第三章 大氣污染氣象學(xué)

1、第三章第三章 大氣污染氣象學(xué)大氣污染氣象學(xué)Meteorology for Air Pollution源源受體受體大氣擴(kuò)散大氣擴(kuò)散酸雨越境轉(zhuǎn)移（韓國、朝鮮酸雨越境轉(zhuǎn)移（韓國、朝鮮） 大氣科學(xué)大氣科學(xué) 大氣物理、化學(xué)大氣物理、化學(xué)大氣氣象學(xué)大氣氣象學(xué) 污染氣象學(xué)污染氣象學(xué) 氣象條件對污物的稀釋、擴(kuò)散作用氣象條件對污物的稀釋、擴(kuò)散作用污染物對氣象的影響污染物對氣象的影響 目的目的 ：因?yàn)槲廴疚飶呐欧诺綄θ梭w和生態(tài)環(huán)因?yàn)槲廴疚飶呐欧诺綄θ梭w和生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生切實(shí)的影響，中間經(jīng)歷了復(fù)雜的大氣境產(chǎn)生切實(shí)的影響，中間經(jīng)歷了復(fù)雜的大氣過程：過程：遷移、擴(kuò)散、沉降、化學(xué)反應(yīng)等遷移、擴(kuò)散、沉降、化學(xué)反應(yīng)等，它，它們與

2、排放源本身的特性、氣象條件、地面特們與排放源本身的特性、氣象條件、地面特征和周圍地區(qū)建筑物分布等因素有關(guān)，特別征和周圍地區(qū)建筑物分布等因素有關(guān)，特別是與氣象條件，如是與氣象條件，如風(fēng)向、風(fēng)速、大氣湍流運(yùn)風(fēng)向、風(fēng)速、大氣湍流運(yùn)動、氣溫垂直分布及大氣穩(wěn)定動、氣溫垂直分布及大氣穩(wěn)定度等關(guān)系密切。度等關(guān)系密切。本章主要對大氣污染氣象學(xué)的基本知識作一本章主要對大氣污染氣象學(xué)的基本知識作一扼要介紹。扼要介紹。第三章第三章 大氣污染氣象學(xué)大氣污染氣象學(xué)n3.1 3.1 大氣圈結(jié)構(gòu)及氣象要素大氣圈結(jié)構(gòu)及氣象要素n3.2 3.2 大氣的熱力過程大氣的熱力過程n3.3 3.3 大氣的運(yùn)動和風(fēng)大氣的運(yùn)動和風(fēng)3.1

3、3.1 大氣圈結(jié)構(gòu)及氣象要素大氣圈結(jié)構(gòu)及氣象要素3.1.1 3.1.1 大氣圈垂直結(jié)構(gòu)大氣圈垂直結(jié)構(gòu)3.1.2 3.1.2 氣象要素氣象要素3.1.1 3.1.1 大氣圈垂直結(jié)構(gòu)大氣圈垂直結(jié)構(gòu) 大氣圈大氣圈大氣污染氣象學(xué)和大氣物理學(xué)中，指從大氣污染氣象學(xué)和大氣物理學(xué)中，指從 地面到地面到120012001400km1400km的大氣。的大氣。 大氣圈的垂直結(jié)構(gòu)大氣圈的垂直結(jié)構(gòu)氣象要素的垂直分布情氣象要素的垂直分布情 況，如氣溫、氣壓、大況，如氣溫、氣壓、大 氣密度和大氣成分等。氣密度和大氣成分等。本節(jié)主要介紹氣溫的垂直分布。本節(jié)主要介紹氣溫的垂直分布。大大氣氣圈圈的的垂垂直直結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)臭氧 吸收

4、300平流層頂（+ ）（- ）平流層對流層對流層頂散逸層（+ ）（- ）（+ ）熱成層電離層中間層中間層頂200250絕對溫度（K ）50030007080506020409030040020010001030高 度 （ km ）高度（k m ）高度(km)一、一、大氣圈垂直結(jié)構(gòu)大氣圈垂直結(jié)構(gòu)每升高每升高100m，氣溫降低氣溫降低0.65 N2O2ArCO2NeHeKrH2XeO O3 3越往上氧、氦等氣體的原子態(tài)越多越往上氧、氦等氣體的原子態(tài)越多紫外線的強(qiáng)烈照紫外線的強(qiáng)烈照射，射，N2和和O2產(chǎn)生產(chǎn)生不同程度的離解不同程度的離解氣溫很高，空氣稀薄，氣溫很高，空氣稀薄，空氣離子的運(yùn)動速度空氣離

