第3章 大气污染的气象过程汇总
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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。
大气污染的气象过程
02
热力湍流——温度垂直分布不均（不稳定）
03
04
在气温垂直分布呈强递减时，热力因子起主要作用，在中性层结情况下，动力因子起主要作用。
湍流扩散比分子扩散快105~106倍。
05
1.3.1 湍流与雷诺数
1.3 大气湍流
U——平均流动速度
L——流动特征长度
v——运动学粘滞系数
雷诺数：
Re<Re*(1000~2320)——层流
01
Re>Re**(12000~13800)——湍流
02
Re*<Re<Re**——即可以是层流也可以湍流
03
雷诺数：
大气湍流运动的强弱取决于平均动能转变为湍能的速率以及湍能消耗的速率。
以湍能消耗率和湍能补充率的比值定义一个无因此参量Rf称为通量查理孙数：
1.3.2 查理孙数
定义查理孙数（Ri）为：
当湍能消耗率大于湍能补充率，即Ri＞KMz/KHz时，湍能将减弱；
01
当湍能消耗率小于湍能补充率，即Ri＜KMz/KHz时，湍能将增强；
02
当湍能消耗率等于湍能补充率，即Ri=KMz/KHz时，湍流将维持原状；
03
临界查理孙数(KMz/KHz)：
01
小湍涡具有各项同性的性质。
高频湍流主要是由动力作用引起的；
气压梯度力：由于气压分布不均匀而作用于单位质量空气上的力, 其方向由高压指向低压。
科氏力（地转偏向力）：由于地球自转运动而作用于地球上运动质点的偏向力。
名词解释：
1.1 低层大气的温度与大气稳定度
近地层大气中温度随高度分布规律受下垫面影响极大
一般说来，太阳辐射愈强、云量愈少、风速愈小、土壤导热性愈差则气温的垂直变化愈大。
热力湍流——温度垂直分布不均（不稳定）
03
04
在气温垂直分布呈强递减时，热力因子起主要作用，在中性层结情况下，动力因子起主要作用。
湍流扩散比分子扩散快105~106倍。
05
1.3.1 湍流与雷诺数
1.3 大气湍流
U——平均流动速度
L——流动特征长度
v——运动学粘滞系数
雷诺数：
Re<Re*(1000~2320)——层流
01
Re>Re**(12000~13800)——湍流
02
Re*<Re<Re**——即可以是层流也可以湍流
03
雷诺数：
大气湍流运动的强弱取决于平均动能转变为湍能的速率以及湍能消耗的速率。
以湍能消耗率和湍能补充率的比值定义一个无因此参量Rf称为通量查理孙数：
1.3.2 查理孙数
定义查理孙数（Ri）为：
当湍能消耗率大于湍能补充率，即Ri＞KMz/KHz时，湍能将减弱；
01
当湍能消耗率小于湍能补充率，即Ri＜KMz/KHz时，湍能将增强；
02
当湍能消耗率等于湍能补充率，即Ri=KMz/KHz时，湍流将维持原状；
03
临界查理孙数(KMz/KHz)：
01
小湍涡具有各项同性的性质。
高频湍流主要是由动力作用引起的；
气压梯度力：由于气压分布不均匀而作用于单位质量空气上的力, 其方向由高压指向低压。
科氏力（地转偏向力）：由于地球自转运动而作用于地球上运动质点的偏向力。
名词解释：
1.1 低层大气的温度与大气稳定度
近地层大气中温度随高度分布规律受下垫面影响极大
一般说来，太阳辐射愈强、云量愈少、风速愈小、土壤导热性愈差则气温的垂直变化愈大。
大气污染控制工程第三章剖析
➢ 同温层－对流层顶35~40km，气温-550C左右 ➢ 同温层以上，气温随高度增加而增加 ➢ 集中了大部分臭氧， 20~25km高度达到最大值，形成臭
氧层 ➢ 没有对流运动，污染物停留时间很长
➢ 中间层（平流层顶～85km）
➢ 气温随高度升高而迅速降低,顶部达-830C以下 ➢ 对流运动强烈，垂直混合明显
云
低 云 （ 25 00 米 以 下 ）
高云（5000m以上）
中 云 （ 2500-5000m ）
主要气象要素
6．能见度
正常视力的人，在天空背景下能看清的水平距离 级别（0~9级，相应距离为50～50000米）
第二节 大气的热力过程
➢ 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
u 3.02 F 3 (km/h) F－风力级（0～12级）
主要气象要素
4．风向和风速
风玫瑰图
某地区1988 年的风 玫瑰图。同心圆表示 风的频率，例如，吹 南风 的频率约为 11％， 其中风速大于10.82m/s 的频率约为1％，风速 在 3.35 ～ 5.41m/s 的 频 率为3.5左右。
主要气象要素
3．气湿
➢ 绝对湿度－1m3湿空气中含有的水汽质量
➢ ➢
相对湿度－空气的绝对w湿度与R同pw温wT度下饱和空气的绝(对3-湿1)度的
百分比
➢
w / v 100% pw / pv 100%
➢ 含湿量－湿空气中1kg干空气包含的水汽质量
➢
d w / d
(3-2) (3-3)
主要气象要素
pv
p
氧层 ➢ 没有对流运动，污染物停留时间很长
➢ 中间层（平流层顶～85km）
➢ 气温随高度升高而迅速降低,顶部达-830C以下 ➢ 对流运动强烈，垂直混合明显
云
低 云 （ 25 00 米 以 下 ）
高云（5000m以上）
中 云 （ 2500-5000m ）
主要气象要素
6．能见度
正常视力的人，在天空背景下能看清的水平距离 级别（0~9级，相应距离为50～50000米）
第二节 大气的热力过程
