第8章-大气污染气象学

大气污染限制工程(AIRPOLLUTIONCONTROLENGINEERING)中国地质高校（武汉）环境学院李立青E-mail:liliqing@16313476864036污染源大气中迁移、扩散受体气象条件风向、风速大气湍流气温垂直分布大气稳定度……SourcesTransportsSinks人群其他生物体……工业交通生活……大气污染系统与途径问题：为什么同一地区大气污染存在季节性(天)差异？第三章大气污染气象学大气科学大气物理、化学……大气气象学……污染气象学环境科学(1)各种气象条件对大气污染物的传输与扩散作用

(2)大气污染物质对天气和气候的影响MeteorologyforAirPollution大气污染气象学——探讨大气运动与大气中污染物相互作用的学科污染气象学的发展简史污染气象学的发展简史早在1861年就有学者指出，大气中二氧化碳含量增加，温室效应会增加，可能影响气候。1921年，英国为了探讨野战时毒气浓度的预报方法，起先进行大气扩散试验。40年头，原子能工业兴起，一些国家起先进行放射性物质污染预料和限制的探讨，促进了大气扩散试验和理论探讨的发展。50～60年头，相继发生严峻的大气污染事务。以1952年12月的伦敦烟雾事务为例，一些国家开展了城市或区域性的大气污染物输送、扩散、迁移和转化规律的试验和探讨。70年头，在全球范围内出现了常见的气候灾难，如非洲出现严峻干旱等，人们把这些现象归因于大气污染。开展了大气污染对天气、气候影响的探讨。同时，高空飞行器对平流层的污染以及污染物在平流层和对流层之间的迁移转化，促使人们探讨全球性的大气污染与气象的关系。第八章大气污染气象学教学内容：1.气象要素2.气象的热力因子3.气象的动力因子气象要素（因子）：

表示大气状态的物理现象和物理量，气象学中统称为～。影响大气污染的主要气象要素有：

气温气压空气湿度（气湿）风（风向、风速）

云量云状

能见度

降水蒸发、日照时数、太阳辐射、地面辐射、大气辐射等。第一节气象要素1、气温气象上讲的地面气温一般是指距地面1.5m高处在百叶箱中观测到的空气温度。

单位一般用摄氏度℃，或用热力学温度K。

2、气压

气压：单位面积上所承受的大气柱重量。

气压是指大气的压强。气象上常用的气压单位是百帕（hPa），与其它气压单位的关系是

1atm＝101326Pa＝1013.26hPa

＝760mmHg

主要气象要素3、气湿

气湿的定义：空气的湿度简称气湿，反映了大气中水汽含量的多少和空气的潮湿程度。

常用的表示方法有：确定湿度、水汽压力、相对湿度、饱和气压、露点等。（1）确定湿度：单位体积（1m3）的湿空气中含有水汽的质量（kg）。（2）相对湿度：空气的确定湿度ρw与同温度下饱和空气的确定湿度ρv之比。它等于空气的水汽分压Pw与同温度下饱和空气的水汽分压Pv之百分比。

（3）含湿量：湿空气中1kg干空气所包含的水汽质量（kg），气象中也成为比湿。等于水汽质量（kg）除以干空气质量kg。主要气象要素4、风向和风速

气象上把水平方向的空气运动称为风。风是一个矢量，具有大小和方向。风向是指风的来向。水平运动的风，16个方向表示。例如，风从东方来称东风。

风速是指单位时间内空气在水平方向运动的距离，单位用m/s或km/h表示。通常气象台站测定的风向、风速，都是指确定时间（如2min或10min）的平均值。有时也须要测定瞬时风向、风速。风力等级：0-12级主要气象要素5、云

云是大气中的水汽凝合现象，它是由漂移在空中的大量小水滴或小冰晶或两者的混合物构成的。云量是指云遮挡天空的成数。我国将天空分为10等分，云遮挡了几分，云量就是几。云量的记录：一般总云量/低云量的形式记录，如10/7。云高：指云底距地面的垂直距离，以米为单位。测定方法：激光测云仪、弧光测云仪等，目力测定法主要气象要素低云（2500米以下）高云（5000m以上）中云（2500-5000m）6、能见度在当时的天气条件下，视力正常的人能够从天空背景中看到或分辨出目标物的最大距离级别（0~9级，相应距离为50～50000米），单位：m，km。能见度的大小反应了大气的混浊现象，反映出大气中杂质的多少。大气中的雾、水汽、烟尘等，可使能见度降低。二、主要气象要素7、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，它随时间而变更。8、降水降水是指大气中着陆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。（降雨与大气污染的关系，中国华山站，《science》，气溶胶粒子的增加会削减降雨量，凝合核太多，水分不足）主要气象要素其次节气象的热力因子1、干绝热直减率干空气块（包括未饱和的湿空气块）绝热上升或下降单位高度（通常取100ｍ时）温度降低或上升的数值，称为干空气块温度绝热垂直递减率，其定义式为:

