第三章 污染氣象學(xué)基礎(chǔ)知識

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1、本次課題（或教材章節(jié)題目）：第三章污染氣象學(xué)基礎(chǔ)知識第一節(jié)主要氣象要素及大氣的基本物理性質(zhì)第二節(jié)大氣的熱力過程教學(xué)要求：主要介紹與大氣污染相關(guān)的氣象學(xué)基本知識，包括大氣圈的結(jié)構(gòu)、主要氣象要素、大氣熱力過程、大氣穩(wěn)定度和逆溫、大氣的運動和風(fēng)場等知識點，熟練運用風(fēng)速廓線模式。重點：影響大氣污染物擴散的主要因子：風(fēng)、溫度層結(jié)、大氣穩(wěn)定度、氣溫垂直直減率。難點：溫度層結(jié)、大氣穩(wěn)定度、氣溫垂直直減率的判斷。教學(xué)手段及教具：多媒體講授內(nèi)容及時間分配：第一節(jié)主要氣象要素及大氣的基本物理性質(zhì)第二節(jié)大氣的熱力過程講課時間：2學(xué)時課后作業(yè)P823.23.4參考資料l《大氣污染控制工程》林

2、肇信主編，高教出版社l《大氣污染控制工程》郝吉明，馬廣大編著，高教出版社l《大氣污染控制工程》郭靜，阮宜綸主編，化工出版社l《大氣污染治理工程》蒲恩奇主編，高教出版社l《大氣污染控制工程》(影印版)NoeldeNevers主編，清華大學(xué)出版社注：本頁為每次課教案首頁§3~1主要氣象要素及大氣的基本物理性質(zhì)一、低層大氣的成分：干潔空氣、水汽、氣溶膠粒子。二、大氣的垂直結(jié)構(gòu)（第一章相關(guān)內(nèi)容）三、影響大氣污染的主要氣象要素氣象要素（因子）：表示大氣狀態(tài)的物理現(xiàn)象和物理量，氣象學(xué)中統(tǒng)稱主要有：氣溫、氣壓、濕度、風(fēng)（風(fēng)向、風(fēng)速）、云況、能見度、降水、蒸發(fā)、日照時數(shù)、太陽輻射、地

3、面輻射、大氣輻射等。1、氣溫：2、氣壓3、空氣濕度（氣濕）：4、風(fēng)（1）什么是風(fēng)？（2）形成：（3）風(fēng)的度量（風(fēng)向和風(fēng)速）風(fēng)速（風(fēng)的大小）的表示；測定風(fēng)向（風(fēng)的來向）表示：①8個方位或16方位表示（地面風(fēng)），見圖3-2；②用角度表示（高空風(fēng)）：（4）性質(zhì)：①隨時在變化：②隨高度變化：③隨地理位置而變：5、云6、能見度7、太陽高度角如右圖，ho即太陽高度角，它隨時間而變化。hoho太陽光線地面8、降水§3-2大氣的熱力過程一、太陽輻射（補）?太陽以紫外線(<0.4μm)、可見光(0.4～0.76μm)、紅外線(>0.76μm)的形式輻射熱量?太陽輻射加熱地球表面?地面長

4、波輻射(主要3～120μm)加熱大氣?近地層大氣溫度隨地表溫度變化二、氣溫的垂直變化1、大氣的絕熱過程（1）熱力學(xué)第一定律大氣中的熱力學(xué)過程遵循熱力學(xué)第一定律，即能量守恒定律。表示加于任一封閉物系（氣體）的熱量等于該物系內(nèi)能的變化和物系對外所做的功，即：在無非膨脹功時，其微分表達式為：-----------------①將狀態(tài)方程代入上式，并取，則上式寫成-----------------②變形為：-----------------③式中：dQ—加入物系的熱量；R—氣體常數(shù)；Cp—恒壓比（2）大氣絕熱過程氣塊在大氣中的運動近似認為是絕熱變化。原因：①空氣的導(dǎo)熱率較小，

5、變化慢；②氣塊大氣中運動很快；③氣壓變化很大。大氣的絕熱方程：絕熱：，③式變?yōu)椋簝蛇叿e分，得即有：因CP-CV=R又CP/CV=K，對于空氣K=1.404于是得大氣絕熱方程：2、干絕熱遞減率：絕熱垂直遞減率（絕熱直減率）：氣塊在絕熱過程中，垂直方向上每升降單位距離時的溫度變化值。（通常取100m），單位：℃/100m。（1）準靜力條件絕熱過程若進行的十分緩慢，可使外界氣壓變化與系統(tǒng)內(nèi)部氣壓變化充分平衡，每一瞬間外部氣壓與內(nèi)部氣壓看成是相等的，即P=P環(huán)，這個條件稱為準靜力條件。（2）干絕熱直減率γd定義：實際中，T′(氣塊溫度)、T（環(huán)境溫度）相差<10K，T′/T≈

6、1。推導(dǎo)過程如下：根據(jù)熱力第一定律，導(dǎo)出絕熱過程方程式為：……①又氣壓隨高度變化規(guī)律：……②又理想氣體狀態(tài)方程：……③將②③代入①，則得：若不計高度、緯度影響，取g=9.18m/s2，CP=1004.8J/(Kg·K)干絕熱垂直遞減率γd（干絕熱直減率）:干氣塊（包括未飽和濕空氣）在絕熱過程中，垂直方向上每升降單位距離的溫度變化值。（通常取100米），根據(jù)計算，得到γd約為0.98℃/100m，近似1℃/100m。（3）濕空氣的絕熱變化凝結(jié)高度：濕空氣上升達到飽和狀態(tài)并開始凝結(jié)的高度。凝結(jié)高度以下，其溫度變化同干空氣一樣；凝結(jié)高度以上，溫度變化小于干空氣的變化值，飽和

7、空氣每上升（或下降）單位距離空氣的溫度變化，稱為濕絕熱遞減率γm，約為0.5℃/100m。三、大氣的靜力穩(wěn)定度定義：1、氣溫的垂直分布（1）溫度層結(jié)：溫度隨高度的分布情況。（2）溫度層結(jié)類型①溫度隨高度的增加而降低（Z↗t↘），正常分布，或遞減層結(jié)。②溫度梯度等于或近似于1℃/100m，稱中性層結(jié)。③溫度隨高度增加而升高（Z↗t↘），稱為逆溫層結(jié)。④溫度不隨高度變化，稱為等溫層結(jié)。見下圖所示：（3）溫度層結(jié)日變化夜里早上tHHtHtHtHtHt上午中午下午夜里（4）溫度變化的實質(zhì)（5）環(huán)境溫度直減率：環(huán)境溫度的變化。γ不是一常數(shù)，隨太陽輻射、氣候等而