3第三章 大气污染气象学
大气污染气象学
第三章 大气污染气象学3.1 一登山运动员在山脚处测得气压为1000 hPa ，登山到达某高度后又测得气压为500 hPa ，试问登山运动员从山脚向上爬了多少米？ 解：由气体静力学方程式，大气中气压随高度的变化可用下式描述：dP g dZ ρ=-⋅ （1）将空气视为理想气体，即有m PV RT M =可写为 m PMV RTρ==（2） 将（2）式带入（1），并整理，得到以下方程：dP gM dZ P RT=- 假定在一定范围内温度T 的变化很小，可以忽略。
对上式进行积分得：ln gMP Z C RT =-+ 即 2211ln ()P gM Z Z P RT =--（3） 假设山脚下的气温为10。
C ，带入（3）式得：5009.80.029ln10008.314283Z ⨯=-∆⨯ 得 5.7Z km ∆= 即登山运动员从山脚向上爬了约5.7km 。
3.2 在铁塔上观测的气温资料如下表所示，试计算各层大气的气温直减率：105.1-γ，3010-γ，5030-γ，305.1-γ，505.1-γ，并判断各层大气稳定度。
解：d m K z T γγ>=---=∆∆-=-100/35.25.1102988.297105.1，不稳定d m K z Tγγ>=---=∆∆-=-100/5.110308.2975.2973010，不稳定d m K z Tγγ>=---=∆∆-=-100/0.130505.2973.2975030，不稳定d m K z Tγγ>=---=∆∆-=-100/75.15.1302985.297305.1，不稳定d m K zTγγ>=---=∆∆-=-100/44.15.1502983.297505.1，不稳定。
3.3 在气压为400 hPa 处，气块温度为230K 。
若气块绝热下降到气压为600 hPa 处，气块温度变为多少？解：288.00101)(P PT T =， K P P T T 49.258)400600(230)(288.0288.00101===解：由《大气污染控制工程》P80 （3－23），m Z Z u u )(11=，取对数得)lg(lg 11Z Zm u u =设y u u=1lg ，x Z Z =)lg(1，由实测数据得由excel 进行直线拟合，取截距为0，直线方程为：y=0.2442x故m ＝0.2442。
大气污染控制第三章 大气污染气象学
∵ U = H－PV 全微分 dU = dH－PdV－VdP
∴ dq = dH－VdP = CPdT－VdP (dH = CPdT )
对单位质量的空气， V
RT
，故
P
dq
CPdT
RT
dP P
式中：CP = 996.5J/kg.K，R = 287J/kg.K
对于绝热过程：dq = 0，则
dT R dP T CP P
u 3.02 F 3 ( km/h)
5. 能见度 在当时天气条件下，视力正常的人能够从天空背景中看到或辨
认出的目标物的最大水平距离 (m) 。 能见度大小反映了大气透明度或混浊程度。
6. 云：
云是发生在高空的水汽凝结现象。 ⑴ 云的分类 高云：5000m以上，由水晶组成，云体成白色，有蚕丝般光泽，
几乃至几十度。 ⑵ 由于气流运动受地面摩擦的影响，故风速随高度增加而增大。 ⑶ 大气上下有规则的对流和无规则的湍流运动都比较盛行，水气也比较充
足。 直接影响污染物的传输、扩散和转化。
二、气象要素
表示大气状态和物理现象的物理量。 1. 气温
指离地面1.5m高处百叶箱中观测到的空气温度。 2. 气压
指大气压强。气象上气压的单位为毫巴 (mb)。 1mb = 1000dyn/cm2 = 100 Pa
也慢。可见云和强风可抑制辐射逆温出现。
2.下沉逆温 下沉逆温范围广、厚度大、持续时间长，在离地数百米至数千
米的高空都可能出现。在冬季，下沉逆温与辐射逆温相结合，形成 很厚的逆温层。
3.平流逆温 当暖空气平流到冷地面时，下层空气受地面影响大，降温多，上层空气
降温少，故形成逆温。 当暖空气平流到低地、盆地内积聚的冷空气上面时，也可形成平流逆温。
大气污染气象学
