空气污染气象学1-3章 提纲
大气污染控制第三章 大气污染气象学
∵ U = H－PV 全微分 dU = dH－PdV－VdP
∴ dq = dH－VdP = CPdT－VdP (dH = CPdT )
对单位质量的空气， V
RT
，故
P
dq
CPdT
RT
dP P
式中：CP = 996.5J/kg.K，R = 287J/kg.K
对于绝热过程：dq = 0，则
dT R dP T CP P
u 3.02 F 3 ( km/h)
5. 能见度 在当时天气条件下，视力正常的人能够从天空背景中看到或辨
认出的目标物的最大水平距离 (m) 。 能见度大小反映了大气透明度或混浊程度。
6. 云：
云是发生在高空的水汽凝结现象。 ⑴ 云的分类 高云：5000m以上，由水晶组成，云体成白色，有蚕丝般光泽，
几乃至几十度。 ⑵ 由于气流运动受地面摩擦的影响，故风速随高度增加而增大。 ⑶ 大气上下有规则的对流和无规则的湍流运动都比较盛行，水气也比较充
足。 直接影响污染物的传输、扩散和转化。
二、气象要素
表示大气状态和物理现象的物理量。 1. 气温
指离地面1.5m高处百叶箱中观测到的空气温度。 2. 气压
指大气压强。气象上气压的单位为毫巴 (mb)。 1mb = 1000dyn/cm2 = 100 Pa
也慢。可见云和强风可抑制辐射逆温出现。
2.下沉逆温 下沉逆温范围广、厚度大、持续时间长，在离地数百米至数千
米的高空都可能出现。在冬季，下沉逆温与辐射逆温相结合，形成 很厚的逆温层。
3.平流逆温 当暖空气平流到冷地面时，下层空气受地面影响大，降温多，上层空气
降温少，故形成逆温。 当暖空气平流到低地、盆地内积聚的冷空气上面时，也可形成平流逆温。
空气污染气象学：第一章 绪论
1.2 空气污染的定义 由于人为或自然因素，使大气组成的成分、结构和状态发 生变化，与原本情况比，增加了有害物质，使环境空气质 量恶化，扰乱并破坏了人类的正常生活环境和生态系统， 从而构成了空气污染。
三要素：源、污染物排放并达到一定浓度、对人的危害和
影响。 ？如何判定空气质量优劣
实验室研究：可以详细了解物质变化和运动规律，为 理论研究提供基本和可信的参数。
数值模拟：综合物理、化学和数学等学科的最新进展， 再现不同过程在大气中的作用，弥补观测站点不足的 缺点，全面反映污染物的空间分布特征和时间变化特 征。
空气污染气象学相关基础理论知识的学习
是解决大气环境问题的基础
空气污染气象学的研究内容
第四章:非均一下垫面条件下的空气污染物散布 1.局地建筑物影响与扩散处理 2.山区的扩散计算 3.水域下垫面的扩散
第五章城市与区域大气扩散 1.城市边界层与空气污染气象学特征 2.城市大气多源扩散模式
第六章:空气污染气象学应用 1.厂址选择与烟囱高度的设计 2.全球性空气污染气象学问题
空气污染气象学的研究意义及应用
（5）锋面逆温
冷、暖气团相遇 暖气上爬，形成锋面 冷暖间逆温
温度层结与烟流扩散
不同温度层结下的烟流
3 辐射和云 辐射与稳定度；云层存在减小温度随高度变化 4 天气形势 高压控制的天气晴朗，风速小，伴有下沉运动，易下 沉下沉逆温，抑制湍流向上发展 低压控制：上升运动，云量多，多为中性或不稳定状 态，利于扩散 降雨、雪
？空气质量状况---环境空气质量标准
GB 3095-2012 代替GB 3095-1996 分阶段实施： 2012年，京津冀、长三角、珠三角等重点区域以及直辖市和省
第三章污染气象学基础知识
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、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。
8、降水§3-2 大气的热力过程一、太阳辐射（补）太阳以紫外线(<0.4μm)、可见光(0.4～0.76μm) 、红外线(>0.76μm)的形式辐射热量太阳辐射加热地球表面地面长波辐射(主要3～120μm)加热大气近地层大气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Q ∆等于该物系内能的变化U ∆和物系对外所做的功W ∆，即：WU Q ∆+∆=∆在无非膨胀功时，其微分表达式为：PdV dT C dQ v += -----------------①将状态方程RT PV =代入上式，并取R C C v p =-，则上式写成PdPRTdT C dQ p -= -----------------② 变形为：PdPC RT C dQ dT p p +=-----------------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。
大气污染控制工程_气污染气象学
大气气压场分布
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大气水汽分布
