《環(huán)境氣象學(xué)》課件

《環(huán)境氣象學(xué)》導(dǎo)論歡迎來到《環(huán)境氣象學(xué)》的世界！本課程將帶您探索大氣層的奧秘，了解氣象要素如何影響我們的環(huán)境，以及環(huán)境變化如何反過來影響氣象模式。我們將深入研究大氣的結(jié)構(gòu)、組成、輻射、環(huán)流，以及各種環(huán)境問題，如全球變暖、酸雨、光化學(xué)煙霧等。通過本課程的學(xué)習(xí)，您將掌握環(huán)境氣象學(xué)的基本理論和應(yīng)用，為解決未來的環(huán)境挑戰(zhàn)做好準(zhǔn)備。課程目標(biāo)與內(nèi)容概要1課程目標(biāo)理解環(huán)境氣象學(xué)的基本概念和理論框架；掌握大氣圈層結(jié)構(gòu)、輻射、環(huán)流等氣象要素；分析大氣污染的氣象條件及其影響；評(píng)估氣候變化對(duì)環(huán)境和社會(huì)的影響；學(xué)習(xí)環(huán)境氣象觀測(cè)方法和數(shù)據(jù)處理技術(shù)；培養(yǎng)解決環(huán)境氣象實(shí)際問題的能力。2內(nèi)容概要課程將涵蓋環(huán)境氣象學(xué)的定義、范疇、發(fā)展簡(jiǎn)史，以及大氣圈層結(jié)構(gòu)、組成、輻射、環(huán)流等基礎(chǔ)知識(shí)。此外，還將深入探討大氣穩(wěn)定度、大氣擴(kuò)散理論、城市氣候特征、酸雨、光化學(xué)煙霧、氣溶膠、區(qū)域氣候變化、極端天氣氣候事件等重要議題。3實(shí)踐環(huán)節(jié)課程還將包括一些實(shí)踐環(huán)節(jié)，如氣象數(shù)據(jù)的獲取與處理、環(huán)境氣象模型的應(yīng)用、案例分析等，以幫助學(xué)生更好地掌握所學(xué)知識(shí)，并將其應(yīng)用于實(shí)際問題的解決中。環(huán)境氣象學(xué)定義與范疇定義環(huán)境氣象學(xué)是研究大氣環(huán)境與氣象條件相互作用的學(xué)科，側(cè)重于大氣過程對(duì)環(huán)境質(zhì)量、生態(tài)系統(tǒng)和人類健康的影響。范疇研究范疇包括大氣污染氣象條件、城市氣候、氣候變化對(duì)環(huán)境的影響、環(huán)境氣象觀測(cè)與模擬等，涉及大氣科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、生態(tài)學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域。應(yīng)用應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，如大氣污染防治、氣候變化適應(yīng)與減緩、城市規(guī)劃、生態(tài)環(huán)境保護(hù)、公共衛(wèi)生等，為環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。環(huán)境氣象學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史1萌芽階段早期氣象學(xué)研究主要關(guān)注天氣預(yù)報(bào)，對(duì)大氣環(huán)境問題的關(guān)注較少。隨著工業(yè)化的發(fā)展，大氣污染問題日益突出，人們開始關(guān)注氣象條件對(duì)污染物擴(kuò)散的影響。2發(fā)展階段20世紀(jì)中葉，環(huán)境氣象學(xué)逐漸成為一門獨(dú)立的學(xué)科。