大气污染气象学

1、大气圈结构及气象要素大气圈结构及气象要素 大气热力过程大气热力过程 大气的运动和风大气的运动和风理解气象学基础知识理解气象学基础知识污染物进入大气后，随着大气的运动发生迁移、扩散稀释及降污染物进入大气后，随着大气的运动发生迁移、扩散稀释及降解转化。解转化。源源受体受体大气扩散大气扩散酸雨越境转移（日本、韩国酸雨越境转移（日本、韩国） 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 气象条件对污染物的稀释、扩散作用气象条件对污染物的稀释、扩散作用污染物对气象的影响污染物对气象的影响 大气圈垂直结构大气圈垂直结构 大气边界层大气边界层对流层下对流层下层层1

2、2km，地面阻滞和摩，地面阻滞和摩擦作用明显擦作用明显近地层：地面上近地层：地面上50-100m左右的一层，受地面阻滞和左右的一层，受地面阻滞和摩擦的影响非常大，上下气摩擦的影响非常大，上下气温差可达温差可达1-2度。度。大气压力、密度总是随高大气压力、密度总是随高度的升高而降低度的升高而降低1气温气温 天气预报中：天气预报中：1.5m高、百叶箱内气温。高、百叶箱内气温。 oo5(32)9CFo273.15KCoo9325FCoo5(32)9CFo273.15KCoo9325FC2气压气压单位：单位：（百帕）（百帕） 大气的压强大气的压强1atm101325Pa1013.25hPa=760mm

3、Hg 静力学方程静力学方程: gzP3气湿气湿绝对湿度绝对湿度1m1m3 3湿空气中含有的水汽质量湿空气中含有的水汽质量(kg)(kg)相对湿度空气的绝对湿度与同温度下饱和空气湿度的百分比相对湿度空气的绝对湿度与同温度下饱和空气湿度的百分比含湿量湿空气中含湿量湿空气中1kg1kg干空气包含的水汽质量干空气包含的水汽质量(kg)(kg)水汽体积分数水汽在湿空气中所占的体积分数水汽体积分数水汽在湿空气中所占的体积分数露点同气压下空气达到饱和状态时的温度露点同气压下空气达到饱和状态时的温度3气湿气湿 Kg/kg(干空气干空气) 4风向和风速风向和风速 水平方向的空气运动叫做风（垂直方向水平方向的空气

4、运动叫做风（垂直方向升降气流）升降气流） 风的来向叫风向（风的来向叫风向（16个方位圆周等分）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（风速：单位时间内空气在水平方向上运动距离（2或或10min平均）单位用：平均）单位用：m/s或或km/h (km/h) F风力级（风力级（012级）级） 302. 3Fu 风速风速,m/s 4风向和风速风向和风速 风玫瑰图风玫瑰图(Wind rose) 某地区某地区1988年的风玫年的风玫瑰图。同心圆表示风的频瑰图。同心圆表示风的频率，例如，吹南风的频率率，例如，吹南风的频率约为约为11，其中风速大于，其中风速大于10.82m/s的频率约为的

5、频率约为1，风速在风速在3.355.41m/s的频的频率为率为3.5左右。左右。一月, 静风 1 4 . 5 2%NNEESESSWWNW四月, 静风 1 0 . 1 7%NNEESESSWWNW七月, 静风 9 . 6 8 %NNEESESSWWNW十月, 静风 9 . 6 8 %NNEESESSWWNW全年, 静风 1 0 . 1 5%NNEESESSWWNW图例( % )NESW6.012.018.024.05云云 大气中水汽的凝结现象叫做云大气中水汽的凝结现象叫做云 云量云量: 天空被云遮蔽的成数（我国天空被云遮蔽的成数（我国10分，国外分，国外8分）分） 国外云量国外云量1.25我国

6、云量我国云量 云高云高:云底距地面底高度云底距地面底高度 低云（低云（2500m以下以下） 中云（中云（25005000m） 高云（高云（5000m以上）以上） 高云（高云（5000 米以上）米以上） 中云（中云（2500-5000 米米）低云（低云（2500米以下）米以下）6能见度能见度 正常视力的人，在天空背景下能看清的水平距离正常视力的人，在天空背景下能看清的水平距离 级别（级别（09级，相应距离为级，相应距离为5050000米）米） 太阳、大气和地面的热交换太阳、大气和地面的热交换太阳以紫外线、可见光、红外线波长向外辐射热量太阳以紫外线、可见光、红外线波长向外辐射热量太阳辐射加热地球表

7、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气温直减率气温直减率 （大气）（大气）干空气温度绝热垂直递减率干空气温度绝热垂直递减率 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）耗内耗内 能能 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） Tzddd iTz位温：干空气块绝热升降到标准气压（位温：干空气块绝热升降到标准气压（100

8、0hPa）处的温度）处的温度pR0.288C000010001000TTPP0.286泊泊松松方方程程0.288000()()pRCTPPTPP泊泊松松方方程程0.288000()()pRCTPPTPP0.286 气温的垂直分布气温的垂直分布温度层结温度层结 Tz d 0 ，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 ，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=0 中性中性稳定层稳定层0 ， a0, a0 不稳定不稳定0, a0

