第3章-大氣污染氣象學(xué).ppt

第三章大氣污染氣象學(xué) 從污染源排放到大氣中的污染物的傳輸和擴(kuò)散過程 與污染源本身特性 氣象條件 地面特征和周圍地區(qū)建筑物分布等因素皆有密切關(guān)系 隨著氣象要素的變化 污染物在大氣中的擴(kuò)散稀釋情況千差萬別 所造成的污染程度有很大不同 第三章大氣污染氣象學(xué) 第一節(jié)大氣圈結(jié)構(gòu)及氣象要素 一 大氣圈垂直結(jié)構(gòu)自然地理學(xué)將受地心引力而隨地球旋轉(zhuǎn)的大氣層稱為大氣圈 大氣圈的垂直結(jié)構(gòu)是指氣象要素的垂直分布情況 如氣溫 氣壓 大氣密度和大氣成分等 根據(jù)氣溫在垂直于下墊面方向上的分布 可將大氣圈分為五層 對流層 平流層 中間層 暖層和散逸層 第三章大氣污染氣象學(xué) 一 大氣圈垂直結(jié)構(gòu) 第三章大氣污染氣象學(xué) 一 大氣圈垂直結(jié)構(gòu) 對流層 10km左右 集中了大氣質(zhì)量的3 4和全部的水蒸氣 主要天氣現(xiàn)象都發(fā)生在這一層溫度隨高度的增加而降低 每升高100m平均降溫0 650C強(qiáng)烈的對流作用溫度和濕度的水平分布不均 一 大氣圈垂直結(jié)構(gòu) 平流層 對流層頂 50 55km 同溫層 對流層頂35 40km 氣溫 550C左右同溫層以上 氣溫隨高度增加而增加集中了大部分臭氧沒有對流運動 污染物停留時間很長中間層 平流層頂 85km 氣溫隨高度升高而迅速降低對流運動強(qiáng)烈 一 大氣圈垂直結(jié)構(gòu) 暖層 中間層頂 800km 氣溫隨高度升高而增高氣體分子高度電離 電離層散逸層 暖層以上 氣溫很高 空氣稀薄空氣粒子可以擺脫地球引力而散逸大氣壓力總是隨高度的升高而降低均質(zhì)大氣層 80 85km以下 成分基本不變 二 主要氣象要素 氣象要素 因子 表示大氣狀態(tài)的物理現(xiàn)象和物理量 稱為氣象要素 主要的氣象要素有 氣溫 氣壓 氣濕 風(fēng)向 風(fēng)速 云況 能見度等1 氣溫表示大氣溫度高低的物理量 地面溫度是指距地1 5m高處百葉箱內(nèi)氣溫 表示氣溫的單位一般用攝氏溫度 或用熱力學(xué)溫度K 第三章大氣污染氣象學(xué) 二 主要氣象要素 2 氣壓氣壓是指大氣的壓強(qiáng) 任一點的氣壓值等于該地單位面積上的大氣柱重量 氣壓總是隨高度的增加而降低的 氣壓單位用帕 Pa 1Pa 1N m2 氣象上采用百帕 hPa 作單位 國際上規(guī)定 溫度0 緯度45 的海平面上的氣壓為一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓 1個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓P0 101325Pa 1013 25hPa 第三章大氣污染氣象學(xué) 二 主要氣象要素 3 氣濕反映空氣中水汽含量和空氣潮濕程度的一個物理量 常用的表示方法有 絕對濕度 水蒸氣壓力 體積百分比 含濕量 相對濕度 露點等 絕對濕度 1m3濕空氣中含有的水汽質(zhì)量相對濕度 空氣的絕對濕度與同溫度下飽和空氣的絕對濕度的百分比含濕量 濕空氣中1kg干空氣包含的水汽質(zhì)量水汽體積分?jǐn)?shù) 水汽在濕空氣中所占的體積分?jǐn)?shù)露點 同氣壓下空氣達(dá)到飽和狀態(tài)時的溫度 二 主要氣象要素 4 風(fēng)向和風(fēng)速水平方向的空氣運動稱為風(fēng) 垂直方向的空氣運動則稱為升降氣流 風(fēng)的來向叫風(fēng)向 8個或16個方位圓周等分表示 風(fēng)速 單位時間內(nèi)空氣在水平方向上運動的距離 2或10min的平均值 根據(jù)自然現(xiàn)象將風(fēng)力分為13個等級 0 12級 若用F表示風(fēng)力等級 則風(fēng)速u km h 第三章大氣污染氣象學(xué) 二 主要氣象要素5 云云 是發(fā)生在高空的水汽凝結(jié)現(xiàn)象 云量 指云遮蔽天空的成數(shù) 在我國 將天空分為10等份 有幾分天空被云遮蓋 云量就是幾 如 云占天空的1 10 云量記為1 在云層中有少量空隙 空隙總量不到天空的1 20 記為10 當(dāng)天空無云或云量不到1 20時 云量為0 第三章大氣污染氣象學(xué) 5 云云量國外 將天空分為8等份 國外云量與我國云量間的關(guān)系 國外云量 1 25 我國云量總云量低云量 低云的云掩蓋天空的成數(shù) 云量的記錄 以總云量 低云量的形式記錄 如10 7 云狀 多種多樣 