大氣擴(kuò)散理論、城市氣候研究、酸雨研究等領(lǐng)域取得了重要進(jìn)展。環(huán)境氣象模型開始應(yīng)用于大氣污染的預(yù)測(cè)和評(píng)估。3成熟階段隨著全球氣候變化問題的日益嚴(yán)重，環(huán)境氣象學(xué)研究更加關(guān)注氣候變化對(duì)環(huán)境的影響。區(qū)域氣候模型、地球系統(tǒng)模型等被廣泛應(yīng)用于氣候變化研究。環(huán)境氣象學(xué)在環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展中的作用日益重要。大氣圈層結(jié)構(gòu)與組成大氣圈層結(jié)構(gòu)大氣圈層主要分為對(duì)流層、平流層、中間層、熱層和外層。各層之間通過氣溫、密度等特征進(jìn)行區(qū)分。對(duì)流層是與人類活動(dòng)關(guān)系最密切的圈層，也是大氣污染的主要發(fā)生地。大氣組成大氣主要由氮?dú)?、氧氣、氬氣等組成，此外還含有少量的二氧化碳、甲烷、水汽等。這些微量氣體對(duì)地球的輻射平衡和氣候變化具有重要影響。大氣中還含有大量的氣溶膠，它們對(duì)云的形成、降水、輻射等過程具有重要作用。大氣成分的垂直分布對(duì)流層水汽含量隨高度迅速降低，氣溶膠濃度較高，污染物主要集中在此層。平流層臭氧濃度較高，能夠吸收太陽紫外輻射，保護(hù)地球生物。中間層氣溫隨高度降低，是大氣中最冷的區(qū)域。熱層氣溫隨高度升高，大氣密度極低。大氣輻射概述太陽輻射太陽輻射是地球能量的主要來源，包括紫外輻射、可見光和紅外輻射。太陽輻射的強(qiáng)度和波長分布對(duì)地球的氣候和生態(tài)系統(tǒng)具有重要影響。地球輻射地球輻射是地球表面和大氣層向外發(fā)射的紅外輻射。地球輻射的強(qiáng)度和波長分布受到地球表面溫度、大氣成分等因素的影響。大氣輻射大氣輻射是大氣層自身發(fā)出的紅外輻射，包括大氣逆輻射和大氣正輻射。大氣輻射對(duì)地球的輻射平衡和氣候變化具有重要影響。太陽輻射特性波長范圍1能量分布2強(qiáng)度變化3影響因素4太陽輻射是一種電磁波，其波長范圍很廣，從短波的紫外輻射到長波的紅外輻射。太陽輻射的能量主要集中在可見光波段。太陽輻射的強(qiáng)度隨時(shí)間、地點(diǎn)和太陽活動(dòng)等因素的變化而變化。太陽輻射對(duì)地球的氣候、生態(tài)系統(tǒng)和人類健康具有重要影響。地球輻射特性1波長范圍主要為長波紅外輻射2能量分布受地表溫度影響3輻射強(qiáng)度低于太陽輻射大氣輻射平衡概念大氣輻射平衡是指地球系統(tǒng)吸收的太陽輻射與地球系統(tǒng)向外發(fā)射的輻射之間的平衡狀態(tài)。大氣輻射平衡是維持地球氣候穩(wěn)定的重要因素。影響因素大氣輻射平衡受到多種因素的影響，如太陽輻射強(qiáng)度、地球表面反射率、大氣成分、云量等。這些因素的變化會(huì)導(dǎo)致大氣輻射平衡的改變，從而影響地球的氣候。意義研究大氣輻射平衡對(duì)于理解地球氣候變化、評(píng)估溫室氣體排放的影響、制定氣候變化應(yīng)對(duì)措施具有重要意義。溫室效應(yīng)與全球變暖1溫室效應(yīng)溫室氣體吸收地球輻射，導(dǎo)致大氣溫度升高。2全球變暖溫室氣體排放增加，加劇溫室效應(yīng)，導(dǎo)致全球平均氣溫上升。3影響海平面上升、極端天氣事件頻發(fā)、生態(tài)系統(tǒng)破壞等。4應(yīng)對(duì)減少溫室氣體排放、發(fā)展清潔能源、提高能源效率等。