第三章大气污染气象学讲授2学时教学要求要求了解与大气污染相关的气象学基本知识，理解和掌握大气圈的结构、主要气象要素、大气稳定度和逆温的概念。
教学重点掌握大气层结构及大气的热力过程。
教学难点大气的热力过程、大气稳定度和逆温。
教学内容：§3-1大气圈结构及气象要素§3-2大气的热力过程§3-3大气的运动和风污染物排入大气后是否引起严重大气污染除取决于污染物的排入量外与污染物在大气中的扩散稀释速度关系极大。
各区域常常进行环境监测，测定各污染物的情况，我们会发现在同天大气监测值差别很大。
而统一污染源不可能差别很大，有时监测值会几百倍，造成这种现象的原因是与污染物的传输扩散与气象条件有着密切的关系。
近年来，在研究各种气象条件对大气污染物的传输扩散作用和大气污染物质对天气和气候的影响条件中逐渐形成了一门新的分支学科——大气污染气象学。
本章只讨论气象条件对大气污染物的传输扩散作用，初步掌握厂址选择和烟囱设计中的一些问题，为进一步学习污染气象学知识打下基础。
§3-1 概述一．低层大气的成分：干洁空气、水汽、气溶胶粒子。
二．大气的垂直结构三．影响大气污染的主要气象要素气象要素（因子）：表示大气状态和物理现象的物理量在气象上称之。
气象要素的数值是直接观测获得的，主要有：气温、气湿、气压、风向、风速、云况、能见度、降水、蒸发、日照时数、太阳辐射、地面辐射、大气辐射等，下面分别介绍几个：1. 气温：空气湿度是反映空气中水汽含量和空气潮湿程度的一个物理量，常用的表示方法有：绝对湿度、水蒸气压力、体积百分比、含湿量、相对湿度、露点等。
2.风a)定义：什么是风？空气水平方向的流动叫风。
b)形成：风主要由于气压的水平分布不均匀而引起的，而气压的水平分布不均是由湿度分布不均造成。
风的特性用风向与风速表示，它是一向量。
由于温度分布不均而形成的风从图a看出地面AB上，t1 = t2 ,水平方向上的温度和气压到处相等，AB上空各高度在水平方向上的T、P也到处相等，则等压（各处气都相等的面）与地面平行，此时大气静止状（无风）。
第三章大气污染气象学
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第三章大气污染气象学
（2）、温度层结
温度层结有四种类型：
1、正常分布层结或递减层结 气温随高度增加而递减，即 γ＞γd 2、中性层结 气温直减率等于或近似等于干绝热直减率γ=γd 3、等温层结
气温不随高度变化，即 γ= 0
4、逆温
气温随高度增加而增加，即 γ＜0，称气温逆转。
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4、湍流逆温
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5、锋面逆温
第三章大气污染气象学
四、逆温
逆温的存在可以阻碍空气垂直运动的发展，使逆温
层下的烟雾、杂质不易穿过逆温层向上扩散，污染物
无路可走，只好“流毒人间”。同时，有逆温时，一
般风速都很小，污染物更不易扩散。因此，逆温层强
度越大，层次越厚，维持时间越长，其污染就越
重。
专家研究指出，冬雾中的有毒物质和致病微生物是
（hPa）。与其他气压单位的关系是： 1atm=101325Pa=1013.25hPa=760mmHg 3、气湿：空气的湿度。表示方法：绝对湿度、水汽 压力、相对湿度、饱和气压、露点等。
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第三章大气污染气象学
3、气湿
3.1 绝对湿度 在1m3 湿空气中含有的水汽质量kg, 称为湿空 气的绝对湿度。由理想状态方程可得：
能见度的观测值通常为10级，P:69表3-1 能见度级9 大于50 000米（100里） 千里眼 10倍
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第三章大气污染气象学
第二节 大气的热力过程
一、太阳、大气和地面的热交换
太阳是主要热源，表面温度为6000K, 电磁波向外辐 射能量。
热交换过程：首先，太阳短波辐射加热了地球表面， 然后地面的长波辐射加热了大气。见下页图
