大气污染气象学.

1第三章大气污染气象学教学内容大气圈结构及气象要素大气的热力过程大气的运动和风2第三章大气污染气象学1、教学要求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；掌握温度层结的种类及判断；了解大气稳定度的概念，掌握大气稳定度的判断方法；了解逆温的种类以及烟流形状与大气稳定度的关系；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掌握大气层结构及大气的热力过程。3、教学难点大气的热力过程、大气稳定度和逆温。4第一节大气圈结构及气象要素一、大气圈垂直结构第三章大气污染气象学5臭氧吸收300平流层顶（+）（-）平流层对流层对流层顶散逸层（+）（-）（+）热成层电离层中间层中间层顶200250绝对温度（K）50030007080506020409030040020010001030高高高km高高度（km）高度(km)一、大气圈垂直结构每升高100m，气温降低0.65℃N2O2ArCO2NeHeKrH2XeO3越往上氧、氦等气体的原子态越多紫外线的强烈照射，N2和O2产生不同程度的离解均质大气层：80～85km以下，干洁空气成分基本不变6一、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0.650C强烈对流作用温度和湿度的水平分布不均7一、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-550C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8一、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9二、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。与大气污染关系密切的气象要素主要有：气温气压空气湿度（气湿）风（风向、风速）云况能见度降水蒸发、日照时数、太阳辐射、地面辐射、大气辐射10二、主要气象要素1．气温——airtemperature表示大气温度高低的物理量，℃。天气预报中：在野外空气流通、不受太阳直射下测得的空气温度。在植有草皮的观测场中、1.5m高、百叶箱内测得气温是用来衡量地球表面大气温度分布状况和变化态势的重要指标。11二、主要气象要素1．气温——airtemperature影响气温的因素1）城市下垫面（大气底部与地表的接触面）特性的影响2）城市大气污染3）人工热源的影响4）城市里的自然下垫面减少12二、主要气象要素2．气压任一点的气压值等于该地单位面积上的大气柱重量。国际上规定：温度0℃、纬度45°的海平面上的气压为一个标准大气压，即1标准大气压p0=101325Pa=1013.25hPa13二、主要气象要素3．气湿反映空气中水汽含量和空气潮湿程度的一个物理量。常用的表示方法有：绝对湿度、水汽压（水蒸气压力）、饱和水汽压、含湿量、相对湿度、水汽体积分数、露点等。绝对湿度－1m3湿空气中含有的水汽质量（kg）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含湿量－湿空气中1kg干空气包含的水汽质量（kg）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14二、主要气象要素4．风向和风速水平(horizontal)方向的空气运动称为风。（垂直方向－升降气流）风向：风的来向（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）302.3Fu1516二、主要气象要素4．风向和风速174．风向和风速——风玫瑰图风速,m/s某地区风玫瑰图。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。二、主要气象要素184．风向和风速——风玫瑰图二、主要气象要素195、云云：是发生在高空的水汽凝结现象。云高：指云底距地面的垂直距离，以米为单位。高云（5000m以上）中云（2500-5000m）低云（2500m以下）二、主要气象要素205、云云量：指云遮蔽天空的成数。在我国，将天空分为10等份，有几份天空被云遮盖，云量就是几。国外，将天空分为8等份。总云量：指所有云遮蔽天空的成数，不论云的层次和高度低云量：低云的云掩盖天空的成数。云量的记录：一般总云量/低云量的形式记录，如10/7。测定方法：激光测云仪、弧光测云仪等，目力测定法二、主要气象要素216．能见度：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级别（0~9级，相应距离为50～50000米），单位：m，Km。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。二、主要气象要素227、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。hoho太阳光线地面二、主要气象要素238、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24第二节大气的热力过程一、太阳、大气和地面的热交换25第二节大气的热力过程一、太阳、大气和地面的热交换26第二节大气的热力过程一、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，为短波辐射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13点左右，最低温度在日出前后。气温的年变化曲线与地表温度年变化曲线平行，但振幅较小。大气对地面有保温效应27二、气温的垂直变化1.大气的绝热工程与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）288.0000ppppTTpcR282.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（100m），温度降低或升高的数值，称为干空气温度绝热垂直递减率。气温直减率:气温随高度的变化率TzdddiTz由定义：（）dd0.98K/100mdipTgzC111004JkgKpC由定义：（）dd0.98K/100mdipTgzC111004JkgKpC二、气温的垂直变化292.气温的垂直分布（温度层结）Tzd0，正常分布层结＝，中性层结（绝热直减率）＝0，等温层结0，逆温层结Tzd0，正常分布层结＝，中性层结（绝热直减率）＝0，等温层结0，逆温层结二、气温的垂直变化301.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三、大气稳定度312.大气稳定度的判别三、大气稳定度定量判定ipiiTpT气块：环境：ipiiTpT气块：环境：()(1)iigTTTagTT()iigaiiippRTRT（单位体积块）加速度，将代入上式得：()(1)iigTTTagTT()iigaiiippRTRT（单位体积块）加速度，将代入上式得：()iigaiiippRTRT（单位体积块）加速度，将代入上式得：0diiTTz0TTz气块：环境：zzz高度（一般均满足绝热条件）0diiTTz0TTz气块：环境：zzz高度（一般均满足绝热条件）zzz高度（一般均满足绝热条件）00iTTd()agzT32判据：2.大气稳定度的判别d()agzTddd混合层0,a0不稳定0,a0稳定中性层＝0，a=0中性稳定层0，a0逆温，非常稳定ddd混合层0,a0不稳定0,a0稳定中性层＝0，a=0中性稳定层0，a0逆温，非常稳定三、大气稳定度33四、逆温逆温不利于扩散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辐射逆温的生消过程34四、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35四、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。dd4.湍流逆温下层湍流混合达上层出现过渡层逆温36四、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37五、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）39第三节大气的运动和风一、引起大气运动的作用力直接作用力重力气压梯度力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）垂直气压梯度力：与重力平衡水平气压梯度力40二、大气边界层中风随高度变化Ekman（爱克曼）螺旋线（北半球下视，地偏力指向运动右方，故顺时针；南半球则相反）高度增高，风速增大，方向逐渐接近地转风。41三、近地层中的风速廓线模式1.对数律风速廓线模式中性层结：对数律，粗糙度和摩擦速度*0lnuZukZ42三、近地层风速廓线模式2.指数律风速廓线模式非中性层结：指数律，稳定度参数表3-3参数m值11()mZuuZ稳定度ABCDE、Fm城市0.150.150.200.250.30乡村0.070.070.100.150.2543四、地方性风场1．海陆风44四、地方性风场2．山谷风45四、地方性风场3．城市热岛环流46城市热岛示意图47本章小结1.大气层的结构、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3.动力因子：影响大气污染的主要原因