5、子的運(yùn)動速度很高，可以擺脫地球很高，可以擺脫地球引力散逸到太空中引力散逸到太空中又叫電離層又叫電離層HH，TT空氣處于電離狀態(tài)，空氣處于電離狀態(tài)，存在大量的離子和電存在大量的離子和電子子HH，TT，有強(qiáng)烈的對，有強(qiáng)烈的對流運(yùn)動，垂直混合明顯流運(yùn)動，垂直混合明顯（1 1）從對流層頂?shù)剑膶α鲗禹數(shù)?53540km40km左右的一層，氣溫左右的一層，氣溫不隨高度變化不隨高度變化, ,約為約為- -5555；從這；從這( (同溫同溫) )到平到平流層頂，流層頂，HTHT（2 2）幾乎沒有空氣對流）幾乎沒有空氣對流運(yùn)動，空氣垂直混合微運(yùn)動，空氣垂直混合微弱弱（1 1）集中了大氣質(zhì)量的）集中了大氣質(zhì)量的

6、3/43/4和幾乎全部水汽和幾乎全部水汽（2 2）HTHT，T/100m=0.65T/100m=0.65（3 3）強(qiáng)烈的對流運(yùn)動，下墊層受熱不均）強(qiáng)烈的對流運(yùn)動，下墊層受熱不均（4 4）溫度和濕度分布不均）溫度和濕度分布不均是直接影響污染物的傳輸、擴(kuò)散和轉(zhuǎn)化的一層是直接影響污染物的傳輸、擴(kuò)散和轉(zhuǎn)化的一層3.1.2 3.1.2 氣象要素氣象要素 氣象要素氣象要素表示大氣狀態(tài)的物理量和表示大氣狀態(tài)的物理量和 物理現(xiàn)象。物理現(xiàn)象。 氣氣象象要要素素 氣溫氣溫：指距地面，：指距地面，1.5m1.5m高處在百頁箱中觀高處在百頁箱中觀 測到的空氣溫度。測到的空氣溫度。 氣壓氣壓：大氣的壓強(qiáng)：大氣的壓強(qiáng) 氣

7、濕氣濕：空氣的濕度反應(yīng)大氣中水汽含量：空氣的濕度反應(yīng)大氣中水汽含量 的多少和空氣的潮濕度，表示方的多少和空氣的潮濕度，表示方 法：絕對法：絕對, ,相對相對 風(fēng)向和風(fēng)速風(fēng)向和風(fēng)速：u3.02Fu3.02F3/23/2(Km/s)(Km/s)， F F代表風(fēng)力等級（代表風(fēng)力等級（0 01212級）級） 云云：大氣中的水汽凝結(jié)現(xiàn)象。我國云：大氣中的水汽凝結(jié)現(xiàn)象。我國云 量分量分1010級，國外分級，國外分8 8級級 能見度能見度：單位用：單位用m m或或kmkm表示表示, ,其大小反其大小反 映大氣透明或混濁程度映大氣透明或混濁程度風(fēng)向的風(fēng)向的1616個方位個方位風(fēng)向標(biāo) 云云高云（高云（5000m

8、以上）以上）低云（低云（2500米以下）米以下）中云（中云（2500-5000m）第三章第三章 大氣污染氣象學(xué)大氣污染氣象學(xué)3.1 3.1 大氣圈結(jié)構(gòu)及氣象要素大氣圈結(jié)構(gòu)及氣象要素n3.2 3.2 大氣的熱力過程大氣的熱力過程3.3 3.3 大氣的運(yùn)動和風(fēng)大氣的運(yùn)動和風(fēng)3.2 3.2 大氣的熱力過程大氣的熱力過程3.2.1 3.2.1 太陽、大氣和地面的熱交換太陽、大氣和地面的熱交換 首先，太陽首先，太陽短波短波輻射加熱了地球表面；輻射加熱了地球表面； 其次，地面其次，地面長波長波輻射加熱了大氣。輻射加熱了大氣。近地層大氣溫度隨地表溫度的升高而升高近地層大氣溫度隨地表溫度的升高而升高（自下而上

