第十四章 大气污染气象学.ppt

第十四章 大气污染气象学 空气自然净化过程 微粒＋云雾→小滴→降雨时洗涮掉； 微粒本身小→大颗粒，重力沉降； 污染物在与建筑物或植物接触时被吸附除去； 污染物与其它的物质发生化学反应，转变为无害的物质; 最重要的还是空气本身的稀释和分散作用。 稀释能力 垂直混合作用、局部地理条件、风速 讨论空气污染问题时，考虑气象条件的变化十分重要。 下面除介绍地球大气圈的构造以及风、雨和雾对空气污染的影响外，着重讨论污染物在空气中垂直混合所需要的大气条件，以探讨引起逆温层的各种机理；然后讨论大气污染如何会影响到世界的气候，以及在较小的范围内如何影响城市的气候。 1．地球的大气圈 我们把随地球引力而旋转的大气层叫做大气圈。 地球表面到1000～1400千米的气层作为大气圈的厚度。超出1400千米以外，气体非常稀薄，就是宇宙空间了。 地球大气圈的总质量估计为6000万亿吨。 密度分布 水平方向：海面上稠密 垂直方向：下稠上稀，400km—1400km渐渐变稀 根据大气圈中大气组成状况及大气在垂直高度上的温度变化而划分的大气圈层的结构 示意图 2.大气圈的结构 对流层（Troposphere）是大气圈的最低一层）其厚度平均约12千米（两极薄、赤道厚），整个大气圈的质量约有80％～95％来自这一层，它的特点是温度随高度的增加而下降。降温的速率叫做降温率 特点：高度愈高，气温愈低。这一层大气对人类的影响最大，通常所谓空气（大气）污染就是指这一层 由于岩石圈与水圈的表面被太阳晒热，而热辐射将下层空气烤热，冷、热空气发生垂直的对流现象。还有地面有海、陆之分，昼、夜之别，以及纬度高低之差，因而不同地面，温度也有差别，这样就形成了水平方向的对流。归纳一下，对流可以是垂直的，也可以是水平的，结果形成风力的搅混，空气就被混合得均匀了 平流层（Stratosphere），其温度随高度的增加而上升，并且经常保持稳定，在25～30千米高度处，气温均为-55℃，顶部的气温可上升到-3℃以上 ———在该层内，臭氧会吸收阳光的紫外线，分解成氧分子和氧原子，但它们很快又重新化合成臭氧，放出热量 中间层（Mesosphere），气温又随高度的增加而下降，最低可降到-83℃左右，厚度约35千米。 平流层以上的大气层，几乎没有水蒸汽和尘埃，因而一般气流平稳，大气透明度好，极少狂风暴雨等现象 热层（Thermosphere）。因其中的原子氧吸收太阳能使温度急剧上升，而且，其中有一个带电粒子的稠密带，因此，又称为电离层（Ionsphere）。它能使无线电波反射回地面，这对远距离通讯极为重要。本层厚度约630千米。 热层的上面，即高度在800千米以外，就是外大气层，这里气体极为稀薄，以致一个气体质点被碰撞出这一层就很难被上层的气体质点再碰撞回来，而进入星际空间了，故此层又称散逸层，其厚度约15000～24000千米。电离层和散逸层也称为非均质层，在此以外就是宇宙空间了。 实践证明，风向、风速、大气的稳定度、降水情况和雾天，是影响空气污染的重要气象因素 1．风的影响—气象的动力因子 风—气象学上把空气的水平流动称之为风 风对空气污染的影响包括风向和风速的大小两个方面。 风向影响着污染物的扩散方向 风速的大小决定着污染物的扩散和稀释状况。通常，污染物在大气中的浓度与平均风速成反比。若风速增大一倍，则下风向污染物的浓度将减少一半 风速廓线：风速随高度的增加而增加 风向频率玫瑰图和污染系数玫瑰图 所谓风向频率，就是指某方向的风占全年各风向总和的百分率 污染系数表示风向、风速联合作用对空气污染物的扩散影响 污染系数＝风向频率/该风向的平均风速 进行城市工业区建设地点布局的依据 大气湍流 指大气无规则的、三维的小尺度运动—是大气污染物扩散的主要动力。 大气湍流是由一系列不规则的涡旋运动组成，这种涡旋称为湍涡。 当湍流由小涡旋组成，它的尺度比烟团小时，因扩散作用缓慢，所以烟团几乎呈水平方向作直线运动。 若湍流由大涡旋组成，其尺度比烟团大时，由于烟团被大尺度的大气湍流夹带，烟团本身截面尺度变化不大，烟团呈长蛇形； 当组成湍流的涡旋尺度与烟团的尺度相近时，烟团被湍涡拉开撕裂而变形，故而烟团很快得到扩散。 湍流能否发生及其强渡大小主要决定于风速大小、地面起伏状况和近地面大气的热状况 它与大气稳定度和风速的垂直切变有关。 2、气象的热力因子 主要指大气的温度层结及大气稳定度 温度层结—大气在垂直地球表面方向上的气温分布。 其决定了大气的稳定度、湍流的程度 气温的垂直递减率γ 定义为： 对流层内气温垂直变化的规律随高度的增加而逐渐降低的，原因在于大气接收太阳辐射能小于地面的辐射能 标准大气：对流层下层γ 0.3-0.4℃/100m