大氣污染氣象課件

1、 并不是說只要有污染物排入大氣，就會(huì)出現(xiàn)空氣污染事故，因?yàn)榇髿獯嬖谧詢糇饔?，包括：空氣本身的稀釋和分散作用（最重要的）降雨洗刷作用、重力沉降作用、吸附作用、化學(xué)反應(yīng)作用等等；這就要考慮氣象條件。第1頁，共36頁。第14章 大氣污染氣象學(xué)14.1 地球大氣圈的結(jié)構(gòu)14.2 影響空氣污染的氣象因素14.3 空氣污染對(duì)氣候的影響 思考題與習(xí)題 第2頁，共36頁。1.地球的大氣圈 我們把隨地球引力而旋轉(zhuǎn)的大氣層稱為大氣圈。在地球場(chǎng)內(nèi)受引力而旋轉(zhuǎn)的氣層。在一般情況下，可以將地球表面到100014000km的氣層作為大氣圈。地球大氣圈的總質(zhì)量估計(jì)為 t。 大氣圈中的空氣分布是不均勻的。海平面上的空氣稠密。

2、在近地層的大氣層里，氣體的密度隨高度上升而迅速變稀，但是在4001400km的大氣層里，空氣是漸漸變稀薄的。第3頁，共36頁。14.1 地球大氣圈的結(jié)構(gòu)大氣圈:隨著地球旋轉(zhuǎn)的大氣層。（高度可達(dá)10000km ）一、大氣的結(jié)構(gòu)（一）大氣圈空氣密度分布特點(diǎn)：海平面處空氣密度最大，隨高度的增加，空氣密度逐漸變小。第4頁，共36頁。（二）、大氣圈結(jié)構(gòu)大氣在垂直方向上的溫度、組成、物理性質(zhì)上存在差異，分為5個(gè)大氣層：第5頁，共36頁。對(duì)流層平流層中間層熱層（電離層）1050801100高度(km)200250300溫度 （K）返回目錄第6頁，共36頁。對(duì)流層是對(duì)人類生產(chǎn)、生活影響最大的一個(gè)層人類活動(dòng)排放

3、的污染物主要在對(duì)流層中聚集，大氣污染現(xiàn)象也主要發(fā)生在這一層溫度隨高度增加而降低，6/1km集中了占大氣質(zhì)量80%的空氣和幾乎全部的水蒸氣量空氣具有劇烈的對(duì)流運(yùn)動(dòng) 云、霧、雨、雪等對(duì)流層（troposphere）：第7頁，共36頁。污染物一旦進(jìn)入平流層，滯留時(shí)間可長(zhǎng)達(dá)數(shù)十年， 易造成大范圍以至全球性的影響高度大約至50-55km處；溫度隨高度升高而升高；15-35km處有一層臭氧層；平流運(yùn)動(dòng)占顯著優(yōu)勢(shì)平流層作用（1）能大量吸收波長(zhǎng)小于300nm的紫外線；（2）對(duì)地球起保溫作用特點(diǎn)：平流層（stratosphere）：第8頁，共36頁。高度大約至85km處；氣溫隨高度的增加而迅速降低；空氣稀薄，有

4、強(qiáng)烈的垂直對(duì)流運(yùn)動(dòng)中 間 層第9頁，共36頁。暖層（thermosphere） （電離層ionosphere ）氣溫隨高度的增加而增加電離層的作用電離層能反射地面發(fā)射的電磁波特點(diǎn)第10頁，共36頁。特點(diǎn)：大氣極為稀薄，氣溫高，分子運(yùn)動(dòng)速度快散逸層（外逸層）第11頁，共36頁。14.2 影響空氣污染的氣象因素 實(shí)踐證明，風(fēng)向與風(fēng)速、大氣的穩(wěn)定度、降水情況和霧，是影響空氣污染的重要?dú)庀笠蛩亍?. 風(fēng)的影響2. 大氣的穩(wěn)定性3. 降水的影響4. 霧的影響5. 空氣污染“事故日”與污染指數(shù)返回目錄第12頁，共36頁。1. 風(fēng)的影響包括風(fēng)向和風(fēng)速大小兩個(gè)方面。 風(fēng)向影響著污染物的擴(kuò)散方向； 風(fēng)速?zèng)Q定污染

