第三章 大氣擴(kuò)散

第三章大氣擴(kuò)散第1頁，課件共78頁，創(chuàng)作于2023年2月大氣污染的出現(xiàn)一般由三個(gè)因素共同作用引起，即污染源、現(xiàn)場大氣狀態(tài)和污染物接受體。污染物通過污染源排放到大氣中，與大氣相互作用，通過混合、反應(yīng)、轉(zhuǎn)移等過程對接受體產(chǎn)生影響。大氣污染也可以看做是污染源排放出的污染物、對污染物起稀釋作用的大氣和承受污染的物體三者之間相互關(guān)聯(lián)、相互影響而產(chǎn)生的一種效應(yīng)。第2頁，課件共78頁，創(chuàng)作于2023年2月由此可以斷定，一個(gè)區(qū)域或地區(qū)造成大氣環(huán)境污染的程度，不僅決定于污染源排放的污染物特性、排放總量、與污染源距離的遠(yuǎn)近以及污染物的污染途徑等，其次還與氣象要素、地形（馬斯河谷煙霧事件發(fā)生在地勢比較低洼的地方，那里不利于大氣污染物的擴(kuò)散和遷移）等因素有關(guān)，其中以氣象要素的影響最為突出。第3頁，課件共78頁，創(chuàng)作于2023年2月影響污染物在大氣中運(yùn)動(dòng)的氣象因素主要有風(fēng)、湍流、逆溫和大氣穩(wěn)定度等。一、影響大氣污染擴(kuò)散的氣象因素第4頁，課件共78頁，創(chuàng)作于2023年2月所謂風(fēng)是指空氣在水平方向的運(yùn)動(dòng)。風(fēng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律可用風(fēng)向和風(fēng)速描述。排入大氣中的污染物在風(fēng)的作用下，會(huì)沿著下風(fēng)向遷移、輸送、擴(kuò)散和稀釋，風(fēng)速越大，污染物被輸送的距離越遠(yuǎn)，其濃度越低。風(fēng)向是指風(fēng)吹來的方向。可用8個(gè)方位或16方位表示。風(fēng)速是指空氣在單位時(shí)間內(nèi)水平運(yùn)動(dòng)的距離。大氣污染不僅受風(fēng)向，也受風(fēng)速的影響。1、風(fēng)第5頁，課件共78頁，創(chuàng)作于2023年2月某一風(fēng)向頻率越大，其下風(fēng)向受污染的機(jī)率就越高；反之機(jī)率越低。也就是說，大氣污染程度與風(fēng)向頻率成正比。某一風(fēng)向的風(fēng)速越大，則下風(fēng)向的污染程度越小，因?yàn)閬碜陨巷L(fēng)向的污染物輸送、擴(kuò)散和稀釋能力加大，使大氣中污染物濃度降低，即大氣污染程度與風(fēng)速成反比。即風(fēng)速增加一倍，則下風(fēng)向污染物濃度也相應(yīng)會(huì)減少一半。第6頁，課件共78頁，創(chuàng)作于2023年2月風(fēng)對污染物的作用有兩點(diǎn)：一是對污染物沿下風(fēng)方向的轉(zhuǎn)移，二是在轉(zhuǎn)移過程中對污染物濃度的稀釋作用。為綜合反映某一地區(qū)風(fēng)向頻率和平均風(fēng)速對大氣污染影響的程度，常用污染系數(shù)來表達(dá)：氣象預(yù)報(bào)的風(fēng)速指的是距地面10m高處在一定時(shí)間內(nèi)觀測到的平均風(fēng)速。