第3章-大气污染的气象过程PPT课件
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大气污染气象学
环境：TT0z
T0 Ti0
ag( d)z
T
31
Fra Baidu bibliotek
三、大气稳定度
2.大气稳定度的判别
判据：
ag( d)z
T
混 合 层 d> 0 , a > 0
d< 0 , a < 0 中 性 层 d＝ 0 ， a = 0
稳 定 层
< 0 ， a < 0
不 稳 定 稳 定 中 性
逆 温 ， 非 常 稳 定
32
2.大气稳定度的判别
❖ 定量判定
气块： pi i Ti 环境： p T
（ 单 位 体 积 块 ） 加 速 度 a g (i)， 将 p i p R T iR T i 代 入 上 式 得 ：
i
a g (T i T ) g (T i 1 ) TT
高度zzz （一般均满足绝热条件）
气块：Ti Ti0dz
37
第三节 大气的运动和风
❖ 一、引起大气运动的作用力
直接作用力 间接作用力
重力
气压梯度力
垂直气压梯度力：与重力平衡 水平气压梯度力
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）
39
二、大气边界层中风随高度变化
❖ Ekman （ 爱 克
T0 Ti0
ag( d)z
T
31
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三、大气稳定度
2.大气稳定度的判别
判据：
ag( d)z
T
混 合 层 d> 0 , a > 0
d< 0 , a < 0 中 性 层 d＝ 0 ， a = 0
稳 定 层
< 0 ， a < 0
不 稳 定 稳 定 中 性
逆 温 ， 非 常 稳 定
32
2.大气稳定度的判别
❖ 定量判定
气块： pi i Ti 环境： p T
（ 单 位 体 积 块 ） 加 速 度 a g (i)， 将 p i p R T iR T i 代 入 上 式 得 ：
i
a g (T i T ) g (T i 1 ) TT
高度zzz （一般均满足绝热条件）
气块：Ti Ti0dz
37
第三节 大气的运动和风
❖ 一、引起大气运动的作用力
直接作用力 间接作用力
重力
气压梯度力
垂直气压梯度力：与重力平衡 水平气压梯度力
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）
39
二、大气边界层中风随高度变化
❖ Ekman （ 爱 克
大气污染PPT课件
5～15 40～70 25～150 50～200
50～200 100～300
大气污染的危害
（1）对人体的危害主要表现为呼吸道疾病
（2）对植物可使其生理机制受抑制，生长不良，抗 病抗虫能力减弱，甚至死亡；
（3）对气候产生不良影响，如降低能见度，减少太 阳的辐射(据资料表明，城市太阳辐射强度和紫外线 强度要分别比农村减少10～30%和10～25%)而导致 城市佝偻（驼背）发病率的增加；
大气污染的概念
按照国际标准化组织定义 “大气污染通常是指由 于人类活动或自然过程引起某些物质进入大气中， 呈现出足够的浓度，达到足够的时间，并因此危害 了人体的舒适、健康和福利或环境污染的现象”。
大气污染形成条件
大气中有害物质的浓度越高，污染就越重，危害也就 越大。污染物在大气中的浓度，除了取决于排放的总 量外，还同排放源高度、气象和地形等因素有关 。
目前伦敦实景
美国宾州多诺拉烟雾事件
多诺拉是美国宾夕法尼亚州的一个小镇，多诺拉镇是硫酸厂、钢 铁厂、炼锌厂的集中地，多年来，这些工厂的烟囱不断地向空中 喷烟吐雾，以致多诺拉镇的居民们对空气中的怪味都习以为常了。 1948年10月26至31日，持续的雾天使多诺拉镇看上去格外昏暗。 气候潮湿寒冷，天空阴云密布，一丝风都没有，空气失去了上下 的垂直移动，出现逆温现象。在这种死风状态下，工厂的烟囱却 没有停止排放，就像要冲破凝住了的大气层一样，不停地喷吐着 烟雾。两天过去了，天气没有变化，只是大气中的烟雾越来越厚 重，工厂排出的大量烟雾被封闭在山谷中。空气中散发着刺鼻的 二氧化硫（SO2）气味，令人作呕。空气能见度极低，除了烟囱 之外，工厂都消失在烟雾中。随之而来的是小镇中6000人突然发 病，症状为眼病、咽喉痛、流鼻涕、咳嗽、头痛、四肢乏倦、胸 闷、呕吐、腹泻等，其中有20人很快死亡。死者年龄多在65岁以 上，大都原来就患有心脏病或呼吸系统疾病。
大气污染控制第三章 大气污染气象学
将上式从气块初态(T0，P0) 到终态 (T，P) 积分，得
T ( P )R /CP ( P )0.288
T0 P0
P0