5、物的擴(kuò)散和稀釋狀況。 為了表示風(fēng)向、風(fēng)速對(duì)空氣污染物的擴(kuò)散的影響，可以采用風(fēng)向頻率玫瑰圖和污染系數(shù)玫瑰圖。 風(fēng)向頻率是指某方向的風(fēng)占全年各風(fēng)向總和的百分率； 風(fēng)對(duì)空氣污染的影響第13頁，共36頁。污染系數(shù)表示風(fēng)向、風(fēng)速聯(lián)合作用對(duì)空氣污染物擴(kuò)散的影響。第14頁，共36頁。2. 大氣的穩(wěn)定性1). 大氣的降溫率與大氣穩(wěn)定性的關(guān)系 在地球表面的上方，大氣溫度隨高度變化的速率是氣象變化的一個(gè)重要因素，它直接影響空氣的垂直混合狀況。 將大氣溫度沿垂直方向隨高度變化的速率稱為垂直降溫率 式中：r垂直降溫率；T溫度；h離地面高度 垂直絕熱降溫率就是空氣在絕熱條件下上升時(shí)，由于上升氣塊所受壓力降低而膨脹，消耗

6、了內(nèi)能，使氣塊溫度隨之下降的速率。 由于干空氣可近似看作理想氣體，可得：P大氣壓力；h高度；空氣密度；g重力加速度第15頁，共36頁。再由熱力學(xué)公式得：M空氣的相對(duì)分子質(zhì)量；C 空氣的摩爾定壓熱容求得 rd 0.98/100m 1/100m即當(dāng)空氣絕熱上升時(shí)，離開地面每升高100m，氣溫下降1rd 稱為空氣的絕熱降溫率。r1/100m，是超絕熱降溫率；大氣不穩(wěn)定，有利于空氣 污染物擴(kuò)散開來。r0，或垂直降溫率r0，則該空氣層便成為逆溫層（inversion layer）。此時(shí)上層空氣密度低，下層空氣密度高，空氣在垂直方向上不存在任何運(yùn)動(dòng)，氣層異常穩(wěn)定，以致常常發(fā)生空氣污染事故。逆溫層（inve

7、rsion layer）逆溫高度：逆溫層所在的高度逆溫層厚度：開始出現(xiàn)逆溫至逆溫消失的高度范圍逆溫強(qiáng)度：逆溫層內(nèi)的最大溫度差第19頁，共36頁。不同降溫率對(duì)煙囪的排煙型式影響很大 超絕熱降溫時(shí)，大氣不穩(wěn)定，出現(xiàn)波浪型排煙，它能使污染物隨風(fēng)速擴(kuò)散。不穩(wěn)定層結(jié)時(shí)波浪型煙流T絕熱H高度溫度第20頁，共36頁。 逆溫時(shí)，由于大氣穩(wěn)定，形成平展型排煙，它嚴(yán)重地妨礙空中污染物的垂直運(yùn)動(dòng)，只能朝水平方向擴(kuò)散。穩(wěn)定層結(jié)時(shí)平展型排煙H絕熱T高度溫度第21頁，共36頁。 當(dāng)大氣的上層為逆溫，下層為超絕熱降溫時(shí)，即上層穩(wěn)定，下層不穩(wěn)定時(shí)，形成熏煙型（fumigation）排煙，空氣中污染物被熏煙帶回地面，使污染更為

8、嚴(yán)重。H溫度上下部的熏煙型排煙T高度第22頁，共36頁。B.引起逆溫的原因下降逆溫（subsidence inversion） 輻射逆溫（radiation inversion） 海岸逆溫（coastal inversion） 地形逆溫（geographical inversion）2).產(chǎn)生逆溫的原因第23頁，共36頁。 下降逆溫：當(dāng)上層空氣下沉?xí)r，落入高壓氣團(tuán)中，因受壓而變熱，使氣溫高于下層空氣。 高壓區(qū)的氣候良好，溫暖干燥，可惜有時(shí)會(huì)產(chǎn)生下降逆溫，造成地區(qū)性空氣污染。A.哈德黎環(huán)流與下降逆溫（subsidence inversion）第24頁，共36頁。輻射逆溫（radiation in