➢ 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
u 3.02 F 3 (km/h) F－风力级（0～12级）
主要气象要素
4．风向和风速
风玫瑰图
某地区1988 年的风 玫瑰图。同心圆表示 风的频率，例如，吹 南风 的频率约为 11％， 其中风速大于10.82m/s 的频率约为1％，风速 在 3.35 ～ 5.41m/s 的 频 率为3.5左右。
主要气象要素
3．气湿
➢ 绝对湿度－1m3湿空气中含有的水汽质量
➢ ➢
相对湿度－空气的绝对w湿度与R同pw温wT度下饱和空气的绝(对3-湿1)度的
百分比
➢
w / v 100% pw / pv 100%
➢ 含湿量－湿空气中1kg干空气包含的水汽质量
➢
d w / d
(3-2) (3-3)
主要气象要素
pv
p
第三章大气污染及防治
特殊型
指有关工业企业生产排放的特殊气体所 造成的局部小范围的污染，如生产磷肥的 工厂造成周围大气的氟污染等。
（二）主要大气污染物
1、颗粒物 （1）颗粒物的粒度、性质和成因
（2）几种颗粒物的区分 （a）粉尘（dust） 粒径1～200微米，主要机械作用或是土壤、岩 石的风化形成的，如粘土粉尘、煤粉等。
（b）烟（fume） 粒径0.01～1微米，主要由冶金过程熔融物质挥 发后生成的气态物质的冷凝物，如PbO烟、 ZnO烟等。 （c）飞灰（fly ash） 燃料燃烧产生的烟气排出的分散的较细的灰分。
（d）黑烟（smoke） 燃料燃烧产生的能见气溶胶。
（e）雾（fog）
气体中液滴悬浮体的总称，如水雾、酸雾、油 雾。
该层特点：
①气温随高度递减，每上升100m，温度降低0.6℃。
②近地高温气流膨胀上升，上部冷空气下沉，形成垂直 向上的强烈对流；
③密度大，该层大气质量为空气总质量的75%以上。
对流层又可细分为两层，1～2km以下受地表机械、热力 强烈作用影响，为摩擦层或边界层，人为活动排入大气的污 染物主要集中在此层，1～2km 以上为自由大气层，受地面 影响小，主要天气现象雨2是一种无毒的气体，对人体无显著危 害作用。在大气污染问题中，CO2所以引起 人们的普遍关注，原因在于它能引起全球 性环境的演变。 CO2的天然源主要包括：海洋脱气、甲烷 转化、动植物呼吸等； CO2的人为源：主要是矿物燃料的燃烧过 程。
3、氮氧化物（NOx）
（1）主要污染物：NO、NO2 （2）性质：棕黄色、有刺激性气味（黄龙）； （3）主要来源：燃料燃烧、汽车尾气、部分生
5、逸散层
800km以上的大气层。 ①空气分子电离，质子含量高。 ②空气密度小，气体及微粒向太空逸散， 因受地球引力极小所致。 ③温度随高度略增。
第03章 大气污染气象学-2013-4汇总
高云（5000m以上）
中 云 （ 2500-5000m ）
主要气象要素
6． 降水 降水是指从天空降落到地面的液态或固态水，包括
雨、毛毛雨、雪、雨夹雪、霰xià n、冰粒和冰雹等。 降水量指降水落至地面后（固态降水则需经融化后）， 未经蒸发、渗透、流失而在水平面上积聚的深度，降 水量以毫米（mm）为单位。
百分比
➢ 含湿量－湿空气中1kg干空气包含的水汽质量 ➢ 水汽体积分数－水汽在湿空气中所占的体积分数 ➢ 露点－同气压下空气达到饱和状态时的温度
主要气象要素
4．风向和风速
水平方向的空气运动叫做风（垂直方向－升降气流） 风的来向叫风向（16个方位圆周等分）
风速：单位时间内空气在水平方向上运动距离（2或 10min平均）
➢ 对流层（～10km左右）
➢ 集中了大气质量的3/4和全部的 水蒸气，主要天气现象都发生 在这一层
➢ 温度随高度的增加而降低，每 升高100m平均降温0.650C
➢ 强烈对流作用 ➢ 温度和湿度的水平分布不均
大气边界层－对流层下层1～2km，地面阻滞和摩擦 作用明显
近地层－地面上50～100m
自由大气－大气边界层以上，地面摩擦可以忽略
➢ 暖层（中间层顶～800km）
➢ 气温随高度升高而增高 ➢ 气体分子高度电离－电离层
➢ 散逸层（暖层以上）
➢ 气温很高，空气稀薄 ➢ 空气粒子可以摆脱地球引力而 散逸
大气压力总是随高度的升高而降低 均质大气层－80～85km以下，成分基本不变
主要气象要素
1．气温 天气预报中：1.5m高、百叶箱内气温。
i
a g(Ti T ) g(Ti 1)
T
T
高度 z z z （一般均满足绝热条件）
大气环境：chapter3-大气污染的气象过程(I)
dz
( d 9.8K km1 )可判断气 层的稳定度, 结合位温随高 度分布及近地面层其它有 关参数判断准确性更高。
稳 定
d 0 Ri 0 L 0 z
中 性
d 0 z
Ri 0 L
不 稳 d 0 Ri 0 L 0
z
定
蒋维楣等 (2004) 空气污染气象学教程, 气象出版社。
最后通过分子粘性耗散成为热能。
盛裴轩等 (2013) 大气物理学, 北京大学出版社; 蒋维楣等 (2004) 空气污染气象学教程, 气象出版社。
大气湍流类型
• 机械湍流: 机械或动力作用生成, 如地面风切变, 地表非均 匀性和粗糙度均可产生机械湍流。
• 热力湍流: 热力作用诱发形成的湍流, 如地表受热不均匀产 生对流泡。
盛裴轩等 (2013) 大气物理学, 北京大学出版社。
稳定大气边界层
• 边界层内位温随高度增加
而升高, 形成稳定大气边界
层(SBL)。SBL特征是存在 逆温层, 湍流能量弱, 边界
残留层
层通常不能作为整体处理
(地面计算的M-O长度值不 能代表边界层中、上层情 近地面层
