷却，使近地面的空夜晚地面由于向外辐射而冷却，使近地面的空气温度自下而上逐渐降低，上面的空气比下面气温度自下而上逐渐降低，上面的空气比下面的空气冷却较慢，结果就形成逆温现象。的空气冷却较慢，结果就形成逆温现象。第26页，共62页，编辑于2022年，星期六二、气
21、块的绝热过程和干绝热递减率二、气块的绝热过程和干绝热递减率 如果气块（空气微团）和周围环境间没有发生热量交如果气块（空气微团）和周围环境间没有发生热量交换，那么它的状态变化就可认为是绝热过程。由污染源排换，那么它的状态变化就可认为是绝热过程。由污染源排放的污染气体就可视为一个气块。如果固定质量的气块的放的污染气体就可视为一个气块。如果固定质量的气块的绝热过程中不发生水相变化就称为干绝热过程，其质量不绝热过程中不发生水相变化就称为干绝热过程，其质量不变。当干气块在绝热上升时由于外界压力减小而膨胀，就变。当干气块在绝热上升时由于外界压力减小而膨胀，就要抵抗外界压强而作功，这个功只能依靠消耗本身内能
22、来要抵抗外界压强而作功，这个功只能依靠消耗本身内能来完成，因而气块温度降低，相反则升高。完成，因而气块温度降低，相反则升高。描述气块在绝热过程中描述气块在绝热过程中P、T关系的方程为：关系的方程为：第27页，共62页，编辑于2022年，星期六A功热当量；功热当量；Rd干过程的状态常数；干过程的状态常数；Cpd 干空气的定压比热；干空气的定压比热；第28页，共62页，编辑于2022年，星期六 T1、T2和和P1、P2分别为绝热过程起始和终结时的温分别为绝热过程起始和终结时的温度和压力。度和压力。利用此公式可求出气块上升到任一高度处的温度利用此公式可求出气块上升到任一高度处的温度值。值。干空气在上
23、升时温度降低值与上升高度的比干空气在上升时温度降低值与上升高度的比称为干绝热垂直递减率，用称为干绝热垂直递减率，用 d来表示。来表示。第29页，共62页，编辑于2022年，星期六即即 d0.98102/m1/100m利用此利用此 d 对于上升的干空气可得到如下公式：对于上升的干空气可得到如下公式：T2=T1 d(zz0)T2干空气到达高干空气到达高z 时的温度；时的温度；T1 起始高度起始高度z0 处的温度；处的温度；（zz0)为上升高度差。为上升高度差。第30页，共62页，编辑于2022年，星期六三、大气稳定度三、大气稳定度 Atmospheric Stability 大气稳定度是指气层的稳
24、定程度，即大气中某一高度大气稳定度是指气层的稳定程度，即大气中某一高度处的气块在垂直方向上的相对稳定程度。处的气块在垂直方向上的相对稳定程度。气块在大气中的稳定程度与大气垂直递减率和干绝气块在大气中的稳定程度与大气垂直递减率和干绝热垂直递减率有关：热垂直递减率有关：当当 d 时，大气是不稳定的。时，大气是不稳定的。当当 =d 时，大气处于平衡状态。时，大气处于平衡状态。第31页，共62页，编辑于2022年，星期六第32页，共62页，编辑于2022年，星期六 一般说来，大气垂直递减率一般说来，大气垂直递减率 越大，气块就越大，气块就越不稳定。在平流层大气垂直递减率是负值，垂越不稳定。在平流层大气
25、垂直递减率是负值，垂直混合极为缓慢，进入平流层的某些污染物难以直混合极为缓慢，进入平流层的某些污染物难以扩散，可滞流数年。扩散，可滞流数年。第33页，共62页，编辑于2022年，星期六 四、四、大气污染数学模式大气污染数学模式 以高架连续点源大气污染数学模式为例讨论。以高架连续点源大气污染数学模式为例讨论。1.烟流模型基本公式烟流模型基本公式 距地面距地面h 高度处有一连续排放点源，以其在地面的垂直投高度处有一连续排放点源，以其在地面的垂直投影为原点，影为原点，x 轴指向平均风向轴指向平均风向,y 轴在水平面上垂直于轴在水平面上垂直于x 轴轴,z 轴垂直于轴垂直于 xoy 平面向上延伸平面向上
