大气污染气象学

第三章大气污染气象学教学内容:大气圈结构及气象要素大气的热力过程大气的运动和风重点:大气圈结构、主要气象要素、大气稳定度和逆温的概念、大气运动和风。教学目标：重点掌握大气垂直方向的五个分层,温度分布特点及原因。理解大气高度的划分，理解风速扩线模式。大气扩散源受体大气扩散酸雨越境转移（日本、南朝鲜……）大气科学大气物理、化学……大气气象学……污染气象学……气象条件对污物的稀释、扩散作用污染物对气象的影响

第一节大气圈结构及气象要素大气层又叫大气圈，地球就被这一层很厚的大气层包围着。大气层的成分主要环境空气的成分。大气层的空气密度随高度而减小，越高空气越稀薄。大气层的厚度大约在1200-1400千米以上，但没有明显的界限。整个大气层随高度不同表现出不同的特点，分为对流层、平流层、中间层、暖层和散溢层，再上面就是星际空间了。

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0.650C强烈对流作用温度和湿度的水平分布不均大气边界层——对流层下层1～2km，地面阻滞和摩擦作用明显自由大气——大气边界层以上的气流，地面摩擦可以忽略在这一层中，大气上下有规则的对流和无规则的湍流运动都比较盛行，加上水汽充足，直接影响着大气污染物的传输、扩散和转化。

近地层——地面上50～100m，热量和动量的常通量层大气圈垂直结构平流层（对流层顶～50~55km）同温层——对流层顶35~40km，气温-550C左右逆温层——同温层以上，气温随高度增加而增加臭氧层——20~25km臭氧层浓度达到最大值臭氧层能强烈吸收波长200~300nm的太阳紫外线。平流层集中了大部分臭氧没有对流运动，污染物停留时间很长，尤其是氟氯烃等大气污染物，与臭氧层发生光化学反应。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）在强烈的紫外光和宇宙射线作用下，气温随高度升高而增高气体分子高度电离——电离层散逸层（暖层以上）气温很高，空气稀薄空气粒子的运动速度很高，可以摆脱地球引力而散逸大气压力总是随高度的升高而降低均质大气层——80～85km以下，以湍流扩散为主，成分基本不变主要气象要素表示大气状态的物理量和物理现象称为气象要素。气象要素：气温、气压、气湿、风向、风速和能见度等。1．气温天气预报中：距地面1.5m高、百叶箱内气温。1714华伦海脱准大气压下冰的熔点，定为32度，水的沸点定为212度，中间等分为180份，每一份就是1华氏度。1742年，瑞典科学假摄尔修斯和他的助手斯托玛用同样的温度计，选取标准大气压下冰的熔点定为0度，水的沸点定为100度

中间等分100份。1854年，英国物理学家开尔文选定“水的三相点”，即水、冰、水蒸气三相共存的温度，把绝对零度到水的三相点温度等分为273.16份，每一份就是1开氏度，这就是开氏温标，用K表示。开氏温标的分度间隔和摄氏温标的间隔是一致的。主要气象要素2．气压（大气的压强）气压的大小与海拔高度、大气温度

、大气密度等有关，一般随高度升高按指数律递减。气压有日变化和年变化。一年之中，冬季比夏季气压高。一天中，气压有一个最高值、一个最低值，分别出现在9～10时和15～16时，还有一个次高值和一个次低值，分别出现在21～22时和3～4时。气压日变化幅度较小，一般为0.1～0.4千帕，并随纬度增高而减小。气压变化与风、天气的好坏等关系密切，因而是重要气象因子。通常所用的气压单位有帕(Pa)、毫米水银柱高(mm·Hg)、毫巴(mb)。它们之间的换算关系为：100帕＝1毫巴≈3／4毫米水银柱高。气象观测中常用的测量气压的仪器有水银气压表、空盒气压表、气压计。101.325千帕的气压，称为标准大气压，它相当于在重力加速度为9.80665米／秒2，温度为0℃时760毫米垂直水银柱高的压力。

气体静力学方程：主要气象要素3．气湿（空气的湿度，空气的干燥程度）绝对湿度——1m3湿空气中含有的水汽质量相对湿度——空气的绝对湿度与同温度下饱和空气的绝对湿度的百分比，空气的干湿程度和相对湿度有关，而和绝对湿度却无直接关系。例如，空气中所含有的水汽的压强同样等于1606.24Pa（12.79毫米汞柱）时，在炎热的夏天中午，气温约35℃，人们并不感到潮湿，因此时离水汽饱和气压还很远，物体中的水分还能够继续蒸发。而在较冷的秋天，大约15℃左右，人们却会感到潮湿，因这时的水汽压已经达到过饱和，水分不但不能蒸发，而且还要凝结成水。含湿量——湿空气中1kg干空气包含的水汽质量水汽体积分数——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主要气象要素3．气湿

