大氣污染控制工程ppt課件

1、大氣污染控制工程(AIR POLLUTION CONTROL ENGINEERING)第三章 大氣污染氣候?qū)Wn大氣圈構(gòu)造及氣候要素 n大氣熱力過程 n大氣的運(yùn)動和風(fēng)n了解氣候?qū)W根底知識建議學(xué)時數(shù)：2學(xué)時污染源污染源大氣中遷移、分散大氣中遷移、分散 受體受體氣候條件氣候條件風(fēng)向、風(fēng)速風(fēng)向、風(fēng)速大氣湍流大氣湍流氣溫垂直分布?xì)鉁卮怪狈植即髿夥€(wěn)定度大氣穩(wěn)定度SourcesTransportsSinks人群人群其他生物體其他生物體工業(yè)工業(yè)交通交通生活生活大氣污染系統(tǒng)與途徑大氣污染系統(tǒng)與途徑問題：為什么同一地域大氣污染存在季節(jié)性問題：為什么同一地域大氣污染存在季節(jié)性(天天)差別？差別？第三章 大氣污染氣候

2、學(xué)大氣科學(xué)大氣科學(xué)大氣物理、化學(xué)大氣物理、化學(xué)大氣氣候?qū)W大氣氣候?qū)W污染氣候?qū)W污染氣候?qū)W環(huán)境科學(xué)環(huán)境科學(xué)(1)各種氣候條件對大氣污染物的傳輸與分散作用各種氣候條件對大氣污染物的傳輸與分散作用 (2)大氣污染物質(zhì)對天氣和氣候的影響大氣污染物質(zhì)對天氣和氣候的影響 Meteorology for Air Pollution 大氣污染氣大氣污染氣候?qū)W候?qū)W研討大氣運(yùn)動與大氣中污研討大氣運(yùn)動與大氣中污染物相互作用的學(xué)科染物相互作用的學(xué)科污染氣候?qū)W的開展簡史污染氣候?qū)W的開展簡史第三章 大氣污染氣候?qū)W教學(xué)內(nèi)容：第一節(jié) 大氣圈構(gòu)造及氣候要素第二節(jié) 大氣的熱力過程第三節(jié) 大氣的運(yùn)動和風(fēng)第三章第三章 大氣污染氣候?qū)W大

3、氣污染氣候?qū)W l 大氣圈的垂直構(gòu)造大氣圈的垂直構(gòu)造一、大氣圈垂直構(gòu)造一、大氣圈垂直構(gòu)造對流層對流層10km10km左右左右一、大氣圈垂直構(gòu)造一、大氣圈垂直構(gòu)造1 大氣邊境層特征大氣邊境層特征平流層對流層頂平流層對流層頂50-55km50-55km中間層平流層頂中間層平流層頂85km85km一、大氣圈垂直構(gòu)造一、大氣圈垂直構(gòu)造暖層中間層頂暖層中間層頂800km800km散逸層暖層以上散逸層暖層以上) ) 大氣壓力總是隨高度的升高而降低大氣壓力總是隨高度的升高而降低 均質(zhì)大氣層均質(zhì)大氣層: 80: 8085km85km以下，大氣成分根本不變以下，大氣成分根本不變一、大氣圈垂直構(gòu)造一、大氣圈垂直構(gòu)造

4、臭氧 吸收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)每升高每升高100m，氣溫降低氣溫降低0.65 N2O2ArCO2NeHeKrH2XeO3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)越多紫外線的劇烈照紫外線的劇烈照射，射，N2和和O2產(chǎn)產(chǎn)生不同程度的離生不同程度的離解解一、大氣圈垂直構(gòu)造一、大氣圈垂直構(gòu)造 氣溫 氣壓 氣濕 風(fēng)向 風(fēng)速 云況 能見度二、主要?dú)夂蛞囟?/p>

