第8章--大气污染气象学.

*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,大气污染控制工程,(AIR POLLUTION CONTROL ENGINEERING),中国地质大学（武汉）环境学院,李立青,污染源,大气中迁移、扩散,受体,气象条件,风向、风速,大气湍流,气温垂直分布,大气稳定度,Sources,Transports,Sinks,人群,其他生物体,工业,交通,生活,大气污染系统与途径,问题：,为什么同一地区大气污染存在季节性(天)差异？,第,三,章 大气污染气象学,大气科学,大气物理、化学,大气气象学,污染气象学,环境科学,(1),各种气象条件对大气污染物的传输与扩散作用,(2),大气污染物质对天气和气候的影响,Meteorology for Air Pollution,大气污染气象学,研究大气运动与大气中污染物相互作用的学科,污染气象学的发展简史,污染气象学的发展简史,早在,1861,年就有学者指出，大气中,二氧化碳含量增加，温室效应会增强，可能影响气候,。,1921,年，英国为了研究野战时毒气浓度的预报方法，开始进行大气扩散实验。,40,年代，原子能工业兴起，一些国家开始进行放射性物质污染预测和控制的研究，,促进了大气扩散实验和理论研究的发展,。,50,60,年代，相继发生严重的大气污染事件。以,1952,年,12,月的伦敦烟雾事件为例，一些国家开展了,城市或区域性的大气污染物输送、扩散、迁移和转化规律的实验和研究。,70,年代，在全球范围内出现了频繁的气候灾害，如非洲出现严重干旱等，人们把这些现象归因于大气污染。,开展了大气污染对天气、气候影响的研究。,同时，高空飞行器对平流层的污染以及污染物在平流层和对流层之间的迁移转化，促使人们,研究全球性的大气污染与气象的关系。,第,八,章 大气污染气象学,教学内容：,1. 气象要素,2.气象的热力因子,3.气象的动力因子,气象要素（因子）：,表示大气状态的物理现象和物理量，气象学中统称为,。,影响大气污染的主要气象要素有：,气温,气压,空气湿度（气湿）,风（风向、风速）,云量云状,能见度,降水,蒸发、日照时数、,太阳辐射,、地面辐射、大气辐射等。,第一节,气象要素,1、气温,气象上讲的地面气温一般是指距地面1.5m高处在百叶箱中观测到的空气温度。单位一般用摄氏度，或用热力学温度K。,2 、气压,气压：单位面积上所承受的大气柱重量。,气压是指大气的压强。气象上常用的气压单位是百帕（hPa），与其它气压单位的关系是1atm101326Pa1013.26 hPa,760mmHg,主要气象要素,3、 气湿,气湿的定义：空气的湿度简称气湿，反映了大气中水汽含量的多少和空气的潮湿程度。常用的表示方法有：绝对湿度、水汽压力、相对湿度、饱和气压、露点等。,（1）,绝对湿度,：单位体积（1m,3,）的湿空气中含有水汽的质量（kg）。,（2）,相对湿度,：空气的绝对湿度,w,与同温度下饱和空气的绝对湿度,v,之比。它等于空气的水汽分压P,w,与同温度下饱和空气的水汽分压P,v,之百分比。（3）,含湿量,：湿空气中1kg干空气所包含的水汽质量（kg），气象中也成为比湿。等于水汽质量（kg）除以干空气质量kg。,主要气象要素,4、 风向和风速,气象上把水平方向的空气运动称为风。,风是一个矢量，具有大小和方向。风向是指风的来向。水平运动的风，16个方向表示。例如，风从东方来称东风。,风速是指单位时间内空气在水平方向运动的距离，单位用m/s或km/h表示。,通常气象台站测定的风向、风速，都是指一定时间（如2min或10min）的平均值。有时也需要测定瞬时风向、风速。,风力等级：0-12级,主要气象要素,5 、云,云是大气中的水汽凝结现象，它是由漂浮在空中的大量小水滴或小冰晶或两者的混合物构成的。,云量是指云遮蔽天空的成数。,我国将天空分为10等分，云遮蔽了几分，云量就是几。,云量的记录：一般总云量/低云量的形式记录，如10/7。