4污染气象学基础知识-1

（2）干绝热直减率 γd
dT ' dT g 定义： d dZ dZ CP
T′—气块温度； T —环境温度。实际中，T′与 T 之差不超过 10℃， T′/T≈1。实际中 T′与 T 之差不超过 10℃，T′/T≈1。 推导过程如下： 根据热力第一定律，导出绝热过程方程式为： dT R dP „„① T CP P „„② 又气压随高度变化规律： dP
风向频率是指一定时间内（年或月），某风向出现次数占各风 向出现总次数的百分率。 污染系数表示风向、风速综合作用对空气污染物扩散影响程 度。 P越大，某下风向污染越严重。 某风向出现次数 风向频率 100 % 各风向的总次数 风向频率 污染系数 P 该风向的平均风速 （二）湍流 1、什么是湍流？ 除在水平方向运动外，还会由上、下、左、右方向的乱运动， 风的这种特性和摆动称为大气湍流。（有点象分子的热运动） 2、湍流与扩散的关系 把湍流想象成是由许多湍涡形成的，湍涡的不规则运动而形成 它与分子运动极为相似。
dQ Cv dT PdV
将状态方程 PV 变形为：
-----------------① RT 代入上式，并取 C p Cv R ，则上式写成
dP P
dQ C p dT RT
-----------------② -----------------③
dT
dQ RT dP Cp Cp P
g Z 2 Z1 ln P2 ln P1 RTm
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) ，在高层小于此值
空气湿度（气湿）：反映空气中水汽含量和空气潮湿程度的
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。
北半球
在水平气压梯度力与地转偏 向力共同作用下形成的风－ －风向平行于等压线
高 空 风 的 形 成
地转偏向力：方向垂直于 运动方向，北右南左，大 小与风速成正比
地转风：高空大气中的风向，在没有摩擦力的情况下，在
水平气压梯度力和地转偏向力的共同作用下，风向可以一 直偏转到与等压线平行时为止。大气沿着等压线流动，即 风向平行于等压线； 在北半球，背地转风而立，高压在右，低压在左。 高空北风
2、干绝热递减率： （1）准静力条件 绝热过程中气温、气压都是指大气中气块本身的特性，但是 对于气压而言，一般情况 P≠P环 ，若过程进行的十分缓慢，可 使外界气压变化与系统内部气压变化充分平衡，每一瞬间外部 气压与内部气压看成是相等的，即 P=P 环 ，这个条件称为准静 力条件。讨论的大多数过程我们认为满足准静力条件，即P=P′。Fra bibliotek（百帕）
低压
1006 1008
高压
1010
水平气压梯度力 垂直于等压线并 由高压指向低压
在同一水平面上 气压相等的各点 连线，叫等压线
地转偏向力（科氏力）
初始方向 南半球向左偏转 北半球向右偏转
地转偏向力只改变风的方向，不改变风的 速度;并且始终与风向垂直。
（百帕） 1000 1002 1004 1006 1008 1010
式中：dQ—加入物系的热量； R—气体常数； Cp—恒压比
（2）大气绝热过程 实际中大气中的变化是非绝热变化， 但计算时我们近似认为 是绝热变化（气块在大气中的运动） 。 原因有三：①空气的导热率较小，变化慢；②气块大气中运 动很快；③气压变化很大。 大气的绝热方程： dT R dP 绝热： Q 0 ，③式变为： T CP P 两边积分，得 T R P
6、能见度 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，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。 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。
ln
2
即有： T2
P2 T1 P 1
R
CP
T1

CP
ln
2
P1
因 CP - CV = R 又 CP/CV = K，对于空气 K=1.404 K 1 0 .288 于是得大气绝热方程： P K P T
2 T1 P1 2 2 P 1
Ekman螺线示意图
近海面的的风向：
在实际的海平面等压线分布图上，等压线是弯曲的， 形成一个个低压和高压中心。风向和前面所述规律一样， 以北半球为例，低压中的空气，在气压梯度力、地转偏向 力和摩擦力的共同作用下，按逆时针方向旋转辐合，象水 里的旋涡一样，所以称为气旋；相反，高压中的空气，在 这三个力的共同作用下，按顺时针旋转辐散，与气旋方向 相反所以称为反气旋。

