大氣環(huán)境影響之一

大氣環(huán)境影響之一第一頁，共四十五頁，2022年，8月28日第一節(jié)大氣層概述一、低層大氣組成干潔空氣、水汽和雜質(zhì)干潔空氣不含水蒸氣和雜質(zhì)-主要組分氮、氧、氬，次要組分二氧化碳、氖、氦、氪、臭氧等。不變組分大氣中的水蒸氣含量不穩(wěn)定，鉛直方向分布不均勻；水平方向隨著緯度的增加而減少；同一地區(qū)夏季多，冬季少；水循環(huán)的重要鏈條；導(dǎo)演了云、霧、雨、雪等天氣現(xiàn)象。大氣中的二氧化碳-溫室氣體，影響大氣溫度臭氧-阻擋紫外線第二頁，共四十五頁，2022年，8月28日二、描述大氣的物理量氣象要素：氣溫、氣壓、氣濕、風(fēng)向、云況、云量、能見度、降水、蒸發(fā)量、日照時數(shù)、太陽輻射等主要?dú)庀笠兀?氣溫—離地1.5米處在百葉箱中觀測到的空氣溫度2氣壓—大氣作用在某面積上的作用力與其面積的比值1atm=760mmHg=1013.25mb=101.325kpa高壓，脊向外伸展部分；低壓，槽-高壓向外伸展部分。當(dāng)?shù)蛪嚎刂茣r，由于有氣流上升運(yùn)動，云天較多，通常風(fēng)速較大，有利于污染物的擴(kuò)散稀釋；當(dāng)高壓控制時，空氣大范圍下沉，從地面上幾百米至1km的高空形成下晨逆溫，阻止污染物向上擴(kuò)散。第三頁，共四十五頁，2022年，8月28日NNNENEENEE3氣濕—反應(yīng)空氣中水汽含量的多少,相對濕度應(yīng)用普遍4風(fēng)—空氣質(zhì)點(diǎn)的水平運(yùn)動16方位+1個靜風(fēng)0-12風(fēng)級風(fēng)速約等于第四頁，共四十五頁，2022年，8月28日云—大氣中水凝結(jié)現(xiàn)象—飄浮在空中的大小水滴或小冰晶或兩者的混合物構(gòu)成云量指云遮蔽天空的成數(shù)。將視野能見的天空作為十份，其中云遮蔽了幾分，云量就是幾。例如天空無云或不到1/20，云量為0；云布滿天空（陰天），云量為10。①總云量：所有云遮蔽天空的成數(shù)，不分云的高低和層次。

②低云量：低云遮蔽天空的成數(shù)。云底高度通常在2500米以下③云量的記錄：我國一般以分?jǐn)?shù)形式記錄總云量和低云量，總云量作分子，低云量作分母，即總云量在斜線的上面，低云量在斜線的下面，任何情況下低云量不得大于總云量。記錄形式為：10/7，5/5，7/0。一個氣象臺站的云量資料可在20km范圍內(nèi)使用。第五頁，共四十五頁，2022年，8月28日第六頁，共四十五頁，2022年，8月28日能見度—當(dāng)時的天氣條件下，正常人的眼睛所能見到的最大水平距離—反映大氣的混濁程度三、大氣層的結(jié)構(gòu)（1）對流層—12km高氣溫隨高度的增加而降低層內(nèi)有強(qiáng)烈的對流運(yùn)動空氣密度最大氣象要素分布不均，冷熱氣團(tuán)的過渡帶又分摩擦層和自由大氣層，1-2km為大氣邊界層（摩擦層），受地面影響大（2）平流層對流層頂?shù)诫x下墊面55km高度的這一層30-35km—同溫層；往上氣溫隨高度增加，逆溫層-暖層之稱垂直混合微弱，氣流平穩(wěn)水汽塵埃很少，大氣透明度好。第七頁，共四十五頁，2022年，8月28日（3）中間層55-85km氣溫隨高度增高降低空氣強(qiáng)烈對流，高空對流層（4）熱成層85-800km氣溫隨高度增高迅速增高空氣處于電離狀態(tài)—電離層，反射無線電波（5）逸散層氣溫極高，空氣稀薄，大氣粒子運(yùn)動速度很快，擺脫地球引力2大氣壓力的垂直分布任意地點(diǎn)的氣壓值等于該地單位面積上的大氣柱重量。