大氣污染氣象學

第三章大氣污染氣象學教學內容:大氣圈結構及氣象要素大氣的熱力過程大氣的運動和風重點:大氣圈結構、主要氣象要素、大氣穩(wěn)定度和逆溫的概念、大氣運動和風。教學目標：重點掌握大氣垂直方向的五個分層,溫度分布特點及原因。理解大氣高度的劃分，理解風速擴線模式。大氣擴散源受體大氣擴散酸雨越境轉移（日本、南朝鮮……）大氣科學大氣物理、化學……大氣氣象學……污染氣象學……氣象條件對污物的稀釋、擴散作用污染物對氣象的影響

第一節(jié)大氣圈結構及氣象要素大氣層又叫大氣圈，地球就被這一層很厚的大氣層包圍著。大氣層的成分主要環(huán)境空氣的成分。大氣層的空氣密度隨高度而減小，越高空氣越稀薄。大氣層的厚度大約在1200-1400千米以上，但沒有明顯的界限。整個大氣層隨高度不同表現(xiàn)出不同的特點，分為對流層、平流層、中間層、暖層和散溢層，再上面就是星際空間了。

大氣圈垂直結構對流層（～10km左右）集中了大氣質量的3/4和全部的水蒸氣，主要天氣現(xiàn)象都發(fā)生在這一層溫度隨高度的增加而降低，每升高100m平均降溫0.650C強烈對流作用溫度和濕度的水平分布不均大氣邊界層——對流層下層1～2km，地面阻滯和摩擦作用明顯自由大氣——大氣邊界層以上的氣流，地面摩擦可以忽略在這一層中，大氣上下有規(guī)則的對流和無規(guī)則的湍流運動都比較盛行，加上水汽充足，直接影響著大氣污染物的傳輸、擴散和轉化。

近地層——地面上50～100m，熱量和動量的常通量層大氣圈垂直結構平流層（對流層頂～50~55km）同溫層——對流層頂35~40km，氣溫-550C左右逆溫層——同溫層以上，氣溫隨高度增加而增加臭氧層——20~25km臭氧層濃度達到最大值臭氧層能強烈吸收波長200~300nm的太陽紫外線。平流層集中了大部分臭氧沒有對流運動，污染物停留時間很長，尤其是氟氯烴等大氣污染物，與臭氧層發(fā)生光化學反應。中間層（平流層頂～85km）氣溫隨高度升高而迅速降低對流運動強烈，垂直混合明顯大氣圈垂直結構暖層（中間層頂～800km）在強烈的紫外光和宇宙射線作用下，氣溫隨高度升高而增高氣體分子高度電離——電離層散逸層（暖層以上）氣溫很高，空氣稀薄空氣粒子的運動速度很高，可以擺脫地球引力而散逸大氣壓力總是隨高度的升高而降低均質大氣層——80～85km以下，以湍流擴散為主，成分基本不變主要氣象要素表示大氣狀態(tài)的物理量和物理現(xiàn)象稱為氣象要素。氣象要素：氣溫、氣壓、氣濕、風向、風速和能見度等。1．氣溫天氣預報中：距地面1.5m高、百葉箱內氣溫。1714華倫海脫準大氣壓下冰的熔點，定為32度，水的沸點定為212度，中間等分為180份，每一份就是1華氏度。1742年，瑞典科學假攝爾修斯和他的助手斯托瑪用同樣的溫度計，選取標準大氣壓下冰的熔點定為0度，水的沸點定為100度

中間等分100份。1854年，英國物理學家開爾文選定“水的三相點”，即水、冰、水蒸氣三相共存的溫度，把絕對零度到水的三相點溫度等分為273.16份，每一份就是1開氏度，這就是開氏溫標，用K表示。開氏溫標的分度間隔和攝氏溫標的間隔是一致的。主要氣象要素2．氣壓（大氣的壓強）氣壓的大小與海拔高度、大氣溫度