大气污染控制工程(第3版普通高等教育十一五国家级规划教材)第三章复习题
第三章大气污染气象学一、名词解释大气圈，大气圈垂直结构，大气边界层，自由大气，空气相对湿度，大气绝热过程，干绝热直减率，位温，大气稳定度，热岛效应二、填空1、根据气温在垂直于下垫面方向上的分布，可将大气圈分为对流层、平流层、中间层、暖层和散逸层。
2．大气温度随高度增加而降低，每升高100米，平均降温约0.65℃。
而干空气块（或未饱和的湿空气块）的干绝热直减率是1k/100m 。
3．大气成分的垂直分布，主要取决于分子扩散和湍流扩散的强弱。
在80－85km以下的大气层中，以湍流扩散为主，大气的主要成分氮和氧的组成比例几乎不变，称为均质大气层。
在该层以上的大气层中，以分子扩散为主。
气体组成随高度变化而变化，称为非均质层。
4．根据自然现象将风力分为13个等级（0～12级），那么当风力等级为4级风时的风速是km/h。
5．云是表示大气状态的一个重要气象要素，从污染扩散的角度看，主要关心的是云量和云高。
云量记录时，一般总云量和低云量以分数的形式记入观测记录。
总云量作分子，低云量作分母。
6．气温沿垂直高度的分布称为温度层结，主要有四种类型:：递减层结，中性层结，等温层结，逆温。
7、根据逆温生成的过程，可将逆温分为辐射逆温、下沉逆温、平流逆温、湍流逆温。
8．高架点源排放烟流形状和特点与大气稳定度有密切关系。
典型的烟流形状有波浪型、锥形、扇型、屋脊型、熏烟型。
9．大气的运动是在各种力的作用下产生的。
作用于大气的力有气压梯度力、重力、地转偏向力、摩擦力和惯性离心力。
10．平均风速随高度的变化称为风速廓线。
根据湍流半经验理论推导出的两种风速廓线模式是对数律风速廓线模式和指数律风速廓线模式。
三、简答1、对流层的主要特征是什么？2、简述太阳、大气和地面的热交换过程。
？3、简述大气稳定度的判别过程。
4．简述辐射逆温和下沉逆温的形成机理。
5．简述海陆风和山谷风的形成过程。
四，计算1．根据指数律风速廓线模式推算不同高度处的平均风速。
第三章 大气污染气象学
（空气团）
一般满足，大气绝热过程，系统与周围环境 无热交换
定性 空气块 压缩（外气对它做功） 内能 T
（由压力变化引起）
空气块 膨胀（做功） 耗内 能 T
§第二节 大气的热力过程
定量： 热力学第一定律
dT R dp T Cp p
dT R dp k 1 d p （第一定律＋状态方程） T Cp p k p
u* Z u ln k Z0
§第三节 大气的运动与风
非中性层结： 指数律，稳定度参数
§第三节 大气的运动与风 4. 地方性风场
1）海陆风
§第三节 大气的运动与风
2）山谷风
§第三节 大气的运动与风
3）城市热岛环流
>0，
正常分布层结 中性层结（绝热直减率） 等温层结 逆温层结
d ， ＝
＝0 ， <0 ，
参见p75图3-3温度层结曲线
§第二节 大气的热力过程
3. 大气稳定度
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
§第三节 大气的运动与风
地转偏向力
由于地球自转而产生的使运动着的大气偏离气压梯 度方向的力。
计算公式： Dn 2 sin （式中各项代表详见教材） 性质特点：
① 伴随风速的产生而产生；
② 方向垂直于大气运动方向，北半球指向运动方向的 右方，南半球指向左边；
③ 只改变风向，不改变风速；
气块： Ti Ti 0 d z 环境： T T0 z
§第二节 大气的热力过程
T0 Ti 0
第三章 大气污染气象学分析
2
3
大气扩散
大气扩散
源
受体
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…… 气象条件对污物的稀释、扩散作用
污染气象学…… 污染物对气象的影响
4
第3章 大气污染气象学 §1大气圈结构及气象要素
➢ 一、大气圈垂直结构
5
高度(km) 3000
散逸层
（+）
一、大气圈垂直结构
500 400 热成层 300 200
（+）
100 越往上氧、氦等气体的原子态越多
90 中间层顶
80
电离层