4．风风向和和风速速气象上上把风风吹来来的方方向确确定为为风的的方向向。南南风、、偏北北风、、风向向不定定。风向的的测量量单位位，我我们用用方位位来表表示。。如陆陆地上上，一一般用用16个方方位表表示，，海上上多用用36个方方位表表示；；在高高空则则用角角度表表示。。用角角度表表示风风向，，是把把圆周周分成成360度度，北北风(N)是0度(即360度)，东东风(E)是90度度，南南风(S)是180度，，西风风(W)是是270度度，其其余的的风向向都可可以由由此计计算出出来。。风速是是指单单位时时间内内空气气在水水平方方向上上运动动的距距离，m/s或km/h。。13个等级。。主要气气象要要素5．云云大气中中水汽汽的凝凝结现现象叫叫做云云（使使气温温随高高度变变化小小）云量:天空被被云遮遮蔽的的成数数（我我国10分分，国国外8分））估计云云量的的地点点必须须能见见全部部天空空。云云量量观测测包括括总云云量和和低云云量。。总云云量是是指观观测时时天空空被所所有的的云遮遮蔽的的总成成数，，低云云量是是指天天空被被低云云所遮遮蔽的的成数数，均均记整整数。。一一、总总云云量的的观测测全全天无无云，，总云云量记记0；；天空空完全全为云云所遮遮蔽，，记10；；天空空完全全为云云所遮遮蔽，，但只只要从从云隙隙中可可见青青天，，则记记10-；；云占占全天天十分分之一一，总总云量量记1；云云占全全天十十分之之二，，总云云量记记2，，其余余依次次类推推。二二、低低云云量的的观测测观观测低低云量量的方方法与与总云云量同同。云高:云底距距地面面的高高度低云（（2500m以以下））；中中云云（2500～～5000m））；高高云（（5000m以以上））。云状:卷云（（线））,积积云（（块））,层层云（（面),雨雨层云云(无无定形形）主要气气象要要素6．能能见度度正常视视力的的人，，在天天空背背景下下能看看清的的目标标物的的最大大水平平距离离。级别（0~9级，相应应距离为为50～50000米）第二节大大气的的热力过过程一、太阳阳、大气气和地面面的热交交换太阳以紫紫外线、、可见光光、红外外线的形形式辐射射热量太阳辐射射加热地地球表面面地面长波波辐射加加热大气气(76%-95%)太阳短波波辐射加加热地球球表面，，然后是是地面长长波辐射射加热大大气，所所以近地地层大气气温度随随地表温温度变化化太阳辐射射能是地地球大气气最重要要的能量量来源；；太阳辐辐射穿过过大气层层到达地地面；太太阳辐射射能被地地面吸收收而使地地面增温温；地面面辐射同同时又以以长波辐辐射的形形式把热热量传递递给大气气；所以以地面是是近地面面大气主主要的直直接热源源。二、气温温的垂直直变化1、大气气的绝热热过程与与泊松方方程气温直减减率（大气））干空气绝绝热绘制制温度递递减率———干绝热直直减率（空气团团）一般满足足，大气气绝热过过程，系系统与周周围环境境无热交交换空气块膨胀（做功）耗内能T定性空气块压缩（外气对它做功）T内能（由压力变化引起）气温直减减率定量：热力学第第一定律律其中气温直减减率气温直减减率代入上式式得：实际中，，Ti、T相差<10K，则气温的垂垂直分布布（温度度层结））气温的垂垂直分布布－温度层结结三、大气气稳定度度及其判判据定义：大大气在垂垂直方向向上稳定定的程度度；反映映其是否容易对对流定性描述述：外力使气块上升或下降气块去掉外力气块减速，有返回趋势，稳定气块加速上升或下降，不稳定气块停在外力去掉处，中性不稳定条条件下有有利于扩扩散三、大气气稳定度度及其判判据定量判断断：则有判据：大气稳定定度及其其判据四、逆温温逆温不利利于扩散散，容易易造成大大气污染染辐射：辐辐射逆温温、下沉沉逆温、、平流逆逆温、锋锋面逆温温及湍流流逆温辐射逆温温：由于于地面强强烈辐射射冷却而而形成的的逆温，，地面白白天加热热，大气气自下而而上变暖暖；地面面夜间变变冷，大大气自下下而上冷冷却。四、逆温温下沉逆温温：由于于下沉所所受到的的压缩增增温而形形成的逆逆温。（（多在高高空大气气中，高高压控制制区内））很厚的气气层下沉沉压压缩变扁扁顶顶部增温温比底部部多。四、逆温温平流逆温温：暖空气平平流到冷冷地面上上而形成成的逆温温为平流流逆温，，由于低低层空气气受地面面影响大大，降温温多，上上层空气气降温少少而形成成。湍流逆温温：锋面逆温温：冷暖空气气相遇，，暖空气气上爬，，形成的的逆温区区。烟流型与与大气稳稳定度的的关系波浪型（（不稳））γ〉γd锥型（中中性or弱稳）扇型（逆逆温）爬升型（（下稳，，上不稳稳）漫烟型（（上逆、、下不稳稳）第三节大大气的的运动和和风一、引起起大气运运动的作作用力直接作用力

重力水平气压梯度力（垂直上与重力基本平衡）间接作用力地转偏向力（相对运动：方向改变）惯性离心力（大气曲线运动：很小）摩擦力（近地1～2km内明显）

二、近地地层中风风速扩线线模式1、对数数律风速速廓线模模式2、指数数律风速速廓线模模式三、地方方性风场场1．海陆风风2．山谷风风3．城城市热岛岛环流课后思考考与复习习1、大气气圈垂直直结构是是如何划划分的，，各层的的气体密密度和垂垂直气温温变化率率各有何何特点？？2、以污污染源类类型、排排放污染染物的种种类以及及污染物物在大气气中的迁迁移转化化行为等等为主要要因素，，论述对对流层和和平流层层的大气气污染的的特点。。3、主要要的气象象要素有有哪些，，其中对对大气污污染状况况影响较较大？4、造成成低层大大气增热热和冷却却的主要要原因是是什么，，大气中中有哪些些气体组组分对大大气增热热和冷却却的影响响最大。。5、解