污染气象学基础知识

1、本次课题（或教材章节题目）：第三章 污染气象学基础知识 第一节 主要气象要素及大气的基本物理性质 第二节 大气的热力过程 教学要求：主要介绍与大气污染相关的气象学基本知识，包括大气圈的结构、主要气象要素、大气热力过程、大气稳定度和逆温、大气的运动和风场等知识点，熟练运用风速廓线模式。重 点：影响大气污染物扩散的主要因子：风、温度层结、大气稳定度、气温垂直直减率。难 点： 温度层结、大气稳定度、气温垂直直减率的判断。教学手段及教具：多媒体讲授内容及时间分配： 第一节 主要气象要素及大气的基本物理性质 第二节 大气的热力过程 讲课时间：2学时课后作业P82 3.2 3.4 参考资料l 大气污染控制

2、工程林肇信主编，高教出版社l 大气污染控制工程郝吉明，马广大编著，高教出版社l 大气污染控制工程郭 静，阮宜纶主编，化工出版社l 大气污染治理工程蒲恩奇主编，高教出版社l 大气污染控制工程(影印版) Noel de Nevers主编，清华大学出版社注：本页为每次课教案首页§31 主要气象要素及大气的基本物理性质一、低层大气的成分：干洁空气、水汽、气溶胶粒子。二、大气的垂直结构（第一章相关内容）三、影响大气污染的主要气象要素气象要素（因子）：表示大气状态的物理现象和物理量，气象学中统称主要有：气温、气压、湿度、风（风向、风速）、云况、能见度、降水、蒸发、日照时数、太阳辐射、地面辐射、大

3、气辐射等。1、气温：2、气压3、空气湿度（气湿）：4、风（1）什么是风？ （2）形成：（3）风的度量（风向和风速）风速（风的大小）的表示；测定风向（风的来向）表示： 8个方位或16方位表示（地面风），见图3-2；用角度表示（高空风）： （4）性质：随时在变化：随高度变化：随地理位置而变：5、云6、能见度7、太阳高度角如右图，ho即太阳高度角，它随时间而变化。hoho太阳光线地面8、降水§3-2 大气的热力过程一、太阳辐射（补）Ø太阳以紫外线(<0.4m)、可见光(0.40.76m) 、红外线(>0.76m)的形式辐射热量Ø太阳辐射加热地球表面Ø

4、;地面长波辐射(主要3120m)加热大气Ø近地层大气温度随地表温度变化二、气温的垂直变化1、大气的绝热过程（1）热力学第一定律大气中的热力学过程遵循热力学第一定律，即能量守恒定律。表示加于任一封闭物系（气体）的热量等于该物系内能的变化和物系对外所做的功，即：在无非膨胀功时，其微分表达式为： -将状态方程代入上式，并取，则上式写成 -变形为： -式中：dQ加入物系的热量； R气体常数； Cp恒压比（2）大气绝热过程气块在大气中的运动近似认为是绝热变化。 原因：空气的导热率较小，变化慢； 气块大气中运动很快；气压变化很大。大气的绝热方程：绝热：，式变为：两边积分，得即有：因CP - CV

5、 = R又 CP/CV = K，对于空气K=1.404于是得大气绝热方程：2、干绝热递减率：绝热垂直递减率（绝热直减率）：气块在绝热过程中，垂直方向上每升降单位距离时的温度变化值。（通常取100m），单位：/100m。（1）准静力条件绝热过程若进行的十分缓慢，可使外界气压变化与系统内部气压变化充分平衡，每一瞬间外部气压与内部气压看成是相等的，即P=P环，这个条件称为准静力条件。（2）干绝热直减率d定义： 实际中，T(气块温度)、T （环境温度）相差<10K，T/T1。推导过程如下：根据热力第一定律，导出绝热过程方程式为： 又气压随高度变化规律： 又理想气体状态方程： 将代入，则得：若不计

6、高度、纬度影响，取g=9.18m/s2，CP=1004.8J/(Kg·K)干绝热垂直递减率d（干绝热直减率）: 干气块（包括未饱和湿空气）在绝热过程中，垂直方向上每升降单位距离的温度变化值。（通常取100米），根据计算，得到d约为0.98/100m，近似1/100m。（3）湿空气的绝热变化凝结高度：湿空气上升达到饱和状态并开始凝结的高度。凝结高度以下，其温度变化同干空气一样；凝结高度以上，温度变化小于干空气的变化值，饱和空气每上升（或下降）单位距离空气的温度变化，称为湿绝热递减率m，约为0.5/100m。三、大气的静力稳定度 定义： 1、气温的垂直分布（1）温度层结：温度随高度的分布