高度（km）
紫外线的强烈照
射，N2和O2产生 不同程度的离解
70 中间层
60
N2
50
（-）
O2
Ar
平流层顶
CO2
40
Ne He
Kr H2
平流层
（+）
30
臭氧 吸收
20
Xe
O3
每升高100m， 气温降低0.65℃
近地层－地面上50～100m，热量和动量的常通量层
自由大气－大气边界层以上，地面摩擦可以忽略
9
一、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 ➢ 同温层以上，气温随高度增加而增加 ➢ 集中了大部分臭氧 ➢ 没有对流运动，污染物停留时间很长
风速,1m9/s
二、主要气象要素
5、云 云：是发生在高空的水汽凝结现象。 形成的基本条件：水蒸汽和使水蒸汽达到饱和凝结的环境 云量：指云遮蔽天空的成数。在我国，将天空分为10等份，有 几分天空被云遮盖，云量就是几。如：云占天空的1/10，云量 记为1；在云层中有少量空隙（空隙总量不到天空的1/20）记为 10；当天空无云或云量不到1/20时，云量为0。
第三章-大气污染气象学
平流层
1、范围：从对流层顶到50-55km高度。对流层顶：在对流层到平流层间有一厚度为几百米到一千米的过渡层2、特点：分为两层，大气污染物停留时间长（1）同温层：从对流层顶到35-40km左右的一层，气温几乎不随高度变化，-55℃左右（2）逆温层。从这以上到平流层顶，气温随高度增高而增高，到平流层顶达-3 ℃左右，几乎没有空气对流运动。 臭氧层：在20-25km高度臭氧的浓度达到最大值
暖层和散逸层
二、气 象 要 素
气象要素：表示大气状态的物理量和物理现象。 主要有气温、气压、气湿、风向、风速、云况、能见度等。1、气温：地面气温指距地面1.5m高度在百叶箱中观测到的空气温度。2、气压：大气的压强。气象学上常用的单位百帕（hPa）。与其他气压单位的关系是：1atm=101325Pa=1013.25hPa=760mmHg3、气湿：空气的湿度。表示方法：绝对湿度、水汽压力、相对湿度、饱和气压、露点等。
2、大气稳定度的判别
4个条件：准静力学条件、理想气体状态方程、气块 运动绝热 、气块与大气的起始温度相同
2、大气稳定度的判别
四、逆温
逆温层：气温随高度增加而增加的气层称为逆温层。在发生等温或逆温时，大气是稳定的，所以逆温层的存在阻碍了气流的运动，所以也称为阻挡层。许多大气污染事件多发生在有逆温及静风的气象条件下。 逆温类型：1、辐射逆温 2、下沉逆温 3、平流逆温 4、湍流逆温 5、锋面逆温
3.5 露点 在一定的气压下，空气达到饱和状态时的温度，称为空气的露点。
二、气 象 要 素
4. 风向和风速： 风：水平方向上的空气运动，风是一个矢量，有大小和方向。 升降气流：垂直方向的空气运动 风向：是指风的来向。可以用方位或角度表示。8或16个方位 风速：是单位时间内空气在水平方向运动的距离。单位m/s或km/s。 通常气象台所测定的风向、风速都是一定时间2min或10min内的平均值。风力：大小来估计风速。根据将风力分为13个等级。风速和风力等级（F）之间的关系：
大气污染控制工程(郝吉明版) 课后习题答案：Unlock-3
dP = −g ρ ⋅dZ （1）
将空气视为理想气体，即有
PV = m RT 可写为 ρ = m = PM （2）
M
V RT
将（2）式带入（1），并整理，得到以下方程：
dP gM = − dZ
P RT
假定在一定范围内温度 T 的变化很小，可以忽略。对上式进行积分得：
gM ln P = − Z + C
=
−0.72K
/
100m
，故γ
2
= −G2
= 0.72K / 100m < γ d ，稳定；
G3
=
∆T3 ∆z3
=
8.9 −15.6 580
= −1.16K
/100m ，故γ 3
= −G3
= 1.16K / 100m
> γ d ，不稳定；
G4
=
∆T4 ∆z4
=
5.0 − 25.0 2000
= −1K / 100m ，故 γ 4
放后陆续发回相应的气温和气压记录如下表所给。1）估算每一组数据发出的高度；2）以高
度为纵坐标，以气温为横坐标，作出气温廓线图；3）判断各层大气的稳定情况。