、大氣密度等有關，一般隨高度升高按指數(shù)律遞減。氣壓有日變化和年變化。一年之中，冬季比夏季氣壓高。一天中，氣壓有一個最高值、一個最低值，分別出現(xiàn)在9～10時和15～16時，還有一個次高值和一個次低值，分別出現(xiàn)在21～22時和3～4時。氣壓日變化幅度較小，一般為0.1～0.4千帕，并隨緯度增高而減小。氣壓變化與風、天氣的好壞等關系密切，因而是重要氣象因子。通常所用的氣壓單位有帕(Pa)、毫米水銀柱高(mm·Hg)、毫巴(mb)。它們之間的換算關系為：100帕＝1毫巴≈3／4毫米水銀柱高。氣象觀測中常用的測量氣壓的儀器有水銀氣壓表、空盒氣壓表、氣壓計。101.325千帕的氣壓，稱為標準大氣壓，它相當于在重力加速度為9.80665米／秒2，溫度為0℃時760毫米垂直水銀柱高的壓力。

氣體靜力學方程：主要氣象要素3．氣濕（空氣的濕度，空氣的干燥程度）絕對濕度——1m3濕空氣中含有的水汽質量相對濕度——空氣的絕對濕度與同溫度下飽和空氣的絕對濕度的百分比，空氣的干濕程度和相對濕度有關，而和絕對濕度卻無直接關系。例如，空氣中所含有的水汽的壓強同樣等于1606.24Pa（12.79毫米汞柱）時，在炎熱的夏天中午，氣溫約35℃，人們并不感到潮濕，因此時離水汽飽和氣壓還很遠，物體中的水分還能夠繼續(xù)蒸發(fā)。而在較冷的秋天，大約15℃左右，人們卻會感到潮濕，因這時的水汽壓已經(jīng)達到過飽和，水分不但不能蒸發(fā)，而且還要凝結成水。含濕量——濕空氣中1kg干空氣包含的水汽質量水汽體積分數(shù)——水汽在濕空氣中所占的體積分數(shù)露點——同氣壓下空氣達到飽和狀態(tài)時的溫度主要氣象要素3．氣濕