第7頁，課件共78頁，創(chuàng)作于2023年2月第8頁，課件共78頁，創(chuàng)作于2023年2月風(fēng)向頻率是指在一定時(shí)間內(nèi)自某個(gè)方位（東、西、南、北等）所吹來的風(fēng)的重復(fù)次數(shù)和該時(shí)間內(nèi)各個(gè)不同方向吹來的全部風(fēng)的次數(shù)相比的百分?jǐn)?shù)。第9頁，課件共78頁，創(chuàng)作于2023年2月風(fēng)向頻率玫瑰圖風(fēng)向玫瑰圖是氣象學(xué)上對風(fēng)向研究的一種方法和手段，它反映過去風(fēng)向發(fā)生的頻率，預(yù)示未來風(fēng)向發(fā)生頻率的趨勢。根據(jù)公式計(jì)算出各風(fēng)向的污染系數(shù)，繪成風(fēng)玫瑰圖，污染系數(shù)越大，下風(fēng)向的污染就越嚴(yán)重。如果從一個(gè)原點(diǎn)出發(fā)，畫出許多根輻射線，每一根線的方向就是某個(gè)地區(qū)的一種方向，而線段的長短則表示該方向風(fēng)的風(fēng)向頻率，將這些線段的末端逐一連接起來，即為該地區(qū)的風(fēng)向頻率玫瑰圖。第10頁，課件共78頁，創(chuàng)作于2023年2月第11頁，課件共78頁，創(chuàng)作于2023年2月風(fēng)向頻率及污染系數(shù)實(shí)例此表為測定各方位風(fēng)向頻率和風(fēng)速后的污染系數(shù)計(jì)算實(shí)例，相對污染系數(shù)為某方位污染系數(shù)與各方位污染系數(shù)之和的比值。第12頁，課件共78頁，創(chuàng)作于2023年2月第13頁，課件共78頁，創(chuàng)作于2023年2月所謂大氣湍流，是指大氣中無規(guī)則的、三維的小尺度運(yùn)動(dòng)。即風(fēng)除在水平方向運(yùn)動(dòng)外，還會(huì)由上、下、左、右方向的亂運(yùn)動(dòng)，風(fēng)對污染物的稀釋作用，實(shí)際上是由于風(fēng)的無規(guī)則陣性和擺動(dòng)造成大氣湍流所引起的。（有點(diǎn)象分子的熱運(yùn)動(dòng)）大氣湍流表現(xiàn)為氣流的速度和方向隨時(shí)間和空間位置的不同而呈隨機(jī)變化，并由此引起溫度、濕度以及污染物濃度等氣象屬性的隨機(jī)漲落。2．湍流(TurbulentFlow)第14頁，課件共78頁，創(chuàng)作于2023年2月把湍流想象成是由許多湍渦形成的，湍渦的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)與分子運(yùn)動(dòng)極為相似。不同的是，分子的運(yùn)動(dòng)以分子為單位，湍流以湍渦為單位，湍渦運(yùn)動(dòng)速度比分子運(yùn)動(dòng)速度大的多，比分子擴(kuò)散快105—106倍。沒有湍流運(yùn)動(dòng)，污染物的擴(kuò)散就成了問題。第15頁，課件共78頁，創(chuàng)作于2023年2月近地面大氣湍流的形成和強(qiáng)度，主要取決于機(jī)械湍流和熱力湍流。機(jī)械湍流，是指由于機(jī)械的或動(dòng)力的作用引起的湍流，其大小決定于風(fēng)速分布和地面粗糙度，當(dāng)空氣流過粗糙的地表時(shí)，會(huì)隨地面的起伏而抬升或下沉，從而產(chǎn)生垂直方向湍流，風(fēng)速越大機(jī)械湍流強(qiáng)度越大。