【精编】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）。

B来看，A、B两地受热不均，A地气温高于B地（t1>t2），A地的空气因受热膨胀上升而使等压面抬高，因而在A地上空各高度上的气压比B地上空间高度要高，造成等压面自A 地的气压必高于B地的气压，在水平气压梯度力的作用下，空气自A地某高度流向B地。C来看，由于b空气流动的结果，B地上空因空气流入造成堆积而使质量增加，地面气压升高。A地上空空气质量减少，地面气压下降，于是地面上产生了自B地指向A地的水平气

压梯度，因此空气自B地流向A地这样形成了高空自A地流向B地，地面自B地流向A地的空气环流。

风的形成除热力原因外，还有动力原因，自然界的风是由于这两种原因综合作用的结果，但只要有温差存在，空气就不会停止运动。

a)风的度量

风的大小有叫风速：在单位时间内，空气水平流动的距离，m/s。

风速的测定：EL型电接风向风速仪（连续自动测定每10分钟的平均风速值），通常，气象台站测得的风向、风速都是指一定时间的平均值。

小时平均风速（一般在一年期间）；10分钟平均风速（在实验室）

风向：分为16方位，见图2-2，还有一表示方法，以北为零点，沿顺时针方向旋转。

注意字的写法：

NE 东北NNE 北东北

b)性质：

随时在变化，如我国季风是我们的特色（冬天东北风）；

（1）随高度变化，在一定范围内，风随高度的增大而增大。地面有建

筑物，树木的影响。

风速随高度变化的曲线叫风速廓线，其数学表达式叫风速廓线模式。风

速廓线模式都是在气象要素正常分布的情况下推导出来的。在近地层中

性层结情况下推导的两个表达式分别为：

对数律：Z-------离地面的高度

Z0-------粗糙度（m）

M-------系数

指数律：Z1-------风速仪的高度

------- Z1高度处的平均风速（m/s）

m---------指数

（2）随地理位置而变

山区会产生山风、谷风，海区有海陆风（上海大连等）3．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。

云的分类：高云：离地面5000m以上，冰晶构成；

中云：离地面2500—5000m间，过冷的微小水滴及冰晶构成；

低云：离地面2500m以下，由微小水滴和冰晶构成。

云量：云量是指云遮蔽天空的成数。将天空分为十份。这十分中被云所遮盖的成数称为云量。如在云层中还有少量空隙（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。

国外云量与我国云量间的关系，国际云量（8分）

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。

云量的纪录：一般云量/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，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。

4．能见度

在当时的天气情况下，正常人的眼睛所能看到的最大距离叫能见度。

能见就是能把目标物的轮廓从它的天空背景上分辨出来，为了知道能见距离的远近，首先必须选择若干固定的目标物，量出他们距测点的距离。

四．能见度的大小反应了大气的混浊程度，反应出大气中杂质的多少。气压与高度的关系任一点的气压值等于该地单位面积上的大气柱重量，可见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

设一单位截面积的垂直气柱，在Z高度上气压为P，在（Z+ΔZ）气压下降数量等ΔZ这段气柱的重量，即：（P-ΔP）-P=ρgΔZ则ΔP=-ρgΔZ。

g---重力加速度；ρ----空气的密度

微分式：dp=-ρgdz-------(a)

即静力方程式，它表示空气在静止状态下，气压随高度的变化规律称为气压梯度或单位高度的气压差将气体状态方程式

P V = n R T

以T m平均气温代替真实气温T分别从P1P2、Z1 Z2积分得：

此式即压高公式------静力方程式得积分式

据实测近地层高度每升高100米，气压平均降低约12.4毫巴，在高层小于此值。