氣壓隨高度增高而降低大氣密度的垂直分布與大氣壓力變化規(guī)律相同第八頁，共四十五頁，2022年，8月28日3大氣成分的垂直分布決定于兩種物理過程分子擴(kuò)散—濃度梯度為動力湍流擴(kuò)散—動力因子100km以下湍流擴(kuò)散為主100km以上分子擴(kuò)散為主湍流層頂—湍流擴(kuò)散為主到分子擴(kuò)散為主的轉(zhuǎn)換高度低層大氣成分均勻，高層不均勻第九頁，共四十五頁，2022年，8月28日第二節(jié)大氣邊界層的溫度場一、氣溫的垂直分布溫度層結(jié)-氣溫沿高度的變化；氣溫垂直遞減率—?dú)鉁仉S高度的變化快慢氣溫隨高度增高而降低，正值；氣溫隨高度增高而升高，負(fù)值；四種情況：氣溫隨高度的增加而降低，即γ>0,正常的氣溫分布；γ=γd—中性層結(jié)氣溫隨高度增加而增加，γ<0，逆溫γ=0，等溫層結(jié)。3421第十頁，共四十五頁，2022年，8月28日二、干絕熱遞減率絕熱過程：一般將沒有發(fā)生水相變化的氣塊的垂直運(yùn)動近似地視為絕熱過程當(dāng)空氣塊絕熱上升時，它將因周圍氣壓的降低而膨脹，一部分內(nèi)能用于反抗外界的壓力而膨脹做功，因而溫度逐漸下降；反之，當(dāng)它絕熱下降時，由于外界壓力逐漸增大，外力對它作壓縮功轉(zhuǎn)化為它的內(nèi)能，使其溫度升高。氣溫干絕熱遞減率的的概念：干空氣塊或在升降過程中未發(fā)生水蒸汽相變的濕空氣塊絕熱升降單位距離（通常取100m）溫度降升的數(shù)值稱為干絕熱遞減率。以γd表示：式中：i—代表氣塊的參數(shù)，以區(qū)別與周圍的氣體；

d—表示干空氣；第十一頁，共四十五頁，2022年，8月28日γd≈0.98K/100m上式表明：干絕熱過程中，氣塊每上升或下降100m，溫度約降低或升高0.98K。一般情況下，空氣塊在大氣中是不飽和的，所以它們在大氣中升降時的溫度變化都近似等于γd必須注意：γ和γd是兩個不同的概念；γd表示的是干空氣塊或未發(fā)生水氣相變的濕空氣塊上升或下降100m時，溫度下降或升高的數(shù)值。該值近似為常數(shù)0.98γ則表示高度變化100m時，氣溫變化的數(shù)值，所以γ又稱氣溫垂直分布變化率第十二頁，共四十五頁，2022年，8月28日三、大氣的靜力穩(wěn)定度及其判定大氣穩(wěn)定度—表示空氣是否安于原在的層次，是否易于發(fā)生垂直運(yùn)動，即對流的程度大氣穩(wěn)定度的判定氣塊理論—假想取出與外界絕熱密閉的氣塊。設(shè)想有一氣塊，外力使它垂直移動了一個距離△Z。它在新高度上，其溫度和密度分別為Ti和ρi，而它周圍的大氣的溫度和密度分別為T和ρ單位體積氣塊在垂直方向上受到周圍大氣對它的浮力ρg及本身的重力-ρig的作用。合力f=g(ρ-ρi)據(jù)牛頓第二定律f=g(ρ-ρi)＝ρia產(chǎn)生向上的加速度第十三頁，共四十五頁，2022年，8月28日將狀態(tài)方程及準(zhǔn)靜力條件P=Pi代入上式則得：可見，在新的高度上，氣塊溫度大于周圍大氣溫度時（Ti>T)時，它比周圍空氣輕，氣塊則加速（a>0)，氣層不穩(wěn)定；Ti<T時，它比周圍空氣重，氣塊減速（a<0),氣層穩(wěn)定。因氣塊溫度難以測定，上式應(yīng)用不便。作如下變換。若氣塊與周圍的空氣的起始溫度相等，即Ti0=T0,當(dāng)氣塊絕熱垂直移動△Z高度后，其溫度Ti=Ti0-γd△Z；周圍同高度空氣溫度，T=T0-γ△Z代入上式可見（γ-γd)的符號決定了加速度a與位移△Z的方向是否一致。亦即決定了大氣是否穩(wěn)定。第十四頁，共四十五頁，2022年，8月28日γ<γd若△Z>0,則a<0加速度與位移方向相反，層結(jié)穩(wěn)定