9、被加熱）（自下而上被加熱）；地面溫度的降低而降低地面溫度的降低而降低（自下而上被冷卻）（自下而上被冷卻）；地表溫度的周期性變化引起低層大氣溫度隨之地表溫度的周期性變化引起低層大氣溫度隨之周期性變化周期性變化。3.2.2 3.2.2 氣溫的垂直變化氣溫的垂直變化3.2.2.13.2.2.1大氣的絕熱過程與泊松方程大氣的絕熱過程與泊松方程 大氣的升降過程總伴有不同形式的能量交換。大氣的升降過程總伴有不同形式的能量交換。大氣的絕熱過程大氣的絕熱過程大氣中某一空氣塊作垂直大氣中某一空氣塊作垂直 運(yùn)動時與周圍空氣不發(fā)生運(yùn)動時與周圍空氣不發(fā)生 熱量交換的狀態(tài)變化。熱量交換的狀態(tài)變化。 周周圍圍氣氣壓壓減減

10、小小，一一部部分分內(nèi)內(nèi)能能作作膨膨脹脹功功，T T降降低低周周圍圍氣氣壓壓增增加加，外外界界對對其其作作壓壓縮縮功功，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化化為為內(nèi)內(nèi)能能，T T升升高高空氣塊絕熱運(yùn)動的兩種基本情況簡圖空氣塊絕熱運(yùn)動的兩種基本情況簡圖膨脹或壓縮發(fā)生的膨脹或壓縮發(fā)生的TT 熱交換引起的熱交換引起的TT 一般可將一般可將沒有水相變化沒有水相變化的空氣塊的的空氣塊的垂直運(yùn)垂直運(yùn)動動近似地看作絕熱過程。近似地看作絕熱過程。多數(shù)情況下的大氣過程都可視為絕熱過程。多數(shù)情況下的大氣過程都可視為絕熱過程。 如果有一小空氣塊作快速的垂直運(yùn)動，如果有一小空氣塊作快速的垂直運(yùn)動，來不及和周圍的空氣進(jìn)行充分的熱變換，來不及和周圍的空

11、氣進(jìn)行充分的熱變換，而外界的壓力變化卻很大，則可認(rèn)為該空而外界的壓力變化卻很大，則可認(rèn)為該空氣塊的運(yùn)動為絕熱運(yùn)動。氣塊的運(yùn)動為絕熱運(yùn)動。 近似多數(shù)情況下的大氣過程都可視為絕熱過程。多數(shù)情況下的大氣過程都可視為絕熱過程。熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律 小氣塊從外界獲得的能量小氣塊從外界獲得的能量dQdQ應(yīng)等于其內(nèi)應(yīng)等于其內(nèi)能的增加值。能的增加值。pdvdTCdQvdTdvpCdTdQvpTRvRTMmpvKgm1 dTdppRTCdTdpPRTRCpdTdpTppRCdTpRTdpCdTdQpvvv 2/pdPdQC dTRTP（式（式3-1） 式中式中:Q加入體系的熱量，加入體系的熱量，J； C

12、P干空氣的定壓熱容，干空氣的定壓熱容，CP=1005J/（kgK）；）； R干空氣的氣體常數(shù)，干空氣的氣體常數(shù)，R=287.9 J/（kgK） ； T氣塊溫度，氣塊溫度，K； P氣塊壓力，氣塊壓力，hPa。 對于絕熱過程，對于絕熱過程，dQ=0，式（，式（3-1）變形為）變形為PdTRdPTCP 式（式（3-2） 初態(tài)初態(tài)T T0 0,P,P0 0/0.288000()()PR CTPPTPP 式（式（3-33-3） 泊松方程泊松方程 終態(tài)終態(tài) T T，P P 描述了氣塊在絕熱升降過程中，初態(tài)（描述了氣塊在絕熱升降過程中，初態(tài)（T T0 0，P P0 0）與）與終態(tài)（終態(tài)（T T，P P）之間

13、的關(guān)系，說明了絕熱過程中氣溫的變）之間的關(guān)系，說明了絕熱過程中氣溫的變化完全是氣壓的變化引起的。化完全是氣壓的變化引起的。 /0.288000()()PR CTPPTPP泊松方程的作用泊松方程的作用3.2.2.2 3.2.2.2 干絕熱直減率干絕熱直減率（1）定義）定義 干絕熱直減率干絕熱直減率干空氣（包括未飽和的濕干空氣（包括未飽和的濕空氣塊）在絕熱上升或下降過程中，每升高或下空氣塊）在絕熱上升或下降過程中，每升高或下降單位高差降單位高差( (通常取通常取100m)100m)的溫度變化率的負(fù)值，的溫度變化率的負(fù)值，稱為干空氣溫度絕熱垂直遞減率，簡稱干絕熱直稱為干空氣溫度絕熱垂直遞減率，簡稱干