上式为泊松方程，它描述了气块在绝热升降时气块初态和气块终态之间的关 系。表明在绝热过程中系统温度变化由外界压力变化而引起。
2. 干绝热递减率与气温递减率 干空气块 (或在升降过程中未发生水蒸汽相变的湿空气块) 在绝热升降100m
一水平方向作用于空气的力水平气压梯度力由于水平方向气压差的存在而作用在单位质量空气上的力g地转偏心力由于地球自转而产生的使运动着的空气偏离气压梯度力方向的力也称科佳奥利力
第三章 大气污染气象学
污染物排入大气后，是否引起严重的大气污染取决于： ⑴ 污染源的状况
废气的温度、成分、源强、源高、源的几何形状、相对位置、排 放方式等。 ⑵ 污染物在大气中扩散稀释速率 充分利用大气的净化能力，使地面污染控制在人们可以接受的程 度以内，防止污染事故的发生。 影响因素 ：源参数、气象因素、地面特征、周围地区建筑物分布等。 气象因素 ：风向、风速、大气湍流运动、气温垂直分布及大气稳定 程度等。
散成扇形，晴朗的夜间常出现。对环境影响与源高有关。
4. 爬升型(屋脊型) ：烟流下部是稳定大气，上部是不稳定大气。一般日落前出现。持 续时间短，对近地处污染较小。
5. 漫烟型(熏烟型) ：烟流下部是不稳定大气，烟流上部是稳定大气，烟流向上扩散 受到抑制，只能在地面至逆温层之间扩散，造成污染物浓度极高。一般早上日出 时出现。
大气环境：chapter3-大气污染的气象过程(I)
g w' '
• 无量纲稳定度因子: z
L
Jacobson M. Z. (1998) Fundamentals of Atmospheric Modeling
内容
• 风、温、大气稳定度 • 湍流、大气边界层 • 湍流垂直扩散系数变化对浓度场影响 • 理想条件下大气污染物扩散 • 复杂地形对大气污染物扩散影响
y f (x1, x2, x3,..., xm,..., xn ) (1, 2,..., nm )
赵鸣 (2006) 大气边界层动力学, 北京: 高等教育出版社。
相似理论导出Monin-Obukhov length
• 因变量∂u/∂z是u*、z、浮力参数 g/ 和热通量 w' ' 函数。 • 4个自变量只有3个量纲独立, 取前三个, 无量纲化 g/ 和
位温 (potential temperature)
• 位温: 空气块干绝热移
动到1000hPa时应有的 温度。 • 位温在干绝热过程中
T
1000
0.286
P
具有保守性(保持不变)。
王永生等 (1987) 大气物理学, 气象出版社。
Richardson数
• Richardson数为浮力 做功与切变应力做功 之比率。
烟流抬升高度烟流性质出口处烟流初始动量烟流不周围空气温差引起浮力周围大气性质平均风速和湍流强度稳定层结抑制浮升定层结促进浮升但湍流变强混合较快又对抬升丌利下垫面影响地面粗糙上空湍流较强丌利亍抬升pandis2006atmosphericchemistryphysics
• 无量纲稳定度因子: z
L
Jacobson M. Z. (1998) Fundamentals of Atmospheric Modeling
内容
• 风、温、大气稳定度 • 湍流、大气边界层 • 湍流垂直扩散系数变化对浓度场影响 • 理想条件下大气污染物扩散 • 复杂地形对大气污染物扩散影响
y f (x1, x2, x3,..., xm,..., xn ) (1, 2,..., nm )
赵鸣 (2006) 大气边界层动力学, 北京: 高等教育出版社。
相似理论导出Monin-Obukhov length
• 因变量∂u/∂z是u*、z、浮力参数 g/ 和热通量 w' ' 函数。 • 4个自变量只有3个量纲独立, 取前三个, 无量纲化 g/ 和
位温 (potential temperature)
• 位温: 空气块干绝热移
动到1000hPa时应有的 温度。 • 位温在干绝热过程中
T
1000
0.286
P
具有保守性(保持不变)。
王永生等 (1987) 大气物理学, 气象出版社。
Richardson数
• Richardson数为浮力 做功与切变应力做功 之比率。
烟流抬升高度烟流性质出口处烟流初始动量烟流不周围空气温差引起浮力周围大气性质平均风速和湍流强度稳定层结抑制浮升定层结促进浮升但湍流变强混合较快又对抬升丌利下垫面影响地面粗糙上空湍流较强丌利亍抬升pandis2006atmosphericchemistryphysics
第三章 大气环境与大气污染
酸雨
由于人类活动的影响，使降水中溶入其它酸性物质，从而使其pH 值降到5.6以下的降水。 酸雨的形成：是复杂的大气化学和大气物理现象，是由自然排 放和人为活动等释放到大气中的SO2或NOx通过氧化反应（气相或 液相反应），生成硫酸或硝酸和亚硝酸，附在凝结核上降落到地面 上的。 影响与危害： （1）损害水生、陆生生物：如鱼类和森林 （2）对人体健康影响：使有毒重金属溶入饮用水中，危害饮用者 （3）腐蚀建筑材料、金属构件、油漆以及名胜古迹等