5、、主要?dú)夂蛞靥鞖忸A(yù)告中：天氣預(yù)告中：1.5m1.5m高、百葉箱內(nèi)氣溫。高、百葉箱內(nèi)氣溫。 oo5(32)9CFo273.15KCoo9325FCoo5(32)9CFo273.15KCoo9325FC二、主要?dú)夂蛞囟?、主要?dú)夂蛞? 1、氣、氣 溫溫 單位：mb毫巴 大氣的壓強(qiáng)： 1at101326Pa1013.26mmb = 760mmHg 靜力學(xué)方程:gzP二、主要?dú)夂蛞囟⒅饕獨(dú)夂蛞? 2、氣、氣 壓壓二、主要?dú)夂蛞囟?、主要?dú)夂蛞? 3、氣、氣 濕濕風(fēng)：程度方向的空氣運(yùn)動叫做風(fēng)垂直方向為升降氣流風(fēng)向：風(fēng)的來向叫風(fēng)向16個方位圓周等分風(fēng)速：單位時間內(nèi)空氣在程度方向上運(yùn)動間隔2或1

6、0min平均值 (km/h) F風(fēng)力級012級 302.3Fu 二、主要?dú)夂蛞囟⒅饕獨(dú)夂蛞? 4、風(fēng)向、風(fēng)速、風(fēng)向、風(fēng)速風(fēng)玫瑰圖風(fēng)玫瑰圖 風(fēng)玫瑰圖 風(fēng)向 N NNE NE ENE E ESE SE SSE S SSW SW WSW W WNW NW NNW C 冬季 12.610.48.2114.93.82.72.74.99.95.52.71.10.55.56.66.6 春季 9.868.74.95.42.71.68.210.915.28.20.52.23.36.54.31.6 夏季 6.58.29.810.33.34.94.39.216.310.35.42.20.51.60.51.64

7、.9 秋季 9.99.96.68.21.61.62.24.912.19.910.43.32.22.73.81.68.8 全年 10.0 9.0 8.0 9.0 4.0 3.0 3.0 6.0 11.0 11.0 7.0 2.0 2.0 2.0 4.0 4.0 5.0 某城市年及各季風(fēng)向頻率某城市年及各季風(fēng)向頻率 風(fēng)玫瑰圖制造方法：風(fēng)玫瑰圖制造方法：做一個極坐標(biāo)做一個極坐標(biāo)16位，位，8位；位；將觀測的風(fēng)頻按一定比例點(diǎn)在相對應(yīng)方位的一定線段；將觀測的風(fēng)頻按一定比例點(diǎn)在相對應(yīng)方位的一定線段；將各點(diǎn)用折線銜接起來；將各點(diǎn)用折線銜接起來；將靜風(fēng)頻率記在圖的中心。將靜風(fēng)頻率記在圖的中心。051015 N

8、 NNE NE ENE E ESE SE SSE S SSW SW WSW W WNW NW NNW 冬季靜風(fēng)：6.6%主導(dǎo)風(fēng)向：N，12.6%風(fēng)玫瑰圖風(fēng)玫瑰圖某城市年及各季風(fēng)向頻率某城市年及各季風(fēng)向頻率 風(fēng)向 N NNE NE ENE E ESE SE SSE 冬季 12.610.48.2114.93.82.72.7春季 9.868.74.95.42.71.68.2夏季 6.58.29.810.33.34.94.39.2秋季 9.99.96.68.21.61.62.24.9全年 10.0 9.0 8.0 9.0 4.0 3.0 3.0 6.0 風(fēng)向 S SSW SW WSW W WNW NW

9、 NNW C冬季 4.99.95.52.71.10.55.56.66.6春季 10.915.28.20.52.23.36.54.31.6夏季 16.310.35.42.20.51.60.51.64.9秋季 12.19.910.43.32.22.73.81.68.8全年 11.0 11.0 7.0 2.0 2.0 2.0 4.0 4.0 5.0 課堂練習(xí)：制造風(fēng)玫瑰圖課堂練習(xí)：制造風(fēng)玫瑰圖風(fēng)向風(fēng)向 N NE E SE S SW W NW 合計合計 風(fēng)向頻率風(fēng)向頻率 10 8 9 17 12 20 17 7 100 風(fēng)速風(fēng)速(m/s) 4.0 7.2 4.7 3.9 4.8 2.2 3.6 5.1