14、絕熱直減率，用減率，用d d表示。表示。 ()iddTZ （式（式3-4） （2 2）干絕熱直減率）干絕熱直減率d d的計(jì)算的計(jì)算 大氣絕熱過程大氣絕熱過程大氣中進(jìn)行的熱力過程，所大氣中進(jìn)行的熱力過程，所研究的系統(tǒng)與周圍空氣沒有熱量交換。研究的系統(tǒng)與周圍空氣沒有熱量交換。 假定空氣塊的氣壓等于周圍大氣壓力，即滿足所假定空氣塊的氣壓等于周圍大氣壓力，即滿足所謂準(zhǔn)靜力條件：謂準(zhǔn)靜力條件： P Pi i=P P=P Pi i+dP+dPi i=P+dP=P+dP 由氣體的靜力學(xué)方程，由氣體的靜力學(xué)方程， （式（式3-53-5） gg重力加速度重力加速度 空氣密度空氣密度,kg/m,kg/m3 3 將

15、將3-53-5代入代入3-43-4，得，得dPgdZ mKmKCgpCgRTPRTdZdTpCgRTdZdTpdZgCRTdTppiidpiiipii100/1/0098. 0RTp TTi（式（式3-63-6） 干空氣（或未達(dá)到飽和狀態(tài)的濕空氣）干空氣（或未達(dá)到飽和狀態(tài)的濕空氣）在作絕熱上升在作絕熱上升( (或下降或下降) )運(yùn)動時，運(yùn)動時，每升每升高高( (或下降或下降)100m)100m溫度約降低溫度約降低( (或上或上升升)1K)1K。（四）氣溫的垂直分布（四）氣溫的垂直分布 氣溫直減率氣溫直減率氣溫隨高度的變化。氣溫隨高度的變化。()TZ （式（式3-8） 氣氣溫溫t t( (0 0

16、C C) )高高度度z z（m m）溫度層結(jié)曲線溫度層結(jié)曲線氣氣溫沿垂直高度的分布，溫沿垂直高度的分布，可用坐標(biāo)圖上以高度為可用坐標(biāo)圖上以高度為縱坐標(biāo)以溫度為橫坐標(biāo)縱坐標(biāo)以溫度為橫坐標(biāo)作的曲線表示（左圖），作的曲線表示（左圖），也叫氣溫沿高度分布曲也叫氣溫沿高度分布曲線。線。大大氣氣中中溫溫度度層層結(jié)結(jié)1:1:正常溫度層結(jié)或遞減層結(jié)正常溫度層結(jié)或遞減層結(jié):0,:0,即即ZZ，TT 2: 2:中性層結(jié)：中性層結(jié)：=d d 3:3:等溫層結(jié)：等溫層結(jié)：=0=0，即，即ZZ， T=constT=const 4:4:逆溫：逆溫：0, 0 Z0，a a有三種情況有三種情況 穩(wěn)穩(wěn)定定度度判判據(jù)據(jù) -d d

17、0,a0,0,a0,氣塊作加速運(yùn)動，大氣不穩(wěn)定氣塊作加速運(yùn)動，大氣不穩(wěn)定 -d d0,a0,0,a0, 0, 即即ZZ，TT，但在特定條件下也會發(fā)生，但在特定條件下也會發(fā)生=0=0或或00的現(xiàn)象，即的現(xiàn)象，即氣溫隨高度的增加而不變或增加的氣溫隨高度的增加而不變或增加的逆溫現(xiàn)象。逆溫現(xiàn)象。隨著地表溫度降低而降低，自下而上的降低隨著地表溫度降低而降低，自下而上的降低 近地層近地層空氣溫度空氣溫度 當(dāng)發(fā)生等溫或逆溫時，大氣是穩(wěn)定的，所當(dāng)發(fā)生等溫或逆溫時，大氣是穩(wěn)定的，所以某一高度的逆溫層、等溫層的存在，就像一以某一高度的逆溫層、等溫層的存在，就像一個蓋子一樣，大大阻礙了氣流的垂直運(yùn)動，所個蓋子一樣，