3 致癌
二、大气污染对植物的影响和危害
(1)急性危害 短时期内，高浓度污染物造成的危害
(2)慢性危害
长时间内，低浓度的污染物造成的危害 (3)隐性危害 外表生长发育正常，但生理机能受到影响，产量下降。 主要污染物
SO2、氟化物、光化学烟雾、Cl、NOX、NH3等。
三、大气污染对器物的损害
玷污性损害和化学性损害
⑴城市燃气化是防治煤烟型污染的重要途径。
⑵集中供热较分散供热可节煤38～40%。 ⑶发展民用型煤。 3、控制流动源污染：汽车尾气的治理 4、加强环境管理，提高生物净化能力
二、控制技术
1、消烟除尘
1）干式机械除尘：重力沉降器、惯性除尘器、旋风除尘器
2）湿式除尘：喷淋塔、水膜式除尘器等
3）过滤式除尘：袋式除尘器等
①还原型(煤炭型)：主要污染物：SO2、CO和颗粒物，在低 温、高温阴天、小风、逆温情况下，在当地地形条件的影响下， 被封盖在城市上空，造成对人体健康极大的危害，致使上千人 死亡。类似这样的事件发生过多起，最典型的当属1952年12月
大气污染控制工程 第三章 大气污染气象学PPT资料39页
14
第二节 大气的热力过程 一、太阳、大气和地面的热交换
• 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 • 近地层大气温度随地表温度变化
15
太阳辐射光谱
太阳辐射的能量主要分布在可见光 区和红外区
可见光区占太阳辐射总量的50％
红外区占43％
紫外区只占能量的7％
1．气温 表示大气温度高低的物理量。 天气预报中：1.5m高、百叶箱内气温。
oC 5 ( oF 3 2 ) 9
K oC 2 7 3 .1 5
摄氏温度 热力学温度
oF 9 oC 3 2 5
华氏温度
5
二、主要气象要素
2．气压 即大气的压强。任一点的气压值等于该地单位面积 上的大气柱重量。 气压总是随高度的增加而降低的。 据实测，近地层高度每升高100米，气压平均降低约 12.4毫巴（1mb=100Pa=1hPa) ，在高层小于此值。 单位：mb（毫巴） 1atm＝101325Pa＝1013.25mb=760mmHg
7
二、主要气象要素
4.风向和风速（wind speed and direction)
什么是风？空气的流动就形成风。 风的形成：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温 度分布不均造成。
8
第二节 大气的热力过程 一、太阳、大气和地面的热交换
• 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 • 近地层大气温度随地表温度变化
15
太阳辐射光谱
太阳辐射的能量主要分布在可见光 区和红外区
可见光区占太阳辐射总量的50％
红外区占43％
紫外区只占能量的7％
1．气温 表示大气温度高低的物理量。 天气预报中：1.5m高、百叶箱内气温。
oC 5 ( oF 3 2 ) 9
K oC 2 7 3 .1 5
摄氏温度 热力学温度
oF 9 oC 3 2 5
华氏温度
5
二、主要气象要素
2．气压 即大气的压强。任一点的气压值等于该地单位面积 上的大气柱重量。 气压总是随高度的增加而降低的。 据实测，近地层高度每升高100米，气压平均降低约 12.4毫巴（1mb=100Pa=1hPa) ，在高层小于此值。 单位：mb（毫巴） 1atm＝101325Pa＝1013.25mb=760mmHg
7
二、主要气象要素
4.风向和风速（wind speed and direction)
什么是风？空气的流动就形成风。 风的形成：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温 度分布不均造成。
8
大气污染气象学
二、气温的垂直变化
1、大气的绝热过程与泊松方程
气温直减率
T z
（大气）
干空气绝热绘制温度递减率——干绝热直减率
d d d T zi （空气团）
一般满足，大气绝热过程，系统与周围环境无热交换
（由压力变化引起）
定性
空气块 空气块
膨胀（做功）
耗内 能
T
压缩（外气对它做功）
内能
T
气温直减率
定量： 热力学第一定律
位 温 : 各 高 度 均 把 压 力 换 算 为 1 0 0 0 m b ( 1 0 k P a ) 时 的 温 度 （ 绝 热 ）
T ( 1 0 0 0 )R C p T ( 1 0 0 0 )0 .2 8 8
P
P
气温的垂直分布（温度层结）
气温的垂直分布－温度层结
T z
>0， ＝d， ＝0 ， <0 ，
