第三章 污染气象学基础知识

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1、本次课题（或教材章节题目）：第三章污染气象学基础知识第一节主要气象要素及大气的基本物理性质第二节大气的热力过程教学要求：主要介绍与大气污染相关的气象学基本知识，包括大气圈的结构、主要气象要素、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，熟练运用风速廓线模式。重点：影响大气污染物扩散的主要因子：风、温度层结、大气稳定度、气温垂直直减率。难点：温度层结、大气稳定度、气温垂直直减率的判断。教学手段及教具：多媒体讲授内容及时间分配：第一节主要气象要素及大气的基本物理性质第二节大气的热力过程讲课时间：2学时课后作业P823.23.4参考资料l《大气污染控制工程》林肇信主编，高教出

2、版社l《大气污染控制工程》郝吉明，马广大编著，高教出版社l《大气污染控制工程》郭静，阮宜纶主编，化工出版社l《大气污染治理工程》蒲恩奇主编，高教出版社l《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

3、、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。hoho太阳光线地面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Ø太阳辐射加热地球表面Ø地面长波辐射(主要3～120μm)加热大气Ø近地层大气

4、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

5、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

6、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

7、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）温度层结日变化夜里早上tHHtHtHtHtHt上午中午下午夜里（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