18、大大阻礙了氣流的垂直運(yùn)動，所以逆溫層又稱為以逆溫層又稱為阻擋層阻擋層。 若逆溫層存在于空中某高度，由于上升的若逆溫層存在于空中某高度，由于上升的污染氣流不能穿過逆溫層而在它的下面進(jìn)行積污染氣流不能穿過逆溫層而在它的下面進(jìn)行積聚或擴(kuò)散，可能會造成嚴(yán)重的大氣污染現(xiàn)象。聚或擴(kuò)散，可能會造成嚴(yán)重的大氣污染現(xiàn)象。3.2.4.2 3.2.4.2 逆溫的分類逆溫的分類 逆溫層可發(fā)生在近地層中，也可發(fā)生在逆溫層可發(fā)生在近地層中，也可發(fā)生在較高氣層中。根據(jù)逆溫發(fā)生的過程，可將逆溫較高氣層中。根據(jù)逆溫發(fā)生的過程，可將逆溫分為分為: : (1) (1)輻射逆溫輻射逆溫 (2)(2)下沉逆溫下沉逆溫 (3)(3)平流

19、逆溫平流逆溫 (4)(4)鋒面逆溫鋒面逆溫 (5)(5)湍流逆溫湍流逆溫（1 1）輻射逆溫）輻射逆溫 在晴朗無云在晴朗無云( (或少云）的夜間或少云）的夜間, , 當(dāng)風(fēng)速較當(dāng)風(fēng)速較?。ㄐ。?m/s)H（3 3）平流逆溫）平流逆溫 有暖空氣平流到冷地表面上而形成有暖空氣平流到冷地表面上而形成的逆溫稱為的逆溫稱為平流逆溫平流逆溫。 這是由于低層空氣受地表面影響大、這是由于低層空氣受地表面影響大、降溫多，上層空氣降溫少所形成的。降溫多，上層空氣降溫少所形成的。（4 4）湍流逆溫）湍流逆溫 低層空氣湍流混合形成的逆溫稱為低層空氣湍流混合形成的逆溫稱為湍流湍流逆溫逆溫。 實(shí)際空氣的運(yùn)動都是一種湍流運(yùn)動，

20、其實(shí)際空氣的運(yùn)動都是一種湍流運(yùn)動，其結(jié)果將使大氣中包含的熱量、水分和動量以結(jié)果將使大氣中包含的熱量、水分和動量以及污染物質(zhì)得以充分的交換和混合，這種因及污染物質(zhì)得以充分的交換和混合，這種因湍流運(yùn)動引起的屬性混合為湍流混合。湍流運(yùn)動引起的屬性混合為湍流混合。 當(dāng)氣層的氣溫直減率小于干絕熱直減當(dāng)氣層的氣溫直減率小于干絕熱直減率時，經(jīng)湍流混合后，氣層的溫度分布逐率時，經(jīng)湍流混合后，氣層的溫度分布逐漸接近干絕熱直減率。漸接近干絕熱直減率。 因湍流上升的空氣按干絕熱直減率降因湍流上升的空氣按干絕熱直減率降低溫度?？諝馍仙交旌蠈禹敳繒r，它的低溫度?？諝馍仙交旌蠈禹敳繒r，它的溫度比周圍的氣溫低，混合的結(jié)

21、果，使上溫度比周圍的氣溫低，混合的結(jié)果，使上層氣溫降低；空氣下沉?xí)r，情況相反，致層氣溫降低；空氣下沉?xí)r，情況相反，致使下層氣溫升高。這樣就使下層氣溫升高。這樣就在湍流減弱層在湍流減弱層，出現(xiàn)出現(xiàn)逆溫逆溫。Z ZB BdA A湍湍流流混混合合層層T T（a a）Z ZB BA A湍湍流流混混合合層層T T（b b）E ED DC C湍流混合前的氣溫分布湍流混合前的氣溫分布湍流混合后的氣溫分布湍流混合后的氣溫分布圖圖3-10.湍流逆溫的形成過程湍流逆溫的形成過程（5 5）峰面逆溫）峰面逆溫 在對流層中的在對流層中的冷空氣團(tuán)與冷空氣團(tuán)與暖空氣團(tuán)暖空氣團(tuán)相遇相遇時，暖空氣因其密度小就會爬到冷空氣上面時