况)。
逆温: 气温随高度增大
Jacobson M. Z. (1998) Fundamentals of Atmospheric Modeling; 盛裴轩等 (2013) 大气物理学, 北京大学出版社。
∂u/∂z。
u z
f
(u*
,
z,
w'
'
,
g
)
赵鸣 (2006) 大气边界层动力学, 北京: 高等教 育出版社。
z
u*
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( d 9.8K km1 )可判断气 层的稳定度, 结合位温随高 度分布及近地面层其它有 关参数判断准确性更高。
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中 性
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不 稳 d 0 Ri 0 L 0
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蒋维楣等 (2004) 空气污染气象学教程, 气象出版社。
最后通过分子粘性耗散成为热能。
盛裴轩等 (2013) 大气物理学, 北京大学出版社; 蒋维楣等 (2004) 空气污染气象学教程, 气象出版社。
大气湍流类型
• 机械湍流: 机械或动力作用生成, 如地面风切变, 地表非均 匀性和粗糙度均可产生机械湍流。
• 热力湍流: 热力作用诱发形成的湍流, 如地表受热不均匀产 生对流泡。
盛裴轩等 (2013) 大气物理学, 北京大学出版社。
稳定大气边界层
• 边界层内位温随高度增加
而升高, 形成稳定大气边界
层(SBL)。SBL特征是存在 逆温层, 湍流能量弱, 边界
残留层
层通常不能作为整体处理
(地面计算的M-O长度值不 能代表边界层中、上层情 近地面层
况)。
逆温: 气温随高度增大
Jacobson M. Z. (1998) Fundamentals of Atmospheric Modeling; 盛裴轩等 (2013) 大气物理学, 北京大学出版社。
∂u/∂z。
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赵鸣 (2006) 大气边界层动力学, 北京: 高等教 育出版社。
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u*
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环境工程导论 第3章 大气污染-王树众
②悬浮微粒：固体微粒（悬浮灰、尘、花粉、细菌、冰晶）、颗粒状液 体（水滴、云雾、）。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）。
2. 大气污染
国际标准化组织(ISO) 定义：“空气污染，通常是指由于人类活 动和自然过程引起某些物质进入大气中，呈现出足够的浓度，达 到了足够的时间，并因此而危害了人体的舒适、健康和福利或危 害了环境。”
度。）
空气过剩系数：实际空气量/理论空气量，用于固定装置。
空燃比A/F:空气量/燃料量（质量），用于移动装置。（汽油理论A/F ＝15，甲烷理论A/F＝17.2）。
良好的燃烧工况还必须满足以下三个基本条件（3T）：
①足够的温度。着火温度，燃烧维持较高温度。
②充足的时间。才能保证燃料的充分燃烬。
③充分的混合。混合不良将产生不完全燃烧产物，相当缺氧燃烧。用湍流 度衡量。
3. 雾(fog): 微小液体颗粒。水雾、油雾、酸雾、碱雾，＜100μm。 气象学中是指造成能见度＜l km的小水滴悬浮体。 气溶胶态污染物通常＜500μm。
＞100μm的颗粒易于沉降，造成的危害较小。
＜100μm的所有固体颗粒物：总悬浮微粒(TSP) ①飘尘: ＜l0μm，粒度小，质量轻，不易沉降；
(2) 液态剩余型。液体燃料不完全燃烧：
① 煤胞、油灰：油滴蒸发产生油蒸气燃烧时，一边膨胀发泡，一边 聚缩固化，生成10～300μm、表面光滑致密、内部絮状、难以燃烧的
空心焦粒；
②石油焦：油雾滴与炽热固体壁面接触时高温裂解，形成颗粒较大 的物质，结焦。
(3) 固态剩余型。固体燃料燃烧时形成，包括未燃尽固定碳和灰分（飞
其明确了：
(1)形成大气污染的原因：自然因素、人为因素；(2)造成大气污染的必要条件：即污
2. 大气污染
国际标准化组织(ISO) 定义：“空气污染，通常是指由于人类活 动和自然过程引起某些物质进入大气中，呈现出足够的浓度，达 到了足够的时间，并因此而危害了人体的舒适、健康和福利或危 害了环境。”
度。）
空气过剩系数：实际空气量/理论空气量，用于固定装置。
空燃比A/F:空气量/燃料量（质量），用于移动装置。（汽油理论A/F ＝15，甲烷理论A/F＝17.2）。
良好的燃烧工况还必须满足以下三个基本条件（3T）：
①足够的温度。着火温度，燃烧维持较高温度。
②充足的时间。才能保证燃料的充分燃烬。
③充分的混合。混合不良将产生不完全燃烧产物，相当缺氧燃烧。用湍流 度衡量。
3. 雾(fog): 微小液体颗粒。水雾、油雾、酸雾、碱雾，＜100μm。 气象学中是指造成能见度＜l km的小水滴悬浮体。 气溶胶态污染物通常＜500μm。
＞100μm的颗粒易于沉降，造成的危害较小。
＜100μm的所有固体颗粒物：总悬浮微粒(TSP) ①飘尘: ＜l0μm，粒度小，质量轻，不易沉降；
