海大环科空气污染气象学重点

一.简答简述大气稳定度的主要判据令气块离开平衡位置作微小的虚拟位移，如果气块到达新位置后有继续移动的趋势，则此气层的大气层结是不稳定的；气块有回到原平衡位置的趋势，则这种大气层结是稳定的。如果气块既不远离平衡位置也无返回原平衡位置的趋势，而是随机平衡，就是中性的。对此定量描述：y和r分别表示气块和环境气层的垂直减温率。且假设r是常数，则气块加速度为r>7,绝对不稳定;F=/,中性事r<y,绝对稳定.由于干绝热线和假绝热线同时又是等位温线和等相当位温线，所以也有以下判据：票V0, 绝对不稳定；箜>0及答V0,条件性不稳定；票>0, 绝对稳定.干沉降，湿沉降干沉降：重力沉降，与植物、建筑物或地面（土壤）相碰撞而被捕获（被表面吸附或吸收）的过程，统称为干沉降（drydeposition）o湿沉降：大气中的物质通过降水而落到地面的过程，称湿沉降（wetdeposition），湿沉降有两类：雨除（rainout）和冲刷（洗脱）（washout）。气溶胶及其分类，在大气过程中有何作用（1） 气溶胶：指悬浮在气体中的固体和（或）液体微粒与气体载体组成的多相体系。（2） 习惯上，按尺度大小将气溶胶粒子分成三类爱根核（半径r<0.川m）、大粒子（0.川m<r<l.0旦m）和巨粒子（r>川m）.①按其粒径大小：总悬浮颗粒物、飘尘、降尘、可吸入粒子、细粒子②按颗粒物成因：分散性气溶胶、凝聚性气溶胶③按组成特征主要有:尘、烟、熏烟、雾、霜、烟雾；④以形成过程可区分为一次气溶胶和二次气溶胶；（3） ①气溶胶能作为水滴和冰晶的凝结核，促进成云致雨②气溶胶粒子是太阳辐射的吸收体和散射体，一方面可以将太阳光反射到太空中，从而冷却大气，另一方面却能通过微粒散射、漫射和吸收一部分太阳辐射，减少地面长波辐射的外逸，使大气升温③气溶胶粒子浓度大时可以导致大气能见度的降低，到达地面的太阳光减少，降低地表温度，影响植物的生长④气溶胶能为酸雨的形成提供良好的反应条件，促进酸雨的形成⑤不仅对能见度和气候有巨大的作用，而且对人体健康也有巨大的影响⑥参与各种化学循环，是大气的重要组成部分。气溶胶粒子的来源自然源：主要来自洋面气泡的破裂，土壤的风蚀，生物的孢子花粉以及火山爆发，森林、草原火灾，宇宙尘埃人为源：化石燃料燃烧，工农业生产活动，气态污染物的气-粒转化，固体废弃物焚烧地表粗糙度是地表粗糙度：地表粗糙度zo是作为下边界出现的几何长度，它是对数风速廓线公式

U1!Z—=—in—中平均风速等于零的高度。传统的确定zo的方法就是利用对数风速廓线公式，在近中性的情况下用平均风速观测资料在坐标中进行线性拟合的高度位温，虚温（1）位温就是把空气块干绝热膨胀或压缩到标准气压时对应的温度。未饱和湿空气位温。的定义式是：9=T（3）k=T（早R，其中p0是标准气压。若空气是干洁大气，则位温的定义是七=T（啰）Kd（2）虚温（Tv）：一种假设的空气温度，在等压条件下，当干空气具湿空气密度时的温度即为虚温。匚•二'"5二成#「，其中，二代表虚温.•玳表比湿代表气温。逆温层对流层大气的温度一般随高度而降低，但在某些条件下，某些气层的温度会随高度而增加，即r<0，称为逆温层.逆温层是绝对稳定的层结，它对上下空气的对流起着削弱抑制作用.特别是低空的逆温层，使悬浮在大气中的烟尘、杂质及有害气体都难以穿过它向上空扩散，使空气质量下降，能见度恶化，因此也称为阻塞层。形成原因：辐射逆温、下沉逆温、地形逆温、平流逆温、锋面逆温大气运动的基本物理规律大气的运动规律遵循流体力学的基本定律。在经典流体力学出现后不到半个世纪，它的基本方程就被应用于大气动力学的研究。热力学：物态方程一湿空气状态方程；能量守恒一热力学第一定律动力学：动量守恒一牛顿第二定律；质量守恒一连续方程高斯烟流扩散公式的主要假设理论1（动力）：在大气湍流扩散方程中，假设扩散系数K为常数（即斐克扩散），便可以得到正态分布形式的解。