9、 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 课堂讨论课堂讨论如下图所示，分别判断大气处于何种状态，稳定还是不稳定？如下图所示，分别判断大气处于何种状态，稳定还是不稳定？ d d逆温不利于扩散逆温不利于扩散辐射：辐射： 1. 辐射逆温：辐射逆温： 地面白天加热，大气自下而上变暖；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辐射逆温的生消过程辐射逆温的生消过程2.2.下沉逆温下沉逆温 （多在高空大

10、气中，高压控制区内）（多在高空大气中，高压控制区内） 很厚的气层下沉很厚的气层下沉 压缩变扁压缩变扁 顶部增温比底部多顶部增温比底部多3.3.平流逆温平流逆温 暖空气平流到冷地面上而下部降温而形成暖空气平流到冷地面上而下部降温而形成dd4.4.湍流逆温湍流逆温 下层湍流混合达下层湍流混合达 上层出现过度逆温上层出现过度逆温 5.锋面逆温锋面逆温 冷、暖气团相遇冷、暖气团相遇冷暖间逆温冷暖间逆温 暖气上爬，形成锋面暖气上爬，形成锋面波浪型（不稳）波浪型（不稳）锥型（中性）锥型（中性）扇型（逆温）扇型（逆温）爬升型（下稳，上不稳）爬升型（下稳，上不稳）漫烟型（上逆、下不稳）漫烟型（上逆、下不稳）

11、引起大气运动的作用力引起大气运动的作用力 直接作用力直接作用力重力重力气压梯度力气压梯度力间接作用力间接作用力 地转偏向力（相对运动：方向改变）地转偏向力（相对运动：方向改变）惯性离心力（大气曲线运动：很小）惯性离心力（大气曲线运动：很小）摩擦力（近地摩擦力（近地1 12km2km内明显）内明显） 水平气压梯度力水平气压梯度力大气运动大气运动垂直气压梯度力（垂直气压梯度力（垂直方向上垂直方向上与重力基本平衡与重力基本平衡）Ekman螺旋线（北半球螺旋线（北半球下视，地偏力指向运动右下视，地偏力指向运动右方，故顺时针；南半球则方，故顺时针；南半球则相反）相反）n高度增高，风速增大高度增高，风速增

12、大n风向与等压线的交角风向与等压线的交角随高度增加而减少；随高度增加而减少；n方向逐渐接近地转风方向逐渐接近地转风对数律风速廓线模式对数律风速廓线模式中性层结：粗糙度和摩擦速度中性层结：粗糙度和摩擦速度*0uzu =zkln对数律风速廓线模式对数律风速廓线模式中性层结：粗糙度和摩擦速度的求解中性层结：粗糙度和摩擦速度的求解 作图作图 lnZ是一条直线，可求得是一条直线，可求得u*和和Z00*lnlnZkuZkuuu指数律风速廓线模式指数律风速廓线模式非中性层结：非中性层结： m，稳定度参数稳定度参数11()mZuuZ指数律风速廓线模式指数律风速廓线模式非中性层结：非中性层结： 在气象上测得的风

13、速常为在气象上测得的风速常为10m高度的风速高度的风速11lnlnlnlnZZuum10lnlnlnln10Zuum1海陆风海陆风2山谷风山谷风 3城市热岛环流城市热岛环流 在气象学和人们的生活中，常用摄氏温标。但是在说英语的国家，如英在气象学和人们的生活中，常用摄氏温标。但是在说英语的国家，如英国、美国、加拿大等国，多采用华氏温标。而在科学研究中，通常使用国、美国、加拿大等国，多采用华氏温标。而在科学研究中，通常使用开氏温标开氏温标(绝对温标、热力学温标绝对温标、热力学温标)。绝对温标以理论上所说的分子热运。绝对温标以理论上所说的分子热运动将完全停止时的温度，即动将完全停止时的温度，即-27

14、3.15作为零度，用作为零度，用K表示。表示。华氏温标也叫华氏温度，是由德国物理学家华伦海特在华氏温标也叫华氏温度，是由德国物理学家华伦海特在1714年发明的。年发明的。他根据物体的热胀冷缩原理，用水银制出了温度表，并以人的体温和冰他根据物体的热胀冷缩原理，用水银制出了温度表，并以人的体温和冰盐混合物为上下定点。具体做法是：把所制的温度表放在冰雪和食盐的盐混合物为上下定点。具体做法是：把所制的温度表放在冰雪和食盐的混合物里，观察温度表玻璃管里的水银柱下降到了哪里，就立即刻上一混合物里，观察温度表玻璃管里的水银柱下降到了哪里，就立即刻上一条线；尔后再将温度表放入口中，看水银升到哪里，又刻上一条线

15、。在条线；尔后再将温度表放入口中，看水银升到哪里，又刻上一条线。在这两条线之间均匀地划分了这两条线之间均匀地划分了96个等份，并以此距离将上线以上与下线以个等份，并以此距离将上线以上与下线以下，继续划上了许多等份。华伦海特根据他的实验，把冰点定为下，继续划上了许多等份。华伦海特根据他的实验，把冰点定为32度，度，沸点定为沸点定为212 度，这就是华氏温度，用度，这就是华氏温度，用F 表示。表示。地转风是指自由大气中空气地转风是指自由大气中空气的水平等速直线运动，是自的水平等速直线运动，是自由大气中水平气压梯度力和由大气中水平气压梯度力和地转偏向力相平衡时的空气地转偏向力相平衡时的空气的水平运动。的