(2) 液态剩余型。液体燃料不完全燃烧：
① 煤胞、油灰：油滴蒸发产生油蒸气燃烧时，一边膨胀发泡，一边 聚缩固化，生成10～300μm、表面光滑致密、内部絮状、难以燃烧的
空心焦粒；
②石油焦：油雾滴与炽热固体壁面接触时高温裂解，形成颗粒较大 的物质，结焦。
(3) 固态剩余型。固体燃料燃烧时形成，包括未燃尽固定碳和灰分（飞
其明确了：
(1)形成大气污染的原因：自然因素、人为因素；(2)造成大气污染的必要条件：即污
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全然知识，理解和把握大气圈的结构、要紧气象要素、大气稳定度和逆温的概念。
教学重点把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进大气后是否引起严峻大气污染除取决于污染物的排进量外与污染物在大气中的扩散稀释速度关系极大。
各区域经常进行环境监测，测定各污染物的情况，我们会发觉在同天大气监测值差异非常大。
而统一污染源不可能差异非常大，有时监测值会几百倍，造成这种现象的缘故是与污染物的传输扩散与气象条件有着紧密的关系。
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妨碍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，初步把握厂址选择和烟囱设计中的一些咨询题，为进一步学习污染气象学知识打下根底。
§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．妨碍大气污染的要紧气象要素气象要素〔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截了当瞧测获得的，要紧有：气温、气湿、气压、风向、风速、云况、能见度、落水、蒸发、日照时数、太阳辐射、地面辐射、大气辐射等，下面分不介绍几个：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：尽对湿度、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？空气水平方向的流淌喊风。
b)形成：风要紧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瞧出地面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，那么等压〔各处气都相等的面〕与地面平行，如今大气静止状〔无风〕。
第三章 大气污染
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
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
3《大气污染控制工程》第三章
第三章大气污染气象学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。
本章主要对大气污染气象学的基本知识作一扼要介绍。
第一节大气圈结构及气象要素一、大气圈垂直结构地球表面环绕着在层很厚的气体，称为环境大气或地球大气，简称大气。
大气是自然环境的重要组成部分，是人类及生物赖以生存的必不可少的物质。
大气圈的垂直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。
由于对流程度在热带要比寒带强烈，故自下垫面算起的对流层的厚度随纬度增加而降低，赤道处约为16～17km,中纬度地区约10～12km，两极附近只有8～9km。
①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；例如在热带海洋上空，空气比较温暖潮湿，在高纬度内陆上空，空气比较寒冷干燥，因此也经常发生大规模空气的水平运动。
②对流层亚层分层情况：(1)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)。
(2)其中从地面到50～100m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℃。
(3)在近地层以上，气流受地面摩擦的影响越来越小。
《大气污染控制工程》第三章大气污染气象学第四章大气扩散浓度估算模式
瓦解阶段:烟体不断膨胀过程中使得大气湍流作用明显加强，烟体结构瓦解，逐渐失 去抬升作用的；
变平阶段:在环境湍流作用下，烟流继续扩散膨胀并随风飘移的。
烟囱高度的计算
计算方法2:按地面绝对最大浓度计算
Cmax
2q ( z uH 2e y
)
（4-10）Cmax
u
H H (3 21) Cmax
的技术方法》
（P点源排放控制系数，表4-9,4-10）
二、烟囱设计中的几个问题
对于设计的高烟囱（大于200m），若所在地区上部逆温 出现频率较高时，则应按有上部逆温的扩散模式（封闭型 或熏烟型模式）校核地面污染物浓度
烟气抬升公式的选择也是烟囱设计的重要一环 优先采用国家标准中的推荐公式
气象参数的选取 多年平均值；某一保证频率的值
1. 大气稳定度的概念 指在垂直方向上大气稳定的程度，即是否易于发生对流。
定性理解：
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
大气稳定度与烟流 型的关系