10、 污染系數(shù)污染系數(shù) 2.5 1.1 1.9 4.4 2.5 9.1 4.7 1.4 27.6 污染系數(shù)百分率污染系數(shù)百分率 9 4 7 16 9 33 16 6 100 某城市污染系數(shù)表某城市污染系數(shù)表新建工廠應(yīng)建在市區(qū)的東北新建工廠應(yīng)建在市區(qū)的東北(NE)方向上，有利于大氣污染向市區(qū)外部分散。方向上，有利于大氣污染向市區(qū)外部分散。p云：大氣中水汽的凝結(jié)景象叫做云使氣溫隨高度變化小云：大氣中水汽的凝結(jié)景象叫做云使氣溫隨高度變化小p云量云量: : 天空被云遮蓋的成數(shù)我國天空被云遮蓋的成數(shù)我國1010分，國外分，國外8 8分分p云高云高: : 云底距地面底高度云底距地面底高度p云量的記錄：以總云量

11、云量的記錄：以總云量/ /低云量的方式記錄，如低云量的方式記錄，如10/710/7p l低云低云2500m2500m以下以下l中云中云250025005000m5000ml高云高云5000m5000m以上以上二、主要?dú)夂蛞囟?、主要?dú)夂蛞? 5、云、云云 高云高云5000m5000m以上以上中云中云2500-5000m2500-5000m低云低云25002500米以下米以下p正常視力的人，在天空背景下能看清的最大程度間隔正常視力的人，在天空背景下能看清的最大程度間隔p 級別級別0-90-9級，相應(yīng)間隔為級，相應(yīng)間隔為50505000050000米米 二、主要?dú)夂蛞囟?、主要?dú)夂蛞? 5、能

12、見度、能見度第三章 大氣污染氣候?qū)W教學(xué)內(nèi)容：第一節(jié) 大氣圈構(gòu)造及氣候要素第二節(jié) 大氣的熱力過程第三節(jié) 大氣的運(yùn)動和風(fēng)第三章第三章 大氣污染氣候?qū)W大氣污染氣候?qū)W一、太陽、大氣和地面的熱變換一、太陽、大氣和地面的熱變換溫室效應(yīng)溫室效應(yīng)一、太陽、大氣和地面的熱變換一、太陽、大氣和地面的熱變換1熱力學(xué)第一定律大氣中的熱力學(xué)過程遵照熱力學(xué)第一定律，即能量守恒定律。表示加于任一封鎖物系氣體的熱量等于該物系內(nèi)能的變化和物系對外所做的功，即：在無非膨脹功時，其微分表達(dá)式為：將形狀方程 代入上式，并取 ， 那么上式寫成 變形為： 式中：dQ參與物系的熱量； R氣體常數(shù)； Cp恒壓比第三章第三章 大氣污染氣候?qū)W大

13、氣污染氣候?qū)W二、氣溫的垂直變化二、氣溫的垂直變化1 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WUQPdVdTCdQvPdPRTdTCdQpPdPCRTCdQdTppRTPV RCCvp第三章第三章 大氣污染氣候?qū)W大氣污染氣候?qū)W二、氣溫的垂直變化二、氣溫的垂直變化1 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2大氣絕熱過程氣塊在大氣中的運(yùn)動近似以為是絕熱變化。緣由：空氣的導(dǎo)熱率較小，變化慢； 氣塊大氣中運(yùn)動很快； 氣壓變化很大。大氣的絕熱方程： 絕熱： PdPCRTCdQdTpp0QPdPCRTdTP將 變?yōu)閮蛇叿e分，得即有：因CP - CV = R 又 CP/CV =

