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第3章-大气污染的气象过程PPT课件

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大气污染控制第三章 大气污染气象学

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。

主要气象条件和大气污染

主要气象条件和大气污染

㈡ 空气湿度与大气污染 1.湿度大不利于污染物扩散 2.湿度大有利于一次污染物转化为二次污染物 ㈢ 空气湿度旳测量 1.仪器类型
干湿球温度计 通风干湿表 毛发湿度表
2. 相对湿度旳测量——干湿球温度计 构造 一对并列装置旳、形状完全相同旳温度计，一支测气 温，称干球温度计，另一支包有保持浸透蒸馏水旳脱 脂纱布，称湿球温度计。 原理 当空气未饱和时，湿球因表面蒸发需要消耗热量，使 湿球温度下降，从而出现一种干湿球温度差。 空气湿度越小，湿球温度降得越多，干湿球旳温差就 越大；反之，空气湿度越大，湿球温度降得越少，干 湿球旳温差就越小。
大气稳定度旳判断 当γ＜γd时，大气是稳定旳(γ＝0等 温；γ＜0逆温是稳定状态中最稳定旳 状态)
当γ＞γd时，大气是不稳定旳 当γ＝γd时，大气处于中性状态
近地层大气稳定度旳判断 当γ＞0时，大气处于不稳定 当γ＝0时，大气处于中性状态 当γ＜0时，大气是处于稳定，出现逆温
㈢ 烟型与大气稳定度旳关系 波浪型（不稳）
㈡湍流与大气污染
小尺度 大尺度 中尺度
㈤ 风向、风速旳测量 1.仪器类型
三杯风向风速表 电接风向风速仪 轻便携带式翼状风速计 热球式风速计
㈤ 风向、风速旳测量 2. 轻便三杯风向风速表测量风向、风速
构造：由风向仪、风速表、手柄三部分 构成。 基本工作原理：P74
测量措施 ⑴ 将仪器组装好并安顿(或手持着)在四面开阔 无高大障碍物旳地方，保持仪器直立。 ⑵ 风向测量：将小套管拉下并右转一角度，待 方向盘稳定下来，读出风向指针与方向盘所相 应旳读数即为风向，如指针摆动可读其中值。
⑷ 如欲进行下一次测定时，只要再压下开启 杆即可。
⑸ 当测定完毕后，将小套管向左转一角度， 使其恢复原来旳位置，以固定方向盘，小心 将风向仪和风速仪退下，放入仪器盒内。 测量注意事项 切勿用手触摸旋杯。 仪器工作时，切勿按压开启杆。

第三章 大气污染气象学57页PPT

第三章 大气污染气象学57页PPT

可用角度表示，如图3-2所示。
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。通常气象台站所测定的风向、风速，
都是指一定时间（如2 min或10 min)的平均值。有时也需
要测定瞬时风向、风速。蒲福在1805年根据自然现象将风
力分为13个等级(0-12级），若用F表示风力等级，则风速u
➢ 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，热量和动量的常通量层
自由大气－大气边界层以上，地面摩擦可以忽略
大气圈垂直结构
➢ 平流层（对流层顶～50-55km）
（单位km/h)
u3.02F3
5．云 大气中水汽的凝结现象叫做云（使气温随高度变化小）
云量:天空被云遮蔽的成数（我国10分，国外8分） 云高:云底距地面底高度
低云（2000m以下） 中云（2000-6000m） 高云（6000m以上） 云状:卷云（线）,积云（块）,层云（面),雨层云(无定 形）
d 0 .62 P w 2 0 .62 P w 2 0 .62P 2 v
P d
P P w
P P v
在工程中常将湿空气的含湿量定义为1标准立方米(1mN3) 干空气所包含的水汽质量（kg），其单位是kg水汽/ mN3 干空气，并用d0表示，则得
d0 dNd
式中： ρNd为标准状态（273.15K，101325Pa）下干空
（5）露点；在一定气压下空气达到饱和状态时的温度， 称为空气的露点。如上例中，若空气相对湿度δ=100%，即 Pw=Pv=3746.5Pa，则此时的空气露点即为28℃。

3《大气污染控制工程》第三章

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。

第三章 大气污染

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3章-大气污染的气象过程PPT课件

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U z F (u*, z)
u*2 uwss /
应用白汉金π理论，得到两个无量纲组：U / u * 和
z / z0
41
应用π理论，可确定函数F的形式为： U u * z kZ
其中k为冯•卡门常数，对冯•卡门常数的精确值的 意见还不一致，约在0.35-0.4之间。
对上式积分，可得： U u* ln( Z ) k Z0
25
主要的作用力 近地层：湍流粘性应力 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
26
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
大气环境学
1
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。
2
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。
热带气旋造成的破坏（英国伦敦）
9
热带气旋造成的破坏（澳大利亚）
10
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。

《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

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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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
27
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：
12
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。）
13
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
14
低层大气的温度与大气稳定度
16
大气稳定度
1.大气稳定度的概念
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
17
18
位温
位 温 : 各 高 度 均 把 压 力 换 算 为 1 0 0 0 m b ( 1 0 k P a ) 时 的 温 度 （ 绝 热 ）
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。
3
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。
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
15
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
25
主要的作用力 近地层：湍流粘性应力 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
26
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
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。
4
热带气旋
5
热带气旋造成的 洪水灾害
6
热带气旋造成的破坏
7
热带气旋的 卫星云图
8
20
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
21
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
22
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
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。
11
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。
稳）
23
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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。
T (1 0 0 0 )R C p T (1 0 0 0 )0 .2 8 8
P
P
19
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。
热带气旋造成的破坏（英国伦敦）
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热带气旋造成的破坏（澳大利亚）
10
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。
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。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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）
大气环境学
1
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。
2
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。