22、，暖空氣因其密度小就會爬到冷空氣上面去，形成一個傾斜的過渡區(qū)稱為鋒面。在鋒去，形成一個傾斜的過渡區(qū)稱為鋒面。在鋒面上，如果冷暖空氣的溫差較大，也可以出面上，如果冷暖空氣的溫差較大，也可以出現(xiàn)逆溫。這種逆溫稱為鋒面逆溫現(xiàn)逆溫。這種逆溫稱為鋒面逆溫( (圖圖3-11)3-11)，鋒鋒面逆溫僅在冷空一邊可以看到面逆溫僅在冷空一邊可以看到。層層結(jié)結(jié)曲曲線線鋒鋒面面層層暖暖空空氣氣冷冷空空氣氣T T4 4T T3 3T T2 2T T1 1圖圖3-11. 峰面逆溫的形成過程峰面逆溫的形成過程3.2.5 3.2.5 煙流形狀與大氣穩(wěn)定度的關(guān)系煙流形狀與大氣穩(wěn)定度的關(guān)系 煙流擴(kuò)散的形狀與大氣穩(wěn)定度有密切的關(guān)

23、系。煙流擴(kuò)散的形狀與大氣穩(wěn)定度有密切的關(guān)系。 圖圖3-12. 3-12. 五種典型的煙流形狀五種典型的煙流形狀圖圖3-12 波浪型波浪型(a)back圖圖3-12 錐型錐型 (b)back圖圖3-12 扇型扇型(c)back圖圖3-12 爬升型爬升型(d)back圖圖3-12 漫煙型漫煙型(e)back煙流煙流特點(diǎn)特點(diǎn) 穩(wěn)定度穩(wěn)定度 發(fā)生情況發(fā)生情況 原因原因 波波浪浪型型地面最大濃度落地點(diǎn)距地面最大濃度落地點(diǎn)距煙囪較近，濃度較大煙囪較近，濃度較大 -d0-d0全層大氣不穩(wěn)全層大氣不穩(wěn)定定 晴朗的白晴朗的白天天 大氣不穩(wěn)定大氣不穩(wěn)定 錐錐型型煙流為圓錐形，垂直擴(kuò)煙流為圓錐形，垂直擴(kuò)散好于平展型

24、，較波浪散好于平展型，較波浪性差性差 -d=0-d=0中性中性陰天的中陰天的中午和強(qiáng)風(fēng)午和強(qiáng)風(fēng)的夜間的夜間 中性大氣中性大氣 平平展展型型煙流垂直擴(kuò)散小，從上煙流垂直擴(kuò)散小，從上看呈扇形；煙囪高，近看呈扇形；煙囪高，近處地面不污染；反之，處地面不污染；反之，則污染則污染 -d-1-d-1逆溫逆溫弱風(fēng)晴朗弱風(fēng)晴朗的夜間和的夜間和清晨清晨 煙囪出口處于逆溫層煙囪出口處于逆溫層 爬爬升升型型持續(xù)時間短，對近處地持續(xù)時間短，對近處地面污染小面污染小 低層穩(wěn)定低層穩(wěn)定-d0-d0 -d0 日落后出日落后出現(xiàn)現(xiàn) 地面有效輻射的放熱，近地地面有效輻射的放熱，近地層為逆溫層；高層為遞減層層為逆溫層；高層為遞減

25、層結(jié)結(jié) 漫漫煙煙型型煙流向下發(fā)生強(qiáng)烈擴(kuò)散，煙流向下發(fā)生強(qiáng)烈擴(kuò)散，近處地面污染嚴(yán)重近處地面污染嚴(yán)重低層不穩(wěn)定低層不穩(wěn)定-d0-d0高層穩(wěn)定高層穩(wěn)定, , -d0-d0上午上午8-108-10點(diǎn)鐘點(diǎn)鐘 日出后地面增溫，低層空氣日出后地面增溫，低層空氣被加熱，使逆溫從下往上消被加熱，使逆溫從下往上消失，下層不穩(wěn)定，上層穩(wěn)定失，下層不穩(wěn)定，上層穩(wěn)定 表表3-1 3-1 五種典型的煙流說明五種典型的煙流說明 第三章第三章 大氣污染氣象學(xué)大氣污染氣象學(xué)3.1 3.1 大氣圈結(jié)構(gòu)及氣象要素大氣圈結(jié)構(gòu)及氣象要素3.2 3.2 大氣的熱力過程大氣的熱力過程n3.3 3.3 大氣的運(yùn)動和風(fēng)大氣的運(yùn)動和風(fēng)3 33

