第三章大气污染气象学.ppt
第三章 大气污染气象学,1.大气圈结构及气象要素 2.大气的热力过程 3.大气的运动和风,第一节 大气圈结构 及气象要素,一、大气圈垂直结构,自然地理学将受地心引力而随地球旋转的大气层称为大气圈，具体地，大气圈指地面到大约1400km高度处的大气层。,大气圈垂直结构,对流层（10km左右） 集中了大气质量的3/4和全部的水蒸气，主要天气现象都发生在这一层 温度随高度的增加而降低，每升高100m平均降温0.65 强烈对流作用，大气污染也主要发生在这一层，特别是在靠近地面1-2Km的近地层更易造成污染。 温度和湿度等各气象要素水平分布不均,大气圈垂直结构,平流层（对流层顶5055km） 同温层对流层顶到30km左右，气温-55左右 同温层以上，气温随高度增加而增加，亦称逆温层。 集中了大部分臭氧。 没有对流运动，污染物停留时间很长。 大气很干燥，没有云、雨等现象，是飞机理想的飞行区域。 中间层（平流层顶85km） 气温随高度升高而迅速降低 对流运动强烈，垂直混合明显。,大气圈垂直结构,暖层（中间层顶800km） 气温随高度升高而增高 气体分子高度电离电离层。发电报是靠这层反射回来。 散逸层（暖层以上） 气温很高，空气稀薄。星际空间内每m3空间有数十个离子存在。 空气粒子可以摆脱地球引力而散逸 研究重点：对流层，平流层 大气压力总是随高度的升高而降低。 气体静力学方程：P=-gZ 均质大气层8085km以下，成分基本不变,主要气象要素,1气温 表示大气温度高低的物理量。反映一定条件下空气分子平均动能大小。通常指距地面 1.5m高处百叶箱中的空气温度。 2气压大气的压强 单位：1Pa=1N/m2，mb毫巴 1mb=100Pa=1hPa 1atm101325Pa1013.25mb=760mmHg,主要气象要素,3气湿 气湿是大气中水汽含量的物理量，可以用水蒸气分压或单位湿空气水蒸气含量表示。 表示气湿的物理量主要有：绝对湿度、相对湿度、含湿量、水气体积分数和露点。,主要气象要素,4风向和风速 水平方向的空气运动叫做风（垂直方向升降气流） 风的来向叫风向（16个方位圆周等分） 风速：单位时间内空气在水平方向上运动距离（一定时间如2或10min的平均值） (km/h) F风力级（012级）,主要气象要素,5云 云是飘浮在空中的水汽凝结物，由大量小水滴或小冰晶或两者混合物组成。云高和云量对污染物扩散具有重要意义。 云量:天空被云遮蔽的成数（我国10分，国外8分） 云高:云底距地面底高度 低云（2500m以下） 中云（25005000m） 高云（5000m以上）,云,高云（5000m以上）,中云（2500-5000m）,低云（2500米以下）,主要气象要素,6能见度 正常视力的人，在天空背景下能看清的水平距离 级别（09级，相应距离为5050000米）,第二节 大气的热力过程,一、太阳、大气和地面的热交换 【太阳】 地球上所有的能量最终都来自于太阳。太阳表面温度达6000K,不断向外辐射能量。太阳辐射线主要有：紫外线、可见光和红外线，波长在0.154m之间的射线辐射能占全部太阳能量的99以上。 【地球】 地球表面的陆地、海洋、植物等直接吸收太阳辐射的能力很强，太阳辐射到地球上的能量约有21%直接被地面吸收。 同时，地球表面可以按自身温度向外辐射。地球辐射以低温长波辐射为主，波长集中在3120m之间。,【大气】 虽然太阳辐射很强，但直接被地面接受的却不多，这是因为大部分太阳辐射被地球表面的大气层吸收、散射和反射 。 大气还能吸收地面长波辐射。其中水汽、二氧化碳等吸收长波辐射能力较强，水滴、臭氧和颗粒物也能选择吸收一些长波辐射。最终约有7590的地面长波辐射被大气吸收。 大气吸收太阳辐射和地面辐射的同时，也能向上或向下辐射。大气向下辐射称为逆辐射，以长波辐射为主，这是地面的主要加热方式。,二、气温的垂直变化,气体静力学方程：,表示干空气在作干绝热上升（或下降）运动时，每升高（或下降）100m，温度降低（或升高）约1。,2、干绝热直减率d,干气团绝热上升或下降单位高度(通常100m)的温度变化量称为干绝热直减率，用d表示，单位K/100m。,气温直减率,3、位温（） 位温：把各层中的气块由最初的压力P循着干绝热的程序订正到一个标准压力1000hPa时所具有的温度。 任何一气块的位温是不变的（干绝热情况）；而非绝热情况下，位温是变化的。位温比气温更能代表气块的热力学性质。,气温的垂直分布（温度层结）,气温的垂直分布温度层结,气温直减率 （大气）,d,（递减层结）,大气稳定度及其判据,定义：大气在垂直方向上稳定的程度；反映其是否容易发生对流 定性描述：,不稳定条件下有利于扩散,大气稳定度及其判据,定量判断,准静力条件：P=Pi,假设,则有,用层结曲线（大气温度随高度变化曲线）和状态曲线（即上升空气块的温度随高度的变化曲线）的分布来判断大气稳定度。,逆温,定义：逆温是大气温度随高度增加而升高的现象， 逆温层结是强稳定的大气层结，不利于污染物的扩散。,辐射逆温： 在晴朗无云或少云、风力不大的夜晚，地面辐射冷却很快，贴近地面的大气温度下降最多，而高层大气冷却慢，造成温度自下而上的增加，称为辐射逆温。 辐射逆温层的产生是有规律的，一般只在夜间形成，早晨随着太阳不断加热地表，地面温度上升，逆温自下而上逐渐消失，一般在上午完全消失。,逆温,辐射逆温的生消过程,下午,日落前1h,夜间,日出,上午10h,逆温,2.下沉逆温 由于空气下沉受到压缩而增温所形成的逆温（多在高空大气中，高压控制区内）,逆温,3.平流逆温 暖空气平流到冷地面上而下部降温而形成（温差越大，逆温越强）,逆温,5.锋面逆温,烟流形状与大气稳定度的关系,波浪型（不稳） 锥型（中性or弱稳） 扇型（逆温） 爬升型（下稳，上不稳） 漫烟型（上逆、下不稳）,第三节 大气的运动和风,引起大气运动的作用力,近地层风速廓线模式,平均风速随高度变化 中性层结：对数律，粗糙度和摩擦速度,风速随高度变化的曲线叫风速廓线，其数学表达式叫风速廓线模式。,近地层风速廓线模式,平均风速随高度变化 非中性层结： 指数律，稳定度参数,地方性风场,1海陆风,地方性风场,2山谷风,地方性风场,3城市热岛环流,
