大气污染气象学

大气污染气象学第1页，课件共67页，创作于2023年2月2.成人每次吸入的空气量平均为500cm3，假若每分钟呼吸15次，空气中颗粒物的浓度为200µg/m3，试计算每小时沉积于肺泡内的颗粒物质量。已知该颗粒物在肺泡中的沉降系数为0.12。解：每小时沉积量200×（500×15×60×10－6）×0.12µg=10.8µg第2页，课件共67页，创作于2023年2月第二章污染气象学原理与大气扩散1.大气层及气象要素2.大气的热力过程(重点、难点)3.大气的水平运动4.局地气象特征5.大气扩散模式(重点、难点)6.污染物浓度估算(重点、难点)第3页，课件共67页，创作于2023年2月大气扩散酸雨越境转移（日本、南北朝鲜……）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

受体大气扩散源第4页，课件共67页，创作于2023年2月第一节大气层及气象要素大气层的结构。大气层可以分为对流层（最贴近地面、密度最大的一层）、平流层（较高的、气体组成相同但密度较小的气层）以及电离层（由已电离的气体组成）第5页，课件共67页，创作于2023年2月一、大气层结构对流层（～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0.65℃强烈对流作用温度和湿度的水平分布不均，导致大气的水平运动。对流层较薄，厚度随纬度增设而降低大气边界层——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，地面摩擦可以忽略近地层——地面上50～100m，热量和动量的交换甚微，温差大。第6页，课件共67页，创作于2023年2月一、大气层结构平流层（对流层顶到50~60km）同温层——对流层顶35~40km，气温-55℃左右。同温层以上，气温随高度增加而增加，逆温层。集中了大部分臭氧，在20~25km形成臭氧层。没有对流运动，污染物停留时间很长。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第7页，课件共67页，创作于2023年2月一、大气层结构暖层（中间层顶～800km）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，成分基本不变第8页，课件共67页，创作于2023年2月二、气象要素1．气温天气预报中：1.5m高、百叶箱内气温。第9页，课件共67页，创作于2023年2月二、气象要素2．气压单位：mb（毫巴）大气的压强1atm＝101325Pa＝1013.26mb=760mmHg

静力学方程:

第10页，课件共67页，创作于2023年2月二、气象要素3．气湿空气的湿度，表示空气中水汽含量的多少。表示方法有绝对湿度水汽压饱和水汽压相对湿度含湿量水汽体积分数露点第11页，课件共67页，创作于2023年2月二、气象要素

4．风向和风速水平方向的空气运动叫做风风的来向叫风向（16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（2min或10min平均）

(m/s)F－风力级（0～12级）

第12页，课件共67页，创作于2023年2月二、气象要素

4．风向和风速风玫瑰图

风速,m/s某地区1988年的风玫瑰图。同心圆表示风的频率，例如，吹南风的频率约为11％，其中风速大于10.82m/s的频率约为1％，风速在3.35～5.41m/s的频率为3.5左右。第13页，课件共67页，创作于2023年2月二、气象要素5．云状和云量大气中水汽的凝结现象叫做云云量:天空被云遮蔽的成数（我国10分，国外8分）云高:云底距地面底高度低云（2500m以下）(黑色)

中云（2500～5000m）(由冰晶及小水滴构成，白色或灰白)

高云（5000m以上）(由冰晶构成，白色)