14、 K，對于空氣K=1.404于是得大氣絕熱方程：這就是絕熱方程，亦稱泊松Poisson方程。1212lnlnPPCRTTPPCRPPTT1212288. 01211212PPPPTTKKn定義：干空氣塊包括未飽和的濕空氣塊上升或下降單位高度通常取100m時，溫度降低或升高的數(shù)值，稱為干空氣溫度絕熱垂直遞減率，簡稱干絕熱直減率。n表示方法：n定義式：第三章第三章 大氣污染氣候?qū)W大氣污染氣候?qū)W二、氣溫的垂直變化二、氣溫的垂直變化2 2、干絕熱直減率、干絕熱直減率dm100/98. 0KCgdZdTdZdTPdm100/1Kd通常取：n推導(dǎo)：n根據(jù)熱力第一定律，導(dǎo)出絕熱過程方程式為： n n又氣壓隨

15、高度變化規(guī)律： n n又理想氣體形狀方程：n 第三章第三章 大氣污染氣候?qū)W大氣污染氣候?qū)W二、氣溫的垂直變化二、氣溫的垂直變化2 2、干絕熱直減率、干絕熱直減率PdPCRTdTPgdZdPgdZdPRTPRTPV將代入，那么得：整理得：PdPCRTdTPPCdZdTgRTgdZCRPn定義：氣溫隨高度的變化特征可以用氣溫垂直遞減率來表示，簡稱氣溫直減率，指單位通常取100m高差氣溫變化率的負(fù)值。n表示方法：n定義式：第三章第三章 大氣污染氣候?qū)W大氣污染氣候?qū)W二、氣溫的垂直變化二、氣溫的垂直變化3 3、氣溫的垂直分布、氣溫的垂直分布ZTn二者區(qū)別：n1、d表示干空氣團(tuán)絕熱升降過程溫度的變化n表示環(huán)

16、境大氣穩(wěn)定的變化n2、d為常數(shù)n為變量n二、氣溫的垂直變化二、氣溫的垂直變化3 3、氣溫的垂直分布、氣溫的垂直分布n溫度層結(jié)：溫度層結(jié)：n 氣溫沿垂直高度的分布，可用坐標(biāo)圖上的曲線表氣溫沿垂直高度的分布，可用坐標(biāo)圖上的曲線表示圖，氣溫沿高度分布曲線或溫度層結(jié)曲線，簡稱示圖，氣溫沿高度分布曲線或溫度層結(jié)曲線，簡稱溫度層結(jié)溫度層結(jié)n大氣中的溫度層結(jié)有四種類型：大氣中的溫度層結(jié)有四種類型：1 1、正常分布層結(jié)遞減、正常分布層結(jié)遞減2 2、中性層結(jié)、中性層結(jié)3 3、等溫層結(jié)、等溫層結(jié)4 4、逆溫層結(jié)、逆溫層結(jié)00ddZT二、氣溫的垂直變化二、氣溫的垂直變化3 3、氣溫的垂直分布、氣溫的垂直分布n定義：

17、定義：n 大氣穩(wěn)定度是指垂直方向上大氣的穩(wěn)定程度，即大氣穩(wěn)定度是指垂直方向上大氣的穩(wěn)定程度，即能否易于發(fā)生對流。能否易于發(fā)生對流。n定性描畫：外力使氣塊上升或下降定性描畫：外力使氣塊上升或下降三、大氣穩(wěn)定度三、大氣穩(wěn)定度1 1、大氣穩(wěn)定度的概念、大氣穩(wěn)定度的概念當(dāng)氣塊去掉外力時當(dāng)氣塊去掉外力時氣塊減速，有前往趨勢，穩(wěn)定氣塊減速，有前往趨勢，穩(wěn)定氣塊加速上升或下降，不穩(wěn)定氣塊加速上升或下降，不穩(wěn)定氣塊停在外力去掉處，中性氣塊停在外力去掉處，中性污染物在大氣中的分散與大氣穩(wěn)定度有親密關(guān)系污染物在大氣中的分散與大氣穩(wěn)定度有親密關(guān)系定量判別: ipiviTpvT氣塊：氣塊： 環(huán)境：環(huán)境：()iigai