熱力湍流，是指由于大氣的垂直方向溫度變化引起的湍流，其強(qiáng)度決定于大氣垂直方向的穩(wěn)定程度，垂直方向的溫度變化越大，熱力湍流的強(qiáng)度越大；相反即越小。第16頁，課件共78頁，創(chuàng)作于2023年2月排放到大氣中的污染物質(zhì)，在湍流作用下被擴(kuò)散和稀釋。湍流運(yùn)動(dòng)造成大氣中各組分間的強(qiáng)烈混合。當(dāng)污染物由污染源排入大氣中時(shí)，高濃度部分污染物由于湍流混合，不斷被清潔空氣滲入，同時(shí)又無規(guī)則地分散到其他方向去，使污染物不斷地被稀釋、沖淡。第17頁，課件共78頁，創(chuàng)作于2023年2月比如我們?nèi)粘Ｋ吹降?，煙囪中冒出的煙氣總是向下風(fēng)方向飄去，并不斷地向四周擴(kuò)散，這就是大氣對污染物的輸送和稀釋擴(kuò)散過程。只有風(fēng)無湍流，從煙囪中排出的廢氣像一條“煙管”一樣幾乎保持著同樣粗細(xì)，吹向下方，很少擴(kuò)散。第18頁，課件共78頁，創(chuàng)作于2023年2月大氣湍流是由一系列不規(guī)則的渦旋運(yùn)動(dòng)組成，這種渦旋稱為湍渦。根據(jù)渦旋的尺度可分為三類。

(a)小渦旋(b)大渦旋(c)復(fù)合尺度湍流（a）無湍流；（b）小湍渦中的煙團(tuán)；（c）與湍渦尺寸接近的煙團(tuán)；（d）大湍渦中的煙團(tuán)第19頁，課件共78頁，創(chuàng)作于2023年2月小湍渦中的煙團(tuán)大湍渦中的煙團(tuán)與湍渦尺寸接近的煙團(tuán)第20頁，課件共78頁，創(chuàng)作于2023年2月第21頁，課件共78頁，創(chuàng)作于2023年2月第22頁，課件共78頁，創(chuàng)作于2023年2月第23頁，課件共78頁，創(chuàng)作于2023年2月風(fēng)的垂直切變：風(fēng)隨高度變化的不連續(xù)現(xiàn)象。有時(shí)表現(xiàn)在風(fēng)向上，有時(shí)表現(xiàn)在風(fēng)速上，有時(shí)二者皆備。湍流能否發(fā)生及其強(qiáng)度大小主要決定于風(fēng)速大小、地面起伏狀況和近地面大氣的熱狀況。簡言之，它與大氣穩(wěn)定度和風(fēng)速垂直切變有關(guān)。大氣越不穩(wěn)定，越有利于湍流的發(fā)生；風(fēng)速垂直切變越大，湍流越易發(fā)生。第24頁，課件共78頁，創(chuàng)作于2023年2月風(fēng)和湍流是決定污染物在大氣中擴(kuò)散狀況的最直接的因子，也是最本質(zhì)的因子，是決定污染物擴(kuò)散快慢的決定性因素。風(fēng)速愈大，湍流愈強(qiáng)，污染物擴(kuò)散稀釋的速率就愈快。因此凡是有利于增大風(fēng)速、增強(qiáng)湍流的氣象條件，都有利于污染物的稀釋擴(kuò)散，否則，將會(huì)使污染加重。第25頁，課件共78頁，創(chuàng)作于2023年2月思考題：決定污染物擴(kuò)散快慢的決定性因素是什么？為什么？第26頁，課件共78頁，創(chuàng)作于2023年2月

