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1、第三章 大气污染气象学 3.1 大气层结构及气象要素 3.2 大气的热力过程 3.3 大气的运动和风3.1.1 大气层结构大气圈垂直结构3.1 大气层结构及气象要素返回目录 大气圈垂直结构大气层的结构。 大气层可以分为对流层 （最贴近地面、密度最 大的一层）、平流层（ 较高的、气体组成相同 但密度较小的气层）以 及电离层（由已电离的 气体组成）Ozone layer返回目录 1）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 2）平流层（对流层顶505
2、5km） 同温层对流层顶3540km，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 没有对流运动，污染物停留时间很长返回目录 3）中间层（平流层顶85km） 气温随高度升高而迅速降低 对流运动强烈 4）暖层(电离层) （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 5）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8085km以下的气层以湍流扩散为主，组成比例稳定，成分均匀 ，称为均质层。均质层以上气层以分子扩散为主，气体组成随高 度变化，称为非均质层。返回目录大气气压场分布返回目录大气水汽分布返回目录 3.1.2 气象要
3、素 1）气温 用于表示空气的冷热程度，气温越高，空气分子运 动的平均动能越大，分子不规则运动的速度也就越 快。地面气温是指离地面1.5m高处百叶箱中观测到 的空气温度。 2）气压 气压是指大气作用在单位面积上的作用力。常用的气压单位有 三种： 第一种是国际单位Pa，1Pa=1Nm-2，气象学采用百帕(hPa)表 示，1hPa=100Pa 第二种为毫米汞柱(mmHg)高度。气象学上规定，温度为0，纬 度为45的海平面气压为1个标准大气压。 返回目录 (atm)，即1atm=760mmHg=1013.25hPa 第三种为毫巴(mbar)，1mbar=1hPa= mmHg 3）气湿 空气湿度简称为气
4、湿，用以表示大气中水汽含量及大气潮湿程 度。气湿与大气中云、雾、降水的形成密切相关。常用的湿度 参量有绝对湿度、水汽压、饱和水汽压、相对湿度、含湿量、 水汽体积分数和露点等。 4）风向和风速 风指的是空气在水平方向上的运动，垂直方向的空气运动则称 为升降气流； 风向指风的来向； 风速指单位时间内空气在水平方向运动的距离。 风速u与风力等级的关系：u3.02F1.5返回目录 5）云 云是漂浮在空中的水汽凝结物。 云高是指云底距地面的高度。根据云高可将云分为高 云、中云和低云。 云量是指云遮蔽天空的成数。我国云量的范围为010 。 总云量指所有云遮蔽天空的成数，不论云的高度和层 次。 低云量指低云
5、遮蔽天空的成数。 云量记录是指将总云量和低云量以分数的形式计入观 测结果。返回目录低云（2500米以下）中云（2500-5000m）高云（5000m以上）云返回目录 6）能见度 能见度是指视力正常的人在当时的天气条件下，能够从天空 背景中看到或辨认出的目标物(黑色、大小适度)的最大水平 距离。单位以m或km表示。 能见度表示了大气清洁、透明的程度或大气的混浊程度。能 见度的观测值通常分为10级。返回目录u3.2.1 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3.2 大气的热力过程返回目录u3.2.2 气
6、温的垂直变 u1）大气的绝热过程与泊松方程 T/T0=(P/P0)0.288 u2）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100m)时，温度降低或升高的 数值，称为干空气温度绝热垂直递减率，简称干 绝热直减率，以d表示，d=- (dT/dZ)dg/Cp=0.98K/100m。表明干空气块(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1K。 u3）湿绝热直减率m=0.5K/100m返回目录u3）位温 一干空气块绝热升降到标准气压(1000hPa)处所具有的 温度即为位温，以表示 =T0(1000/P0)0.288 干空气块作绝热
7、升降运动时，温度会发生变化，但位 温却不变。 u4）气温的垂直分布 气温直减率：气温随高度的垂直递减率，以表示， 它反应了单位高度气温的变化值。=-dT/dZ u 5）若气温随高度增加而递减，为正值，反 之为负值。返回目录u6）温度层结：用以表示气温沿高度变化的 曲线。 w 大气的温度层结分四种类型： (1)d，正常分布层结(递减层结)，气 温随高度增加而递减； (2)=d，中性层结，气温直减率接近 1K/100m； (3)=0，等温层结，气温不随高度变化； (4)d，气块有继续上升或下降的趋势，大气不 稳定； =d，气块保持不动，大气为中性； d，气块有回到原来位置的趋势，大气稳定 。返回目
8、录 3.2.4 逆温 由于逆温层内，温度随高度的增加而升高，所以在垂直方向上不能产 生对流，空气异常稳定。 1）辐射逆温：地面强烈辐射冷却所形成，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返回目录 2）下沉逆温：空气下沉受到压缩增温而形成很厚的气层下沉 压缩变扁 顶部增温比底部多返回目录 3）平流逆温：暖空气平流到冷地面上而形成 4）湍流逆温：低层空气的湍流混合形成下层湍流混合达 上层出现过渡层 逆温 返回目录 5）锋面逆温：冷暖空气团相遇时，由于在锋面温差过 大所形成。冷、暖气团相遇冷暖间逆温 暖气上爬，形成锋面返回目录3.2.5 烟流形状与大气稳定
9、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） 返回目录 3.3.1 引起大气运动的作用力3.3 大气的运动和风直接作用力重力水平气压梯度力（垂直上与重力基本平衡）间接作用力 地转偏向力（相对运动：方向改变）惯性离心力（大气曲线运动：很小）摩擦力（近地12km内明显） 返回目录 3.3.2 大气边界层中风随高度的变化Ekman螺旋线（北半球下视 ，地偏力指向运动右方，故 顺时针；南半球则相反） 高度增高，风速增大，方向逐渐接近地转风。 返回目录 3.3.3 近地层中的风速廓线模式 平均风速随高度的变化曲线称为风速廓线，其数学 表达式为风速廓线模式。 1）对数律风速廓线模式 2）指数律风速廓线模式返回目录 3.3.4 地方性风场 1）海陆风 返回目录 2）山谷风返回目录 3）城市热岛环流返回目录 3.3.5 风对大气污染物扩散的影响 风从风向和风速两个方面对大气污染物扩散 产生影响，可以用风向频率和污染系数来表 征。 1）风向频率：一定时间内，某风向出现的次 数占各风向出现总次数的百分率。常用风玫 瑰图表示 2）污染系数：某风向的风向频率除以该风向 的平均风速。常用污染系数玫瑰图表示。返回目录本 章 结 束