26、3 大氣的運(yùn)動和風(fēng)大氣的運(yùn)動和風(fēng)3.3.1 3.3.1 引起大氣運(yùn)動的作用力引起大氣運(yùn)動的作用力 大氣的運(yùn)動是在各種力的作用下產(chǎn)生的。大氣的運(yùn)動是在各種力的作用下產(chǎn)生的。作用力作用力水平壓力梯度力水平壓力梯度力 地轉(zhuǎn)偏向力地轉(zhuǎn)偏向力 重力重力慣性離心力慣性離心力 摩擦力摩擦力3.3.2 3.3.2 大氣邊界層中風(fēng)隨高度的變化大氣邊界層中風(fēng)隨高度的變化 在大氣邊界層中，由于摩擦力隨高度增加在大氣邊界層中，由于摩擦力隨高度增加而減小，當(dāng)氣壓梯度力不隨高度變化時，風(fēng)速而減小，當(dāng)氣壓梯度力不隨高度變化時，風(fēng)速將隨高度增加而增大。風(fēng)向與等壓線的交角隨將隨高度增加而增大。風(fēng)向與等壓線的交角隨高度增加而減小

27、。高度增加而減小。 在北半球，如果把邊界層中不同高度的在北半球，如果把邊界層中不同高度的風(fēng)矢量用矢量圖表示，并把它們投影到同一風(fēng)矢量用矢量圖表示，并把它們投影到同一水平面上，把風(fēng)矢量頂點(diǎn)連起來，就得到一水平面上，把風(fēng)矢量頂點(diǎn)連起來，就得到一風(fēng)矢量跡線，稱為愛克曼風(fēng)矢量跡線，稱為愛克曼(Ekman)螺旋線，螺旋線，如圖如圖313所示。從地面向高空望去，風(fēng)向是所示。從地面向高空望去，風(fēng)向是順時針變化的。當(dāng)?shù)搅舜髿膺吔鐚禹敃r，風(fēng)順時針變化的。當(dāng)?shù)搅舜髿膺吔鐚禹敃r，風(fēng)速和風(fēng)向完全接近地轉(zhuǎn)風(fēng)速和風(fēng)向完全接近地轉(zhuǎn)風(fēng)。圖圖3-13.愛克曼螺旋線愛克曼螺旋線3.3.3 3.3.3 近地層中的風(fēng)速廓線模式近地層

28、中的風(fēng)速廓線模式 平均風(fēng)速隨高度的變化曲線稱為風(fēng)速廓平均風(fēng)速隨高度的變化曲線稱為風(fēng)速廓線，風(fēng)速廓線的數(shù)學(xué)表達(dá)式稱為風(fēng)速廓線模線，風(fēng)速廓線的數(shù)學(xué)表達(dá)式稱為風(fēng)速廓線模式。近地層式。近地層(離地面大約離地面大約)100m左右左右)的風(fēng)速廓的風(fēng)速廓線模式有多種。這里介紹兩種根據(jù)湍流半經(jīng)線模式有多種。這里介紹兩種根據(jù)湍流半經(jīng)驗(yàn)理論推導(dǎo)出的模式。驗(yàn)理論推導(dǎo)出的模式。 *0/0.443 1uZm sum skZm高度 處的平均風(fēng)速，摩擦速度，卡門常數(shù)，在大氣中其值為地面粗糙度， ，其值可由書中表查得3.3.3.1 3.3.3.1 中性層結(jié)條件下的風(fēng)速廓線中性層結(jié)條件下的風(fēng)速廓線 模式模式*0lnuZukZ式

29、式(3-8)3.3.3.2 3.3.3.2 非中性層結(jié)條件下的風(fēng)速非中性層結(jié)條件下的風(fēng)速廓線模廓線模 11()mZuuZ11/32uZm sm已知高度 處的風(fēng)速，穩(wěn)定度參數(shù)，可由書中表中查得（式（式3-9）3.3.2 3.3.2 地方性風(fēng)場地方性風(fēng)場3.3.2.1 3.3.2.1 海陸風(fēng)海陸風(fēng) 海陸風(fēng)是海風(fēng)和陸風(fēng)的總稱。它發(fā)生在海陸風(fēng)是海風(fēng)和陸風(fēng)的總稱。它發(fā)生在海陸交界地帶，是以海陸交界地帶，是以2424小時為周期小時為周期的一種大的一種大氣局地環(huán)流。海陸風(fēng)是由于陸地和海洋的熱氣局地環(huán)流。海陸風(fēng)是由于陸地和海洋的熱力性質(zhì)差異而引起的力性質(zhì)差異而引起的。圖圖3-14.海陸風(fēng)環(huán)流海陸風(fēng)環(huán)流 在大湖