γ>γd若△Z>0,則a>0加速度與位移方向相同，層結(jié)不穩(wěn)定

γ＝γd層結(jié)為中性四、位溫為飽和的空氣塊絕熱移動到標(biāo)準(zhǔn)氣壓處所具有的溫度稱為這一未飽和空氣的位溫，記作θ。其定義為：10.8°11°11°11°12°12°12°13°13°13°11°13°12°Ⅰγ＝0.713.2°12.0°30010020011.3°12.7°12.0°Ⅱγ＝1.0Ⅲγ＝1.2高度米第十五頁，共四十五頁，2022年，8月28日五、氣溫層結(jié)與煙流形狀波浪形：擴(kuò)散良好，γ-γd>0錐形：比波浪型差，中性大氣層中平展型：γ-γd<-1,煙囪出口逆溫層中爬升型：下部穩(wěn)定，上部不穩(wěn)定，日落前后出現(xiàn)。近地污染小漫煙型：下部處于不穩(wěn)定大氣中，發(fā)生在日出以后；受限型：上下為穩(wěn)定氣層。第十六頁，共四十五頁，2022年，8月28日六、逆溫輻射逆溫——由于地面強(qiáng)烈輻射冷卻而形成的逆溫稱為輻射逆溫。在晴朗無云或少云，風(fēng)速不大的夜間，地面輻射冷卻，空氣也自下而上被冷卻。近地面的氣層降溫多，遠(yuǎn)地面的氣層降溫少，因而形成自地面開始的逆溫。第十七頁，共四十五頁，2022年，8月28日下沉逆溫—由于空氣下沉壓縮增溫而形成的逆溫稱為下沉逆溫。氣層頂部比底部下沉的距離大（H>H’)，因而頂部絕熱增溫比底部多而形成逆溫?！鲁聊鏈?，范圍廣、厚度大，持續(xù)時間長，在離地?cái)?shù)百米至數(shù)千米的高空都有可能出現(xiàn)。HH’hh’第十八頁，共四十五頁，2022年，8月28日鋒面逆溫對流層中，冷暖空氣相遇，暖空氣密度小，爬到冷空氣的上面，兩者之間形成一個傾斜的過渡鋒面，在鋒面上，如果冷暖空氣的溫度差比較顯著，也可出現(xiàn)逆溫，稱為鋒面逆溫。暖氣團(tuán)冷氣團(tuán)ZZZTTx1x2距離km第十九頁，共四十五頁，2022年，8月28日第三節(jié)大氣邊界層的風(fēng)場大氣的水平運(yùn)動是作用在大氣上的各種力的總效應(yīng)四種作用力：水平氣壓梯度力-空氣水平運(yùn)動的原動力；地轉(zhuǎn)偏向力（科里奧利力）-地球?qū)τ谙鄬τ诘厍蛴羞\(yùn)動的大氣的旋轉(zhuǎn)效應(yīng)，北半球指向運(yùn)動方向的右方，南半球指向左方，力的方向與大氣運(yùn)動方向垂直；隨地理緯度增加而增大，兩極最大，赤道為零；慣性離心力-作曲線運(yùn)動的大氣受力；摩擦力-內(nèi)摩擦力，外摩擦力---后三種力是由空氣運(yùn)動產(chǎn)生第二十頁，共四十五頁，2022年，8月28日一、大氣邊界層的理想風(fēng)場什么是大氣邊界層？自由大氣中的空氣運(yùn)動？在1-2km高度以上的自由大氣里，大氣的運(yùn)動十分接近水平運(yùn)動---自由大氣層近地面受到地面摩擦作用---大氣邊界層大氣邊界層中的風(fēng)受到四種力的作用，運(yùn)動非常復(fù)雜！