3第三章-大氣污染氣象學(xué)2011解析

1、LOGO大氣污染控制工程第三章 大氣污染氣象學(xué)主講人：楊毅紅主講人：楊毅紅源受體大氣擴散酸雨越境轉(zhuǎn)移（日本、南朝鮮） 大氣科學(xué) 大氣物理、化學(xué)大氣氣象學(xué) 污染氣象學(xué) 氣象條件對污物的稀釋、擴散作用污染物對氣象的影響 污染物在大氣中的擴散與大氣穩(wěn)定度有很密切的關(guān)系。從污染源排入大氣中的污染物，其輸送遷移、擴散稀釋情況隨方向、風(fēng)速、大氣湍流運動、溫度垂直變化及大氣穩(wěn)定度等氣象因子的變化而千差萬別。污染氣象學(xué)研究兩方面的問題：污染氣象學(xué)研究兩方面的問題：氣象對大氣污染的影響和大氣污染對氣象氣象對大氣污染的影響和大氣污染對氣象環(huán)境的作用環(huán)境的作用v 3.1 大氣圈結(jié)構(gòu)及氣象要素(略) v 3.2 大氣

2、熱力過程 v 3.3 大氣的運動和風(fēng)p 了解大氣層結(jié)構(gòu)及主要的氣象要素；p 掌握氣溫直減率和干絕熱直減率的定義及大氣穩(wěn)定度的判別；掌握煙流形狀與大氣穩(wěn)定度的關(guān)系p 了解引起大氣運動的幾種作用力；p 理解地方性風(fēng)場對大氣污染的影響。學(xué)時數(shù)：2學(xué)時內(nèi)容提要內(nèi)容提要學(xué)習(xí)要求3.1 大氣圈結(jié)構(gòu)及主要氣象要素大氣圈結(jié)構(gòu)及主要氣象要素一、低層大氣的成分：干潔空氣、水汽、氣溶膠粒子二、大氣的垂直結(jié)構(gòu)三、影響大氣污染的主要氣象要素v氣象要素（因子）：表示大氣狀態(tài)的物理現(xiàn)象和物理量。v主要氣象要素：氣溫、氣壓、空氣濕度（氣濕）、風(fēng)（風(fēng)向、風(fēng)速）、云況、能見度、降水、蒸發(fā)、日照時數(shù)、太陽輻射、地面輻射、大氣輻射等

3、。玫瑰圖表述的是在猶他州西部沙漠里的一個山谷。周圍的山是南北向的，由當?shù)氐匦螚l件決定的最常見的風(fēng)是沿峽谷南北向的風(fēng)。最強烈的風(fēng)是沿西北方向吹過來的，而且伴隨著冬天的暴風(fēng)雪。嘗試讀懂右圖嘗試讀懂右圖3.2 大氣的熱力過程大氣的熱力過程一、太陽輻射與熱交換二、氣溫的垂直變化三、位溫四、大氣穩(wěn)定度五、逆溫六、煙流形狀與大氣穩(wěn)定度的關(guān)系3.2.1 太陽輻射與熱交換太陽輻射與熱交換什么是輻射？什么是輻射？v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。輻射與波長輻射與波長v輻射能的不同，在于電磁波的波長不同，物體放射的波長視物

4、體的溫度而定，物體的溫度增加放射的波長減短，太陽由于溫度很高，它的輻射波長在0.154.0m之間。地球表面平均溫度在15，輻射最強是在10m附近，太陽放出主要輻射的波長只有地球放出的波長的1/20，所以我們稱太陽輻射是短波，地球輻射是長波。太陽、大氣和地面之間的熱量交換過程太陽、大氣和地面之間的熱量交換過程v首先是太陽短波輻射加熱了地球表面，然后是地面長波輻射加熱了大氣，因此，近地層大氣溫度近地層大氣溫度隨地表溫度的升高而升高隨地表溫度的升高而升高(自下而上地被加熱)；隨著地表溫度的降低而降低(自下而上地被冷卻)。地表溫度的周期性變化引起低層大氣溫度隨之周期性的變化。大氣的保溫作用大氣的保溫作

5、用v大氣向下輻射可使地面長波輻射的熱損失減少，有利于地面溫度保持的這種作用。3.2.1 太陽輻射與熱交換太陽輻射與熱交換3.2.2 氣溫的垂直變化氣溫的垂直變化 大氣的絕熱過程大氣的絕熱過程v 大氣的升降運動總是伴有不同形式的能量交換。如果大氣中某一空氣塊作垂直運動時與周圍空氣不發(fā)生熱量交換，則將這樣的狀態(tài)變化過程稱為大氣的絕熱過程。 空氣塊空氣塊 膨脹（做功）膨脹（做功） 耗內(nèi)能耗內(nèi)能 T T 定性定性 空氣塊空氣塊 壓縮（外氣對它做功）壓縮（外氣對它做功） 得內(nèi)能得內(nèi)能 T T 泊松方程泊松方程v根據(jù)熱力學(xué)第一定律和理想氣體狀態(tài)方程，可以推導(dǎo)出描述大氣熱力過程的微分方程：v將上式從氣塊升降