,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,主要气象要素,低云（2500米以下）,高云（5000m以上）,中云（2500-5000m）,6、 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级别（09级，相应距离为5050000米） ，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。,二、主要气象要素,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。,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。,（降雨与大气污染的关系，中国华山站，,science,，气溶胶粒子的增加会减少降雨量，凝结核太多，水分不足）,主要气象要素,第二节 气象的热力因子,1、干绝热直减率,干空气块（包括未饱和的湿空气块）绝热上升或下降单位高度（通常取100时）温度降低或升高的数值，称为干空气块温度绝热垂直递减率，其定义式为:,通常取,=1K/100 m，表示干空气块（或未饱和的湿空气块）每升高（或下降）100m时，温度降低（或升高）约1 K。,2、气温垂直递减率,气温随高度的变化特征可以用气温垂直递减率来表示，简称气温直减率，指单位（通常取100m）高差气温变化率的负值。,一、气温的垂直变化,3、气温的垂直分布,气温沿垂直高度的分布，可用坐标图上的曲线表示，（图），气温沿高度分布曲线或温度层结曲线，简称,温度层结,大气中的温度层结有四种类型,：,正常分布层结（递减）,中性层结,等温层结,逆温层结,一、气温的垂直变化,大气稳定度是指垂直方向上大气的稳定程度，即是否易于发生对流。,污染物在大气中的扩散与大气稳定度有密切关系,二、大气稳定度,1、大气稳定度的判别,（1） ，a0,气块加速度与其位移方向相同，,气块加速运动,，,大气不稳定,（2）,，a0,气块加速度与其位移方向相反，,气块减速运动,，,大气稳定,（3）,，,a=0,大气是中性的,2、 大气稳定度分类,（1）不稳定类：A、B、C；,（2）中性类：D,（3）稳定类：E、F,A B C D E F,强不稳定 不稳定 弱不稳定 中性 较稳定 稳定,二、大气稳定度,季节,风速,白 昼,夜 间,02,晴,37,多云,810 (阴),02,(晴),37,多云,810,阴,夏,春秋,冬,夏,春秋,冬,各季,各 季,6,C,D,D,D,D,D,D,D,城市大气边界层中的大气稳定度分类表,周淑贞（华东师范大学）城市气候学,近地层空气温度随高度增加而上升的一种现象,根据逆温形成过程可分为：,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,辐射逆温的生消过程,三、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,三、逆温,3、平流逆温,暖空气平流到冷地面上，由于下部降温快而形成,4、锋面逆温,冷、暖气团相遇,冷暖间逆温,暖气上爬，形成锋面,三、逆温,四、烟流形状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）,第三节 气象的动力因子,1,、风向,a,风向频率与主导风向,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,风向频率的物理意义：,表征下风向受污染的几率,风频最大的风向称,主导风向,b,风玫瑰图,c 污染系数,d 最多风向,盛行凤，季节性,一、风,风向,N,NNE,NE,ENE,E,ESE,SE,SSE,S,SSW,SW,WSW,W,WNW,NW,NNW,C,冬季,12.6,10.4,8.2,11,4.9,3.8,2.7,2.7,4.9,9.9,5.5,2.7,1.1,0.5,5.5,6.6,6.6,春季,9.8,6,8.7,4.9,5.4,2.7,1.6,8.2,10.9,15.2,8.2,0.5,2.2,3.3,6.5,4.3,1.6,夏季,6.5,8.2,9.8,10.3,3.3,4.9,4.3,9.2,16.3,10.3,5.4,2.2,0.5,1.6,0.5,1.6,4.9,秋季,9.9,9.9,6.6,8.2,1.6,1.6,2.2,4.9,12.1,9.9,10.4,3.3,2.2,2.7,3.8,1.6,8.8,全年,10.0,9.0,8.0,9.0,4.0,3.0,3.0,6.0,11.0,11.0,7.0,2.0,2.0,2.0,4.0,4.0,5.0,某城市年及各季风向频率,风玫瑰图制作方法：,做一个极坐标（,16,位，,8,位）；,将观测的风频按一定比例点在相对应方位的一定线段；,将各点用折线连接起来；,将静风频率记在图的中心。