通常取=1K/100m，表示干空气块（或未饱和的湿空气块）每上升（或下降）100m时，温度降低（或上升）约1K。2、气温垂直递减率气温随高度的变更特征可以用气温垂直递减率来表示，简称气温直减率，指单位（通常取100m）高差气温变更率的负值。一、气温的垂直变更3、气温的垂直分布气温沿垂直高度的分布，可用坐标图上的曲线表示，（图），气温沿高度分布曲线或温度层结曲线，简称温度层结大气中的温度层结有四种类型：正常分布层结（递减）中性层结等温层结逆温层结一、气温的垂直变更大气稳定度是指垂直方向上大气的稳定程度，即是否易于发生对流。污染物在大气中的扩散与大气稳定度有亲密关系二、大气稳定度1、大气稳定度的判别（1），a>0,气块加速度与其位移方向相同，气块加速运动，大气不稳定（2），a<0,气块加速度与其位移方向相反，气块减速运动，大气稳定（3），a=0,大气是中性的2、大气稳定度分类（1）不稳定类：A、B、C；（2）中性类：D（3）稳定类：E、FABCDEF强不稳定不稳定弱不稳定中性较稳定稳定二、大气稳定度季节风速白昼夜间0~2晴3~7多云8~10(阴)0~2(晴)3~7多云8~10阴夏春秋冬夏春秋冬各季各季<2m/sAA-BBA-BBB-CDEED2~2.9A-BBB-CBB-CCDED-ED3~4.9BB-CCB-CCC-DDD-EDDD5~6B-CCC-DCC-DDDD>6CDDDDDDD城市大气边界层中的大气稳定度分类表周淑贞（华东师范高校）《城市气候学》近地层空气温度随高度增加而上升的一种现象依据逆温形成过程可分为：1、辐射逆温地面白天加热，大气自下而上变暖；地面夜间变冷，大气自下而上冷却辐射逆温的生消过程三、逆温2、下沉逆温（多在高空大气中，高压限制区内）

很厚的气层下沉

压缩变扁

顶部增温比底部多三、逆温3、平流逆温暖空气平流到冷地面上，由于下部降温快而形成4、锋面逆温

冷、暖气团相遇冷暖间逆温

暖气上爬，形成锋面三、逆温四、烟流形态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）

第三节气象的动力因子1、风向a风向频率与主导风向风向频率是指确定时间内（年或月），某风向出现次数占各风向出现总次数的百分率风向频率的物理意义：表征下风向受污染的几率风频最大的风向称主导风向b风玫瑰图c污染系数d最多风向盛行凤，季节性一、风风向NNNENEENEEESESESSESSSWSWWSWWWNWNWNNWC冬季12.610.48.26.6春季9.810.94.31.6夏季1.64.9秋季2.24.912.19.98.8全年10.09.08.09.04.03.03.06.011.011.07.02.02.02.04.04.05.0某城市年及各季风向频率 风玫瑰图制作方法：做一个极坐标（16位，8位）；将观测的风频按确定比例点在相对应方位的确定线段；将各点用折线连接起来；将静风频率记在图的中心。冬季静风：6.6%主导风向：N，12.6%风玫瑰图某城市年及各季风向频率 风向NNNENEENEEESESESSE冬季12.610.48.22.7春季9.8夏季4.39.2秋季2.24.9全年10.09.08.09.04.03.03.06.0风向SSSWSWWSWWWNWNWNNWC冬季春季10.94.31.6夏季16.31.64.9秋季12.19.98.8全年11.011.07.02.02.02.04.04.05.0课堂练习：制作风玫瑰图2、风速单位时间内空气移动的水平距离（m/s）平均风速确定时间(2min/10min)的平均值最大风速在某个时段内出现的最大10分钟平均风速值。极大风速某个时段内出现的最大瞬时风速值。在自动气象站中，瞬时风速是指3秒钟的平均风速。一、风主导风向污染系数城市规划与工业布局的问题？3、风对污染物的作用：（1）风向影响污染物的水平迁移扩散方向（2）风速的大小确定了大气扩散稀释作用的强弱一、风风向NNEESESSWWNW合计风向频率1089171220177100风速(m/s)4.05.1

污染系数4.71.427.6污染系数百分率94716933166100某城市污染系数表新建工厂应建在市区的东北(NE)方向上，有利于大气污染向市