第三章+大气污染气象学

1、1 2 3 4 烟气量烟气量 mol 4（H2O+SO2） 50 0 285 CO2 130 H2O 21（CO2+H2O） 524N2 5 理论需氧量理论需氧量 3-2+142.5+65+14=222.5 mol/kmol 煤气煤气=0.2225 m3/m3煤气煤气 实际需要干空气量实际需要干空气量 222.5*（1+3.78）*1.2=1276.3 mol/kmol 煤气煤气=1.276 m3/m3煤气煤气 转化为湿空气转化为湿空气 1.276/（1-0.01493）=1.296 m3/m3煤气煤气 燃烧后产生的烟气量燃烧后产生的烟气量 （4+50+285+130+21+524）/1000

2、+1.296-0.2225=2.087 m3/m3煤气煤气 6 7 8 教学内容教学内容 1 大气圈结构及气象要素大气圈结构及气象要素 2 大气的热力过程大气的热力过程 3 大气的运动和风大气的运动和风 9 1. 教学要求教学要求 n要求了解与大气污染相关的气象学基本知识，要求了解与大气污染相关的气象学基本知识， n理解和掌握大气圈的结构、主要气象要素、大理解和掌握大气圈的结构、主要气象要素、大 气稳定度和逆温的概念。气稳定度和逆温的概念。 2. 教学重点教学重点 n掌握大气层结构及大气的热力过程。掌握大气层结构及大气的热力过程。 3. 教学难点教学难点 n大气的热力过程、大气稳定度和逆温大气

3、的热力过程、大气稳定度和逆温。 建议学时数：建议学时数：2-4学时学时 10 11 大气科学大气科学 大气物理、化学大气物理、化学 大气气象学大气气象学 污染气象学污染气象学 气象条件对污物的稀释、扩散作用气象条件对污物的稀释、扩散作用 污染物对气象的影响污染物对气象的影响 12 13 环境意识环境意识 控制排放控制排放排放源排放源 大气大气 过程过程 立法活动立法活动 监测器监测器 接受体接受体 响应响应 控制与调节控制与调节 人与其他人与其他 生物体生物体 响应响应 控制与调节控制与调节 大气污染系统与途径大气污染系统与途径 14 一一、大气圈垂直结构大气圈垂直结构 指的是气象要素指的是气

4、象要素 的垂直分布情况，如的垂直分布情况，如 气温、气压、大气密气温、气压、大气密 度和大气成分的垂直度和大气成分的垂直 分布等分布等 15 16 臭氧 吸收 300 平流层顶 （+ ） （- ） 平流层 对流层 对流层顶 散逸层 （+ ） （- ） （+ ） 热成层 电离层 中间层 中间层顶 200250 绝对温度（K ） 500 3000 70 80 50 60 20 40 90 300 400 200 100 0 10 30 高 度 （ km ） 高度（k m ） 越往上氧、氦等气体的原子态越多越往上氧、氦等气体的原子态越多 17 18 行星行星 边界边界 示意图示意图 19 20 21

5、 纬度纬度 气气 压压 m bar 22 气气 压压 m bar 纬度纬度 23 24 oo 5 (32) 9 CF o 273.15KC oo 9 32 5 FC oo 5 (32) 9 CF o 273.15KC oo 9 32 5 FC 25 g z P 1212 lnlnZZ RT g PP m 26 27 28 P4 P4 P4 P3 P3 P3 P2 P2 P2 P1 P1 P1 A B A B A B t1 t2 t1 t2 t1 t2 t1 = t2 t1 t2 t1 t2 a b c 29 3 02. 3Fu 30 31 32 33 34 35 二、主要气象要素二、主要气象要

6、素 7. 太阳高度角太阳高度角 太阳高度角为太阳光线与地平线间的夹角，是影响太阳辐太阳高度角为太阳光线与地平线间的夹角，是影响太阳辐 射强弱的最主要的因子之一。射强弱的最主要的因子之一。ho即太阳高度角，它随时间而变即太阳高度角，它随时间而变 化。化。 8. 降水降水 降水是指大气中降落至地面的液态或固态水的通称。如雨降水是指大气中降落至地面的液态或固态水的通称。如雨 、雪等。降水是清除大气污染物的重要机制之一。、雪等。降水是清除大气污染物的重要机制之一。 ho ho 太阳光线 地面 36 一、太阳、大气和地面的热交换一、太阳、大气和地面的热交换 1. 什么是辐射？什么是辐射？ 自然界中的一切