3．逆溫對流層大氣的熱量主要直接來自地面的長波輻射，一般情況下，離地面越遠(yuǎn)，氣溫越低，即氣溫隨高度增加而遞減，平均垂直遞減率為0.65℃/100米。但在一定條件下，對流層的某一高度有時(shí)也會(huì)出現(xiàn)氣溫隨高度增加而升高的現(xiàn)象，這種氣溫逆轉(zhuǎn)的現(xiàn)象就是逆溫。第27頁，課件共78頁，創(chuàng)作于2023年2月逆溫象一個(gè)蓋子一樣阻礙著氣流的垂直運(yùn)動(dòng)，所以也叫阻擋層。由于污染空氣積聚在它的下面，所以會(huì)造成嚴(yán)重的大氣污染。大氣污染事件大多都發(fā)生在有逆溫又靜風(fēng)的條件下。第28頁，課件共78頁，創(chuàng)作于2023年2月逆溫是環(huán)境中很重要的大氣現(xiàn)象，許多嚴(yán)重的污染事件都與之有關(guān)。逆溫現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生在較低氣層中，這時(shí)氣層穩(wěn)定性強(qiáng)，對于大氣中垂直運(yùn)動(dòng)起阻礙作用，不利于大氣中污染物的擴(kuò)散，導(dǎo)致排放的氣體污染物累積并產(chǎn)生污染事故。第29頁，課件共78頁，創(chuàng)作于2023年2月輻射逆溫下沉逆溫平流逆溫鋒面逆溫湍流逆溫地形逆溫根據(jù)逆溫發(fā)生原因不同，可將逆溫分為：第30頁，課件共78頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）輻射逆溫由于地面強(qiáng)烈的輻射冷卻而形成的逆溫。一般發(fā)生在晴空無云（或少云）的夜晚，當(dāng)風(fēng)速較小（小于3米/s）時(shí)，地面的長波輻射損失大量熱量而使溫度迅速下降，貼近地面的空氣由于地?zé)醾鲗?dǎo)作用從下面開始冷卻，氣溫也隨之下降。越接近地面的空氣降溫越大，而遠(yuǎn)離地面的空氣受地面輻射影響較小，損失熱量也較少，降溫速度較慢，因而形成了自地面開始向上的逆溫層，稱作輻射逆溫。隨著地面輻射冷卻的加劇，逆溫逐漸向上擴(kuò)展，黎明時(shí)達(dá)最強(qiáng)。一般日出后，太陽輻射逐漸增強(qiáng)，地面很快增溫，逆溫便逐漸自下而上消失。輻射逆溫有非常明顯的日變化。地面白天加熱，大氣自下而上變暖；地面夜間變冷，大氣自下而上冷卻第31頁，課件共78頁，創(chuàng)作于2023年2月圖為輻射逆溫在一晝夜間從生成到消失的過程。(a)是下午時(shí)遞減溫度層結(jié)；(b)是日落前1h逆溫開始生成的情況；隨著地面輻射的增強(qiáng)，地面迅速冷卻，逆溫逐漸向上發(fā)展，黎明時(shí)達(dá)到最強(qiáng)(圖c)；日出后太陽輻射逐漸增強(qiáng)，地面逐漸增溫，空氣也隨之自下而上增溫，逆溫便自下而上的逐漸消失(圖d)；大約在上午10點(diǎn)鐘左右逆溫層完全消失(圖e)。輻射逆溫的生消過程第32頁，課件共78頁，創(chuàng)作于2023年2月輻射逆溫在陸地上常年可見，但以冬季最強(qiáng)（夏季夜短，逆溫層較薄，消失也快，冬季夜長，逆溫層較厚，消失較慢。）。在中緯度地區(qū)，冬季的輻射逆溫層厚度可達(dá)200－300米，有時(shí)可達(dá)400米左右。輻射逆溫最常出現(xiàn)，故與大氣污染的關(guān)系最為密切。第33頁，課件共78頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）下沉逆溫由于穩(wěn)定氣層整層空氣下沉壓縮增溫而形成的逆溫稱為下沉逆溫，下沉逆溫又稱為壓縮逆溫。上層空氣下沉落入高壓氣團(tuán)內(nèi)因受壓而變熱，使氣溫高于底層的空氣而出現(xiàn)隨高度的增加氣溫也增加的現(xiàn)象。