06城市空气污染气象学第三章大气温度1
气象学第三章 温度
2、陆地温度升降变化大，海洋升温和冷却都较慢，日、年较差都比 陆地小。“海洋好像大气热量的存储器和调节器”
第三节 水体温度
时间变化
二、水体温度的变化
日变化 最高温度出现在午后15～16h，最低温度出现在日出后的2～3h内。
第二节 土壤温度
土壤温度日变化
二、土壤温度的变化
温度 ℃
55
50
45
40
35
30
25
20
15
1 4 7 10 13 16 19 22
☆土壤温度日较差随深度的增加而减小。
地面 5cm 10cm 15cm 20cm
时间 1
☆土壤日最高、最低温度出现的时间随深度的增加而滞后。
（土壤深度每增加10厘米，位相落后2.5 -- 3.5小时）
位相(phase)：温度最高值与最低值（极值）出现的时间 ，也 称相时。
第二节 土壤温度
二、土壤温度的变化
地面温度和热量收支的关系
一般，地面最高温度出现在 （13时左右）
最低温度出现在
（将近日出时）
一天中地面最高温度、地面最低温度出现在地面热量 收支相抵（平衡）的时刻。
地面温度变化与地面热量收支示意图
结论：当其他条件相同时，导热率大的土壤，表层土壤温度变化小。
影响因子：
土壤含水量 含水量大，导热率大
土壤孔隙度 孔隙度大，导热率小
土壤成分 导热率（W/（㎝·℃））
土壤矿物质 土壤有机质
水 空气
0.0293 0.01997 0.00628 0.0002093
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。
城市气象学课件：03城市大气污染_new
二、空气污染物
悬浮空中之固态、液态、气态物质， 威胁人类与动植物健康、损害建筑、毒 化环境者。源于自然或人类活动。
一次污染物
直接排放入大气中的空气污染物
氮氧化物
一次污染物和源地(自然)
源地
火山爆发 森林火灾
污染物
固态粒子(尘、灰)，气体(SO2、CO2) 烟、未燃的碳氢化合物、CO2、氮氧 化物、灰
气溶胶
足够小的能悬浮 在空气中的固态 粒子和液滴
有些使人不愉快但无 害，有些是危险的。
气溶胶粒子 在大气过程中的作用
• 在云雾降水中的作用：凝结核 • 对大气辐射过程的影响：散射和吸收 • 对大气光学特性的影响：大气能见度 • 对大气电学特性的影响：捕获带电离子，
影响大气电场 • 在大气化学过程中的作用：吸附或参与反
应生成新的微粒
一氧化碳
城市空气主要污染物，无色，无味， 巨毒的气体(易被红血球获得)，由 含碳燃料的不完全燃烧产生。一次 污染物中最丰富。
二氧化硫
无色有臭味气体，主要是由燃烧含硫 化石燃料而来（如煤和石油），
源地：发电厂、加热设备、熔炉、石油精 练和造纸厂等，火山喷发、或从海洋飞沫 中的硫酸盐粒子而来。
一、大气污染简史
• 人类发明火以后，“烟问题”； • 爱德华一世国王在1273年签署一项法令禁止使用海煤； • 在1850前，伦敦 “浓豌豆汤”雾而声名狼藉； • 1911年前后，“smog”(烟雾)一词，烟和雾的混合体； • 1952年12月的第一周，伦敦灾难(煤烟型烟雾)； • 工业革命把污染带入美国(光化学烟雾)； • 中国的污染…….我们还要走发达国家的老路吗？！
天然石材的放射性
各种天然石材由于产地、地质结构和生成年代不同， 其放射性也不同。
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）。
(完整word版)《大气污染控制工程》教案第三章
第三章大气扩散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。
本章主要对这些因素特别是气象条件、大气中污染物浓度的估算以及厂址选择和烟囱设计等问题,作一简要介绍.第一节气象学的基本概念一、大气圈垂直结构大气层的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。
自下垫面算起的对流层的厚度随纬度增加而降低.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,大气垂直混合很激烈。
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。
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）。
其中从地面到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℃.在近地层以上，气流受地面摩擦的影响越来越小。
在大气边界层以上的气流．几乎不受地面摩探的影响，所以称为自由大气。
在大气边界层中,由于受地面冷热的直接影响，所以气温的日变化很明显，特别是近地层，昼夜可相差十儿乃至几十度。
出于气流运动受地面摩擦的影响,故风速随高度的增高而增大。
在这一层中．大气上下有规则的对流和无规则的湍流运动都比较盛行．加上水汽充足，直接影响着污染物的传输、扩散和转化。
2．平流层从对流层顶到50~60km高度的一层称为平流层。
第3章-大气污染气象学1
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，它随时间而变化。
