第三章 污染气象学基础知识Word下载.docx

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●《大气污染控制工程》（影印版）NoeldeNevers主编，清华大学出版社

注：

本页为每次课教案首页

§

3~1主要气象要素及大气的基本物理性质

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（第一章相关内容）

三、影响大气污染的主要气象要素

气象要素（因子）：

表示大气状态的物理现象和物理量，气象学中统称

主要有：

气温、气压、湿度、风（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。

1、气温：

2、气压

3、空气湿度（气湿）：

4、风

（1）什么是风？

（2）形成：

（3）风的度量（风向和风速）

风速（风的大小）的表示；

测定

风向（风的来向）表示：

①8个方位或16方位表示（地面风），见图3-2；

②用角度表示（高空风）：

（4）性质：

①随时在变化：

②随高度变化：

③随地理位置而变：

5、云

6、能见度

7、太阳高度角

如右图，ho即太阳高度角，它随时间而变化。

8、降水

3-2大气的热力过程

一、太阳辐射（补）

Ø

太阳以紫外线（<

0.4μm）、可见光（0.4～0.76μm）、红外线（>

0.76μm）的形式辐射热量

太阳辐射加热地球表面

地面长波辐射（主要3～120μm）加热大气

近地层大气温度随地表温度变化

二、气温的垂直变化

1、大气的绝热过程

（1）热力学第一定律

大气中的热力学过程遵循热力学第一定律，即能量守恒定律。

表示加于任一封闭物系（气体）的热量

等于该物系内能的变化

和物系对外所做的功

，即：

在无非膨胀功时，其微分表达式为：

-----------------①

将状态方程

代入上式，并取

，则上式写成

-----------------②

变形为：

-----------------③

式中：

dQ—加入物系的热量；

R—气体常数；

Cp—恒压比

（2）大气绝热过程

气块在大气中的运动近似认为是绝热变化。

原因：

①空气的导热率较小，变化慢；

②气块大气中运动很快；

③气压变化很大。

大气的绝热方程：

绝热：

，③式变为：

两边积分，得

即有：

因CP-CV=R又CP/CV=K，对于空气K=1.404

于是得大气绝热方程：

2、干绝热递减率：

绝热垂直递减率（绝热直减率）：

气块在绝热过程中，垂直方向上每升降单位距离时的温度变化值。

（通常取100m），单位：

℃/100m。

（1）准静力条件

绝热过程若进行的十分缓慢，可使外界气压变化与系统内部气压变化充分平衡，每一瞬间外部气压与内部气压看成是相等的，即P=P环，这个条件称为准静力条件。

（2）干绝热直减率γd

定义：

实际中，T′（气块温度）、T（环境温度）相差<

10K，

T′/T≈1。

推导过程如下：

根据热力第一定律，导出绝热过程方程式为：

……①

又气压随高度变化规律：

……②

又理想气体状态方程：

……③

将②③代入①，则得：

若不计高度、纬度影响，取g=9.18m/s2，CP=1004.8J/（Kg·

K）

干绝热垂直递减率γd（干绝热直减率）:

干气块（包括未饱和湿空气）在绝热过程中，垂直方向上每升降单位距离的温度变化值。

（通常取100米），根据计算，得到γd约为0.98℃/100m，近似1℃/100m。

（3）湿空气的绝热变化

凝结高度：

湿空气上升达到饱和状态并开始凝结的高度。

凝结高度以下，其温度变化同干空气一样；

凝结高度以上，温度变化小于干空气的变化值，饱和空气每上升（或下降）单位距离空气的温度变化，称为湿绝热递减率γm，约为0.5℃/100m。

三、大气的静力稳定度

定义：

1、气温的垂直分布

（1）温度层结：

温度随高度的分布情况。

（2）温度层结类型

①温度随高度的增加而降低（Z↗t↘），正常分布，或递减层结。

②温度梯度等于或近似于1℃/100m，称中性层结。

③温度随高度增加而升高（Z↗t↘），称为逆温层结。

④温度不随高度变化，称为等温层结。

见下图所示：

（3）温度层结日变化

（4）温度变化的实质

（5）环境温度直减率：

环境温度的变化。

γ不是一常数，随太阳辐射、气候等而变化，对流层中环境温度直减率的平均值为0.65℃/100m。

（6）位温（θ）

其中：

T、P分别为气块最初的温度和压力。

重要性质：

任何一气块的位温是不变的（干绝热情况）；

位温是变化的（非绝热情况）。

∴位温比气温更能代表气块的热力学性质。

1标准大气压力=1013.32mb（毫巴）1mb=103达因/cm2

2、大气稳定度

（1）什么是大气稳定度？

（2）大气稳定度的分类（3类）

如果一空气块由于某种原因受到外力的作用，产生了上升或者下降的运动，当外力消除后，可能发生三种情况：

①气块逐渐减速并有返回原来高度的趋势，此时大气是稳定的。

②气块仍然加速上升或下降，此时大气是不稳定的。

③气块停留在外力消失时所处的位置，或者做等速运动，这时大气是中性

（3）如何判别大气的稳定度？

①判断大气是否稳定：

对于未饱和空气、干空气，可利用

来判断；

而对饱和空气而言，用

来判别，

②用位温梯度判别

∵

∴

③用层结曲线（大气温度随高度变化曲线）和状态曲线（即上升空气块的温度随高度的变化曲线）的分布来判断大气稳定度。

四、逆温

1、定义：

温度随高度的增加而增加，此时

。

2、跟我们研究污染有关的因素：

①逆温层的消失时间；

②逆温层底的高度；

③逆温层的厚度；

④逆温的强度（温度随高度的变化情况）。

逆温的最危险状况是逆温层正好处于烟囱排放口。

3、逆温形成的过程

形成逆温的过程多种多样，最主要有以下几种：

①辐射逆温（较常见）；

②平流逆温；

③锋面逆温；

④湍流逆温；

⑤下沉逆温。

要求掌握辐射逆温的形成机理，了解其它辐射逆温的形成机理

第6次课2学时

上次课复习：

1、影响大气污染的几个主要气象要素；

2、干绝热直减率的定义；

3、逆温的定义与类型；

4、大气稳定度类型及判定方法。

第三节大气污染与气象的关系

掌握大气热力过程、大气稳定度和逆温、大气的运动和风场等知识点。

判断大气稳定度、理解逆温对大气污染的影响、烟流形状与大气气象的关系，

判断大气稳定度、理解逆温对大气污染的影响、烟流形状与大气气象的关系。

判断大气稳定度、混合层高度、逆温对大气污染的影响。

讲授时间：

2学时

P823.63.10

3-3大气污染与气象的关系

一、边界层的风和湍流对大气污染的影响

风、湍流是决定污染物在大气中稀释扩散的最直接最本质的因素。

（一）风对大气污染物扩散和输送的影响

风对污染物的作用体现为风向和风速两方面的影响。

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。

（1）风速随高度的分布：

对数律；

指数律。

（2）风向频率和污染系数

P越大，某下风向污染越严重。

（二）湍流

1、什么是湍流？

2、湍流与扩散的关系

3、形成：

近地层大气湍流有两种：

热力湍流；

机械湍流。

归纳而言：

风速越大，湍流越强，污染物扩散速度越快，污染物浓度越低。

（三）地方性风场（自学）

如海陆风、山谷风及城市热岛环流等。

二、大气稳定度对大气污染的影响

以一个高架源连续排放烟云为例进行说明。

下面是与稳定度有关的五种典型烟流，（参见书P61，图3-15）。

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（平展型）—逆温；

爬升型（屋脊型）—下稳，上不稳；

漫烟型（熏烟型）—上逆、下不稳

三、降水对大气污染的影响

四、云量与辐射的昼夜变化

五、天气形势的影响

六、大气污染指数

污染指数Id：

Id—d方向上的污染指数，无量纲；

P—降水；

S—大气稳定度；

u—风速；

h—混合层高度。

Id越大，d方向下侧的污染较重。

实践证明，Id≤0.8时，为清洁型大气。

第7次课2学时

1、大气污染与气象的关系

2、边界层的风和湍流对的影响

3、烟流型与大气稳定度的关系

第三章污染气象学基础知识第四节大气扩散模式

1、理解并掌握高斯模式及其几个推导、修正式

2、了解几类非点源扩散模式；

3、理解并掌握特殊气象条件下几个扩散模式

1、正态分布假设下的点源扩散模式（高斯模式）；

2、特殊气象条件下－有上部逆温层的扩散模式

高斯模式、特殊气象条件下－有上部逆温层的扩散模式

第四节大气扩散模式2学时