污染系数=
某风向出现的频率
该风向下的平均风速
滨海新区污染系数玫瑰图
湍

流
湍流即叠加在平均风速上的方向和速度迅速变化的 阵风，它是由一些不规则涡流运动组成的。 热力对流湍流：白天阳光加热地面使得暖空气成为 热泡上升，形成湍涡。


动力机械湍流：地物（如树木和建筑物）等对气流 的摩擦使风速和风向发生变化，在其下风方产生湍 流尾流。
主要气象要素
1．气温 ：表示大气温度高低的物理量。通常指距地 面1.5m高处百叶箱中的空气温度
5 C ( F 32) 9

K C 273.15
F 9 C 32 5
2、气压： 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。气压随高度递减关系式 可用气体静力学方程式描述，即ΔP=-ρgΔZ，其积分式—压高 公式：
因湍流混合作用而形成的 逆温。多出现于地面摩擦 层顶部非湍流层及其下面 的湍流层之间。 在湍流层内,上升空气绝热 降温,下降空气绝热升温,从 而使层内的气温直减率渐 趋于干绝热直减率,湍流逆 温由此形成。一般厚度在 几十米内
平均风与湍流
大气边界层的垂直分层结构
自由大气：大气边界层顶（逆温层顶） （1000米以上）
污染气象学基础知识概述
大气扩散
大气扩散
源
受体
大气化学……
大气科学
大气物理……
大气热力学 大气动力学 大气光学与大气辐射 气溶胶力学和云微物理学 大气电学。。。
• 主要气象要素及大气的基本物理性质
• 大气的热力过程 • 大气污染与气象的关系
• 大气扩散模式
• 污染物浓度估算
• 厂址选择和烟囱设计
§ 主要气象要素及大气的基本物理性质
绝对湿度－单位体积湿空气中含有的水汽质量 混合比：一团空气中水汽与干空气的质量比 比湿：水汽与湿空气的质量比 水汽压：水汽的分压强 相对湿度：一定温度和压强下，水汽的摩尔分数与饱和水汽
（对水面）的摩尔分数之比。
露点：湿空气等压降温达到饱和状态时的温度
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。 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。 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。 云状：多种多样， 1932 年国际云学委员会出版的国际云图将云 状分为四族十属。 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
地-气系统的辐射平衡
低层大气温度的垂直分布
1、大气的绝热过程 （1）热力学第一定律 大气中的热力学过程遵循热力学第一定律，即能量守恒定律。 表示加于任一封闭物系 （气体） 的热量 Q 等于该物系内能的变化 U 和物系对外所做的功 W ，即：
Q U W
在无非膨胀功时，其微分表达式为：
dZ 又理想气体状态方程： PV RT P RT
g 将②③代入①，则得： dT dZ Cp
d dT g dZ CP
g dP gdZ
„„③
（3）湿空气的绝热变化 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100m，温度变 化1℃ ；若有相变化，每升高100m，温度变化小于1℃。 湿空气上升达到饱和状态并开始凝结的高度称为凝结高度，在 凝结高度以下，其温度变化同干空气一样；在凝结高度以上， 温度变化小于干空气的变化值，饱和空气每上升（或下降）单 位 距 离 空 气 的 温 度 变 化 ， 称 为 湿 绝 热 递 减 率 γm， 约 为 0.5℃/100m。
近地边界层（常通量层，surface layer） =近地层+冠层 （100米左右）
大气受地表动力和热力影响强烈，气象要素随高度 变化剧烈，运动尺度小，科氏力可忽略
常通量：由于该层很薄，湍流扩散强烈混合，动量、
热量和水汽的垂直输送通量可认为不随高度变化
物理属性湍流输送通量的大小与单位空气质量所含
太阳光线 ho ho 地面
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。
四、大气的基本物理性质（自学）
§3-3 大气污染与气象的关系
一、边界层的风和湍流对大气污染的影响
风、湍流是决定污染物在大气中稀释扩散的最直接最本质的因 素。风速越大，湍流越强，污染物扩散速度越快，污染物浓度越 低。 （一）风对大气污染物扩散和输送的影响 风对污染物的作用体现为风向和风速两方面的影响。 1、风向影响污染物的水平迁移扩散方向。 2、风速的大小决定了大气扩散稀释作用的强弱。 通常，污染物在大气中的浓度与平均风速成反比，风速增大1倍， 下风向污染物将减少一半。 （1）风速随高度的分布：对数律；指数律。 （2）风向频率和污染系数 为综合考虑风向、风速对空气污染物的输送扩散影响，往往要 用风向频率和污染系数。