大气环境学重点复习及部分简答题

第三章大气污染的气象过程

小尺度大气边界层自由大气

1大气边界层的特征

1.1、大气边界层定义

1.2 大气边界层垂直分层结构

粘性副层（微观层）

近地边界层（=近地面层+冠层，常通量层）

Ekman层（上部摩擦层、外部边界层）

层流、紊流

1.3 边界层发展的日变化

海洋陆地

大气边界层的分类与特征

1.4 大气边界层特征：温度、风和湍流

空气的增热和冷却

大气中的非绝热过程

传导：贴地气层

辐射（主要长波）：地面与空气间

对流与乱流：气层之间

由于地表性质差异受热不均等引起的空气大规模有规则的升降运动，称对流。（高低层）小规模不规则的涡旋运动称乱流，又称湍流。（近地层大气热量交换的重要方式）

水相变化：潜热交换

蒸发吸热，蒸发所带水分多于凝结，大气获得热量，热带（对流层下半部）

大气中的绝热过程

没有热量交换，由于压力的变换

（1）干绝热过程

干空气或未饱和的湿空气块，进行垂直运动时，与外界没有热量交换，只因体积膨胀（或收缩）作功引起内能增减和温度变化过程，称为干绝热过程。

气块绝热上升单位距离时的温度降低值，称绝热垂直减温率，简称绝热直减率

干空气或未饱和的湿空气，绝热上升单位距离时的温度降低值，称干绝热直减率，r d

据计算：r d=0.98℃／100 m≌1℃／100 m。

（2）湿绝热过程

饱和湿空气作垂直湿绝上升运动时的绝热变化过程，称湿绝热过程

饱和湿空气绝热上升单位距离时的温度降低值，称湿绝热直减率，用γm表示。

γm＜γd （上升时水汽凝结所放出热量补偿了部分气块膨胀消耗的内能）

γm是一个变量，它随气温升高和气压降低而减小。

高温时的γm比低温时的γm小（气温高时，空气达到饱和时的水汽含量较大）

气压高的饱和空气块的γm大于气压低的（气压高时空气密度大，释放的潜热所起的补偿增温作用要小一些）

低层大气温度的垂直分布日变化

气温直减率的大小与太阳辐射、云况、风速和土壤热性质有关，具有明显的日变化。

低层大气温度的垂直分布

（1）大气的绝热过程

（2）干绝热直减率rd= -(dT i/dZ)d=g/C p

ｇ－重力加速度ｇ＝9.81 m／s2

C p－干空气定压比热，C p＝1005 J／(kg．K)

下标i--表示空气块

下标d--表示干空气

一干空气块绝热升降到标准气压（1000hPa）处所具有的温度称为它的位温。

（3）气温的垂直分布

大气稳定度

判断大气中是否会产生云雾，主要就是看大气中是否会产生上升运动

判断空气是否会产生上升运动，就要看空气在铅直方向上位置稳定的程度，即大气稳定度 当外界作用停止后气团有三种可能运动趋势： 1、有回到原来位置的倾向——稳定

2、既无远离平衡位置也无返回原地的倾向——中性

3、有继续移动的趋势。——不稳定 大气静力稳定度

处于静力平衡状态的大气层中，一些空气团块受到动力因子或热力因子的扰动，常会产生向上或向下的垂直运动，这种偏离其平衡位置的运动能否发展成为对流运动，是由大气层结，即温度和湿度的垂直分布所决定。大气层结具有的这种影响对流运动的特性称为大气的静力稳定度。通常采用“气块法”判断静力稳定度 大气稳定度的判定方法

有

到

令

并取

则

即，代入方程

准静力条件

，有

RT

P ρ=RT P

＝

ρg a '

'

ρ

ρρ-＝g T T

T g T T T g RT P RT P RT P g a -=-=-

-'

'''

'''

'

'111＝

＝ρρρz T T z T T d γγ-=-=0'

0gz T a d

γγ-＝

稳定度的综合判定方法

综合干空气和未饱和湿空气的判定方法，可归纳如下：

空气不稳定）（对干空气稳定，对湿时，条件性不稳定，当时，绝对不稳定；当时，绝对稳定；

当d m d m γγγγγγγ<<><

大气的垂直稳定度可用位温梯度来表示（如右）：

稳定度对污染物扩散的影响

极稳定层结——逆温（温度随高度的升高而增高的大气层）

✓ 辐射逆温：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。（学会分析原因，有图如下）

✓ 乱流（对流）逆温（由于低层空气的乱流混合，在乱流层的顶部所形成） ✓ 平流逆温：暖空气流到冷的下垫面上而形成的逆温 。（冬季常 平流雾）雪面逆温 ✓ 下沉逆温：由于空气下沉，绝热增温而形成的逆温。

✓ 锋面逆温：在冷暖空气的过渡带形成的逆温。（只能在冷气团所控制的地区内观测到）

b—夜间 c—日出前后逆温层最后 d—太阳出来了逐渐增温 e—恢复正常 逆温对污染物扩散的影响 (?) 贴地逆温对地面源、高架源

悬空逆温对地面源、高架源

1.5 风的垂直分布

在低层大气中因为受地面摩擦力的影响，风随着高度增加而增大，形成有一定规律的垂直分布或称为风的廓线.

1.5.1 近地层、中性层结（对数率）

（摩擦速度--湍流切应力与空气密度比值的平方根）

指高处为Z 的风速与摩擦速度、卡门常数及高度与地面粗糙度的比值对数有关

，中性

，不稳定

＜，稳定＞000=∂∂∂∂∂∂Z Z

Z θ

θ

θ

u*ūln Z

Z κ=