波浪型（不稳） 锥型（中性or弱稳） 扇型（逆温） 爬升型（下稳，上
考虑地面轴线浓度模式
c(x,
y,
z,
H
)
q
u y
z
exp(
H2
2
2 z
)
上式，x增大，则 、y 增z 大，第一项减小，第二 项增大，必然在某x 处有最大值
第三章 大气污染气象学 第四章大气扩散浓度估算模式
扩散的要素
水平方向：风（平流输送）为主 垂直方向：湍流（脉动风速） 风速越大，湍流越强，大气污染扩散速度越快
变平阶段:在环境湍流作用下，烟流继续扩散膨胀并随风飘移的。
烟囱高度的计算
计算方法2:按地面绝对最大浓度计算
Cmax
2q ( z uH 2e y
)
（4-10）Cmax
u
H H (3 21) Cmax
的技术方法》
（P点源排放控制系数，表4-9,4-10）
二、烟囱设计中的几个问题
对于设计的高烟囱（大于200m），若所在地区上部逆温 出现频率较高时，则应按有上部逆温的扩散模式（封闭型 或熏烟型模式）校核地面污染物浓度
烟气抬升公式的选择也是烟囱设计的重要一环 优先采用国家标准中的推荐公式
气象参数的选取 多年平均值；某一保证频率的值
1. 大气稳定度的概念 指在垂直方向上大气稳定的程度，即是否易于发生对流。
定性理解：
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
大气稳定度与烟流 型的关系
波浪型（不稳） 锥型（中性or弱稳） 扇型（逆温） 爬升型（下稳，上
考虑地面轴线浓度模式
c(x,
y,
z,
H
)
q
u y
z
exp(
H2
2
2 z
)
上式，x增大，则 、y 增z 大，第一项减小，第二 项增大，必然在某x 处有最大值
第三章 大气污染气象学 第四章大气扩散浓度估算模式
扩散的要素
水平方向：风（平流输送）为主 垂直方向：湍流（脉动风速） 风速越大，湍流越强，大气污染扩散速度越快
第三章大气污染与防治ppt课件
2、大气污染物排放标准
（1）本标准设置下列三项指标：
1）通过排气筒排放废气的最高允许排放浓度 排气筒中污染物任何1小时浓度平均值不得超过的限值
2）通过排气筒排放的废气，按排气筒高度规定的最高允许排放速 率。
指一定高度的排气筒任何1小时排放污染物的质量不得超过的限 值。
任何一个排气筒必须同时遵守上述两项指标，超过其中任何一 项均为超标排放。 3） 以无组织方式排放的废气，规定无组织排放的监控点及相应的 监控浓度限值。 指监控点的污染物浓度在任何1小时的平均值不得超过的限值
3、大气稳定度
即空气团在铅直方向稳定程度。 判断：假如一空气团由于某种原因受到外力的作用，产生了上升
或下降运动，当外力去除后， 可能发生三种情况： (a)当外力去除后，气团就减速并有返回原来高度的趋势，称这
种大气是稳定的； (b)当外力去除后，气团加速上升或下降，称这种大气是不稳定
的； (c)当外力去除后 ，气团静止或作等速运动，称这种大气是中性
0.04 0.08 0.12
4.00 10.00
0.16
1.50 1.00
0.01
7① 20①
三级标准
0.10 0.25 0.70
0.30 0.50
0.15 0.25
0.10 0.15 0.30
0.08 0.12 0.24
6.00 20.00
0.20
浓度单位
mg/m3 (标准状态)
μg/m3 (标准状态)
氮氧化物、烯烃、烷烃、醇等碳氢化合物，以及它们在大气 中形成的一系列中间产物与最终产物（光化学烟雾）。 污染源：
来自汽车排放、石油冶炼以及石油化工厂的排放。发生地区 以石油燃料为主。
三、大气污染的类型
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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
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
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
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：
1
p x
fvg
1
p y
fug
则运动方程可以写为：
u t
f
(v vg )
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。
热带气旋
热带气旋造成的 洪水灾害
热带气旋造成的破坏
热带气旋的 卫星云图
热带气旋造成的破坏（英国伦敦）
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。
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。
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。
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。）
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
位温
位温:各高度均把压力换算为1000mb(10kPa)时的温度（绝热）
T (1000) RCp T (1000)0.288
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）
大气稳定度
1.大气稳定度的概念
热带气旋造成的破坏（澳大利亚）
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。
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。
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
低层大气的温度与大气稳定度
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
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
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
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）
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。
主要的作用力
近地层：湍流粘
v
t f (u ug ) z (v ' w')
P
P
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。
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
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。
大气环境学
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。
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。
自由大气：湍流粘性应力 可忽略
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
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
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：
1
p x
fvg
1
p y
fug
则运动方程可以写为：
u t
f
(v vg )
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。
热带气旋
热带气旋造成的 洪水灾害
热带气旋造成的破坏
热带气旋的 卫星云图
热带气旋造成的破坏（英国伦敦）
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。
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。
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。
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。）
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
位温
位温:各高度均把压力换算为1000mb(10kPa)时的温度（绝热）
T (1000) RCp T (1000)0.288
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）
大气稳定度
1.大气稳定度的概念
热带气旋造成的破坏（澳大利亚）
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。
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。
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
低层大气的温度与大气稳定度
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
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
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
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）
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。
主要的作用力
近地层：湍流粘
v
t f (u ug ) z (v ' w')
P
P
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。
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
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。
大气环境学
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。
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。