3《大气污染控制工程》第三章.doc

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。在大气边界层以上的气流，几乎不受地面摩擦的影响，所以称为自由大气层。 大气边界层特征： 在大气边界层中，由于受地面冷热的直接影响，所以气温的日变化很明显，特别是近地层，昼夜可相差十儿乃至几十度。出于气流运动受地面摩擦的影响，故风速随高度的增高而增大。在这一层中，大气上下有规则的对流和无规则的湍流运动都比较盛行，加上水汽充足，直接影响着污染物的传输、扩散和转化。 2.平流层 从对流层顶到50～55km高度的一层称为平流层。 亚层分层情况： 从对流层项到25～35km左右的一层，气温几乎不随高度变化，为-55℃左右，称为同温层； 从这以上到平流层顶，气温随高度增高而增高，至平流层顶达-3℃左右，称为逆温层。 平流层集中了大气中大部分臭氧（O3），并在20～25km高度上达到最大值，形成臭氧层。 特征： 在平流层中，几乎没有空气对流运动，空气垂直混合微弱，极少出现雨雪天气；同时正是因为这种情况，进入平流层的大气污染物停留时间很长，例如进入平流层的氟氯烃，能与臭氧发生光化学反应，致使臭氧层的臭氧逐渐减少。 3.中间层 从平流层顶到85km高度的一层称为中间层。 特点： 气温随高度增高而迅速降低，其顶部气温可达到-83℃，因此空气具有强烈的对流运动，垂直混合明显；因此也称为上层对流层。 4.暖层 从中间层顶到800km高度为暖层。 特点: 在强烈的太阳紫外线和宇宙射线作用下，再度出现温度随高度上升而增高的现象。暖层空气处于高度的电离状态，存在着大量的离了和电子，故又称电离层。 5.散逸层 暖层以上的大气层统称为散逸层。它是大气的外层，气温很高，空气极为稀薄，空气粒子运动速度很高，可以摆脱地球引力而散逸到太空中。 均质层和非均质层： 大气压力的垂直分布，总是随着高度的升高而降低，并可用气体静力学方程来描述；大气密度随高度的变化几乎和压力的变化规律相同。大气成分的垂直分布，主要取决于分子扩散和湍流的强弱。在80～85km以下的大气层中，以湍流扩散为主，大气的主要成分氮和氧的组成比例几乎不变，称为均质大气层（简称均质层）；在均质层以上的大气中，以分子扩散为主，气体随高度变化很大，称为非均质层。这层中较轻的气体成分有明显增加。 二、主要气象要素 表示大气状态的物理量和物理现象，称为气象要素。 气象要素主要有：气温、气压、气湿、风向、风速、云况、能见度等。 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。单位是摄氏温度℃或热力学温度K。 2.气压 气压是指大气的压力。气压单位用帕(Pa)表示，1Pa=1N/m2；气象上常用的气压单位是百帕hPa；国际上规定，温度0℃、纬度45°的海平面上的气压为一个标准大气压；