下沉逆溫形成的有利天氣條件是：極地冷高壓或副熱帶高壓控制下的晴好天氣，高壓中心附近有持久而強(qiáng)盛的下沉運(yùn)動(dòng)。下沉逆溫的形成受氣壓影響較大而與晝夜沒有關(guān)系，因此沒有明顯的日變化。第34頁，課件共78頁，創(chuàng)作于2023年2月下沉逆溫的形成可以下圖說明。第35頁，課件共78頁，創(chuàng)作于2023年2月某高度有一層空氣ABCD，其厚度為h。當(dāng)它下沉?xí)r，由于周圍大氣對它的壓力逐漸增大，以及由于水平擴(kuò)散使該氣層變成A′B′C′D′，厚度減少為h′（h′＜h）。由于頂部CD下沉到C′D′的距離比底部AB下沉到A′B′的距離大，使氣層頂部的絕熱增溫比底部增溫高。如果氣層下沉的距離很大，就可能出現(xiàn)頂部氣溫比底部氣溫高，從而形成逆溫層。第36頁，課件共78頁，創(chuàng)作于2023年2月下沉逆溫多出現(xiàn)在高壓控制區(qū)，范圍很廣。厚度也很大，一般可達(dá)數(shù)百米。下沉氣流達(dá)到某一高度就停止了，所以下沉逆溫一般不從地面開始，而是多發(fā)生在高空大氣層中（離地面1km以上高空），對高的排放源影響較大。第37頁，課件共78頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）平流逆溫由于暖空氣流到冷地表面上而形成的逆溫稱為平流逆溫。冬季，中緯度沿海地區(qū)海面上溫度高，陸地上溫度低，當(dāng)海上的暖空氣流到大陸上時(shí)，常常形成平流逆溫。同樣暖空氣平流到低地、山谷、盆地內(nèi)積聚的冷空氣上方時(shí)，也可以形成平流逆溫。第38頁，課件共78頁，創(chuàng)作于2023年2月（4）鋒面逆溫當(dāng)對流層中冷、暖空氣相遇時(shí)，暖空氣因密度小就會(huì)爬到冷空氣上面，形成一個(gè)傾斜的過渡區(qū)，稱之為鋒面。在鋒面上，如果冷空氣與暖空氣的溫度差較大，也會(huì)出現(xiàn)自下而上溫度升高的現(xiàn)象，這種逆溫稱為鋒面逆溫。第39頁，課件共78頁，創(chuàng)作于2023年2月（5）湍流逆溫低層空氣在湍流混合過程中上升，在低層氣流上升處比周圍空氣溫度高而形成的逆溫，稱為湍流逆溫，這種逆溫層一般只有幾十米。第40頁，課件共78頁，創(chuàng)作于2023年2月圖中的AB是氣層在湍流混合前的氣溫分布，氣溫直減率r<rd；低層空氣經(jīng)湍流混合后，氣層的溫度將按干絕熱直減率變化，如（b）中的CD。但在混合層以上，混合層與不受湍流混合影響的上層空氣之間出現(xiàn)了一個(gè)過渡層DE，即是逆溫層。第41頁，課件共78頁，創(chuàng)作于2023年2月（6）地形逆溫此外，局部地區(qū)的特殊地形也會(huì)形成逆溫，稱為地形逆溫，例如盆地和谷地的逆溫。在這些地區(qū)，晚上密度較大的冷空氣沿著山坡流向山谷并聚集在山谷中，山谷內(nèi)空氣由于湍流作用和輻射較弱溫度下降較慢，從而被山坡流下的冷空氣擠壓、抬升，遂出現(xiàn)上溫下冷逆溫現(xiàn)象。這種地形逆溫的狀況有時(shí)能保持一整天而不消失，除非太陽光直射到山坡或者熱風(fēng)勁吹。因此，建設(shè)在山谷或盆地的工業(yè)城市，由于排出的污染物量較大、擴(kuò)散效果不好，因而很容易造成非常嚴(yán)重的空氣污染。第42頁，課件共78頁，創(chuàng)作于2023年2月實(shí)際上，大氣中出現(xiàn)逆溫時(shí)，可能是幾種原因共同產(chǎn)生的結(jié)果，比較復(fù)雜，應(yīng)作具體分析。