1932年國際云學(xué)委員會出版的國際云圖將云狀分為四族十屬 云高 指云底距地面的垂直距離 以米為單位 測定方法 激光測云儀 弧光測云儀等 目力測定法 第三章大氣污染氣象學(xué) 云 高云 5000m以上 中云 2500 5000m 低云 2500米以下 二 主要氣象要素 6 能見度能見度 在當(dāng)時的天氣條件下 視力正常的人能夠從天空背景中看到或辨認(rèn)出目標(biāo)物的最大水平距離 觀測值通常分0 9級 相應(yīng)距離為50 50000米 能見度的大小反應(yīng)了大氣的混濁現(xiàn)象 反映出大氣中雜質(zhì)的多少 大氣中的霧 水汽 煙塵等 可使能見度降低 第二節(jié)大氣的熱力過程 一 太陽 大氣和地面的熱交換1 什么是輻射 自然界中的一切物體都以電磁波的形式時刻不停的向外傳遞能量 這種傳遞能量的方式稱為輻射 以輻射的方式向四周輸送的能量稱輻射能 有時簡稱輻射 2 大氣對太陽輻射的減弱及影響因素 1 吸收輻射 2 散射作用 3 反射 4 透過大氣層 第三章大氣污染氣象學(xué) 一 太陽 大氣和地面的熱交換3 大氣溫度依地面溫度的變化關(guān)系地面溫度 土壤溫度 的日變化是周期性的 具有一最高值和最低值 在一天里地表溫度最高值在13點左右 最低溫度在日出前后 氣溫的年變化曲線與地表溫度年變化曲線平行 但振幅較小 太陽以紫外線 可見光 紅外線的形式輻射熱量太陽輻射加熱地球表面地面長波輻射加熱大氣近地層大氣溫度隨地表溫度變化 太陽輻射光譜 太陽輻射的能量主要分布在可見光區(qū)和紅外區(qū)可見光區(qū)占太陽輻射總量的50 紅外區(qū)占43 紫外區(qū)只占能量的7 第三章大氣污染氣象學(xué) 二 氣溫的垂直變化 氣溫直減率 大氣 干空氣絕熱繪制溫度遞減率 干絕熱直減率 空氣團(tuán) 一般滿足 大氣絕熱過程 系統(tǒng)與周圍環(huán)境無熱交換 由壓力變化引起 1 大氣的絕熱過程與泊松方程 定量 熱力學(xué)第一定律 第一定律 狀態(tài)方程 其中 第三章大氣污染氣象學(xué) 2 氣溫直減率 第三章大氣污染氣象學(xué) 2 氣溫直減率 代入上式得 實際中 Ti T相差 10K 則 3 氣溫的垂直分布 溫度層結(jié) 氣溫的垂直分布 溫度層結(jié) 第三章大氣污染氣象學(xué) 1 大氣穩(wěn)定度的概念 定義 大氣在垂直方向上穩(wěn)定的程度 反映其是否容易對流定性描述 不穩(wěn)定條件下有利于擴(kuò)散 三 大氣穩(wěn)定度 第三章大氣污染氣象學(xué) 判據(jù) 2 大氣穩(wěn)定度的判據(jù) 第三章大氣污染氣象學(xué) 一 大氣邊界層的溫度場 三 逆溫一般將氣溫隨高度增加而增加的氣層稱為逆溫層 當(dāng)發(fā)生逆溫或等溫時 大氣是穩(wěn)定的 逆溫層的存在 阻礙了氣流的垂直運動 所以又將逆溫層稱為阻擋層 根據(jù)逆溫生成的過程 可將逆溫分為輻射逆溫 下沉逆溫 平流逆溫 鋒面逆溫和湍流逆溫 第三章大氣污染氣象學(xué) 三 逆溫 1 輻射逆溫的生消過程 四 逆溫 2 下沉逆溫 多在高空大氣中 高壓控制區(qū)內(nèi) 四 逆溫 3 平流逆溫暖空氣平流到冷地面上而下部降溫而形成 4 湍流逆溫低層空氣湍流混合形成的逆溫 四 逆溫 5 鋒面逆溫 四 不同溫度層結(jié)下的煙型 波浪型 不穩(wěn) 錐型 中性or弱穩(wěn) 扇型 逆溫 爬升型 下穩(wěn) 上不穩(wěn) 漫煙型 上逆 下不穩(wěn) 第三節(jié)大氣的運動和風(fēng) 一 引起大氣運動的作用力 重力 水平氣壓梯度力 垂直上與重力基本平衡 間接作用力 地轉(zhuǎn)偏向力 相對運動 改變方向 慣性離心力 大氣曲線運動 很小 摩擦力 近地1 2km內(nèi)明顯 第三章大氣污染氣象學(xué) 二 大氣邊界層中風(fēng)隨高度變化 Ekman 愛克曼 螺旋線 北半球下視 地偏力指向運動右方 故順時針 南半球則相反 高度增高 風(fēng)速增大 方向逐漸接近地轉(zhuǎn)風(fēng) 第三章大氣污染氣象學(xué) 三 近地層風(fēng)速廓線模式 1 對數(shù)律風(fēng)速廓線模式平均風(fēng)速隨高度變化中性層結(jié) 對數(shù)律 粗糙度和摩擦速度 三 近地層風(fēng)速廓線模式 2 指數(shù)律風(fēng)速廓線模式平均風(fēng)速隨高度變化非中性層結(jié) 指數(shù)律 穩(wěn)定度參數(shù)m 第三章大氣污染氣象學(xué) 36 四 地方性風(fēng)場 1 地形和地物的影響當(dāng)氣流沿地面流過時 必然要同各種地形地物發(fā)生摩擦作用 使風(fēng)