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1、第三章大氣污染氣象學(xué)1.大氣圈結(jié)構(gòu)及氣象要素2.大氣的熱力過(guò)程3.大氣的運(yùn)動(dòng)和風(fēng)第一節(jié)大氣圈結(jié)構(gòu)及氣象要素一、大氣圈垂直結(jié)構(gòu)自然地理學(xué)將受地心引力而隨地球旋轉(zhuǎn)的大氣層稱(chēng)為大氣圈,具體地,大氣圈指地面到大約1400km高度處的大氣層。大氣圈垂直結(jié)構(gòu)對(duì)流層(~10km左右)集中了大氣質(zhì)量的3/4和全部的水蒸氣,主要天氣現(xiàn)象都發(fā)生在這一層溫度隨高度的增加而降低,每升高100m平均降溫0.65℃強(qiáng)烈對(duì)流作用,大氣污染也主要發(fā)生在這一層,特別是在靠近地面1-2Km的近地層更易造成污染。溫度和濕度等各氣象要素水平分
2、布不均大氣邊界層——對(duì)流層下層1~2km,地面阻滯和摩擦作用明顯。近地層——地面以上50~100m,上下氣溫之差可達(dá)1~2℃。自由大氣——大氣邊界層以上,地面摩擦可以忽略大氣圈垂直結(jié)構(gòu)平流層(對(duì)流層頂~50~55km)同溫層——對(duì)流層頂?shù)?0km左右,氣溫-55℃左右同溫層以上,氣溫隨高度增加而增加,亦稱(chēng)逆溫層。集中了大部分臭氧。沒(méi)有對(duì)流運(yùn)動(dòng),污染物停留時(shí)間很長(zhǎng)。大氣很干燥,沒(méi)有云、雨等現(xiàn)象,是飛機(jī)理想的飛行區(qū)域。中間層(平流層頂~85km)氣溫隨高度升高而迅速降低對(duì)流運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈,垂直混合明顯。大氣圈垂直結(jié)
3、構(gòu)暖層(中間層頂~800km)氣溫隨高度升高而增高氣體分子高度電離-電離層。發(fā)電報(bào)是靠這層反射回來(lái)。散逸層(暖層以上)氣溫很高,空氣稀薄。星際空間內(nèi)每m3空間有數(shù)十個(gè)離子存在??諝饬W涌梢詳[脫地球引力而散逸研究重點(diǎn):對(duì)流層,平流層大氣壓力總是隨高度的升高而降低。氣體靜力學(xué)方程:ΔP=-ρgΔZ均質(zhì)大氣層-80~85km以下,成分基本不變主要?dú)庀笠?.氣溫表示大氣溫度高低的物理量。反映一定條件下空氣分子平均動(dòng)能大小。通常指距地面1.5m高處百葉箱中的空氣溫度。2.氣壓——大氣的壓強(qiáng)單位:1Pa=1N/m2
4、,mb—毫巴1mb=100Pa=1hPa1atm=101325Pa=1013.25mb=760mmHg主要?dú)庀笠?.氣濕氣濕是大氣中水汽含量的物理量,可以用水蒸氣分壓或單位濕空氣水蒸氣含量表示。表示氣濕的物理量主要有:絕對(duì)濕度、相對(duì)濕度、含濕量、水氣體積分?jǐn)?shù)和露點(diǎn)。主要?dú)庀笠?.風(fēng)向和風(fēng)速水平方向的空氣運(yùn)動(dòng)叫做風(fēng)(垂直方向-升降氣流)風(fēng)的來(lái)向叫風(fēng)向(16個(gè)方位圓周等分)風(fēng)速:?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)空氣在水平方向上運(yùn)動(dòng)距離(一定時(shí)間如2或10min的平均值)(km/h)F-風(fēng)力級(jí)(0~12級(jí))主要?dú)庀笠?.云云是
5、飄浮在空中的水汽凝結(jié)物,由大量小水滴或小冰晶或兩者混合物組成。云高和云量對(duì)污染物擴(kuò)散具有重要意義。云量:天空被云遮蔽的成數(shù)(我國(guó)10分,國(guó)外8分)云高:云底距地面底高度低云(2500m以下)中云(2500~5000m)高云(5000m以上)云高云(5000m以上)中云(2500-5000m)低云(2500米以下)主要?dú)庀笠?.能見(jiàn)度正常視力的人,在天空背景下能看清的水平距離級(jí)別(0~9級(jí),相應(yīng)距離為50~50000米)第二節(jié)大氣的熱力過(guò)程一、太陽(yáng)、大氣和地面的熱交換【太陽(yáng)】地球上所有的能量最終都來(lái)自于太
6、陽(yáng)。太陽(yáng)表面溫度達(dá)6000K,不斷向外輻射能量。太陽(yáng)輻射線(xiàn)主要有:紫外線(xiàn)、可見(jiàn)光和紅外線(xiàn),波長(zhǎng)在0.15~4μm之間的射線(xiàn)輻射能占全部太陽(yáng)能量的99%以上?!镜厍颉康厍虮砻娴年懙?、海洋、植物等直接吸收太陽(yáng)輻射的能力很強(qiáng),太陽(yáng)輻射到地球上的能量約有21%直接被地面吸收。同時(shí),地球表面可以按自身溫度向外輻射。地球輻射以低溫長(zhǎng)波輻射為主,波長(zhǎng)集中在3~120μm之間?!敬髿狻侩m然太陽(yáng)輻射很強(qiáng),但直接被地面接受的卻不多,這是因?yàn)榇蟛糠痔?yáng)輻射被地球表面的大氣層吸收、散射和反射。大氣還能吸收地面長(zhǎng)波輻射。其中水汽、
7、二氧化碳等吸收長(zhǎng)波輻射能力較強(qiáng),水滴、臭氧和顆粒物也能選擇吸收一些長(zhǎng)波輻射。最終約有75%~90%的地面長(zhǎng)波輻射被大氣吸收。大氣吸收太陽(yáng)輻射和地面輻射的同時(shí),也能向上或向下輻射。大氣向下輻射稱(chēng)為逆輻射,以長(zhǎng)波輻射為主,這是地面的主要加熱方式。二、氣溫的垂直變化氣體靜力學(xué)方程:表示干空氣在作干絕熱上升(或下降)運(yùn)動(dòng)時(shí),每升高(或下降)100m,溫度降低(或升高)約1℃。2、干絕熱直減率γd干氣團(tuán)絕熱上升或下降單位高度(通常100m)的溫度變化量稱(chēng)為干絕熱直減率,用γd表示,單位K/100m。氣溫直減率3、位
8、溫(θ)位溫:把各層中的氣塊由最初的壓力P循著干絕熱的程序訂正到一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)壓力1000hPa時(shí)所具有的溫度。任何一氣塊的位溫是不變的(干絕熱情況);而非絕熱情況下,位溫是變化的?!辔粶乇葰鉁馗艽須鈮K的熱力學(xué)性質(zhì)。氣溫的垂直分布(溫度層結(jié))氣溫的垂直分布-溫度層結(jié)氣溫直減率(大氣)γd(遞減層結(jié))大氣穩(wěn)定度及其判據(jù)定義:大氣在垂直方向上穩(wěn)定的程度;反映其是否容易發(fā)生對(duì)流定性描述:外力使氣塊上升或下降氣塊去掉外力氣塊減速,有返回