测定位置 2
3
4
5
6
7
8
9
10
气温/。C 9.8
12.0 14.0 15.0 13.0 13.0 12.6 1.6
0.8
气压/hPa 1012 1000 988 969 909 878 850 725 700
=
3.33m / s
u5
=
u
0
(
Z Z
5 0
) 0.15
=
2 × ( 400) 0.15 10
第三章 大气污染
第一节 概述
•大气是人类及一切生物赖以生存必不可少的物质和基 本环境要素之一 。 •人缺乏食物约可生存5周；断绝饮水约可生存5天；而 离开空气，则5 min 就会死亡。 •通常认为海平面附近的空气是干燥洁净空气，其组成 基本上不变。 •1000公里的高空以内称为大气层或大气圈，其密度随 着高度的减小而增加，大气质量约99.9％都集中在55km 以下的空间。
• 第一代大气（原始大气）-氢、氦、氖等。 • 第二代大气（还原大气）-氮、二氧化碳、 甲烷、氨和水汽。 • 现代大气（氧气大气）-干洁空气、水汽和 悬浮微粒。
一、大气污染 1. 大气组成 ①干燥洁净的混合气体（空气）：N2（78.09）、O2（20.94）、 Ar（0.934）和CO2（0.032），共占大气总容积的99．996％。 CO2和O3含量甚微，但对大气温度和生物生存起着重要作用。 CO2吸收地表的长波辐射，阻止地球散热。O3吸收太阳紫外辐 射 ，集中在20—25km的高度处，厚度为3mm。 ②悬浮微粒：固体微粒（悬浮灰、尘、花粉、细菌）、颗粒状液 体（水滴、云雾、冰晶）。影响大气的能见度，削弱太阳的辐 射强度。 ③水蒸气：含量不大，构成天气现象（云、雾、雨、霜、露）。
稳定组分： 稳定组分：氮、氧、氩、氖、氦、氪、氢、氙 等，这一组分的比例，从地球表面至90公里的 高度范围内都是稳定的。 不稳定组分：二氧化碳、二氧化硫、甲烷、硫 不稳定组分： 化氢、臭氧、氮氧化物、水汽等。主要来源于 自然界的火山爆发、地震、岩石风化、森林火 灾等和人类活动产生。
人类的生产生活活动可能改变大气组成引 起大气污染。由于大气的整体性和流动性， 大气环境问题常常是全球性的、区域性的。 目前国际关注的三大环境问题：全球性的酸 全球性的酸 浓度的增加（温室效应）、 ）、臭氧层的 雨、CO2浓度的增加（温室效应）、臭氧层的 破坏都成为全球性的环境问题。 破坏
第三章 大气污染气象学
辐射逆温与大气污染
（1）辐射逆温
的关系最为密切。
在晴朗无云(或少云）的夜间, 当风速较 小（<3m/s)时，地面因强烈的有效辐射而很 快冷却，近地面气层冷却最为强烈，较高的气 层冷却较慢，因而形成自地面开始逐渐向上发 展的逆温层，称为辐射逆温。 冬季晴朗无云和微风的白天，由于地面
2:中性层结：γ=γd
3:等温层结：γ=0，即Z↑， T=const 4:逆温：γ<0, 即Z↑，T↑
3.2.3 大气的稳定度及其判据
3.2.3.1 稳定度及其理解
大气稳定度——在垂直方向上大气稳定的程度，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密切的关系。
大气稳定度的理解
如果一空气块由于某种原因受到外力的作用, 产生了上升或下降运动后,外力除去后 气块就减速并有返回原来高度的 趋势，则称这种大气是稳定的 可能发生 三种情况 气块加速上升或下降，称这种大 气是不稳定的 气块被外力推到哪里就停到哪 里或作等速运动，称这种大气 是中性的
3.2.3.2 稳定度的判据----以γ和γd作判据
判别大气是否稳定，可用气块法来说明。 ρg
在此二力作用下单位 环境： 体积气块产生的向上 T，P， 加速度为 Ti，Pi， ρ g ( i ) ρi （式3-9） a
i
-ρig
气块法判别稳定度简图
利用准静力条件：Pi=P和理想气体状态方程，
热量交换的状态变化。
周围气压减 小，一部分 内能作膨胀 功，T降低
周围气压增加， 外界对其作压 缩功，转化为 内能，T升高
空气块绝热运动的两种基本情况简图 膨胀或压缩发生的ΔT ＞＞热交换引起的ΔT
3《大气污染控制工程》第三章解析