7、情况。（2）温度层结类型温度随高度的增加而降低（Z t），正常分布，或递减层结。温度梯度等于或近似于1/100m，称中性层结。温度随高度增加而升高（Z t），称为逆温层结。温度不随高度变化，称为等温层结。见下图所示：（3）温度层结日变化夜里早上tHHtHtHtHtHt上午中午下午夜里 （4）温度变化的实质（5）环境温度直减率：环境温度的变化。不是一常数，随太阳辐射、气候等而变化，对流层中环境温度直减率的平均值为0.65/100m。（6）位温（）定义： 其中： T、P分别为气块最初的温度和压力。重要性质：任何一气块的位温是不变的（干绝热情况）；位温是变化的（非绝热情况）。位温比气温更能代表气块的

8、热力学性质。1标准大气压力=1013.32mb（毫巴） 1mb=103达因/cm22、大气稳定度（1）什么是大气稳定度？（2）大气稳定度的分类（3类） 如果一空气块由于某种原因受到外力的作用，产生了上升或者下降的运动，当外力消除后，可能发生三种情况：气块逐渐减速并有返回原来高度的趋势，此时大气是稳定的。气块仍然加速上升或下降，此时大气是不稳定的。气块停留在外力消失时所处的位置，或者做等速运动，这时大气是中性（3）如何判别大气的稳定度？ 判断大气是否稳定：对于未饱和空气、干空气，可利用来判断；而对饱和空气而言，用来判别，用位温梯度判别 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

9、的温度随高度的变化曲线）的分布来判断大气稳定度。四、逆温1、定义：温度随高度的增加而增加，此时。2、跟我们研究污染有关的因素：逆温层的消失时间；逆温层底的高度；逆温层的厚度；逆温的强度（温度随高度的变化情况）。逆温的最危险状况是逆温层正好处于烟囱排放口。3、逆温形成的过程形成逆温的过程多种多样，最主要有以下几种：辐射逆温（较常见）；平流逆温；锋面逆温；湍流逆温；下沉逆温。要求掌握辐射逆温的形成机理，了解其它辐射逆温的形成机理第 6 次课 2 学时注：本页为每次课教案首页上次课复习：1、影响大气污染的几个主要气象要素；2、干绝热直减率的定义；3、逆温的定义与类型；4、大气稳定度类型及判定方法。本

10、次课题（或教材章节题目）：第三章 污染气象学基础知识 第三节 大气污染与气象的关系教学要求：掌握大气热力过程、大气稳定度和逆温、大气的运动和风场等知识点。判断大气稳定度、理解逆温对大气污染的影响、烟流形状与大气气象的关系，重 点：判断大气稳定度、理解逆温对大气污染的影响、烟流形状与大气气象的关系。 难 点：判断大气稳定度、混合层高度、逆温对大气污染的影响。教学手段及教具：多媒体讲授内容及时间分配：第三节 大气污染与气象的关系 讲授时间： 2学时课后作业P82 3.6 3.10参考资料§3-3 大气污染与气象的关系一、边界层的风和湍流对大气污染的影响风、湍流是决定污染物在大气中稀释扩散

11、的最直接最本质的因素。（一）风对大气污染物扩散和输送的影响 风对污染物的作用体现为风向和风速两方面的影响。1、风向影响污染物的水平迁移扩散方向。2、风速的大小决定了大气扩散稀释作用的强弱。（1）风速随高度的分布：对数律；指数律。（2）风向频率和污染系数P越大，某下风向污染越严重。（二）湍流1、什么是湍流？2、湍流与扩散的关系3、形成：近地层大气湍流有两种：热力湍流；机械湍流。归纳而言：风速越大，湍流越强，污染物扩散速度越快，污染物浓度越低。（三）地方性风场（自学）如海陆风、山谷风及城市热岛环流等。二、大气稳定度对大气污染的影响以一个高架源连续排放烟云为例进行说明。下面是与稳定度有关的五种典型烟

12、流，（参见书P61，图3-15）。烟流型与大气稳定度的关系波浪型 不稳；锥型 中性or弱稳；扇型(平展型)逆温；爬升型(屋脊型)下稳，上不稳；漫烟型(熏烟型)上逆、下不稳 三、降水对大气污染的影响四、云量与辐射的昼夜变化五、天气形势的影响六、大气污染指数污染指数Id：式中：Idd方向上的污染指数，无量纲；P降水；S大气稳定度；u风速；h混合层高度。Id越大，d方向下侧的污染较重。实践证明，Id0.8时，为清洁型大气。第 7 次课 2 学时上次课复习：1、大气污染与气象的关系2、边界层的风和湍流对的影响3、烟流型与大气稳定度的关系本次课题（或教材章节题目）：第三章 污染气象学基础知识 第四节 大气扩散模式教学要求：1、理解并掌握高斯模式及其几个推导、