云状:卷云（线）,积云（块）,层云（面),雨层云(无定形）第14页，课件共67页，创作于2023年2月云

高云（5000m以上）中云（2500-5000m）低云（2500米以下）第15页，课件共67页，创作于2023年2月二、主要气象要素6．能见度

正常视力的人，在天空背景下能看清的水平距离级别（0~9级，相应距离为50～50000米）

第16页，课件共67页，创作于2023年2月第二节大气的热力过程与竖向运动一、低层大气的加热与冷却太阳以紫外线、可见光、红外线的形式辐射热量太阳辐射加热地球表面地面长波辐射加热大气(75%~95%)近地层大气温度随地表温度而变化第17页，课件共67页，创作于2023年2月太阳辐射地表低层大气紫外线可见光红外线高层大气以长波形式以长波形式地表温度的周期性变化会引起低层大气温度的周期性变化第18页，课件共67页，创作于2023年2月二、气温的绝热变化1泊松方程空气块膨胀（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）一般满足大气绝热过程，认为系统与周围环境无热交换可以将没有水相变化的空气块的垂直运动看作绝热过程第19页，课件共67页，创作于2023年2月1.泊松方程根据热力学第一定律和理想气体状态方程，可有大气热力过程的微分方程由于是绝热过程第20页，课件共67页，创作于2023年2月2.干绝热递减率干空气绝热上升或下降单位高度时，温度降低或升高的数值——干绝热直减率

（空气团）

包括未饱和的湿空气第21页，课件共67页，创作于2023年2月2.干绝热递减率第22页，课件共67页，创作于2023年2月2.干绝热递减率代入上式得：实际中，Ti、T相差<10K，则由定义：第23页，课件共67页，创作于2023年2月干绝热气团包括是未饱和状态，但不会发生状态的变化

湿空气团作绝热升降时情况较复杂，在升降过程中若无相变化，其温度直减率和干绝热直减率一样，每升降100米温度变化1℃，若有相变化，每升高100米，温度变化小于1℃。第24页，课件共67页，创作于2023年2月三、大气竖向温度分布与静力稳定度

1.大气竖向温度分布－温度层结气温直减率第25页，课件共67页，创作于2023年2月2.大气静力稳定度及其判据定义：大气在垂直方向上稳定的程度；反映其是否容易对流。定性描述：

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，中性不稳定条件下有利于扩散第26页，课件共67页，创作于2023年2月2.大气静力稳定度及其判据定量判断

重点气块受到浮力和重力作用第27页，课件共67页，创作于2023年2月

则有判据：

2.大气静力稳定度及其判据假设起始温度相同第28页，课件共67页，创作于2023年2月2.大气静力稳定度及其判据24℃气块25℃26℃300m高度200m100m环境稳定24℃25℃26℃中性不稳定γ＝1.2γ＝0.824.2℃25℃25.8℃23.8℃25℃26.2℃γ＝1第29页，课件共67页，创作于2023年2月四、逆温逆温不利于扩散辐射：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。地面冷却快，较高气层冷却慢。太阳

地球

：短波

地球

大气层：长波

大气吸收长波第30页，课件共67页，创作于2023年2月四、逆温辐射逆温的生消过程第31页，课件共67页，创作于2023年2月四、逆温2.下沉逆温（多在高空大气中，高压控制区内）很厚的气层下沉

压缩变扁

顶部增温比底部多3500m-12℃3000m-10℃1700m6℃1500m5℃第32页，课件共67页，创作于2023年2月四、逆温3.平流逆温暖空气平流到冷地面上，而形成。(在盆地多发)4.湍流逆温下层湍流混合达上层出现过渡层逆温

第33页，课件共67页，创作于2023年2月四、逆温5.锋面逆温冷、暖气团相遇冷暖间逆温

暖气上爬，形成锋面第34页，课件共67页，创作于2023年2月烟流型与大气稳定度的关系波浪型（不稳）(γ>γd)锥型（中性or弱稳）(γ=γd)扇型（逆温）(γ<γd)爬升型（下稳，上不稳）漫烟型（上逆、下不稳）第35页，课件共67页，创作于2023年2月作业证明：第36页，课件共67页，创作于2023年2月第三节大气的水平运动一、水平方向的作用力

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）

第37页，课件共67页，创作于2023年2月近地层风速廓线模式平均风速随高度变化中性层结：对数律，粗糙度和摩擦速度第38页，课件共67页，创作于2023年2月近地层风速廓线模式平均风速随高度变化非中性层结：指数律，稳定度参数第39页，课件共67页，创作于2023年2月第四节局地气象特征1．城市热岛环流第40页，课件共67页，创作于2023年2月第四节局地气象特征2．山谷风第41页，课件共67页，创作于2023年2月第四节局地气象特征3．海陆风第42页，课件共67页，创作于2023年2月第五节大气扩散模式有关假定坐标系