7、物体都以电磁波的形式时刻不停的向外传自然界中的一切物体都以电磁波的形式时刻不停的向外传 递能量，这种传递能量的方式称为辐射，以辐射的方式向递能量，这种传递能量的方式称为辐射，以辐射的方式向 四周输送的能量称辐射能，有时简称辐射。四周输送的能量称辐射能，有时简称辐射。 2. 大气对太阳辐射的减弱及影响因素大气对太阳辐射的减弱及影响因素 （1）吸收辐射）吸收辐射;（2）散射作用）散射作用;（3）反射）反射;（4）透过大气层）透过大气层. 3. 大气温度依地面温度的变化关系大气温度依地面温度的变化关系 地面温度（土壤温度）的日变化是周期性的，具有一最高地面温度（土壤温度）的日变化是周期性的，具有一最

8、高 值和最低值，在一天里地表温度最高值在值和最低值，在一天里地表温度最高值在13点左右，最低点左右，最低 温度在日出前后。温度在日出前后。 气温的年变化曲线与地表温度年变化曲线平行，但振幅较气温的年变化曲线与地表温度年变化曲线平行，但振幅较 小。小。 太阳以紫外线、可见光、红外线的形式辐射热量太阳以紫外线、可见光、红外线的形式辐射热量 太阳辐射加热地球表面太阳辐射加热地球表面 地面长波辐射加热大气地面长波辐射加热大气 近地层大气温度随地表温度变化近地层大气温度随地表温度变化 37 38 39 40 41 42 43 44 45 气温直减率气温直减率 （大气）（大气） 干空气绝热垂直温度递减率干

9、空气绝热垂直温度递减率 干绝热直减率干绝热直减率 （空气团）（空气团） 一般满足，大气绝热过程，系统与周围环境无热交换一般满足，大气绝热过程，系统与周围环境无热交换 空气块空气块膨胀（做功）膨胀（做功）耗内能耗内能 T 定性定性 空气块空气块压缩（外气对它做功）压缩（外气对它做功）T内能内能 （由压力变化引起）（由压力变化引起） T z d d d i T z 46 定量：定量： 热力学第一定律和理想气体状态方程热力学第一定律和理想气体状态方程 dQ=0 将气块升降前的状态（将气块升降前的状态（T0，P0）积分到气块升降后的状态（）积分到气块升降后的状态（T，P） dd1 d p TRpkp

10、TCpkp p dp dQ=c dT-RT p 泊松方程泊松方程 0.288 000 ()() p R CTPP TPP 泊松方程泊松方程 0.288 000 ()() p R CTPP TPP 47 由定义：由定义：（） d d 0.98K/100m d i p Tg zC 11 1004J kg K p C 由定义：由定义：（） d d 0.98K/100m d i p Tg zC 11 1004J kg K p C 0.288 10001000 ()() p R C TT PP 位温位温: :各高度均把压力换算为各高度均把压力换算为1000mb(10kPa)时的温度（绝热）时的温度（绝热

11、） 0.288 10001000 ()() p R C TT PP 位温位温: :各高度均把压力换算为各高度均把压力换算为1000mb(10kPa)时的温度（绝热）时的温度（绝热） 干绝热直减率干绝热直减率 通常取其值为通常取其值为1 48 气温的垂直分布温度层结气温的垂直分布温度层结 T z d ，正常分布层结正常分布层结 ，中性层结（绝热直减率）中性层结（绝热直减率） 0 ，等温层结等温层结 0 ，逆温层结逆温层结 T z ，正常分布层结正常分布层结 ，中性层结（绝热直减率）中性层结（绝热直减率） 0 ，等温层结等温层结 0, a0 不稳定不稳定 0, a0 稳定稳定 中性层中性层0，a=

12、0 中性中性 稳定层稳定层0 ， a0, a0 不稳定不稳定 0, a0 稳定稳定 中性层中性层0，a=0 中性中性 稳定层稳定层0 ， a0 逆温，非常稳定逆温，非常稳定 53 逆温不利于扩散逆温不利于扩散 辐射：辐射： 1. 辐射逆温：地面白天加热，大气自下而上变暖；辐射逆温：地面白天加热，大气自下而上变暖； 地面夜间变冷，大气自下而上冷却地面夜间变冷，大气自下而上冷却 太阳太阳 地球地球 ：短波：短波 地球地球 大气层：长波大气层：长波 大气吸收长波强大气吸收长波强 54 下午下午 日落前日落前 黎明前黎明前 日出后日出后 上午上午10点点 55 56 d d 57 5. 锋面逆温锋面逆温 58 59 60 Ekman（爱克曼（爱克曼）螺螺 旋线（北半球下视，旋线（北半球下视， 地偏力指向运动右方，地偏力指向运动右方， 故顺时针；南半球则故顺时针；南半球则 相反）相反） 高度增高，风速增大，高度增高，风速增大