第三章大气污染气象学为了有效地控制大气污染．除需采取安装净化装置等各种技术措施外，还需充分利用大气对污染物的扩散和稀释能力。
污染物从污染源排到大气中的扩散过程，与排放源本身的特性、气象条件、地面特征和周围地区建筑物分布等因素有关。
本章主要对大气污染气象学的基本知识作一扼要介绍。
第一节大气圈结构及气象要素一、大气圈垂直结构地球表面环绕着在层很厚的气体，称为环境大气或地球大气，简称大气。
大气是自然环境的重要组成部分，是人类及生物赖以生存的必不可少的物质。
大气圈的垂直结构是指气象要素的垂直分布情况；如气温、气压、大气密度和大气成分的垂直分布等。
根据气温在垂直于下垫面(即地球表面情况)方向上的分布，可将大气分为五层：对流层、平流层、中间层、暖层和散逸层。
1.对流层对流层是大气层最低的一层；平均厚度为12公里。
由于对流程度在热带要比寒带强烈，故自下垫面算起的对流层的厚度随纬度增加而降低，赤道处约为16～17km,中纬度地区约10～12km，两极附近只有8～9km。
①对流层的主要特征是：(1)对流层虽然较薄，但却集中了整个大气质量的3／4和几乎全部水汽，主要的大气现象都发生在这一层中，它是天气变化最复杂、对人类活动影响最大的一层；(2)气温随高度增加而降低，每升高100 m平均降温约0.65℃；(3)空气具有强烈的对流运动，大气垂直混合激烈。
主要由于下垫面受热不均及其本身特性不同造成的。
(4)温度和湿度的水平分布不均匀；例如在热带海洋上空，空气比较温暖潮湿，在高纬度内陆上空，空气比较寒冷干燥，因此也经常发生大规模空气的水平运动。
②对流层亚层分层情况：(1)对流层的下层，厚度约为1～2km，其中气流受地面阻滞和摩擦的影响很大，称为大气边界层(或摩擦层)。
(2)其中从地面到50～100m左右的一层又称近地层。
在近地层中，垂直方向上热量和动量的交换甚微，所以温差很大，可达1～2℃。
(3)在近地层以上，气流受地面摩擦的影响越来越小。
《大气污染控制工程》第三章大气污染气象学第四章大气扩散浓度估算模式
变平阶段:在环境湍流作用下，烟流继续扩散膨胀并随风飘移的。
烟囱高度的计算
计算方法2:按地面绝对最大浓度计算
Cmax
2q ( z uH 2e y
)
（4-10）Cmax
u
H H (3 21) Cmax
的技术方法》
（P点源排放控制系数，表4-9,4-10）
二、烟囱设计中的几个问题
对于设计的高烟囱（大于200m），若所在地区上部逆温 出现频率较高时，则应按有上部逆温的扩散模式（封闭型 或熏烟型模式）校核地面污染物浓度
烟气抬升公式的选择也是烟囱设计的重要一环 优先采用国家标准中的推荐公式
气象参数的选取 多年平均值；某一保证频率的值
1. 大气稳定度的概念 指在垂直方向上大气稳定的程度，即是否易于发生对流。
定性理解：
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
大气稳定度与烟流 型的关系
波浪型（不稳） 锥型（中性or弱稳） 扇型（逆温） 爬升型（下稳，上
考虑地面轴线浓度模式
c(x,
y,
z,
H
)
q
u y
z
exp(
H2
2
2 z
)
上式，x增大，则 、y 增z 大，第一项减小，第二 项增大，必然在某x 处有最大值
第三章 大气污染气象学 第四章大气扩散浓度估算模式
扩散的要素
水平方向：风（平流输送）为主 垂直方向：湍流（脉动风速） 风速越大，湍流越强，大气污染扩散速度越快
第三章大气污染气象学
气块下降时，dZ↘。 F1 G 0 a 0 ，符合不稳定条件。
∴ d 0 无论上升、下降均属于不稳定状态。 <2> d 0
气块上升， dZ↗， F1 G 0 a 0 ，稳定状态；
气块下降，dZ↘。 F1 G 0 a 0 ，稳定状态。
在此状态下，不易扩散。
γ=0 等温；γ<0 逆温是稳定状态中更稳定的状态。
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
大气稳定度及其判据
定量判断
气块： pi i Ti 环境： p T
（单位体积块）加速度 a g( i ) ，将 pi p RT iRTi 代入上式得：
i
a g(Ti T ) g(Ti 1)