18、iippRTRT進(jìn)展受力分析，得單位體積塊加速度進(jìn)展受力分析，得單位體積塊加速度 ，將將 代入上式得：代入上式得：0iidTTz0T Tz 氣塊：氣塊： 環(huán)境：環(huán)境： zzz高度高度 普通均滿足絕熱條件普通均滿足絕熱條件三、大氣穩(wěn)定度三、大氣穩(wěn)定度2 2、大氣穩(wěn)定度的判別、大氣穩(wěn)定度的判別 那么得：00iTTzTgad)(TTTga)(iG GF Fztgad)(判據(jù)： ddd 混合層混合層 0, a0 不穩(wěn)定不穩(wěn)定 0, a0 穩(wěn)定穩(wěn)定 中性層中性層 0，a=0 中性中性 穩(wěn)定層穩(wěn)定層 0 ， a0,氣塊加速度與其位移方向一樣，氣塊加速運(yùn)動，大氣氣塊加速度與其位移方向一樣，氣塊加速運(yùn)動，大氣

19、不穩(wěn)定不穩(wěn)定2 ，a000ht10.81111111212121313131113120.713.212.030010020011.312.712.01.01.2高度/米：d不穩(wěn)定空氣塊運(yùn)動趨勢表示圖四、逆四、逆 溫溫2 2、大氣穩(wěn)定度的判別、大氣穩(wěn)定度的判別d=12、 大氣穩(wěn)定度分類大氣穩(wěn)定度分類1不穩(wěn)定類：不穩(wěn)定類：A、B、C；2中性類：中性類：D3穩(wěn)定類：穩(wěn)定類：E、F A B C D E F強(qiáng)不穩(wěn)定強(qiáng)不穩(wěn)定 不穩(wěn)定不穩(wěn)定 弱不穩(wěn)定弱不穩(wěn)定 中性中性 較穩(wěn)定較穩(wěn)定 穩(wěn)定穩(wěn)定二、大氣穩(wěn)定度二、大氣穩(wěn)定度三、大氣穩(wěn)定度三、大氣穩(wěn)定度逆溫定義與分類：逆溫定義與分類：n定義：定義：n 近地層空氣

20、溫度隨高度添加而上升的一種景象近地層空氣溫度隨高度添加而上升的一種景象n分類：分類：n 輻射逆溫輻射逆溫n 下沉逆溫下沉逆溫n 平流逆溫平流逆溫n 湍流逆溫湍流逆溫n 鋒面逆溫鋒面逆溫地面白天加熱，大氣自下而上變暖；地面白天加熱，大氣自下而上變暖； 地面夜間變冷，大氣自下而上冷卻地面夜間變冷，大氣自下而上冷卻輻射逆溫的生消過程輻射逆溫的生消過程三、大氣穩(wěn)定度三、大氣穩(wěn)定度1 1、輻射逆溫、輻射逆溫多在高空大氣中，高壓控制區(qū)內(nèi)多在高空大氣中，高壓控制區(qū)內(nèi) 很厚的氣層下沉很厚的氣層下沉 緊縮變扁緊縮變扁 頂部增溫比底部多頂部增溫比底部多三、大氣穩(wěn)定度三、大氣穩(wěn)定度2 2、下沉逆溫、下沉逆溫m100