26、延伸,建立坐标系。建立坐标系。第34页，共62页，编辑于2022年，星期六第35页，共62页，编辑于2022年，星期六式中式中:c污染物浓度，污染物浓度，g/m3；Q源强，源强，g/s；y 用浓度标准偏差表示的用浓度标准偏差表示的y 轴上的扩散系数；轴上的扩散系数；z 用浓度标准偏差表示的用浓度标准偏差表示的z 轴上的扩散系数；轴上的扩散系数；H 烟流中心距地面高度，也称烟囱有效高度，烟流中心距地面高度，也称烟囱有效高度，m；数值为；数值为烟囱高度烟囱高度h 与烟羽抬升高度与烟羽抬升高度 H之和之和.H=h+H烟囱高度的平均风速，烟囱高度的平均风速，m/s；对于一个高架连续点源下风向某一点污染
27、物浓度可用下式表对于一个高架连续点源下风向某一点污染物浓度可用下式表示：示：第36页，共62页，编辑于2022年，星期六(1)高架连续点源地面浓度高架连续点源地面浓度:即即:z=0时：时：(2)高架连续点源地面轴线浓度高架连续点源地面轴线浓度即即:y=0、z=0时：时：第37页，共62页，编辑于2022年，星期六(3)高架连续点源的地面最大浓度：高架连续点源的地面最大浓度：当当 y=0、z=0，并设，并设 y/z=a=常数常数，对对 z 求导并令其等于零求导并令其等于零,即：即：可得：可得：第38页，共62页，编辑于2022年，星期六(4)地面连续点源扩散模式：地面连续点源扩散模式：当当H=0
28、 时：时：(5)地面连续点源轴线的浓度地面连续点源轴线的浓度:当当 y=0、z=0、H=0 时：时：第39页，共62页，编辑于2022年，星期六2.有效源高计算有效源高计算 烟羽抬升高度的计算十分复杂烟羽抬升高度的计算十分复杂,通常用经验关系式来通常用经验关系式来计算，例如计算，例如Holland 公式：公式：式中：式中：vs 实际状态下的烟流出口速度，实际状态下的烟流出口速度，m/s；d 烟囱出口直径烟囱出口直径,m；Ts、Ta 分别为烟气出口温度和环境大气温度，分别为烟气出口温度和环境大气温度，K；p大气压，大气压，pa；Qh 烟气热释放率烟气热释放率 J/s，即单位时间排出烟气的热量；，
29、即单位时间排出烟气的热量；烟囱高度的平均风速，烟囱高度的平均风速，m/s；第40页，共62页，编辑于2022年，星期六 Holland建议，大气不稳定时，用上式计算的建议，大气不稳定时，用上式计算的 H应增加应增加10 20、而稳定时减少、而稳定时减少10 20；3.PG扩散曲线法确定扩散曲线法确定 y 和和 z 表表223（p.93）将大气扩散稀释能力分为）将大气扩散稀释能力分为A、B、C、D、E、F六个等级。六个等级。图图231的的PG曲线给出了扩散系数曲线给出了扩散系数 y 和和 z 与下风向距与下风向距离离(x)的函数关系。的函数关系。根据常规气象按表根据常规气象按表223确定稳定级别
30、，然后在确定稳定级别，然后在PG曲线图曲线图上查了不同距离上的上查了不同距离上的 y 和和 z 值。值。第41页，共62页，编辑于2022年，星期六第42页，共62页，编辑于2022年，星期六第43页，共62页，编辑于2022年，星期六第44页，共62页，编辑于2022年，星期六4.高架连续排放点源下风浓度计算实例高架连续排放点源下风浓度计算实例例：某火力发电厂的烟囱高20m，顶部直径4 m，SO2 发生率为270g/s，烟囱出口处风速为3m/s，烟气温度598K，地面风速2.1 m/s，风向为西南。如果烟囱顶部的气温为283K，地面气压为100103 pa，烟囱高度处的风速为4m/s，问在清