30、波、江河的水陸交界地帶也會產(chǎn)在大湖波、江河的水陸交界地帶也會產(chǎn)生水陸風(fēng)局地環(huán)流，稱為生水陸風(fēng)局地環(huán)流，稱為水陸風(fēng)水陸風(fēng)。但水陸風(fēng)。但水陸風(fēng)的活動范圍和強(qiáng)度比海陸風(fēng)要小。的活動范圍和強(qiáng)度比海陸風(fēng)要小。 建在海邊排出污染物的工廠，必須考慮海建在海邊排出污染物的工廠，必須考慮海陸風(fēng)的影響，因?yàn)橛锌赡艹霈F(xiàn)在夜間隨陸風(fēng)陸風(fēng)的影響，因?yàn)橛锌赡艹霈F(xiàn)在夜間隨陸風(fēng)吹到海面上的污染物，在白天又隨海風(fēng)吹回吹到海面上的污染物，在白天又隨海風(fēng)吹回來、或者進(jìn)入海陸風(fēng)局地環(huán)流中，使污染物來、或者進(jìn)入海陸風(fēng)局地環(huán)流中，使污染物不能充分的擴(kuò)散稀釋而造成嚴(yán)重的污染。不能充分的擴(kuò)散稀釋而造成嚴(yán)重的污染。 3.3.2.2 3.3.2

31、.2 山谷風(fēng)山谷風(fēng) 山谷風(fēng)是山風(fēng)和谷風(fēng)的總稱。它發(fā)生在山谷風(fēng)是山風(fēng)和谷風(fēng)的總稱。它發(fā)生在山區(qū)，是以山區(qū)，是以2424小時為周期的局地環(huán)流。山谷小時為周期的局地環(huán)流。山谷風(fēng)在山區(qū)最為常見，它主要是由于山坡和谷風(fēng)在山區(qū)最為常見，它主要是由于山坡和谷地受熱不均而產(chǎn)生的。地受熱不均而產(chǎn)生的。圖圖3-15.山谷風(fēng)環(huán)流山谷風(fēng)環(huán)流3.3.2.3 3.3.2.3 城市風(fēng)城市風(fēng) 城市風(fēng)城市風(fēng)是指在大范圍環(huán)流微弱時，由于是指在大范圍環(huán)流微弱時，由于城市熱島而引起的城市與郊區(qū)之間的大氣環(huán)城市熱島而引起的城市與郊區(qū)之間的大氣環(huán)流：空氣在城區(qū)上升，在郊區(qū)下沉，而四周流：空氣在城區(qū)上升，在郊區(qū)下沉，而四周較冷的空氣又流向

32、較冷的空氣又流向市區(qū)市區(qū)，在城市和郊區(qū)之間，在城市和郊區(qū)之間形成一個小型的局地環(huán)流，稱為形成一個小型的局地環(huán)流，稱為城市風(fēng)城市風(fēng)。 出現(xiàn)地區(qū)性靜風(fēng)出現(xiàn)地區(qū)性靜風(fēng)(u(u10100.5m/s)0.5m/s)時，城市風(fēng)很明顯；時，城市風(fēng)很明顯； 有地方風(fēng)時，只在城市背風(fēng)面出現(xiàn)城市風(fēng)。有地方風(fēng)時，只在城市背風(fēng)面出現(xiàn)城市風(fēng)。 城市風(fēng)可將市郊工廠排放的污染物帶到市區(qū)，使市區(qū)城市風(fēng)可將市郊工廠排放的污染物帶到市區(qū)，使市區(qū)污染物濃度升高。污染物濃度升高。圖圖3-16.城市和鄉(xiāng)村間的環(huán)城市和鄉(xiāng)村間的環(huán)流流 日本北海道的旭川市，人口僅日本北海道的旭川市，人口僅2020萬，市郊是萬，市郊是山地丘陵，市區(qū)為平地，在市郊周圍山地建了工山地丘陵，市區(qū)為平地，在市郊周圍