大气污染课后答案 3章

第三章 大气污染气象学3.1 一登山运动员在山脚处测得气压为1000 hPa,登山到达某高度后又测得气压为500 hPa, 试问登山运动员从山脚向上爬了多少米？解： 由气体静力学方程式,大气中气压随高度的变化可用下式描述：dP = - g p dZ （1）将空气视为理想气体,即有mPV = RTM可写为 PMp =V RT2）将（2）式带入（1）,并整理,得到以下方程dP =-gMdZP RT假定在一定范围内温度T的变化很小，可以忽略。对上式进行积分得ln -薯Z + C即1口 P =-智（Z -引1假设山脚下的气温为10。0 带入（3）式得:1 5009.8 x 0.029 ,ln -AZ10008.314 x 283得 AZ 5.7k即登山运动员从山脚向上爬了约5.7km。32在铁塔上观测的气温资料如下表所示，试计算各层大气的气温直减率1.5-10，Y 10 J。，高度Z/m1.5103050气温T/K298297.8297.5297.3丫 30-50丫 1.5-30，Y 1.5-50，并判断各层大气稳定度。解：丫 1.5-10 =不稳定AT =297.8-298 =Az10-1.5AT =297.5-297.8Az30-10AT =297.3-297.5Az50-30AT =297.5 - 298 =Az30 -1.5AT =297.3 - 298 =Az50 -1.5Y30-50Y10-30Y 1.5-30Y 1.5-502.35K/100 Y ，d1.5K /100m Y ，d=1.0K/100 Y ，d1.75K/100 Y ，d1.44K /100 Y ，d不稳定不稳定不稳定不稳定。3.3在气压为400 hPa处，气块温度为230K。若气块绝热下降到气压为600 hPa处，气块温 度变为多少？解：T = T ()0.288 二 230(600)0.288 二 258.49K1 0 P40003.4试用下列实测数据计算这一层大气的幕指数m值。高度Z/m1020304050风速u/m.s3.03.53.94.24.5解：7z由大气污染控制工程P80 (323), u = U(-)m，取对数得lg = = mlg(-)1 7u 71 1 1u设lg丄=y , lgG) = x,由实测数据得 u11x0.3010.4770.6020.699y0.06690.11390.14610.1761由excel进行直线拟合，取截距为0,直线方程为：y=0.2442x故 m=0.2442。35某市郊区地面10m高处的风速为2m/s,估算50m、100m、200m、300m、400m高度处 在稳定度为 B、 D、 F 时的风速，并以高度为纵坐标，风速为横坐标作出风速廓线图。解：/trr 750u = u ( 1)0.07 = 2 x ()0.07 = 2.24m / s ,10 71007100u = u ( 2)0.07 = 2 x ()0.07 = 2.35m / s20 71007200u = u ( 3)0.07 = 2 x ()0.07 = 2.47m / s ,30 71007300=u ( 4)0.07 = 2 x ()0.07 = 2.54m / s0 71007、小 /400、u = u ( 5)0.07 = 2 x ()0.07 = 2.59m / s。50 7100稳定度 D, m=0.15u=2Z、_,50.u = u ( 4)0.15 = 2 x ()0.15 = 2.55m/ s ,10 7100Zc /100、u ( 2)0.15 = 2x ()0.15 = 2.82m/s0 7100,u7200u = u ( )0.15 = 2x ()0.15 = 3.13m/s30 71007300、=u ( 4)0.15 = 2 x ()0.15 = 3.33m/ s0 71007400u = u ( 5)0.15 = 2 x ()0.15 = 3.48m/ s50 710稳定度 F，m=0.25Z50u = u ( )0.25 = 2 x ()0.25 = 2.99m / s ,10 Z100Zc /100、c “/u = u ( 2)0.25 = 2 x ()0.25 = 3.56m/ s20 Z100Z200u = u ( 3)0.25 = 2 x ()0.25 = 4.23m / s30 Z100，u4Z300=u ( 4)0.25 = 2 x ()0.25 = 4.68m / s0 Z100Z400u = u ( 5)0.25 = 2 x ()0.25 = 5.03m/ s50 Z100风速廓线图略。36 个在30m高度释放的探空气球，释放时记录的温度为11OC，气压为1023 hPa。释 放后陆续发回相应的气温和气压记录如下表所给。1）估算每一组数据发出的高度；2）以高 度为纵坐标，以气温为横坐标，作出气温廓线图；3）判断各层大气的稳定情况。