风速：单位时间内空气在水平方向上运动距离（一定时 间如2或10min的平均值）
u 3.02 F 3 (km/h) F－风力级（0～12级）
主要气象要素
5．云 云是飘浮在空中的水汽凝结物，由大量小水滴或小冰晶或两者 混合物组成。云高和云量对污染物扩散具有重要意义。 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） 中云（2500～5000m） 高云（5000m以上）
表示干空气在作干绝热上升（或下降）运动时，每升高（或下降）
100m，温度降低（或升高）约1℃。
气温直减率
3、位温（θ）
位温：把各层中的气块由最初的压力P循着干绝热的程序订正到 一个标准压力1000hPa时所具有的温度。
T
1000
R Cp
T
1000
0.288
P
P
任何一气块的位温是不变的（干绝热情况）；而非绝热情况下， 位温是变化的。∴位温比气温更能代表气块的热力学性质。
内科大大气污染控制工程教案第3章 大气污染气象学
w d v w w vp R p p p R p p ϕϕ=-- ——湿空气的总压力；——干空气分压，因而p=d p +w p ；d =287.0J/（kg K ），湿空气K =287.0/461.4=0.622，带入式3-4得，RT dP；可以看出，影响气温变化的原因有两个：一P是由于空气与外界有热量交换；一是由于外界压力的变化使空气膨胀或压缩；当空气团作铅直运动时，外界的气压变化很大，且气压变化的影响远远超过气团与周围热交换的影响时，可以认为空气团的温度变化主要受气压变化的影响，而不考虑热交换的影响，及过程视为绝热的；dPP在对高度Z 求偏微分，可以得到：()d Z T θθγγ∂=-∂ （3-19） 可见0Z θ∂∂，即γ＞γd 时，大气不稳定；0Zθ∂∂时，即γ＜γd 时，大气稳定；0Z θ∂∂=时，大气是中性的；四、逆温在边界层中，由于气象和地形等条件的影响，有时会出现气温随高度增加而升高的现象，称为逆温。
出现逆温的气层，称为逆温层。
逆温出现时γ＜0，大气处于非常稳定状态，大气的垂直运动很难发展，污染物质的输送和扩散受到抑制，因此可能造成严重的大气污染。
所以逆温层又称为阻挡层。
根据逆温形成原因可将其分为5种。
1、辐射逆温 由于地面强烈辐射冷却而形成的逆温，称为辐射逆温。
2、下沉逆温 由于空气下沉受到压缩增温而形成的逆温称为下沉逆温。
图3-6 下沉逆温形成示意图3、平流逆温 由暖空气平流到冷地面上而形成的逆温称为平流逆温。
4、湍流逆温 低层空气因湍流混合形成的逆温，称为湍流逆温。
5、锋面逆温 锋面逆温是由大气中冷暖空气团相遇形成的一个倾斜过度层（称为锋面），较暖的空气总是位于较冷空气之上而形成的逆温。
五、烟流形状与大气稳定度的关系大气污染状况与大气稳定度有密切关系。
大气稳定度不同，高架点源排放的烟流扩散形状和特点不同，造成的污染状况差别很大。
典型的烟流形状有五种：但是，也应指出，边界层内的风向足随高度增加而向右偏转的。
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2.大气稳定度的判据
T0 Ti 0
则有
a g ( d ) T z
判据：
混合层
d >0, d <0,
a> 0 a< 0
不稳定 稳定 中性 逆温，非常稳定
中性层 稳定层
d ＝ 0， a= 0
< 0 ， a< 0
9
2.大气稳定度的判据
T0 Ti 0
风向：风的来向叫风向（16个或8个方位） 风速：单位时间内空气在水平方向上运动距离 （2或10min平均） 3 (km/h) u 3 . 02 F F——风力级（0～12级）
2
5、云
云：是发生在高空的水汽凝结现象。 云量：指云遮蔽天空的成数。
我国，将天空分为10等份，有几分天空被云遮盖，云量就 是几。如：云占天空的1/10，云量记为1；在云层中有少量空隙 （空隙总量不到天空的1/20）记为10；当天空无云或云量不到 1/20时，云量为0。 国外，将天空分为8等份。国外云量与我国云量间的关系： 国外云量×1.25=我国云量 ①总云量：指所有云遮蔽天空的成数，不论云的层次和高度。 ②低云量：低云的云掩盖天空的成数。 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 3