理论2（统计）：从统计理论出发，在平稳、均匀湍流的假定下，也可以证明粒子扩散位移的概率分布符合正态分布形式（1）理想条件下，湍流场均匀定常；（2）污染物在大气中是保守的；（3）地面无吸收和吸附作用；（4）污染物本身无沉降；（5）地面对污染物散布的作用犹如一个全反射体，地面平坦；（6）坐标选择：原点是排放口，x轴是平均风向通量理查森数，梯度理查森数Rf=_浮力做功一通量理查森数Rf=_浮力做功一Ar切应力做功——-^-7^UW7T+VWT-ArdgR. 0&1I9u\2.Idr）\2tRf=11.雷诺平均的含义 dz' ■-d:：'雷诺模仿分子运动论的平均概念，引入二次平均的概念。把湍流运动设想成两种运动的组合，在平均运动上叠加了不规则的、尺度范围很广的脉动起伏。即任意变量都可分解为平均量和'〃=&+〃',U=3+z/,W=W+wz；|力=为+#;Q=g+p;们=0V+g；Eq=q+q',湍流脉动量之和。在大气边界层中，为探讨湍流的作用，将基本方程式中的变量改写成平均量与脉动量相加。另外，假定浅环流近似、不可压缩以及包辛涅斯科近似，即得雷诺平均方程何谓大气污染？大气中的主要污染物有哪些？（1） 大气污染是指：由于人为或自然的因素，使大气组成的成分、结构和状态发生变化，与原本情况比，增加了有害物质（称之为大气污染物），使环境空气质量恶化，扰乱并破坏了人类的正常生活环境和生态系统，从而构成了空气污染。（2） 主要大气污染物有以下几种：二氧化硫、悬浮颗粒物TSP（如：粉尘、烟雾、PM10、PM2.5）、一氧化氮、二氧化氮等氮氧化物、挥发性有机化合物OCs（如：苯、碳氢化合物、甲醛）、光化学氧化物（如：臭氧03）、温室气体（如：二氧化碳、甲烷、氯氟烃）近地层大气稳定度的主要判据绝对不稳定；票绝对不稳定；r=儿中性；票>0及咎V0,条件性不稳定;r<7,绝对稳定.绝对稳定.温度层结稳定时，应有RiQRf>0；而温度层结不稳定时应有Ri^Rf<0；RieRf=0，中性莫宁-奥布霍夫长度L>0稳定；L<0不稳定；L一，中性稳定度因子z/L=Z>0稳定；Z<0不稳定；Z=0，中性二.论述大气污染物的源汇机制源机制：人为源：（1）燃料（煤、石油、天然气、生物质等）燃烧（）工业排放；种类多，数量大，是城市大气的重要污染源（3）固体废弃物焚烧；垃圾中的有害成分造成了大气污染或二次污染（4）农业排放；农药及化肥（5）生物质天然源：①自然尘（扬尘、沙尘暴、土壤粒子等）②森林、草原火灾（排放出CO、CO2、SOx、NOx、VOCs）③火山活动（排放出SO2、H2O、硫酸盐尘等颗粒物）④森林排放（主要为萜烯类碳氢化合物）⑤海浪飞沫（颗粒物主要为硫酸盐与亚硫酸盐）⑥海洋浮游植物、海洋表层（二甲基硫等挥发性气体）汇机制：（1）干沉降：重力沉降，与植物、建筑物或地面土壤）相碰撞而被捕获（被表面吸附或吸收）的过程，统称为干沉降。重力沉降仅对直径大于10〃m的颗粒物是有效的（2）湿沉降：大气中的物质通过降水而落到地面的过程，称湿沉降。被降水湿去除或湿沉降对气体和颗粒物都是最有效的大气净化机制。湿沉降有两类：雨除和冲刷。雨除是指被去除物质参与了成云过程，即作为云滴的凝结核，使水蒸气在其上凝结。冲刷是指在云层下部即降雨过程中的去除（3）化学反应去除：污染物在大气中通过化学反应生成其他气体或粒子而使原污染物在大气中消失（可能是中间过程，又产生新的污染物）（4）向平流层输送：向平流层输送也是某些气体和气溶胶粒子的汇描述大气输送和扩散的两种基本方法及优缺点描述大气输送和扩散的两种基本方法包括欧拉法和拉格朗日法。采用不同类型的描述空气污染物浓度的数学表达式，都能正确地描述湍流扩散过程，但每种方法都有一定的困难。欧拉方法是相对于固定坐标系描述污染物的输送与扩散。欧拉方法统计量易于测量，而且表达式直接应用于发生化学反应的情形。运用欧拉方法的主要问题和困难就是方程的闭合问题。拉格朗日方法是由跟随流体移行的粒子来描述污染物的浓度及其变化。拉格朗日方法数学处理比欧拉方法容易，但是，由于不易精确确定所需的粒子统计量，所以最终方程的应用受到限制。另外，方程亦不能直接用来解决涉及非线性化学反应的问题。