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
第三章 大气污染气象学
第三章 大气污染
2. 我国的大气概况和特点 • 能源消费以煤炭为主，主要是SO2和烟尘，大气污染的 特征属于煤烟型。 • 污染水平：北方城市＞南方城市，冬季＞夏季，早晚 ＞中午。南方城市是酸雨和高硫煤地区的污染，北方 城市是冬季采暖期的污染。 • 1997年，污染物排放达到最高值。其中SO2排放过了美 国，成为世界SO2排放第一大国。 • 1997年后，烟尘、SO2排放总量呈下降，但数量仍巨大； 石油消费和机动车辆急剧增加，氮氧化物污染呈上升。
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
三、大气污染的分类
1. 大气污染的类型
(1)大气污染按其影响所及范围 影响所及范围可分为四类： 影响所及范围 局部性污染、地区性污染、广域性污染、 全球性污染。 (2)根据能源性质和大气污染物组成 能源性质和大气污染物组成和反应， 能源性质和大气污染物组成 一般将大气污染划分为四种类型；煤炭型、 石油型、混合型、特殊型。
第3章 大气污染气象学
第二节 大气的热力过程
5.锋面逆温
形成原因：
冷、暖气团相遇 暖气上爬，形成锋面 冷暖间逆温
第二节 大气的热力过程
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）
大气稳定情况 污染情况
γ与γd关系
【思考】在风速大致相同，而气温垂直分布的A、B、C、D四种 情况中，最有利于某工厂68米高的烟囱灰尘扩散的是 : 20m 40m 60m 80m 100m
dT R dp 则有： T Cp p
积 分
干空气的定压比热， Cp＝1005J/kg. k
泊松方程：
T P R Cp P 0.288 ( ) ( ) T0 P P 0 0
升降前（T0、P0） －泊松方程 升降后（T、P）
绝热过程中气温的变化完全由气压变化引起。
第二节 大气的热力过程
2、气温直减率 定义：单位高度（通常100m）气温的变化值。
－泊松方程
1000 ＝ T0 P0
R / Cp
1000 ＝T0 P 0
R / Cp
第二节 大气的热力过程
5、气温的垂直分布－温度层结
T z
> 0 d，
第三章 大气污染气象学
若在气块运动过程中满足绝热条件，则气块运动Z 高度时，
气块： Ti
i
Pi P
Ti 0 d Z T0 Z
环境： T
当 T0
Ti 0
时，则有：a g
d
T
Z
因而，若 Z 0，则有三种情况：
d 时，a 0 ，气块加速运动，大气不稳定 d 时，a 0 ，气块减速运动，大气稳定 d 时，a 0 ，大气呈中性
如果大气中某一空气块作垂直运动是与周围空气不发生热量交换，则将
这样的状态变化过程称为大气的绝热过程。
空气块 空气块垂直运动 空气块
膨胀（对外做功） 压缩（外气对它做功）
内 能 内 能
T T
空气块绝热过程状态变化示意图
由热力学第一定律和理想气体状态方程，可得到描述大气热力过程的 微分方程：
dP dT R dP dQ 0 dQ C p dT RT 大气绝热过程 P T Cp P
0.288
位温只与初始状态有关！
气温的垂直分布
气温随高度的变化可以用气温垂直递减率 T Z 来表示，简称
气温直减率。
气温沿垂直高度的分布曲线，简称温度层结。
温度层结有四种类型：
T Z
d d 0 0
， 正常分布层结，或递减层结 ， 中性层结
气块： Ti
i
Pi P
Ti 0 d Z T0 Z
环境： T
当 T0
Ti 0
时，则有：a g
d
T
Z
因而，若 Z 0，则有三种情况：
d 时，a 0 ，气块加速运动，大气不稳定 d 时，a 0 ，气块减速运动，大气稳定 d 时，a 0 ，大气呈中性
如果大气中某一空气块作垂直运动是与周围空气不发生热量交换，则将
这样的状态变化过程称为大气的绝热过程。
空气块 空气块垂直运动 空气块
膨胀（对外做功） 压缩（外气对它做功）
内 能 内 能
T T
空气块绝热过程状态变化示意图
由热力学第一定律和理想气体状态方程，可得到描述大气热力过程的 微分方程：
dP dT R dP dQ 0 dQ C p dT RT 大气绝热过程 P T Cp P
0.288
位温只与初始状态有关！
气温的垂直分布
气温随高度的变化可以用气温垂直递减率 T Z 来表示，简称
气温直减率。
气温沿垂直高度的分布曲线，简称温度层结。
温度层结有四种类型：
T Z
d d 0 0
， 正常分布层结，或递减层结 ， 中性层结
第三章 大气污染气象学
（四）气温的垂直分布
气温直减率——气温随高度的变化。
T ( ) Z
高度z（m）
（式3-8）
温度层结曲线——气
气温t(0C)