9、version）第25頁，共36頁。海岸逆溫（coastal inversion）白天：海風(fēng)夜晚：陸風(fēng)第26頁，共36頁。地形逆溫（geographical inversion）第27頁，共36頁。3. 降水的影響 各種形式的降水，特別是降雨，能有效地吸收、淋洗空氣中的各種污染物。所以大雨之后空氣格外新鮮，就是這個(gè)道理。第28頁，共36頁。4. 霧的影響 霧像一頂蓋子，它會(huì)使空氣污染狀況加劇。第29頁，共36頁。5. 空氣污染“事故日”與污染指數(shù) “事故日”地多少可以表示大氣污染的可能性。 經(jīng)驗(yàn)證明，發(fā)生事故日的條件大致是：持續(xù)2天混合高度小于1500m，風(fēng)速小于4m/s和無大雨。 由事故日等

10、值線圖，可看出事故日最多的地區(qū)，只應(yīng)作農(nóng)業(yè)區(qū)，而事故日少的地區(qū)可作工業(yè)區(qū)。 污染指數(shù)：概括風(fēng)、大氣穩(wěn)定性、降水及混合層高度等氣象因素影響污染物擴(kuò)散的共同作用。 Id表示d方向上的污染指數(shù)，值越大說明污染越重。 一般認(rèn)為， Id 0.8時(shí)，為清潔型大氣。 附：Id 的計(jì)算第30頁，共36頁。污染指數(shù)計(jì)算：Idd方向上的污染指數(shù)s大氣的穩(wěn)定性p降水v風(fēng)速h混合高度 s、p、v、h在計(jì)算時(shí)均按實(shí)際氣象資料的數(shù)值轉(zhuǎn)換成無量綱的相對(duì)值，故Id也是一個(gè)無量綱的數(shù)。第31頁，共36頁。14.3 空氣污染對(duì)氣候的影響1. 地球氣候的變化 最嚴(yán)重的空氣污染是由燃燒產(chǎn)生的，如硫氧化物、氮氧化物、碳?xì)浠衔锖鸵谎趸?/p>

11、碳。即便最潔凈的燃料也會(huì)產(chǎn)生二氧化碳，大量的二氧化碳破壞了自然界二氧化碳的平衡，使大氣中二氧化碳的濃度逐年增加，以致可能引起溫室效應(yīng)，使地球的氣溫上升。第32頁，共36頁。2. 城市對(duì)氣候的影響 城市影響氣候是多方面的：建筑物高低不一，會(huì)使風(fēng)速降低；空氣污染物多，增多水汽凝聚的核心，會(huì)使霧和雨增多；人為的燃燒會(huì)使氣溫上升等等。 城市還有所謂的熱島效應(yīng)（heat island effect），即把城市區(qū)域看成是一個(gè)溫?zé)岬膷u嶼，其溫度比周圍高0.52，濕度低28，地表輻射少1520，風(fēng)速小2030。第33頁，共36頁。3. 超音速運(yùn)輸機(jī)與環(huán)境超音速運(yùn)輸機(jī)的危害： （1）在1520km高度飛行，即在平流層中；而平流層是逆溫層，空氣穩(wěn)定，飛機(jī)排出的污染物終年不散 （2）臭氧層受破壞，致使皮癌增多 （3）微粒與水增多，增加了氣層的反射率，危機(jī)全球氣候 （4）飛行速度大，使機(jī)場(chǎng)和整個(gè)航程噪聲污染嚴(yán)重 （5）燃料耗費(fèi)太多第34頁，共36頁。本章總結(jié) 討論空氣污染問題時(shí)，考慮氣象條件的變化十分重要。 本章除介紹地球大氣圈的構(gòu)造以及風(fēng)、雨和霧對(duì)空氣污染的影響外，著重討論了污染物在空氣中垂直混合所需要的大氣條件，探討了引起逆溫