二、主要气象要素
气象要素（因子）： 是指表示大气状态的物理现象和物理量 与大气污染关系密切的气象要素主要有： ①气温 ②气压 ③气湿 ④风（风向、风速） ⑤云况 ⑥能见度 ⑦降水、蒸发、日照时数、太阳辐射、地面辐射、 大气辐射等。
1
4．风向和风速 水平方向的空气运动称为风。
（垂直方向－升降气流）
则有
a g ( d ) T z
判据：
混合层
d >0, d <0,
a> 0定
中性层 稳定层
d ＝ 0， a= 0
< 0 ， a< 0
10
四、逆温
①辐射逆温 ②下沉逆温 ③平流逆温 ④湍流逆温 ⑤封面逆温
二、气温的垂直变化
气温直减率
干绝热直减率——干空气绝热绘制温度递减率
d
dT dZ
1
4
二、气温的垂直变化
二者区别：
1、γd表示干空气团绝热升降过程温度的变化 γ表示环境大气稳定的变化 2、 γd为常数 γ为变量
5
2.气温的垂直分布（温度层结）
气温的垂直分布－温度层结
> 0 ， ＝d ， ＝0 ， < 0 ， 正常分布层结 中性层结（绝热直减率） 等温层结 逆温层结
T z
6
三、大气稳定度
1、定义：指大气对垂直运动的气团是加速、 抑制、还是无影响的一种热力学性质
定性描述：
外力使气块上升或下降 气块加速上升或下降，不稳定 气块减速，有返回趋势，稳定
气块去掉外力
气块停在外力去掉处，中性
大气稳定度影响污染物的扩散。
不稳定条件下有利于扩散
7
2. 判据
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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
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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
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3.平流逆温
暖空气平流到冷地面上而下部降温而形成 4.湍流逆温 下层湍流混合达 d 上层出现过渡层 d
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定量判断
（单位体积块）加速度 a
g ( i)
i
，将
pi p RT i R Ti 代 入 上 式 得 ：
a
g (T i T ) T
g(
Ti T
1)
高度
z z z
（一般均满足绝热条件）
气 块 ： Ti Ti 0 环境：
d z
T T0 z
d> 0
γ
T 稳定 晴夜、 晨 早
T 下 部 不 稳 定 ，上 部 稳 定 早 8 -1 0 时 ， 时 间 短 ， 不稳定
T
危害重 Z Z 0
γ -γ
d≈
γ
γ
T 中性稳定 强风、阳光
T 下部稳定，上部 不稳定，污染小
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本章小结
1.影响大气污染的主要气象要素：
气温、气压、空气湿度（气湿）、风（风向、 风速）、云况、能见度、降水、蒸发、日照时 数、太阳辐射、地面辐射、大气辐射等。 2.热力因子影响大气污染的主要原因 3.动力因子影响大气污染的主要原因 作业题P82～83 1.3.7
逆温
14
5.锋面逆温
冷、暖气团相遇 暖气上爬，形成锋面 冷暖间逆温
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五、烟流型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）
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Z
γ -γ
d < -1
Z
γ γ -γ
d < -1
Z γ >0 γ >γ
d
γ
d
γ
γ -γ