太阳光线
ho
ho
地面
26
二、主要气象要素
8、降水 降水是指大气中降落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。
气压的水平分布
16
二、主要气象要素
3．气湿 反映空气中水汽含量和空气潮湿程度的一个物理量。
➢ 绝对湿度－1m3湿空气中含有的水汽质量（kg） ➢ 相对湿度－空气的绝对湿度与同温度下饱和空气的
绝对湿度的百分比 ➢ 含湿量－湿空气中1kg干空气包含的水汽质量（kg） ➢ 水汽体积分数－水汽在湿空气中所占的体积分数
44
四、逆温
5.锋面逆温
冷、暖气团相遇
暖气上爬，形成锋面
冷暖间逆温
45
第三节 大气污染与气象的关系
❖ 边界层的风与湍流对大气污染的影响 ❖ 大气稳定度与大气污染 ❖ 大气温度层结与大气污染 ❖ 降水与大气污染 ❖ 辐射和云与大气污染 ❖ 天气形势与大气污染
一、风对大气污染物扩散和输送 1、风向、风速
国外，将天空分为8等份。
总云量：指所有云遮蔽天空的成数，不论云的层 次和高度
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。
测定方法：激光测云仪、弧光测云仪等，目力测
定法
24
二、主要气象要素
6．能见度：在当时的天气条件下，视力正常的人能够从天空 背景中看到或辨认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。
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
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
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：
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
07城市空气污染气象学第二章大气温度3_第三章大气水分1
yqun
回顾
• 个别变化与局地变化 • 大气稳定度的判别
与空气污染之间的关系：
大气稳定度是影响污染物在大气中扩散的极重要因素。当大气层结不稳 定，热力湍流发展旺盛，对流强烈，污染物易扩散，但是全层不稳定时 ，污染不易扩散远处。当大气层结稳定时，湍流受到抑制，污染物不易 扩散稀释，特别当逆温层出现时，通常风力弱或无风，使烟尘聚集地表 ，造成严重污染。
10
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• 辐射逆温(radiation inversion)：晴朗微风的夜晚， 地面因强烈的有效辐射而降温，形成温度上高下 低的现象。（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）
• 平流逆温(advection inversion) ：暖空气流到冷 的下垫面上而形成的逆温 。
和水汽压）代入，则：
19.9t
E E 0e 273t
8.5t
或
E E 010273t
–蒸发面的温度（上式） • T －－ E
–蒸发面的性质（水面、冰面、溶液面） –蒸发面的形状（平面、凹面、凸面）
2013-10-31
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（所以降低同样的温度，在高温饱和空气中形成的云要 浓一些，这也说明了为什么暴雨总是发生在暖季。）
3
yqun
Z γ-γd<-1
γd
γ
T
稳定 晴夜、早晨
Z
γ
Z
γ-γd<-1
γ>0 γ>γd
γ-γd>0
γ
T
下部不稳定，上部稳定 早 8-10 时，时间短， 危害重
T 不稳定
Z
γ-γd≈0
Z
标准大气温度
标准大气温度
标准大气温度是指地球大气在一定高度范围内的平均温度。
它
是气象学中重要的参数之一，也是许多工程和科学领域中必须考虑
的因素。
标准大气温度的概念对于气象预测、航空航天、气候研究
等领域都具有重要意义。
在大气科学中，标准大气温度通常是指海平面上的平均温度，
其数值约为15摄氏度。
然而，随着海拔的增加，大气温度会呈现出
不同的变化规律。
一般来说，大气温度随着海拔的增加而下降，这
是因为大气层的压力随着海拔的增加而减小，从而导致温度的下降。
标准大气温度的概念对于航空航天领域具有重要意义。
飞机和
火箭在飞行过程中，需要考虑到大气温度的变化对飞行性能的影响。
温度的变化会影响空气的密度，从而影响飞机的升力和阻力，对于
飞行器的设计和性能评估都具有重要意义。
此外，标准大气温度对于气象预测也具有重要意义。
了解大气
温度的变化规律，可以帮助气象学家更准确地预测天气变化，为人
们的生产生活提供更准确的气象服务。
在气候研究领域，标准大气温度也是一个重要的研究对象。
了
解大气温度的变化规律，可以帮助科学家更好地理解气候变化的机理，为人类社会的可持续发展提供科学依据。
总之，标准大气温度是一个重要的气象参数，它对于航空航天、气象预测、气候研究等领域都具有重要意义。
我们需要深入研究大
气温度的变化规律，不断提高对其影响的认识，以应对气候变化和
推动科学技术的发展。
希望本文能够对大家对标准大气温度有更深
入的了解。