,冬季静风：6.6%,主导风向：N，12.6%,风玫瑰图,某城市年及各季风向频率,风向,N,NNE,NE,ENE,E,ESE,SE,SSE,冬季,12.6,10.4,8.2,11,4.9,3.8,2.7,2.7,春季,9.8,6,8.7,4.9,5.4,2.7,1.6,8.2,夏季,6.5,8.2,9.8,10.3,3.3,4.9,4.3,9.2,秋季,9.9,9.9,6.6,8.2,1.6,1.6,2.2,4.9,全年,10.0,9.0,8.0,9.0,4.0,3.0,3.0,6.0,风向,S,SSW,SW,WSW,W,WNW,NW,NNW,C,冬季,4.9,9.9,5.5,2.7,1.1,0.5,5.5,6.6,6.6,春季,10.9,15.2,8.2,0.5,2.2,3.3,6.5,4.3,1.6,夏季,16.3,10.3,5.4,2.2,0.5,1.6,0.5,1.6,4.9,秋季,12.1,9.9,10.4,3.3,2.2,2.7,3.8,1.6,8.8,全年,11.0,11.0,7.0,2.0,2.0,2.0,4.0,4.0,5.0,课堂练习：制作风玫瑰图,2,、 风速,单位时间内空气移动的水平距离（m/s）,平均风速,一定时间(2min/10min)的平均值,最大风速,在某个时段内出现的最大10分钟平均风速值。,极大风速,某个时段内出现的最大瞬时风速值。在自动气象站中，瞬时风速是指3秒钟的平均风速。,一、风,主导风向,污染系数,城市规划与工业布局的问题？,3 、风对污染物的作用：,（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,一、风,风向,N,NE,E,SE,S,SW,W,NW,合计,风向频率,10,8,9,17,12,20,17,7,100,风速(m/s),4.0,7.2,4.7,3.9,4.8,2.2,3.6,5.1,污染系数,2.5,1.1,1.9,4.4,2.5,9.1,4.7,1.4,27.6,污染系数百分率,9,4,7,16,9,33,16,6,100,某城市污染系数表,新建工厂应建在市区的东北(NE)方向上，有利于大气污染向市区外部扩散。,无规则阵性搅动的气流称为湍流,a,b,烟团湍流扩散示意图(a.无湍流；b.有湍流),热力湍流：温度垂直分布不均（不稳定）,机械湍流：垂直方向风速分布不均匀及地面粗糙度,二、,湍流,第三节 气象的动力因子,三、地方性风场,1,、 海陆风,高温（低压）,三、地方性风场,2,、 山谷风,比利时马斯河谷事件1930年12月，美国多诺拉事件1948年10月。出现条件：山谷，无风，有逆温层、烟雾，工厂区有铁厂、锌厂，硫酸厂等,三、地方性风场,3,、 城市热岛环流,a. 城市热岛效应:,城市气温比乡村高的现象,b. 城市环流：由于城区气温比乡村高，形成从周围农村吹向城市的一种局地风城市风.,四、近地层风速廓线模式,风速廓线：平均风速随高度的变化曲线,1、 对数律风速廓线模式,中性层结：对数律，粗糙度和摩擦速度,四、近地层风速廓线模式,2、 指数律风速廓线模式,平均风速随高度变化,非中性层结： 指数律，稳定度参数,各稳定度等级下的,m,值,0.25,0.15,0.10,0.07,0.07,乡 村,0.30,0.25,0.20,0.15,0.1,城 市,EF,D,C,B,A,地区,思考题：,1、什么是风玫瑰图，如何绘制？,2、实际空气气温垂直分布一般有哪几种情况 ？,3、大气稳定度分为几类？,4、p,82,习题中的3.、 3.5题。,第,八,章 大气污染气象学,