21、/98. 0KCgdZdTdZdTPd 暖空氣平流到冷地面上，由于下部降溫快而構(gòu)成暖空氣平流到冷地面上，由于下部降溫快而構(gòu)成三、大氣穩(wěn)定度三、大氣穩(wěn)定度3 3、平流逆溫、平流逆溫4 4、湍流逆溫、湍流逆溫dd 下層湍流混合達(dá)下層湍流混合達(dá) 上層出現(xiàn)過渡層逆溫上層出現(xiàn)過渡層逆溫 冷、暖氣團(tuán)相遇冷、暖氣團(tuán)相遇冷暖間逆溫冷暖間逆溫 暖氣上爬，構(gòu)成鋒面暖氣上爬，構(gòu)成鋒面三、大氣穩(wěn)定度三、大氣穩(wěn)定度5 5、鋒面逆溫、鋒面逆溫n波浪型不穩(wěn)波浪型不穩(wěn)n錐型中性錐型中性or弱穩(wěn)弱穩(wěn)n扇型逆溫扇型逆溫n爬升型下穩(wěn)，上不穩(wěn)爬升型下穩(wěn)，上不穩(wěn)n漫煙型上逆、下不穩(wěn)漫煙型上逆、下不穩(wěn) 三、大氣穩(wěn)定度三、大氣穩(wěn)定度4 4

22、、煙流外形與大氣穩(wěn)定度的關(guān)系、煙流外形與大氣穩(wěn)定度的關(guān)系第三章 大氣污染氣候?qū)W教學(xué)內(nèi)容：第一節(jié) 大氣圈構(gòu)造及氣候要素第二節(jié) 大氣的熱力過程第三節(jié) 大氣的運(yùn)動和風(fēng)第三章第三章 大氣污染氣候?qū)W大氣污染氣候?qū)W直接作用力直接作用力重力重力程度氣壓梯度力垂直上與重力根本平衡程度氣壓梯度力垂直上與重力根本平衡間接作用力間接作用力 地轉(zhuǎn)偏向力相對運(yùn)動：方向改動地轉(zhuǎn)偏向力相對運(yùn)動：方向改動慣性離心力大氣曲線運(yùn)動：很小慣性離心力大氣曲線運(yùn)動：很小摩擦力近地摩擦力近地1 12km2km內(nèi)明顯內(nèi)明顯 一、引起大氣運(yùn)動的作用力一、引起大氣運(yùn)動的作用力引起大氣運(yùn)動的作用力引起大氣運(yùn)動的作用力nE k m a nE k

23、m a n 螺 旋 線螺 旋 線北半球下視，北半球下視，地偏力指向運(yùn)動地偏力指向運(yùn)動右方，故順時針；右方，故順時針；南半球那么相反南半球那么相反n n 高 度 增 高 ，高 度 增 高 ，風(fēng)速增大，方向風(fēng)速增大，方向逐漸接近地轉(zhuǎn)風(fēng)。逐漸接近地轉(zhuǎn)風(fēng)。 二、大氣邊境層中風(fēng)隨高度變化二、大氣邊境層中風(fēng)隨高度變化大氣邊境層中風(fēng)隨高度變化大氣邊境層中風(fēng)隨高度變化平均風(fēng)速隨高度變化中性層結(jié)：對數(shù)律，粗糙度和摩擦速度0u*lnZZ高度為高度為Z處的風(fēng)速處的風(fēng)速m/s摩擦速度摩擦速度卡門常數(shù)卡門常數(shù)高度高度m地面粗糙度地面粗糙度地面粗糙度越大，風(fēng)速梯度越小地面粗糙度越大，風(fēng)速梯度越小三、近地層中的風(fēng)速廓線方式三、近地層中的風(fēng)速廓線方式1 1、對數(shù)律風(fēng)速廓線方式、對數(shù)律風(fēng)速廓線方式三、近地層中的風(fēng)速廓線方式三、近地層中的風(fēng)速廓線方式1 1、對數(shù)律風(fēng)速廓線方式、對數(shù)律風(fēng)速廓線方式非中性層結(jié)： 指數(shù)律，穩(wěn)定度參數(shù)高度為高度為Z處的平均風(fēng)速處的平均風(fēng)速m/s高度為高度為Z1米處