温沿垂直高度的分布， 可用坐标图上以高度为 纵坐标以温度为横坐标 作的曲线表示（左图）， 也叫气温沿高度分布曲 线。
大 气 中 温 度 层 结
1:正常温度层结或递减层结:γ>0,即Z↑，T↓
则有
a
g i
p g
i
RT Fra Baidu biblioteki
pi
RTi
Ti 0 d Z (T0 Z ) g
T g
RTi
Ti T g T
Ti0=T0
d
T
Z
ag
d
T
Z
ΔZ>0，a有三种情况
γ-γd>0,a>0,气块作加速运动，大气不稳定
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，
大气绝热过程——大气中进行的热力过程，所
大气污染与气象条件课件
气象部门与环保部门之间的合作 ，可以共同推动大气污染防治工
作。
05
大气污染防治的未来展望与挑战
大气污染防治的未来发展趋势
精细化治理
未来大气污染防治将更加重视精细化治理，针对不同地区、不同 污染源制定更加具体的治理措施。
科技创新引领
科技创新将在大气污染防治中发挥更加重要的作用，推动大气污染 防治技术的不断进步。
完善大气污染防治法规，加大对违法 行为的惩戒力度，确保法规的有效实 施。
04
气象条件对大气污染防治的指点作用
气象监测在大气污染防治中的应用
监测空气质量
通过气象监测可以实时监测空气 中的污染物浓度，如二氧化硫、 氮氧化物、颗粒物等，为大气污
染防治提供数据支持。
追踪污染源
气象监测可以追踪污染物的来源， 如工业排放、交通尾气、农业活动 等，有助于确定污染治理的重点领 域。
大气污染类型
根据污染物的性质和来源，大气污染可分为多种类型，如燃煤型 、机动车尾气型、工业污染型等。
大气污染的危害与影响
对人体健康的影响
大气污染可引起呼吸系统疾病、心血管疾病等，对 儿童和老年人等敏锐人群的危害更为严重。
对生态环境的影响
大气污染可导致植物生长受阻、生物多样性减少、 土壤和水体污染等。
加强跨区域合作
未来将进一步加强跨区域合作，共同应对大气污 染问题，推动区域空气质量改良。
作。
05
大气污染防治的未来展望与挑战
大气污染防治的未来发展趋势
精细化治理
未来大气污染防治将更加重视精细化治理，针对不同地区、不同 污染源制定更加具体的治理措施。
科技创新引领
科技创新将在大气污染防治中发挥更加重要的作用，推动大气污染 防治技术的不断进步。
完善大气污染防治法规，加大对违法 行为的惩戒力度，确保法规的有效实 施。
04
气象条件对大气污染防治的指点作用
气象监测在大气污染防治中的应用
监测空气质量
通过气象监测可以实时监测空气 中的污染物浓度，如二氧化硫、 氮氧化物、颗粒物等，为大气污
染防治提供数据支持。
追踪污染源
气象监测可以追踪污染物的来源， 如工业排放、交通尾气、农业活动 等，有助于确定污染治理的重点领 域。
大气污染类型
根据污染物的性质和来源，大气污染可分为多种类型，如燃煤型 、机动车尾气型、工业污染型等。
大气污染的危害与影响
对人体健康的影响
大气污染可引起呼吸系统疾病、心血管疾病等，对 儿童和老年人等敏锐人群的危害更为严重。
对生态环境的影响
大气污染可导致植物生长受阻、生物多样性减少、 土壤和水体污染等。
加强跨区域合作
未来将进一步加强跨区域合作，共同应对大气污 染问题，推动区域空气质量改良。
《环境污染化学》孟昭福课件 第3章大气污染化学
g ( i )
a
g (Ti T ) T g ( i 1) T T
（一般均满足绝热条件）
高度 z z z
气块： Ti Ti 0 d z 环境：
T T0 z
2.大气稳定度的判据
T0 Ti 0
则有
( d ) a g z T
3.2.2 湿沉降
• 概念：大气中所含污染物能溶于水或者能被水润
湿，这种污染物在对流层大气中可以通过降水过 程而沉降到地面的过程叫做湿沉降。 • 原理：湿沉降是污染物在大气中被消除的重要过 程。大气中的气体污染物溶于水溶液也遵循亨利
Biblioteka Baidu
定律，即在一定的温度和平衡状态下，气体在液
体中的溶解度与该气体在气相中的平衡分压成正
算 法
第i种污染物的分指数Ii可以由实测的污染物浓度值c 按照线性关系进行分段计算。对于第i种污染物的第 j个转折点（ci，j，Ii，j）上分指数值和相应的浓度值， 可由污染指数分级表中查出。当第i种污染物浓度ci， j ，ci<ci，j时，其分指数为
Ii
c i c i ，j c i，j1 c i，j
3.4.1 大气中一氧化碳的污染化学
来源：
天然源
(a)甲烷的转化。如CH4经HO· 自由基氧化
CH4+HO·→ CH3· 2O +H CH 3· O2 →HCHO+HO· HCHO +hv→CO+H2 +
第三章-大气污染气象学
4、逆温
气温随高度增加而增加，即 γ＜0，称气温逆转。