大氣環(huán)流概述定義大氣環(huán)流是指大氣中大規(guī)模的氣流運(yùn)動(dòng)，包括水平氣流和垂直氣流。作用大氣環(huán)流是地球能量和水分輸送的重要機(jī)制，對(duì)全球氣候分布和天氣變化具有重要影響。類型大氣環(huán)流包括行星風(fēng)系、季風(fēng)環(huán)流、局地環(huán)流等多種類型。三圈環(huán)流模型哈德萊環(huán)流低緯度地區(qū)的熱力環(huán)流，上升氣流在赤道附近形成降水，下沉氣流在副熱帶地區(qū)形成沙漠。費(fèi)雷爾環(huán)流中緯度地區(qū)的熱力環(huán)流，受到哈德萊環(huán)流和極地環(huán)流的影響，形成盛行西風(fēng)帶。極地環(huán)流高緯度地區(qū)的熱力環(huán)流，冷空氣下沉，形成極地高壓。季風(fēng)環(huán)流夏季風(fēng)1冬季風(fēng)2成因3季風(fēng)環(huán)流是指由于海陸熱力性質(zhì)差異引起的大氣環(huán)流季節(jié)性變化。夏季，陸地升溫快，形成低壓，吸引海洋上的濕潤空氣，形成夏季風(fēng)。冬季，陸地降溫快，形成高壓，向海洋吹出干燥的冷空氣，形成冬季風(fēng)。季風(fēng)環(huán)流對(duì)亞洲、非洲等地區(qū)的氣候具有重要影響。局地環(huán)流1海陸風(fēng)2山谷風(fēng)3城市風(fēng)大氣穩(wěn)定度概念定義大氣穩(wěn)定度是指大氣抵抗垂直運(yùn)動(dòng)的能力。穩(wěn)定的大氣不利于污染物的擴(kuò)散，不穩(wěn)定的大氣有利于污染物的擴(kuò)散。影響因素大氣穩(wěn)定度受到溫度、濕度、風(fēng)速等因素的影響。溫度隨高度降低越快，大氣越不穩(wěn)定；濕度越高，大氣越不穩(wěn)定；風(fēng)速越大，大氣越不穩(wěn)定。分類大氣穩(wěn)定度分為穩(wěn)定、中性和不穩(wěn)定三種類型。穩(wěn)定的大氣不利于污染物的擴(kuò)散，不穩(wěn)定的大氣有利于污染物的擴(kuò)散。中性大氣介于穩(wěn)定和不穩(wěn)定之間。大氣穩(wěn)定度的判據(jù)大氣穩(wěn)定度的判據(jù)主要有溫度直減率、理查森數(shù)等。溫度直減率是指溫度隨高度降低的速率。理查森數(shù)是表征大氣穩(wěn)定度的無量綱參數(shù)。根據(jù)這些判據(jù)，可以判斷大氣的穩(wěn)定程度。大氣擴(kuò)散理論基礎(chǔ)分子擴(kuò)散由于分子熱運(yùn)動(dòng)引起的擴(kuò)散，擴(kuò)散速度慢，影響范圍小。湍流擴(kuò)散由于大氣湍流運(yùn)動(dòng)引起的擴(kuò)散，擴(kuò)散速度快，影響范圍大，是大氣擴(kuò)散的主要形式。擴(kuò)散參數(shù)擴(kuò)散參數(shù)是描述大氣擴(kuò)散能力的指標(biāo)，包括擴(kuò)散系數(shù)、擴(kuò)散距離等。擴(kuò)散參數(shù)受到大氣穩(wěn)定度、風(fēng)速、地形等因素的影響。高斯煙羽模式假設(shè)污染物濃度呈高斯分布，擴(kuò)散過程是穩(wěn)定的。公式描述污染物濃度隨距離、高度、橫向距離的變化。應(yīng)用預(yù)測(cè)污染物擴(kuò)散范圍和濃度，評(píng)估污染源的影響。大氣污染氣象條件分析1不利氣象條件靜穩(wěn)天氣、逆溫、弱風(fēng)等不利于污染物擴(kuò)散，易導(dǎo)致大氣污染。2有利氣象條件強(qiáng)風(fēng)、降水等有利于污染物擴(kuò)散和清除，可減輕大氣污染。3氣象預(yù)報(bào)氣象預(yù)報(bào)可為大氣污染防治提供參考，提前預(yù)警不利氣象條件。