大氣污染氣象學

第三章大氣污染氣象學教學內(nèi)容:大氣圈結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)、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(zhuǎn)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)對流層（～10km左右）集中了大氣質(zhì)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(zhuǎn)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(zhì)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(nèi)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(guān)，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(guān)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(guān)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(zhì)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(guān)，而和絕對濕度卻無直接關(guān)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(jié)成水。含濕量——濕空氣中1kg干空氣包含的水汽質(zhì)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．風向和風速氣象上把風吹來的方向確定為風的方向。南風、偏北風、風向不定。風向的測量單位，我們用方位來表示。如陸地上，一般用16個方位表示，海上多用36個方位表示；在高空則用角度表示。用角度表示風向，是把圓周分成360度，北風(N)是0度(即360度)，東風(E)是90度，南風(S)是180度，西風(W)是270度，其余的風向都可以由此計算出來。風速是指單位時間內(nèi)空氣在水平方向上運動的距離

，m/s或km/h。13個等級。

主要氣象要素5．云大氣中水汽的凝結(jié)現(xiàn)象叫做云（使氣溫隨高度變化?。?/p>

云量:天空被云遮蔽的成數(shù)（我國10分，國外8分）估計云量的地點必須能見全部天空。

云量觀測包括總云量和低云量?？傇屏渴侵赣^測時天空被所有的云遮蔽的總成數(shù)，低云量是指天空被低云所遮蔽的成數(shù)，均記整數(shù)。

一、總云量的觀測

全天無云，總云量記0；天空完全為云所遮蔽，記10；天空完全為云所遮蔽，但只要從云隙中可見青天，則記10-；云占全天十分之一，總云量記1；云占全天十分之二，總云量記2，其余依次類推。

二、低云量的觀測

觀測低云量的方法與總云量同。云高:云底距地面的高度低云（2500m以下）；中云（2500～5000m）；高云（5000m以上）。

云狀:卷云（線）,積云（塊）,層云（面),雨層云(無定形）

主要氣象要素6．能見度正常視力的人，在天空背景下能看清的目標物的最大水平距離。

級別（0~9級，相應距離為50～50000米）

第二節(jié)大氣的熱力過程一、太陽、大氣和地面的熱交換太陽以紫外線、可見光、紅外線的形式輻射熱量太陽輻射加熱地球表面地面長波輻射加熱大氣(76%-95%)太陽短波輻射加熱地球表面，然后是地面長波輻射加熱大氣，所以近地層大氣溫度隨地表溫度變化太陽輻射能是地球大氣最重要的能量來源；太陽輻射穿過大氣層到達地面；太陽輻射能被地面吸收而使地面增溫；地面輻射同時又以長波輻射的形式把熱量傳遞給大氣；所以地面是近地面大氣主要的直接熱源。二、氣溫的垂直變化1、大氣的絕熱過程與泊松方程氣溫直減率（大氣）干空氣絕熱繪制溫度遞減率——干絕熱直減率

（空氣團）一般滿足，大氣絕熱過程，系統(tǒng)與周圍環(huán)境無熱交換

空氣塊膨脹（做功）耗內(nèi)能T定性空氣塊壓縮（外氣對它做功）T內(nèi)能（由壓力變化引起）氣溫直減率定量：熱力學第一定律

其中

氣溫直減率氣溫直減率代入上式得：實際中，Ti、T相差<10K，則氣溫的垂直分布（溫度層結(jié)）

氣溫的垂直分布－溫度層結(jié)

三、大氣艙穩(wěn)定度及玻其判據(jù)定義：傘大氣在柄垂直方票向上穩(wěn)羊定的程劇度；反餐映其是否容易址對流定性描述誼：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)定參條件下涂有利于巾擴散三、大貢氣穩(wěn)定搖度及其該判據(jù)定量判寺斷：則有判據(jù)：大氣穩(wěn)定圓度及其判雀據(jù)四、逆溫逆溫不且利于擴翼散，容所易造成責大氣污仿染輻射：輻噴射逆溫、采下沉逆溫具、平流逆度溫、鋒面勢逆溫及湍姑流逆溫輻射逆皮溫：由滴于地面起強烈輻仿射冷卻漏而形成的的逆溫如，地面戴白天加衫熱，大前氣自下痛而上變?yōu)跖?；地腥面夜間到變冷，賓大氣自氧下而上抱冷卻。四、逆為溫下沉逆棄溫：由澡于下沉婦所受到逢的壓縮旗增溫而您形成的篇逆溫。巴（多在幕高空大器氣中，劃高壓控起制區(qū)內(nèi)肆）很厚的氣逐層下沉判壓縮變扁萄頂部增亦溫比底部巧多。四、逆醬溫平流逆誓溫：暖空氣平眾流到冷地績面上而形訪成的逆溫逃為平流逆奴溫，由于息低層空氣漁受地面影陵響大，降航溫多，上診層空氣降戚溫少而形演成。湍流逆幅溫：鋒面逆溫尸：冷暖空能氣相遇佛，暖空史氣上爬蔑，形成椒的逆溫答區(qū)。煙流型騰與大氣擾穩(wěn)定度劉的關(guān)系波浪型（筋不穩(wěn)）γ〉γ攻d錐型（鼻中性or弱穩(wěn)）扇型（逆橡溫）爬升型（敬下穩(wěn)，上糟不穩(wěn)）漫煙型謊（上逆戰(zhàn)、下不驚穩(wěn)）第三節(jié)某大氣救的運動挑和風一、引嶄起大氣氏運動的宿作用力直接作用力

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(zhuǎn)偏向力（相對運動：方向改變）慣性離心力（大氣曲線運動：很?。┠Σ亮Γń?～2km內(nèi)明顯）

二、近地疼層中風速器擴線模式1、對財數(shù)律風逗速廓線敘模式2、指數(shù)求律風速廓體線模式三、地彎方性風姻場1．海陸風2．山谷獅風3．撒城市熱倒島環(huán)流課后思考世與復習1、大視氣圈垂績直結(jié)構(gòu)歇是如何禁劃分的棉，各層洲的氣體偵密度和展垂直氣獸溫變化抽率各有近何特點??？2、以污涌染源類型旬、排放污只染物的種港類以及污看染物在大伏氣中的遷莖移轉(zhuǎn)化行潤為等為主稠要因素，菠論述對流墊層和平流密層的大氣盯污染的特脈點。3、主要蝕的氣象要瀉素有哪些案，其中對徑大氣污染槐狀況影響料較大？4、造軟成低層嚴大氣增喬熱和冷次卻的主府要原因勤是什么瞞，大氣飼中有哪壓些氣體惠組分對迎大氣增傍熱和冷足卻的影抖響最大武。5、解納釋絕熱埋過程，冊干絕熱步直減率辱，干絕襯熱直減伏率的值屋？6、解釋引大氣穩(wěn)定蒜度，如何家判定大氣個穩(wěn)定度和標穩(wěn)定度對致擴散的影燙響？7、大略氣中典搭型的煙渴流形狀蟻及對大界氣污染近物的影允響？謝謝觀看/歡迎下載BY溫FAI緊