（2）、温度层结 P：73 图3-3
三、大气的稳定度
1、大气稳定度：
指在垂直方向上大气稳定的程度，即是否易于发生对流。
关于大气稳定度的理解有三种情况：
如果空气块受到外力的作用，产生了上升或下降的运动，当外力 去除后发生三种情况：
（1）气块减速并有返回原来高度的趋势，称这种大气稳 定的
风向杆
风尾
每一道风 尾代表 风力2级
风杆与风 尾一起指
示风向
北风5-6级
风力最大为
12级，四道 风尾表示
7-8级风， 9~12
级风用符号 表示
表示风力 9~12级
北
北
西北风5-6级
西
西
东
东
东南风7-8级
南 南
二、气 象 要 素
5、云
5.1 定义 是由漂浮在空中的水气凝结物，由大量小水滴或小冰 晶或两者的混合物构成的。云层使气温随高度的变化减少
（2）、温度层结：气温沿垂直高度的分布，可用坐 标图上的曲线表示，这种曲线称气温沿高度分布曲线 或温度层结曲线
（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
气温随高度增加而增加，即 γ＜0，称气温逆转。
（2）、温度层结 P：73 图3-3
三、大气的稳定度
1、大气稳定度：
指在垂直方向上大气稳定的程度，即是否易于发生对流。
关于大气稳定度的理解有三种情况：
如果空气块受到外力的作用，产生了上升或下降的运动，当外力 去除后发生三种情况：
（1）气块减速并有返回原来高度的趋势，称这种大气稳 定的
风向杆
风尾
每一道风 尾代表 风力2级
风杆与风 尾一起指
示风向
北风5-6级
风力最大为
12级，四道 风尾表示
7-8级风， 9~12
级风用符号 表示
表示风力 9~12级
北
北
西北风5-6级
西
西
东
东
东南风7-8级
南 南
二、气 象 要 素
5、云
5.1 定义 是由漂浮在空中的水气凝结物，由大量小水滴或小冰 晶或两者的混合物构成的。云层使气温随高度的变化减少
（2）、温度层结：气温沿垂直高度的分布，可用坐 标图上的曲线表示，这种曲线称气温沿高度分布曲线 或温度层结曲线
（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
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反气旋是指中心气压比四周气压高的水平空气涡 旋，是高压区。在北半球为顺时针旋转。有温带反气 旋、副热带反气旋、极地反气旋、冷高压、暖高压之 分。蒙古－西伯利亚冷高压造成我国冬季的寒潮。副 热带高压造成梅雨和伏旱。
4
热带气旋
5
热带气旋造成的 洪水灾害
6
热带气旋造成的破坏
7
热带气旋的 卫星云图
8
锋是指冷、暖气团之间的过渡区。分为冷锋、暖 锋、静止锋等。锋面常降水。江淮地区初夏梅雨天气 与静止锋有关。
3
气旋是指中心气压低于四周气压的水平空气涡旋， 是低压区。在北半球为逆时针旋转。有温带气旋和热 带气旋之分。热带气旋中心附近平均最大风力小于８ 级者为热带低压，８～９级者为热带风暴，10～11级 者为强热带风暴，12级以上者为台风。国外把热带气 旋称为飓风。
T (1 0 0 0 )R C p T (1 0 0 0 )0 .2 8 8
P
P
19
逆温
逆温不利于扩散
太阳
辐射：地球
地球 ：短波 大气吸收长波强
大气层：长波
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
晴朗平静的夜晚，地面因辐射而失去热量，近地气层冷却强烈，较 高气层冷却较慢，形成从地面开始向上气温递增，称为辐射逆温。随着夜 深地面失热愈多，逆温层愈厚，日出后，地面增热，逆温逐渐消失。辐射 逆温在大陆上常年均可出现，以冬季最强、夏季较弱。山谷和盆地因冷空 气沿斜坡流入，常使辐射逆温加强。云顶因夜间辐射冷却，也可形成空中 辐射逆温层。
气候变化 全球气候近3000年以来变冷，近200 年以来变暖。气候变化的原因有地球自转和公转的变 化、造山运动和火山爆发、人类活动等。
11
人类活动对气候的影响有，二氧化碳等增加造成 的“温室效应”，大气中尘埃增加造成的“阳伞效 应”，海洋油污染造成的“沙漠化效应”，城市发展 造成的“热岛效应”，建造水库造成的“湖泊效应” 等。
16
大气稳定度
1.大气稳定度的概念
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
17
18
位温
位 温 : 各 高 度 均 把 压 力 换 算 为 1 0 0 0 m b ( 1 0 k P a ) 时 的 温 度 （ 绝 热 ）
大气环境学
1
天气是指瞬时或一段时间风、云、降水、温度、 湿度、气压等气象要素的综合状况。也可以指阴晴冷 暖雨雪风霜等现象。天气的空间尺度从几百米到几千 千米，时间尺度从几分钟到几十天。