兩種理想情況：1、平行等壓線的風(fēng)場風(fēng)與等壓線的交角摩擦力大交角大摩擦力小角較小海洋交角小，陸地交角大高空交角小，近地交角大DRGV高低PP-1第二十一頁，共四十五頁，2022年，8月28日2、彎曲等壓線的風(fēng)場高氣壓中的空氣順時針旋轉(zhuǎn)低氣壓中空氣反時針旋轉(zhuǎn)低壓△pDCV高壓△pDCV風(fēng)向第二十二頁，共四十五頁，2022年，8月28日第二十三頁，共四十五頁，2022年，8月28日第二十四頁，共四十五頁，2022年，8月28日二、大氣邊界層風(fēng)隨高度的變化風(fēng)向與等壓線的夾角隨高度的增加而減小愛克曼螺旋線隨高度的增加，摩擦力的影響逐漸減少，所以風(fēng)速逐漸增大；同時地轉(zhuǎn)偏向力也隨高度的增加而逐漸明顯，風(fēng)向逐漸向右偏轉(zhuǎn)（北半球），到了邊界層頂，風(fēng)的大小、方向與地轉(zhuǎn)風(fēng)完全一致，這是摩擦力的影響消失。在北半球高空風(fēng)對地面風(fēng)按順時針方向偏轉(zhuǎn)20°-30°高空實(shí)際風(fēng)接近--地轉(zhuǎn)風(fēng)第二十五頁，共四十五頁，2022年，8月28日三、近地層風(fēng)速廓線模式

表示風(fēng)速隨高度變化的曲線大氣擴(kuò)散計(jì)算需要知道煙囪和有效煙囪高度處的風(fēng)速；氣象資料通常是在10m高度處觀測得到；地面推算任一高度處的風(fēng)速，將極為方便。1、對數(shù)律模式—近地層（100m以下）中性層結(jié)下的風(fēng)速廓線模式U-欲求高度z處的平均風(fēng)速U*-摩擦速度Z0-地面粗造度第二十六頁，共四十五頁，2022年，8月28日②冪函數(shù)風(fēng)速廓線模式近地層、中性層結(jié)、平坦下墊面的條件下推導(dǎo)出來導(dǎo)則推薦計(jì)算式冪指數(shù)一般是地面粗造度和氣溫層結(jié)的函數(shù)，在同一地區(qū)、相同穩(wěn)定度情況下，p值為一常數(shù)。在不同地區(qū)或不同穩(wěn)定度情況下，取不同的值。我國《導(dǎo)則大氣環(huán)境》推薦值,表5-3所示四、風(fēng)的日變化和年變化風(fēng)的日變化最小風(fēng)速發(fā)生在夜間，日出后漸漸增大，到14：00達(dá)到最大，然后減小，午夜前后達(dá)到最小值觀測得到的風(fēng)速廓線風(fēng)向日變化近地層，夜間到白天，順時針旋轉(zhuǎn)低空：夜間到白天，反時針旋轉(zhuǎn)第二十七頁，共四十五頁，2022年，8月28日產(chǎn)生風(fēng)的日變化的原因是太陽輻射的日變化。風(fēng)的年變化冬季風(fēng)速大于夏季—冬季氣壓梯度大五、地方性風(fēng)場1海陸風(fēng)海風(fēng)和陸風(fēng)的總稱海風(fēng)-從海洋吹向陸地；陸風(fēng)-與之相反2山谷風(fēng)山風(fēng)和谷風(fēng)的總稱日出后，太陽先照射到山坡，空氣被加熱，向上運(yùn)動，谷底空氣，向上補(bǔ)充，產(chǎn)生谷風(fēng)。高空形成反谷風(fēng)-產(chǎn)生局地環(huán)流日落后-情形相反3坡風(fēng)發(fā)生在平原和山地交界地帶。第二十八頁，共四十五頁，2022年，8月28日思考題:1、什么是大氣邊界層?2、氣溫層結(jié)的四種典型情況?3、大氣的靜力穩(wěn)定度如何判別?4、如何根據(jù)煙流形狀粗略估計(jì)大氣穩(wěn)定度?5、逆溫種類，逆溫產(chǎn)生的原因是什么?6、環(huán)評導(dǎo)則推薦的風(fēng)速廓線模式是哪一種？7、海陸風(fēng)、山谷