第43頁，課件共78頁，創(chuàng)作于2023年2月4．大氣穩(wěn)定度許多天氣現(xiàn)象的發(fā)生，都和大氣穩(wěn)定度有密切的關(guān)系。大氣穩(wěn)定度系指整層空氣的穩(wěn)定程度，是大氣對在其中作垂直運(yùn)動(dòng)的氣團(tuán)加速、遏制還是不影響其運(yùn)動(dòng)的一種熱力學(xué)性質(zhì)。第44頁，課件共78頁，創(chuàng)作于2023年2月首先從一個(gè)熟悉的例子說明穩(wěn)定度的概念。將一個(gè)球放在下凹的地面上，它是穩(wěn)定的，因?yàn)闊o論受到怎樣的外力擾動(dòng)，它都會(huì)返回原位置。

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(3)處于不同平衡狀態(tài)的小球第45頁，課件共78頁，創(chuàng)作于2023年2月將一個(gè)球放在上凸的地面上，它是不穩(wěn)定的，因?yàn)闊o論受到怎樣的外力擾動(dòng)，它都會(huì)越來越快地遠(yuǎn)離原位置。

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(3)處于不同平衡狀態(tài)的小球第46頁，課件共78頁，創(chuàng)作于2023年2月將一個(gè)球放在水平的地面上，它既不是穩(wěn)定的，也不是不穩(wěn)定的，因?yàn)闊o論受到怎樣的外力擾動(dòng)，它自身產(chǎn)生的加速度始終為0。

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(3)處于不同平衡狀態(tài)的小球第47頁，課件共78頁，創(chuàng)作于2023年2月假定有一塊空氣作向上或向下的垂直運(yùn)動(dòng)，在其上升或下降時(shí)，可能出現(xiàn)穩(wěn)定、不穩(wěn)定和中性平衡3種狀態(tài)。大氣穩(wěn)定度是表征大氣中某一高度上的氣團(tuán)在垂直方向上的相對穩(wěn)定的程度的物理量。第48頁，課件共78頁，創(chuàng)作于2023年2月垂直運(yùn)動(dòng)的氣團(tuán)在外力消失后，又逐漸回到原來的位置，這種狀況的大氣是穩(wěn)定的；當(dāng)外力消失后，氣團(tuán)仍繼續(xù)上升，甚至加速前進(jìn)，這種狀況的大氣是不穩(wěn)定的；當(dāng)外力消失后，氣團(tuán)不改變位置，既不上升也不下降。這種狀況的大氣是處于中性平衡狀態(tài)。第49頁，課件共78頁，創(chuàng)作于2023年2月當(dāng)氣團(tuán)處于平衡位置時(shí)，即具有與四周大氣相同的氣壓、溫度和密度，這時(shí)氣團(tuán)不動(dòng)。當(dāng)該空氣團(tuán)受到外力作用，做垂直運(yùn)動(dòng)時(shí)，只要它本身的干絕熱遞減率（γd）與周圍空氣的氣溫垂直遞減率γ不一致，那么它到達(dá)一新的高度時(shí)其溫度與周圍空氣的溫度就不相等，于是就會(huì)產(chǎn)生向上或向下的加速度。因此，大氣是否穩(wěn)定取決于γ與γd的對比關(guān)系。第50頁，課件共78頁，創(chuàng)作于2023年2月氣溫垂直遞減率（r)