天气系统是指引起天气变化的大气运动单元，如 气团、气旋、锋等。
2
气团是指温度、湿度等性质比较均匀稳定的巨大 空气块。气团有７种类型。气团温度高于下垫面温度 的称为暖气团，反之称为冷气团。我国冬季大部分地 区受蒙古－西伯利亚冷气团控制，夏季长城以南多暖 气团，二者相遇导致初夏江淮降水和盛夏北方降水。
Fra Baidu bibliotek
T z
湿绝热递减率：γm
γm < γd
显热：物体在加热或冷却过程中，温度升高或降低而不改变其原有相态所需吸收 或放出的热量，称为“显热”。它能使人们有明显的冷热变化感觉，通常可 用温度计测量出来。
潜热：相变潜热的简称,指单位质量的物质在等温等压情况下,从一个相变化到另 一个相吸收或放出的热量。这是物体在固、液、气三相之间以及不同的固相 之间相互转变时具有的特点之一。固、液之间的潜热称为熔解热(或凝固热), 液、气之间的称为汽化热(或凝结热),而固、气之间的称为升华热(或凝华热）
20
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
21
逆温
3.平流逆温
暖空气平流到冷地面上而下部降温而形成
4.锋面逆温
22
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
25
主要的作用力 近地层：湍流粘性应力 埃克曼层（上部摩擦层）： 气压梯度力、柯氏力、湍 流应力三力平衡。 自由大气：湍流粘性应力 可忽略
26
自由大气中风的垂直分布（了解）
假设平均气流为水平运动的情况下，可看作不存在
上升或下沉气流；再假设水平均匀，略去水平平流 项，则运动方程的水平分量为以下形式
稳）
23
24
风的垂直分布
大气中的力：气压梯度力、科氏力、湍流应力、分 子应力
自由大气：气压梯度力与科氏力平衡，地转风
摩擦上层：湍流切应力与气压梯度力和科氏力具有 相同量级
近地层：湍流切应力为最重要的力，湍流切应力可 以近似看成不随高度改变，动量和热量的垂直湍 流通量在近地层中保持常值，因此也称常通量层。
u f v 1 p (u ' w ')
t
x z
v f u 1 p (v ' w ')
t
y z
第一次假设：假设水平均匀，当地表不均一，例如海陆，城郊等等，则该 假设不成立
27
考虑正压大气，边界层内的气压梯度力不随高度变化， 可以用边界层以上自由大气中的地转风分量代替：
近地层温度梯度比自由大气要大得多，越接近地面，垂直梯度越大 太阳辐射越强、云量越少、风速越小、土壤导热性越差，气温垂直变化越大
15
绝热：气压变化超过气团与周围热交换，不考虑热交换影响 干绝热：在绝热过程中，气块内水汽始终没有达到饱和，没
有相变
大气温度层结：气温的垂直递减率
干绝热递减率：
d
dTi dz
12
火山灰进入大气层引起全球气温下降——“阳伞效应”。（菲律
宾皮纳图博火山，1991年喷发时的火山灰高达40 km。）
13
第一节 大气边界层的特征
行星边界层（摩擦层）：地面以上1 ~2km 近地面层：50~100m 自由大气层：1~2 km 以上对流层大气 对流层顶：平流层和对流层之间
14
低层大气的温度与大气稳定度
热带气旋造成的破坏（英国伦敦）
9
热带气旋造成的破坏（澳大利亚）
10
气候是一个地区一段时间天气的统计特征，或者 是气候系统的统计特征。气候系统包括大气圈、水圈、 岩石圈、冰雪圈和生物圈中有关成分和过程。气候的 空间尺度从几千米到几千千米，时间尺度从几个月到 几万年。30 年是描述气候的标准时段。
4
热带气旋
5
热带气旋造成的 洪水灾害
6
热带气旋造成的破坏
7
热带气旋的 卫星云图
8
锋是指冷、暖气团之间的过渡区。分为冷锋、暖 锋、静止锋等。锋面常降水。江淮地区初夏梅雨天气 与静止锋有关。
3
气旋是指中心气压低于四周气压的水平空气涡旋， 是低压区。在北半球为逆时针旋转。有温带气旋和热 带气旋之分。热带气旋中心附近平均最大风力小于８ 级者为热带低压，８～９级者为热带风暴，10～11级 者为强热带风暴，12级以上者为台风。国外把热带气 旋称为飓风。
T (1 0 0 0 )R C p T (1 0 0 0 )0 .2 8 8
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逆温
逆温不利于扩散
太阳
辐射：地球
地球 ：短波 大气吸收长波强
大气层：长波
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