测定位置2345678910气温/9.812.014.015.013.013.012.61.60.8气压/hPa10121000988969909878850725700解： dP gM1）根据Air Pollution Control Engineering可得咼度与压强的关系为二7 = - dzdP将 g=9.81m/s2、M=0.029kg、R=8.31J/(mol.K)代入上式得dz = 29.21-pT。当 t=11OC，气压为 1023 hPa；当 t=9.8。C，气压为 1012 hPa,故 P=(1023+1012) /2=1018Pa， T=(11.0+9.8) /2=10.4。 C=283.4K， dP=1012-1023=11Pa11因此dz = 29.21283.4m = 89m，z=119m。1018同理可计算其他测定位置高度，结果列表如下：测定位置2345678910气温AC9.812.014.015.013.013.012.61.60.8气压/hPa10121000988969909878850725700高度差/m89991011635362902711299281高度/m119218319482101813071578287731582）图略AT11 一 9 83) 丫 =一-2 二- 二 1.35K/100m 丫，不稳定; 12Az 89d1 2AT 9.8 12Y =2-3 = =2.22K /100m 0，逆温；2 3Az 992 3AT 12 14丫 = 1 = = 1.98K /100m 0，逆温；3 4Az1013 43.7 用测得的地面气温和一定高度的气温数据，按平均温度梯度对大气稳定度进行分类。测定编号123456地面温度/。C21.121.115.625.030.025.0高度/m4587635802000500700相应温度/。C26.715.68.95.020.028.0解：6-77-88-99-104-5 -Az45163AT5615 13Az56536AT6 -13 134-55-6二 0Az- 2906-7二 0.37K /100m Y ,dATAz7-8ATAz8-98-9ATAz9-10=0.61K/100m 0 ,13 -12.6- 271二 0.15K /100m Y12.6-1.6-12991.6-0.8- 281逆温；稳定；，稳定；二 0.85K /100m Y二 0.28K /100m 0，故 y =-G 0 ,逆温1 A z458111AT15.6 - 21.1G 二一2 =-= 0.72 K/100 m，故 Y =G 二 0.72 K/100 m Y，不稳定;3 A z58033d3G =4 = 1K /100m，故Y =G = 1K /100m Y，不稳定；4 Az 200044d4G5=# 唱严=2 K/叫，故 Y 5 =G5 2 K/叫 Y d，不稳定;AT28.0 25.0G=-= 0.43K/100m 0，故y = G 0 逆温6Az700663.8 确定题 3.7 中所给的每种条件下的位温梯度。解：以第一组数据为例进行计算：假设地面大气压强为1013hPa，则由习题3.1推导得到的公式ln辛一鲁(Z2 - Z1)，代入已知数据(温度T取两高度处的平均值)即1lnP亠2 =10139驚0.097 % 458，由此解得 P2=961hPa。8.314 x 2972由大气污染控制工程P72 (3 15)可分别计算地面处位温和给定高度处位温:9 二 T (1000)o.288 二 294.1(1000)o.288 二 293K ,地面 地面 P1013地面9 二 T (1000)o.288 二 299.7(1000)o.288 二 303.16K ,11 P9611293 - 3o3故位温梯度=八,“ =2.18K /100mo- 458同理可计算得到其他数据的位温梯度，结果列表如下测定编号123456地面温度/。C21.121.115.625.030.025.0高度/m4587635802000500700相应温度/。C26.715.68.95.020.028.0位温梯度/K/100m2.220.270.170.02 1.021.4239假如题3.7中各种高度处的气压相应为970、925、935、820、950、930 hPa，确定地面 上的位温。解：PgM以第一组数据为例进行计算，由习题3.1推导得到的公式In瓷二- (Z -Z )，设地面P RT 2 119709.8x 0.029压强为P，代入数据得到：In =x 458，解得P1=1023hPa。因此1P8.314x 297119 二 T(00)0.288 二 294.1(00)0.288 二 292.2K地面 地面 P1023地面同理可计算得到其他数据的地面位温，结果列表如下：测定编号123456地面温度/。C21.121.115.625.030.025.0高度/m4587635802000500700相应温度/。C26.715.68.95.020.028.0地面压强/hPa102310121002104010061007地面位温/。C292.2293.1288.4294.7302.5297.4