第51頁，課件共78頁，創(chuàng)作于2023年2月在正常的氣象條件下（即標(biāo)準(zhǔn)大氣狀況下），近地層的氣體溫度總要比其上層氣體溫度高。因此，對流層內(nèi)，氣溫垂直變化的總趨勢，是隨高度的增加而逐漸降低。氣溫垂直變化的這種情況，用氣溫垂直遞減率（γ）來表示。第52頁，課件共78頁，創(chuàng)作于2023年2月氣溫垂直遞減率的含義是：在垂直于地球表面方向上，高度每增加100m的氣溫變化值。在正常的氣象條件下，對流層內(nèi)不同高度上的γ值不同，其平均值約為0.65℃/100m。由于近地層實(shí)際大氣的情況非常復(fù)雜，各種氣象條件都可影響到氣溫的垂直分布，因此實(shí)際大氣的氣溫垂直分布與標(biāo)準(zhǔn)大氣可以有很大的不同。第53頁，課件共78頁，創(chuàng)作于2023年2月總括起來有下述三種情況：（1）氣溫隨高度的增加而降低，其溫度垂直分布與標(biāo)準(zhǔn)大氣相同，此時(shí)γ＞0，這種情況一般出現(xiàn)在晴朗的白天，風(fēng)速不大時(shí)

；（2）高度增加，氣溫保持不變，符合這樣特點(diǎn)的氣層稱為等溫層，此時(shí)γ=0，這種情況一般出現(xiàn)于多云天或陰天，風(fēng)速比較大的情況下。白天，由于云層反射到達(dá)地面的太陽輻射減少，地面增溫不厲害。夜間，又因云的存在，大大加強(qiáng)了大氣的逆輻射，有效輻射減弱，地面冷卻不厲害，因此有云時(shí)，氣溫隨高度變化不明顯。風(fēng)速較大時(shí)，氣層上下交換激烈，空氣混合較好，也形成氣溫隨高度變化不明顯；（3）氣溫隨高度的增加而增加，其溫度垂直分布與標(biāo)準(zhǔn)大氣的相反。這種現(xiàn)象稱為溫度逆增，簡稱逆溫。出現(xiàn)逆溫的氣層叫逆溫層。此時(shí)γ＜0，這種現(xiàn)象一般出現(xiàn)在少云、無風(fēng)的夜晚。第54頁，課件共78頁，創(chuàng)作于2023年2月氣團(tuán)及其干絕熱遞減率（rd)第55頁，課件共78頁，創(chuàng)作于2023年2月在物理上，把與外界沒有熱量交換的系統(tǒng)狀態(tài)變化稱為絕熱變化，狀態(tài)變化所經(jīng)歷的過程稱為絕熱過程。在絕熱過程中系統(tǒng)的狀態(tài)變化及對外作功是靠系統(tǒng)的內(nèi)能變化來達(dá)到的。大氣中作垂直運(yùn)動(dòng)的空氣團(tuán)，因向外膨脹或受外界壓力所引起的溫度變化，要比和外界交換能量所起的溫度變化大得多，因此被視為絕熱變化。第56頁，課件共78頁，創(chuàng)作于2023年2月rd——干空氣塊或未飽和的濕空氣塊在絕熱條件下每升高單位高度（通常取單位高度為100m）所造成的溫度下降值。對于做絕熱運(yùn)動(dòng)的濕空氣塊，如果在絕熱升降過程中未達(dá)到飽和狀態(tài)，也就是未發(fā)生相變，則其氣溫直減率和干絕熱氣溫直減率一樣。第57頁，課件共78頁，創(chuàng)作于2023年2月理論和實(shí)踐都證明，對一個(gè)干燥或未飽和的濕空氣氣團(tuán)，在大氣中絕熱上升每100m要降溫0.98℃，如果氣團(tuán)在大氣中下降100m，氣團(tuán)升溫0.98℃，通?？山迫?℃，而這個(gè)數(shù)值與周圍溫度無關(guān)。氣團(tuán)絕熱每上升100m，氣溫下降1℃稱為氣溫的干絕熱遞減率，用rd（1℃/100m）表示。