逆溫現(xiàn)象及其影響定義氣溫隨高度升高而升高，與正常情況相反，導(dǎo)致大氣穩(wěn)定度增加，污染物不易擴(kuò)散。類型輻射逆溫、下沉逆溫、鋒面逆溫等，不同類型的逆溫成因和影響不同。影響污染物濃度升高，能見度降低，危害人體健康，影響交通安全。風(fēng)場(chǎng)對(duì)污染物擴(kuò)散的影響1風(fēng)速風(fēng)速越大，污染物擴(kuò)散越快。2風(fēng)向風(fēng)向決定污染物擴(kuò)散的方向。3風(fēng)切變風(fēng)切變影響污染物擴(kuò)散的范圍和形態(tài)。降水對(duì)污染物清除的作用1濕沉降降水將大氣中的污染物帶到地面，降低大氣污染物濃度。2雨洗效應(yīng)降水沖刷地面和植被表面的污染物，減少二次揚(yáng)塵。3影響因素降水強(qiáng)度、降水類型、污染物性質(zhì)等影響降水對(duì)污染物清除的作用。城市氣候特征熱島效應(yīng)城市氣溫高于郊區(qū)，形成城市熱島。風(fēng)場(chǎng)改變建筑物改變風(fēng)向風(fēng)速，影響污染物擴(kuò)散。降水增加城市氣溶膠增加，降水概率略微上升。城市熱島效應(yīng)成因人為熱源排放、地表覆蓋改變、大氣污染物增加等。影響能源消耗增加、空氣質(zhì)量下降、人體健康受損等。緩解措施增加綠地面積、使用反射率高的建筑材料、減少人為熱源排放等。城市風(fēng)場(chǎng)特征1峽谷風(fēng)2繞流3渦旋城市建筑物改變了風(fēng)的流動(dòng)方向和速度，形成復(fù)雜的城市風(fēng)場(chǎng)。峽谷風(fēng)是指在城市街道中形成的風(fēng)，繞流是指風(fēng)繞過建筑物形成的流動(dòng)，渦旋是指在建筑物背風(fēng)面形成的旋轉(zhuǎn)氣流。城市風(fēng)場(chǎng)對(duì)污染物的擴(kuò)散和人體舒適度有重要影響。城市降水特征降水強(qiáng)度城市氣溶膠增加，凝結(jié)核增多，降水強(qiáng)度略有增加。降水頻率城市熱島效應(yīng)導(dǎo)致上升氣流增強(qiáng)，降水頻率略有增加。降水類型城市降水類型與郊區(qū)相似，但暴雨發(fā)生概率更高。城市空氣污染狀況酸雨形成機(jī)制污染物排放1化學(xué)轉(zhuǎn)化2降水3酸雨的形成是大氣污染物排放、化學(xué)轉(zhuǎn)化和降水共同作用的結(jié)果。硫氧化物和氮氧化物等污染物排放到大氣中，經(jīng)過復(fù)雜的化學(xué)轉(zhuǎn)化，形成硫酸和硝酸等酸性物質(zhì)，隨降水降落到地面，形成酸雨。酸雨對(duì)生態(tài)環(huán)境和人類健康有嚴(yán)重危害。酸雨危害與防治1危害土壤酸化、水體酸化、森林破壞、建筑物腐蝕等。2防治減少污染物排放、使用清潔能源、提高能源效率等。光化學(xué)煙霧形成機(jī)制污染物排放氮氧化物和揮發(fā)性有機(jī)物等污染物排放到大氣中。光化學(xué)反應(yīng)在太陽紫外輻射的作用下，發(fā)生復(fù)雜的光化學(xué)反應(yīng)。生成光化學(xué)煙霧生成臭氧、過氧乙酰硝酸酯等二次污染物，形成光化學(xué)煙霧。光化學(xué)煙霧危害與防治1危害刺激眼睛、損害呼吸系統(tǒng)、破壞植被等。2防治減少氮氧化物和揮發(fā)性有機(jī)物排放、控制機(jī)動(dòng)車尾氣、發(fā)展清潔能源等。氣溶膠的類型與來源類型自然氣溶膠（海鹽、火山灰、沙塵等）和人為氣溶膠（硫酸鹽、硝酸鹽、有機(jī)物等）。來源自然源（海洋、火山、沙漠等）和人為源（工業(yè)、交通、農(nóng)業(yè)等）。