31、晨日出时，距离烟囱600 m处，SO2 的浓度是多少？解：根据给定的条件，查表223得当时大气稳定度为E 级,由图231查得下风向600m处的 y 为34 m，z为14 m，由Holland 公式计算出烟羽升高度：第45页，共62页，编辑于2022年，星期六 由于稳定度为E级，可将计算出的烟羽升高度值减少15，即：H 2185 18(m)距烟囱下风向600m处SO2 浓度（即高架连续点源地面轴线浓度，y=0、z=0)：书上其余内容自看。第46页，共62页，编辑于2022年，星期六五、影响大气污染物迁移的因素五、影响大气污染物迁移的因素 1 风和大气湍流的影响风和大气湍流的影响 污染物在大气中扩
32、散取决于三个因素：污染物在大气中扩散取决于三个因素：风可使污染物向下风向扩散、湍流可使污染风可使污染物向下风向扩散、湍流可使污染物向各个方向扩散、浓度梯度可使污染物发物向各个方向扩散、浓度梯度可使污染物发生质量扩散。生质量扩散。当气块有规则运动时当气块有规则运动时,其速度在水平方其速度在水平方向上的分量称为风向上的分量称为风,铅直方向的的分量称为铅直方向的的分量称为铅直速度铅直速度.第47页，共62页，编辑于2022年，星期六 具有乱流特征的气层称为摩擦层具有乱流特征的气层称为摩擦层,亦称乱流层，其底部亦称乱流层，其底部与地面接触，厚约与地面接触，厚约10001500m。由于地面粗糙不平且受。
33、由于地面粗糙不平且受热又不均匀而使其具有乱流特征。热又不均匀而使其具有乱流特征。在摩擦层中大气稳定度较低，污染物自排放源向下风向在摩擦层中大气稳定度较低，污染物自排放源向下风向迁移而得到稀释。而摩擦层顶以上的气层称为自由大气，由迁移而得到稀释。而摩擦层顶以上的气层称为自由大气，由于其乱流极微弱，污染物很少到达这里。于其乱流极微弱，污染物很少到达这里。例如：由于气块受热获得浮力向上做加速运动，根据公例如：由于气块受热获得浮力向上做加速运动，根据公式推导可得出其加速度方程为：式推导可得出其加速度方程为：第48页，共62页，编辑于2022年，星期六dv/dt -气块加速度；气块加速度；G-重力加速度
34、；重力加速度；T-受热气块温度；受热气块温度；-受热气块周围空气的温度。受热气块周围空气的温度。由此公式可知，由于温差使气块获得浮力加速度，由此公式可知，由于温差使气块获得浮力加速度，使气块不断上升，直到使气块不断上升，直到T与相等。与相等。第49页，共62页，编辑于2022年，星期六2 天气形势和地理地势的影响天气形势和地理地势的影响天气形势天气形势是指大范围气压分布的状况，局部地区的扩散是指大范围气压分布的状况，局部地区的扩散条件与大型的天气形势是互相联系的。不利的天气形势条件与大型的天气形势是互相联系的。不利的天气形势和地形特征结合在一起常使某一地区的污染程度大大加和地形特征结合在一起常
35、使某一地区的污染程度大大加重。重。逆温：使污染物长时间的积累在逆温层重而不能扩散。第50页，共62页，编辑于2022年，星期六地理形势：不同地形地面之间的物理性质差异引起热状况在水平方向上分布不均匀。这种热力差异在弱的天气系统条件下就有可能产生局地环流：海陆风、城郊风和山谷风。第51页，共62页，编辑于2022年，星期六陆陆 地地海海 洋洋海陆风第52页，共62页，编辑于2022年，星期六陆陆 地地海海 洋洋陆风海陆风海风第53页，共62页，编辑于2022年，星期六陆陆 地地海海 洋洋海风海陆风陆风第54页，共62页，编辑于2022年，星期六山谷风山谷风第55页，共62页，编辑于2022年，星