晴朗平静的夜晚，地面因辐射而失去热量，近地气层冷却强烈，较 高气层冷却较慢，形成从地面开始向上气温递增，称为辐射逆温。随着夜 深地面失热愈多，逆温层愈厚，日出后，地面增热，逆温逐渐消失。辐射 逆温在大陆上常年均可出现，以冬季最强、夏季较弱。山谷和盆地因冷空 气沿斜坡流入，常使辐射逆温加强。云顶因夜间辐射冷却，也可形成空中 辐射逆温层。
气候变化 全球气候近3000年以来变冷，近200 年以来变暖。气候变化的原因有地球自转和公转的变 化、造山运动和火山爆发、人类活动等。
11
人类活动对气候的影响有，二氧化碳等增加造成 的“温室效应”，大气中尘埃增加造成的“阳伞效 应”，海洋油污染造成的“沙漠化效应”，城市发展 造成的“热岛效应”，建造水库造成的“湖泊效应” 等。
16
大气稳定度
1.大气稳定度的概念
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
17
18
位温
位 温 : 各 高 度 均 把 压 力 换 算 为 1 0 0 0 m b ( 1 0 k P a ) 时 的 温 度 （ 绝 热 ）
大气环境学
1
天气是指瞬时或一段时间风、云、降水、温度、 湿度、气压等气象要素的综合状况。也可以指阴晴冷 暖雨雪风霜等现象。天气的空间尺度从几百米到几千 千米，时间尺度从几分钟到几十天。
天气系统是指引起天气变化的大气运动单元，如 气团、气旋、锋等。
2
气团是指温度、湿度等性质比较均匀稳定的巨大 空气块。气团有７种类型。气团温度高于下垫面温度 的称为暖气团，反之称为冷气团。我国冬季大部分地 区受蒙古－西伯利亚冷气团控制，夏季长城以南多暖 气团，二者相遇导致初夏江淮降水和盛夏北方降水。
Fra Baidu bibliotek
T z
湿绝热递减率：γm
γm < γd
显热：物体在加热或冷却过程中，温度升高或降低而不改变其原有相态所需吸收 或放出的热量，称为“显热”。它能使人们有明显的冷热变化感觉，通常可 用温度计测量出来。
潜热：相变潜热的简称,指单位质量的物质在等温等压情况下,从一个相变化到另 一个相吸收或放出的热量。这是物体在固、液、气三相之间以及不同的固相 之间相互转变时具有的特点之一。固、液之间的潜热称为熔解热(或凝固热), 液、气之间的称为汽化热(或凝结热),而固、气之间的称为升华热(或凝华热）
20
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
21
逆温
3.平流逆温
暖空气平流到冷地面上而下部降温而形成
4.锋面逆温
22
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
25
主要的作用力 近地层：湍流粘性应力 埃克曼层（上部摩擦层）： 气压梯度力、柯氏力、湍 流应力三力平衡。 自由大气：湍流粘性应力 可忽略
26
自由大气中风的垂直分布（了解）
假设平均气流为水平运动的情况下，可看作不存在
上升或下沉气流；再假设水平均匀，略去水平平流 项，则运动方程的水平分量为以下形式
稳）
23
24
风的垂直分布
大气中的力：气压梯度力、科氏力、湍流应力、分 子应力
自由大气：气压梯度力与科氏力平衡，地转风
摩擦上层：湍流切应力与气压梯度力和科氏力具有 相同量级
近地层：湍流切应力为最重要的力，湍流切应力可 以近似看成不随高度改变，动量和热量的垂直湍 流通量在近地层中保持常值，因此也称常通量层。
u f v 1 p (u ' w ')
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第一次假设：假设水平均匀，当地表不均一，例如海陆，城郊等等，则该 假设不成立
27
考虑正压大气，边界层内的气压梯度力不随高度变化， 可以用边界层以上自由大气中的地转风分量代替：
近地层温度梯度比自由大气要大得多，越接近地面，垂直梯度越大 太阳辐射越强、云量越少、风速越小、土壤导热性越差，气温垂直变化越大
15
绝热：气压变化超过气团与周围热交换，不考虑热交换影响 干绝热：在绝热过程中，气块内水汽始终没有达到饱和，没
有相变
大气温度层结：气温的垂直递减率
干绝热递减率：
d
dTi dz
12
火山灰进入大气层引起全球气温下降——“阳伞效应”。（菲律
宾皮纳图博火山，1991年喷发时的火山灰高达40 km。）
13
第一节 大气边界层的特征
行星边界层（摩擦层）：地面以上1 ~2km 近地面层：50~100m 自由大气层：1~2 km 以上对流层大气 对流层顶：平流层和对流层之间
14
低层大气的温度与大气稳定度
热带气旋造成的破坏（英国伦敦）
9
热带气旋造成的破坏（澳大利亚）
10
气候是一个地区一段时间天气的统计特征，或者 是气候系统的统计特征。气候系统包括大气圈、水圈、 岩石圈、冰雪圈和生物圈中有关成分和过程。气候的 空间尺度从几千米到几千千米，时间尺度从几个月到 几万年。30 年是描述气候的标准时段。