粒徑氣溶膠粒徑范圍廣，從幾納米到幾十微米不等。氣溶膠對(duì)氣候的影響1直接效應(yīng)吸收和散射太陽輻射，改變地球輻射平衡。2間接效應(yīng)影響云的形成和降水，改變?cè)频妮椛涮匦浴?半直接效應(yīng)影響大氣穩(wěn)定度，改變?cè)频纳芷凇Ｉ餁馊苣z及其影響1定義含有微生物、花粉、孢子等生物成分的氣溶膠。2來源植物、土壤、水體、動(dòng)物等。3影響傳播疾病、引起過敏、影響云的形成和降水等。區(qū)域氣候變化特征升溫不同地區(qū)升溫幅度不同，高緯度地區(qū)升溫更明顯。降水不同地區(qū)降水變化趨勢(shì)不同，部分地區(qū)降水增加，部分地區(qū)降水減少。極端天氣極端天氣事件（高溫、干旱、洪澇等）頻率和強(qiáng)度增加。全球氣候變化影響評(píng)估水資源水資源短缺、洪澇災(zāi)害、水質(zhì)下降等。農(nóng)業(yè)作物產(chǎn)量下降、病蟲害增加、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不穩(wěn)定等。生態(tài)系統(tǒng)物種滅絕、生態(tài)系統(tǒng)退化、生物多樣性減少等。人類健康熱浪、傳染病、呼吸系統(tǒng)疾病等。氣候變化的適應(yīng)與減緩措施1減緩減少溫室氣體排放、發(fā)展清潔能源、提高能源效率等。2適應(yīng)提高水資源利用效率、發(fā)展耐旱作物、加強(qiáng)生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)等。極端天氣氣候事件高溫?zé)崂烁珊岛闈硰?qiáng)臺(tái)風(fēng)厄爾尼諾現(xiàn)象定義1影響2成因3拉尼娜現(xiàn)象1定義2影響3成因氣候變化對(duì)水資源的影響水資源短缺洪澇水質(zhì)下降氣候變化對(duì)農(nóng)業(yè)的影響1產(chǎn)量下降2病蟲害3不穩(wěn)定氣候變化對(duì)人體健康的影響1熱浪2傳染病3呼吸系統(tǒng)空氣污染及其來源工業(yè)交通農(nóng)業(yè)常見大氣污染物顆粒物二氧化硫氮氧化物臭氧大氣污染物的輸送與轉(zhuǎn)化1擴(kuò)散2沉降3轉(zhuǎn)化室內(nèi)空氣污染來源建筑材料、家具、油漆、清潔劑、香煙等。污染物甲醛、苯、氨、總揮發(fā)性有機(jī)物等。危害頭痛、惡心、過敏、呼吸道疾病等。室內(nèi)污染物來源與種類1建筑材料2家具3生活用品室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)1污染物濃度限值2檢測(cè)方法3評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)室內(nèi)空氣污染控制措施通風(fēng)凈化器綠色植物環(huán)境氣象觀測(cè)方法地面觀測(cè)高空觀測(cè)遙感觀測(cè)氣象數(shù)據(jù)的獲取與處理1數(shù)據(jù)獲取2數(shù)據(jù)清洗3數(shù)據(jù)分析氣象信息在環(huán)境管理中的應(yīng)用大氣污染預(yù)報(bào)氣候變化評(píng)估生態(tài)環(huán)境保護(hù)環(huán)境氣象模型簡(jiǎn)介1高斯模式2拉格朗日模式3歐拉模式數(shù)值預(yù)報(bào)模式在環(huán)境領(lǐng)域的應(yīng)用1大氣污染擴(kuò)散模擬2氣候變化情景預(yù)測(cè)3生態(tài)系統(tǒng)模擬環(huán)境氣象學(xué)發(fā)展趨勢(shì)展望精細(xì)化