36、期六山谷风山谷风：谷风：谷风第56页，共62页，编辑于2022年，星期六山谷风山谷风：山风：山风第57页，共62页，编辑于2022年，星期六 山谷风：山谷风：山谷风是山风和谷风的总称。它发生在山区，是以山谷风是山风和谷风的总称。它发生在山区，是以24小小时为周期的局地环流。主要是由于山坡和谷地受热个均而产时为周期的局地环流。主要是由于山坡和谷地受热个均而产生的。在白天，太阳先照射到山坡上，使山坡上大气比谷地生的。在白天，太阳先照射到山坡上，使山坡上大气比谷地上同高度的大气温度高，形成了由谷地吹向山坡的风，称为上同高度的大气温度高，形成了由谷地吹向山坡的风，称为谷风。在高空形成了由山坡吹向山谷的
37、反谷风。它们同山坡谷风。在高空形成了由山坡吹向山谷的反谷风。它们同山坡上升气流和谷地下降气流一起形成了山谷风局地环流。在夜上升气流和谷地下降气流一起形成了山谷风局地环流。在夜间，山坡和山顶比谷地冷却得快使山坡和山顶的冷空气顺间，山坡和山顶比谷地冷却得快使山坡和山顶的冷空气顺山坡滑到谷底，形成厂山风。在高空则形成了由山谷向山顶山坡滑到谷底，形成厂山风。在高空则形成了由山谷向山顶吹的反山风。它们同山坡下降气流和谷地上升气流一起构成吹的反山风。它们同山坡下降气流和谷地上升气流一起构成了山谷风局地环流。了山谷风局地环流。第58页，共62页，编辑于2022年，星期六城郊风：城郊风：城市热岛环流是由城乡温
38、度差引起的局地风。产生城乡温度差城市热岛环流是由城乡温度差引起的局地风。产生城乡温度差异的主要原因是：异的主要原因是：(1)城市人口密集、工业集中，使得能耗水平高；城市人口密集、工业集中，使得能耗水平高；(2)城市的覆盖物城市的覆盖物(如建筑、水泥路面等如建筑、水泥路面等)热容量大、白天吸收太热容量大、白天吸收太阳辐射热，夜间放热缓慢，使低层空气冷却变缓；阳辐射热，夜间放热缓慢，使低层空气冷却变缓；(3)城市上空笼罩着一层烟雾和城市上空笼罩着一层烟雾和CO2,使地面有效辐射减弱。使地面有效辐射减弱。据统计城乡年平均温差一般为据统计城乡年平均温差一般为0.41.5，有时可达，有时可达68。其差值
39、与城市的大小、性质、当地气候条件及纬度有关。其差值与城市的大小、性质、当地气候条件及纬度有关。第59页，共62页，编辑于2022年，星期六 由于城市温度经常比乡村高由于城市温度经常比乡村高(特别是夜间特别是夜间)，气压比乡村，气压比乡村低，所以可形成一种从周围农村吹向城市的特殊的局地低，所以可形成一种从周围农村吹向城市的特殊的局地风。称为城市热岛环流或城市风。这种风在市区汇合就风。称为城市热岛环流或城市风。这种风在市区汇合就会产生上升气流。因此，若城市周围有较多产生污染物会产生上升气流。因此，若城市周围有较多产生污染物的工厂，就会使污染物在夜间向市中心输送，造成严虽的工厂，就会使污染物在夜间向市中心输送，造成严虽污染，特别是夜间城市上空有逆温存在时。污染，特别是夜间城市上空有逆温存在时。第60页，共62页，编辑于2022年，星期六郊区冷空气热岛效应城市冷空气郊区城郊风城郊风城郊风城郊风第61页，共62页，编辑于2022年，星期六作业作业思考题思考题p.145：1、2、3补充题；补充题；燃燃料料的的燃燃烧烧过过程程生生成成的的NOx如如何何分分类类，其其各各自自的的生生成成量量与与温温度度和和燃燃料料含含氮氮量量有有何何关关系系?用用方程式表示其反方程式表示其反应应机理或机理或给给予解予解释释。第62页，共62页，编辑于2022年，星期六