6、前的狀態(tài)(T0,P0),積分到氣塊升降后的狀態(tài)(T,P),則得 泊松方程泊松方程3.2.2 氣溫的垂直變化氣溫的垂直變化T：氣塊溫度； T ：環(huán)境溫度。實際中，T與T之差不超過10，T/T1。根據(jù)計算，得到d約為0.98/100m0.98/100m，近似，近似1/100m1/100m。濕空氣上升達到飽和狀態(tài)并開始凝結(jié)的高度稱為凝結(jié)高度凝結(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m，約為0.5/100m0.5/100m。上節(jié)內(nèi)容回顧上節(jié)內(nèi)容回顧v 大氣中溫度層結(jié)分為 、 、 和 四種

7、類型。v 對流層中，氣溫隨著高度的增加而降低，每升高100m平均氣溫下降（）A. 0.65 B. 1.89 C.5.81 D.0.098 B. 1.89 C.5.81 D.0.098 人類活動排放的污染物絕大多數(shù)聚集以及大氣污染主要發(fā)生在（）人類活動排放的污染物絕大多數(shù)聚集以及大氣污染主要發(fā)生在（）A.A. 對流層對流層 B. B. 平流層平流層 C. C. 中間層中間層 D.D.熱層熱層飽和空氣絕熱下降時，假設(shè)其中沒有水滴或冰晶，下降時變?yōu)槲达柡涂諝饨^熱下降時，假設(shè)其中沒有水滴或冰晶，下降時變?yōu)槲达柡偷目諝猓柡偷目諝猓?則每下降100m，溫度升高 。參考答案：正常分布層結(jié)、中性層結(jié)、等溫層

8、結(jié)、逆溫層結(jié)；a；A；1 3.2.3 位溫位溫干空氣作絕熱升降運動時，雖然溫度Ti是變化的，但其位溫位溫卻是不變的卻是不變的。所以比Ti更能代表氣塊的熱力學(xué)狀態(tài)。3.2.4 大氣穩(wěn)定度大氣穩(wěn)定度 大氣穩(wěn)定度的判別大氣穩(wěn)定度的判別v氣塊法說明。假設(shè)起始溫度相同，課堂鞏固練習(xí)課堂鞏固練習(xí) P86 3-7v用測得的地面氣溫和一定高度處的氣溫數(shù)據(jù)，按平均溫度梯度對大氣穩(wěn)定度進行分類。測定編測定編號號1 12 23 34 45 56 6地面氣溫/C21.121.115.625.030.025.0高度/m4587635802000500700相應(yīng)氣溫/C26.715.68.95.020.028.0 定義定

9、義p 溫度隨高度的增加而增加，此時dT/dZ 0 。 跟我們研究污染有關(guān)的因素：跟我們研究污染有關(guān)的因素：v 逆溫層的消失時間；v 逆溫層底的高度；v 逆溫層的厚度；v 逆溫的強度（溫度隨高度的變化情況）。v 逆溫的最危險狀況是逆溫層正好處于煙囪排放口。3.2.5 逆溫逆溫輻射逆溫輻射逆溫v由于地面強烈輻射冷卻而形成的逆溫，稱為輻射逆溫。圖中a是下午時遞減溫度層結(jié)；輻射逆溫開始于日落(圖b)，隨著夜深，地面消失的熱量越多，逆溫逐漸向上擴展，黎明時達最強(圖c)。日出后，太陽輻射逐漸加強，地面很快增溫，逆溫便自下而上逐漸消失(圖d)，大約上午十點左右，逆溫層完全消失。湍流逆溫湍流逆溫鋒面逆溫鋒面

10、逆溫v在對流層中的冷空氣團與暖空氣團相遇時，暖空氣因其密度小就會爬升到冷空氣上面去，形成一個傾斜的過渡區(qū)，稱為鋒面。v在鋒面上，如果冷暖空氣的溫差很大，即可形成鋒面逆溫。3.2.6 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3.3 大氣的運動和風(fēng)大氣的運動和風(fēng)v（一）風(fēng)對大氣污染物擴散和輸送的影響v（二）湍流v（三）地方性風(fēng)場3.3.1 風(fēng)對大氣污染物擴散和輸送的影響風(fēng)對大氣污染物擴散和輸送的影響引起大氣運動的作用力引起大氣運動的作用力風(fēng)向和風(fēng)速風(fēng)向和風(fēng)速3.3.2 湍流湍流3.3.3 地方性風(fēng)場地方性風(fēng)場海陸風(fēng)海陸風(fēng)山谷風(fēng)山谷風(fēng)城市熱島環(huán)流城市熱島環(huán)流v本章結(jié)束，謝謝參與。作業(yè)：作業(yè)：（1）由大氣穩(wěn)定度的影響，常見的五種典型煙云形式_、_、_、_和_ 。（2）影響煙氣擴散的氣象條件主要有_、_、_、_和_。（3）在日出后的早晨，煙流的擴散類型是（）；在日落后的傍晚，煙流的擴散類型是（）；容易造成極其嚴重地面污染的煙流的擴散類型是（）。 A.漫煙型B.錐形C.扇形D.爬升型（4）下列關(guān)于氣象條件對煙氣擴散影響的描述，正確的是（）v A.風(fēng)速