第58頁，課件共78頁，創(chuàng)作于2023年2月濕空氣的絕熱變化濕空氣團(tuán)作絕熱升降時(shí)情況較復(fù)雜，在升降過程中若無相變化，其溫度直減率和干絕熱直減率一樣，每升降100m，溫度變化1℃；若有相變化，每升高100m，溫度變化小于1℃。濕空氣上升達(dá)到飽和狀態(tài)并開始凝結(jié)的高度稱為凝結(jié)高度，在凝結(jié)高度以下，其溫度變化同干空氣一樣；在凝結(jié)高度以上，溫度變化小于干空氣的變化值，飽和空氣每上升（或下降）單位距離空氣的溫度變化，稱為濕絕熱遞減率γm，約為0.5℃/100m。第59頁，課件共78頁，創(chuàng)作于2023年2月污染氣體由污染源排到大氣中時(shí)一般不會(huì)立即和周圍大氣混合均勻，這樣污染性氣體的理化性質(zhì)有別于周圍大氣，可視作一個(gè)氣團(tuán)來進(jìn)行研究。

當(dāng)氣團(tuán)垂直上升時(shí)，隨外界壓力的減少必然膨脹作功，使氣團(tuán)的溫度下降。相反，當(dāng)氣團(tuán)下降時(shí)，由于外界壓力加大，氣團(tuán)被壓縮而增溫即絕熱增溫。第60頁，課件共78頁，創(chuàng)作于2023年2月大氣穩(wěn)定的判據(jù)r

rd第61頁，課件共78頁，創(chuàng)作于2023年2月第一種情況是，當(dāng)r＜rd時(shí)，假設(shè)上升氣團(tuán)未被水汽飽和，其干絕熱遞減率為1℃/100m，而它周圍空氣的溫度垂直遞減率小于1℃/100m，那么上升氣團(tuán)在任何一高度上都比周圍空氣冷，密度大。因此，它向上的速度減小，并有返回原來高度的趨勢，大氣的這種狀態(tài)是穩(wěn)定的。也就是說，當(dāng)r＜rd時(shí)，不論由哪種氣象因素使大氣作垂直上下運(yùn)動(dòng)，它都是力爭恢復(fù)到原來狀態(tài)。對于這種狀態(tài)的大氣，稱為穩(wěn)定狀態(tài)。第62頁，課件共78頁，創(chuàng)作于2023年2月第二種情況是，當(dāng)r＞rd時(shí)，如果氣團(tuán)受外力作用上升到任何一高度上都比周圍空氣熱，密度小，因受氣團(tuán)外部的大氣浮力作用，使它繼續(xù)上升；反之，當(dāng)氣團(tuán)受外力作用使其下降時(shí)，由于氣團(tuán)內(nèi)部溫度低于外部大氣溫度，氣團(tuán)將繼續(xù)下降。總之，在r＞rd時(shí)，不論由哪種氣象因素使大氣作垂直上下運(yùn)動(dòng)，它的運(yùn)動(dòng)趨勢總是遠(yuǎn)離平衡位置。這種狀態(tài)的大氣稱為不穩(wěn)定狀態(tài)。第63頁，課件共78頁，創(chuàng)作于2023年2月第三種情況是，當(dāng)r＝rd時(shí)，氣團(tuán)受外力作用上升或下降，氣團(tuán)內(nèi)的溫度與外部大氣溫度始終保持相等，氣團(tuán)被推到那里就停在那里。這時(shí)大氣狀態(tài)稱為中性狀態(tài)。第64頁，課件共78頁，創(chuàng)作于2023年2月從上述三種情況來看，大氣溫度的垂直遞減率越大，大氣越不穩(wěn)定。在這種情況下有利于大氣中污染物的擴(kuò)散稀釋；相反，氣溫垂直遞減率越小，大氣越穩(wěn)定。如果氣溫垂直遞減率很小，甚至等于零或?yàn)樨?fù)值（逆溫）時(shí)，大氣便非常穩(wěn)定。這種情況對空氣垂直對流運(yùn)動(dòng)的發(fā)展是巨大的障礙，這如同一個(gè)蓋子，