右手坐标系，x轴正向为平均风向，y轴在水平面内垂直于x轴，z轴为垂直于水平面。四点假设a．污染物浓度在y、z风向上分布为正态分布b．全部高度风速均匀稳定c．源强是连续均匀稳定的d．扩散中污染物是守恒的（不考虑转化）

重点第43页，课件共67页，创作于2023年2月坐标系第44页，课件共67页，创作于2023年2月一、无限空间点源扩散模式未知数：浓度c,待定函数A(x)，待定系数a,b积分，可以解出四个未知数：得到高斯模式未知数：浓度待定函数A(x)，待定系数a,b积分，可以解出四个未知数：得到高斯模式由正态分布假定，得下风向任一点的浓度分布由统计理论得到，方差的表达式由假定d可写出源强积分式（单位时间物料守恒）第45页，课件共67页，创作于2023年2月同理有通过计算得到所以有第46页，课件共67页，创作于2023年2月所以有所以得到要记住噢!得到高斯模式第47页，课件共67页，创作于2023年2月：污染物在y方向分布的标准偏差，是距离x的函数，m：污染物在z方向分布的标准偏差，是距离x的函数，mq：源强是指污染物排放速率。与空气中污染物质的浓度成正比，它是研究空气污染问题的基础数据，mg/s：平均风速，m/s第48页，课件共67页，创作于2023年2月烟流的形态第49页，课件共67页，创作于2023年2月二、高架点源扩散模式难点第50页，课件共67页，创作于2023年2月镜像全反射---->像源法实源：像源：实源的贡献像源的贡献实际浓度第51页，课件共67页，创作于2023年2月三、地面点源扩散模式地面浓度模式：取z＝0代入上式，得地面浓度模式：取z＝0代入上式，得地面轴线浓度模式：再取y=0代入上式地面轴线浓度模式：再取yyszs上式，x增大，则、增大，第一项减小，第二项增大，必然在某x处有最大值地面最大浓度模式：考虑地面轴线浓度模式第52页，课件共67页，创作于2023年2月三、地面点源扩散模式yzconstss=地面最大浓度模式（续）：设（实际中成立）由此求得yzconstss=地面最大浓度模式（续）：设（实际中成立）由此求得相当于无界源的2倍（镜像垂直于地面，源强加倍）地面连续点源扩散模式第53页，课件共67页，创作于2023年2月q

源强计算或实测平均风速多年的风速资料H

有效烟囱高度、扩散参数第六节污染物浓度的估算一、烟流高度计算

初始动量：速度、内径烟温度－>浮力平均风速、大气稳定度等烟气抬升第54页，课件共67页，创作于2023年2月烟气抬升高度的计算抬升高度计算式

（1）Holland公式：适用于中性大气条件（稳定时减少、不稳时增加10％～20％）

Holland公式比较保守，特别在烟囱高、热释放率比较强的情况下第55页，课件共67页，创作于2023年2月烟气抬升高度的计算抬升高度计算式（2）布里格斯（Briggs）公式：适用不稳定及中性大气条件

第56页，课件共67页，创作于2023年2月烟气抬升高度的计算国标法第57页，课件共67页，创作于2023年2月例：某城市火电厂的烟囱高100m，出口直径5m。出口烟气流速为12.7m/s，温度为140℃，流量250m3/s。烟囱出口处平均风速为4m/s，大气温度为20℃，当地气压为978.4hPa，试确定烟气抬升高度和有效源高。解：烟气热释放率：第58页，课件共67页，创作于2023年2月二、扩散参数的确定P－G曲线法P－G曲线Pasquill仅需常规气象资料估算σy和σzGifford制成图表几点说明见P33a~f第59页，课件共67页，创作于2023年2月扩散参数的确定－P－G曲线法P－G曲线的应用根据常规资料确定稳定度级别第60页，课件共67页，创作于2023年2月扩散参数的确定——国标中规定的方法稳定度分类方法改进的P－T法太阳高度角

（地理纬度，倾角）

辐射等级稳定度云