气块（微团）模型气块（微团）模型就是从大气中取一体积微小的空气块（或空气微团），作为对实际空气块的近似。气块微团是指宏观上足够小而微观上含有大量分子的空气团，其内部可包含水汽、液态水或固态水（这些与外界温度、湿度及密度稍有不同的大大小小的未饱和气块，不断生成又不断消失）规定：（1）此气块内温度、压强和湿度等都呈均匀分布，各物理量服从热力学定律和状态方程.（2）气块运动时是绝热的，遵从准静力条件，环境大气处于静力平衡状态（气块运动时，一方面，过程进行得足够快而来不及和环境空气作热交换，即绝热;另一方面，过程又进行得足够慢，使气块压力不断调整到与环境大气压相同，即满足以下准静力条件:p三pe，dp/dz=we/^z但应指出，气块内部的温度、密度、湿度不一定与外界的相等）气块（微团）模型是实际大气简单的、理想化的近似，要求气块在移动过程中保持完整，不与环境空气混合，这只能在移动微小距离时可以满足。但未考虑气块移动对环境空气的影响，也不符合实际.上述绝热过程和准静力条件的假定是合理的，因此模型对了解和分析实际大气中发生的一些物理过程很有帮助.何谓大气边界层，简述其主要结构和特征（1） 大气边界层可定义为大气受下垫面影响的层次，或大气与下垫面相互作用的层次；更精确地说，应是在小于一天的时间尺度上相互作用的层次，因为如果时间尺度更长，下垫面影响的高度会更高。（2） 根据湍流摩擦力、气压梯度力和科氏力对不同层次空气运动作用的大小，可以把大气边界层分为三层：①粘性副层：紧靠地面的一个薄层，分子粘性力比湍流切应力大得多②近地面层：从粘性副层到50~100m，大气运动呈明显的湍流性质，科氏力、气压梯度力相对于湍流切应力可略去不计。湍流通量随高度变化很小，可假设近似不变，也称为常通量层或常应力层③上部摩擦层或称埃克曼层：这一层的范围是从近地面层到广1.5km，特点

是湍流摩擦力、气压梯度力和科氏力的数量级相当，都不能忽略依据热力学性质和相应的湍流特征，大气边界层可分为①不稳定边界层：地面加热大气，出现不稳定层结所致(陆地只出现在白天)②中性边界层：自下而上保持中性层结，浮力对湍流的贡献很弱，可忽略。实际大气中很罕见③稳定边界层：伴随地面辐射降温出现逆温层结而形成，一般出现在夜间(3)特征：气象要素明显的日变化；下垫面的变化传递到边界层顶的过程将受到涡旋的空间和时间尺度的影响空气污染预报，其理论基础和模块构成大气质量模式作为其理论基础，该模式必须较全面地包含大气中的物理、化学和生态过程，反映污染物在大气中的演变规律。完整的大气质量模式主要包括两大部分：气象模式和化学物质浓度模式。气象模式是大气质量模式的基础。特别对于复杂地形和下垫面地区，由于地形的动力作用，会影响气流的轨迹和大气湍流强度，从而影响污染物的输送和扩散过程，因此建立一个能正确预报复杂下垫面条件下的风场、温度场、湿度场及其降水量的气象模式是十分必要的。流场诊断模式(DMF)；M-a气象预报模式(大尺度天气过程)；M-8气象预报模式；PBL湍流统计量参数化模型：PBLM:行星边界层模式；源模式化模型(SM)作为大气污染预报模式系统的主要成分；干湿沉积模式(DSDM)与对流层高分辨化学预报模式(HRCM)相互耦合；中-8尺度动力学模式(MMM)影响空气污染物迁移、扩散的主要气象因子，如何作用？决定大气扩散速率的最终因子是大气运动的性质，即风和湍流。风是大气的水平运动，不同时刻的风速风向不同，风把污染物从污染源向下风方向输送的同时，还起着把污染物扩散稀释的作用。一般地说，污染物在大气中的浓度与污染物排放量成正比，与风速成反比。如风速增大一倍，在下风的污染物浓度将减少一半。湍流，是大气的不规则运动。风速时大时小，具有阵性的特点，在主导风向上也会出现上下左右不规则的阵性搅动，这就是大气湍流。污染物在风的作用下向下风方向飘移并扩散、稀释，同时，在湍流作用下向周围逐渐扩散，我们看到从烟囱中排出的烟云在向下风方向飘移时，烟云很容易被湍涡拆开或撕裂变形，使烟团很快扩散。气象热力因素：主要指大气的温度层结和大气稳定度。大气层结是指大气垂向的气温分布状况，气温的垂直分布决定着大气的稳定度，大