4．風風向和和風速速氣象上上把風風吹來來的方方向確確定為為風的的方向向。南南風、、偏北北風、、風向向不定定。風向的的測量量單位位，我我們用用方位位來表表示。。如陸陸地上上，一一般用用16個方方位表表示，，海上上多用用36個方方位表表示；；在高高空則則用角角度表表示。。用角角度表表示風風向，，是把把圓周周分成成360度度，北北風(N)是0度(即360度)，東東風(E)是90度度，南南風(S)是180度，，西風風(W)是是270度度，其其余的的風向向都可可以由由此計計算出出來。。風速是是指單單位時時間內內空氣氣在水水平方方向上上運動動的距距離，m/s或km/h。。13個等級。。主要氣氣象要要素5．云云大氣中中水汽汽的凝凝結現(xiàn)現(xiàn)象叫叫做云云（使使氣溫溫隨高高度變變化小?。┰屏?天空被被云遮遮蔽的的成數(shù)數(shù)（我我國10分分，國國外8分））估計云云量的的地點點必須須能見見全部部天空空。云云量量觀測測包括括總云云量和和低云云量。?？傇圃屏渴鞘侵赣^觀測時時天空空被所所有的的云遮遮蔽的的總成成數(shù)，，低云云量是是指天天空被被低云云所遮遮蔽的的成數(shù)數(shù)，均均記整整數(shù)。。一一、總總云云量的的觀測測全全天無無云，，總云云量記記0；；天空空完全全為云云所遮遮蔽，，記10；；天空空完全全為云云所遮遮蔽，，但只只要從從云隙隙中可可見青青天，，則記記10-；；云占占全天天十分分之一一，總總云量量記1；云云占全全天十十分之之二，，總云云量記記2，，其余余依次次類推推。二二、低低云云量的的觀測測觀觀測低低云量量的方方法與與總云云量同同。云高:云底距距地面面的高高度低云（（2500m以以下））；中中云云（2500～～5000m））；高高云（（5000m以以上））。云狀:卷云（（線））,積積云（（塊））,層層云（（面),雨雨層云云(無無定形形）主要氣氣象要要素6．能能見度度正常視視力的的人，，在天天空背背景下下能看看清的的目標標物的的最大大水平平距離離。級別（0~9級，相應應距離為為50～50000米）第二節(jié)大大氣的的熱力過過程一、太陽陽、大氣氣和地面面的熱交交換太陽以紫紫外線、、可見光光、紅外外線的形形式輻射射熱量太陽輻射射加熱地地球表面面地面長波波輻射加加熱大氣氣(76%-95%)太陽短波波輻射加加熱地球球表面，，然后是是地面長長波輻射射加熱大大氣，所所以近地地層大氣氣溫度隨隨地表溫溫度變化化太陽輻射射能是地地球大氣氣最重要要的能量量來源；；太陽輻輻射穿過過大氣層層到達地地面；太太陽輻射射能被地地面吸收收而使地地面增溫溫；地面面輻射同同時又以以長波輻輻射的形形式把熱熱量傳遞遞給大氣氣；所以以地面是是近地面面大氣主主要的直直接熱源源。二、氣溫溫的垂直直變化1、大氣氣的絕熱熱過程與與泊松方方程氣溫直減減率（大氣））干空氣絕絕熱繪制制溫度遞遞減率———干絕熱直直減率（空氣團團）一般滿足足，大氣氣絕熱過過程，系系統(tǒng)與周周圍環(huán)境境無熱交交換空氣塊膨脹（做功）耗內能T定性空氣塊壓縮（外氣對它做功）T內能（由壓力變化引起）氣溫直減減率定量：熱力學第第一定律律其中氣溫直減減率氣溫直減減率代入上式式得：實際中，，Ti、T相差<10K，則氣溫的垂垂直分布布（溫度度層結））氣溫的垂垂直分布布－溫度層結結三、大氣氣穩(wěn)定度度及其判判據(jù)定義：大大氣在垂垂直方向向上穩(wěn)定定的程度度；反映映其是否容易對對流定性描述述：外力使氣塊上升或下降氣塊去掉外力氣塊減速，有返回趨勢，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，中性不穩(wěn)定條條件下有有利于擴擴散三、大氣氣穩(wěn)定度度及其判判據(jù)定量判斷斷：則有判據(jù)：大氣穩(wěn)定定度及其其判據(jù)四、逆溫溫逆溫不利利于擴散散，容易易造成大大氣污染染輻射：輻輻射逆溫溫、下沉沉逆溫、、平流逆逆溫、鋒鋒面逆溫溫及湍流流逆溫輻射逆溫溫：由于于地面強強烈輻射射冷卻而而形成的的逆溫，，地面白白天加熱熱，大氣氣自下而而上變暖暖；地面面夜間變變冷，大大氣自下下而上冷冷卻。四、逆溫溫下沉逆溫溫：由于于下沉所所受到的的壓縮增增溫而形形成的逆逆溫。（（多在高高空大氣氣中，高高壓控制制區(qū)內））很厚的氣氣層下沉沉壓壓縮變扁扁頂頂部增溫溫比底部部多。四、逆溫溫平流逆溫溫：暖空氣平平流到冷冷地面上上而形成成的逆溫溫為平流流逆溫，，由于低低層空氣氣受地面面影響大大，降溫溫多，上上層空氣氣降溫少少而形成成。湍流逆溫溫：鋒面逆溫溫：冷暖空氣氣相遇，，暖空氣氣上爬，，形成的的逆溫區(qū)區(qū)。煙流型與與大氣穩(wěn)穩(wěn)定度的的關系波浪型（（不穩(wěn)））γ〉γd錐型（中中性or弱穩(wěn)）扇型（逆逆溫）爬升型（（下穩(wěn)，，上不穩(wěn)穩(wěn)）漫煙型（（上逆、、下不穩(wěn)穩(wěn)）第三節(jié)大大氣的的運動和和風一、引起起大氣運運動的作作用力直接作用力

重力水平氣壓梯度力（垂直上與重力基本平衡）間接作用力地轉偏向力（相對運動：方向改變）慣性離心力（大氣曲線運動：很小）摩擦力（近地1～2km內明顯）

二、近地地層中風風速擴線線模式1、對數(shù)數(shù)律風速速廓線模模式2、指數(shù)數(shù)律風速速廓線模模式三、地方方性風場場1．海陸風風2．山谷風風3．城城市熱島島環(huán)流課后思考考與復習習1、大氣氣圈垂直直結構是是如何劃劃分的，，各層的的氣體密密度和垂垂直氣溫溫變化率率各有何何特點？？2、以污污染源類類型、排排放污染染物的種種類以及及污染物物在大氣氣中的遷遷移轉化化行為等等為主要要因素，，論述對對流層和和平流層層的大氣氣污染的的特點。。3、主要要的氣象象要素有有哪些，，其中對對大氣污污染狀況況影響較較大？4、造成成低層大大氣增熱熱和冷卻卻的主要要原因是是什么，，大氣中中有哪些些氣體組組分對大大氣增熱熱和冷卻卻的影響響最大。。5、解