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二、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，气象学中统称为～。 与大气污染关系密切的气象要素主要有： 气温 气压 空气湿度（气湿）、 风（风向、风速） 云量云状 能见度 降水 蒸发、日照时数、太阳辐射、地面辐射、大气辐射等。
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二、主要气象要素 7、太阳高度角 太阳高度角为太阳光线与地平线间的夹角，是影响太阳辐 射强弱的最主要的因子之一。ho即太阳高度角，它随时间而变化 。
太阳光线 ho ho 地面
8、降水 降水是指大气中降落至地面的液态或固态水的通称。如雨 、雪等。降水是清除大气污染物的重要机制之一。
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§2大气的热力过程
第3章 大气污染气象学
教学内容 §1大气圈结构及气象要素 §2大气的热力过程
§3大气的运动和风
1
第3章 大气污染气象学
1、教学要求 要求了解与大气污染相关的气象学基本知识， 理解和掌握大气圈的结构、主要气象要素、大 气稳定度和逆温的概念。 2、教学重点 掌握大气层结构及大气的热力过程。 3、教学难点 大气的热力过程、大气稳定度和逆温。
大气边界层－对流层下层1～2km，地面阻滞和摩擦 作用明显
近地层－地面上50～100m，热量和动量的常通量层
自由大气－大气边界层以上，地面摩擦可以忽略
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一、大气圈垂直结构
平流层（对流层顶～50~55km）
同温层－对流层顶35~40km，气温-550C左右 同温层以上，气温随高度增加而增加 集中了大部分臭氧 没有对流运动，污染物停留时间很长
太阳辐射光谱
太阳辐射的能量主要分布在可见光区和 红外区 可见光区占太阳辐射总量的50％ 红外区占43％ 紫外区只占能量的7％ 在波长0.48微米的地方，太阳辐射的能 力达到最高值，数值约为3.0卡/cm2. 分以上
《空气污染气象学》课程教学大纲
《空气污染气象学》课程教学大纲课程名称：空气污染气象学课程类别：选修课适用专业：生态学考核方式：考查总学时、学分：32 学时 2 学分其中实验学时：0 学时一、课程教学目的空气污染气象学是生态学专业必修的一门专业基础课。
通过教学使学生掌握地球大气的组成、结构及与空气污染有关的气象要素，了解与大气热力过程、大气水平运动、大气中的水分有关的气象要素的形成、时空分布及其对空气污染的影响；了解大气边界层的特征和大气湍流扩散理论、了解大气稳定度分类方法及烟气抬升高度和污染物浓度的计算；了解由于人类活动而引起气象因素的变化，如酸雨、臭氧层破坏和气候变暖的由来、危害、科学防治对策等。
了解各种常规气象仪器的感应原理、构造、性能、安装和使用方法，了解各种天气、气候资料的获取、整理、统计、分析和应用。
根据本课程的特点及实际情况，以理论教学为主，以实验教学为辅，配以适当的课堂讨论和习题练习，以加深对空气污染气象学基本知识和理论的理解，提高学生分析问题和解决问题的能力。
二、课程教学要求本课程是以大气概论，大气热力过程、大气水平运动、大气中的水分对空气污染的影响，大气污染的气象过程，酸雨、臭氧层破坏、气候变暖的生消规律及对策为基本结构，以各种与空气污染有关的气象要素的观测，天气、气候资料的获取、整理、统计、分析和应用为辅助内容，通过空气污染气象学的学习，使学生在今后的生活和工作中趋利避害、控制空气污染，为环境治理和环境评价提供理论依据。
执行本大纲应注意的问题：1.注意本课程与环境监测与评价、生态学等的相关内容的分工与衔接、以免遗漏或不必要的重复。
2.注意讲清本课程中的基本概念和基本理论，在保持课程的科学性及系统性的基础上，应突出重点、难点，并努力反映本学科的新成就，新动向。
注意理论的实践性，凡是与环境生态工程实际生产密切相联的气象问题，都应该特别引起重视，并加以引用，以体现当代环境生态工程的特色。
3.教学过程中要充分利用直观教具如模型、图表、幻灯及录像和计算机辅助教学软件等。
第三章大气污染气象学
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第三章大气污染气象学
（2）、温度层结
温度层结有四种类型：
1、正常分布层结或递减层结 气温随高度增加而递减，即 γ＞γd 2、中性层结 气温直减率等于或近似等于干绝热直减率γ=γd 3、等温层结
气温不随高度变化，即 γ= 0
4、逆温
气温随高度增加而增加，即 γ＜0，称气温逆转。
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4、湍流逆温
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5、锋面逆温
第三章大气污染气象学
四、逆温
逆温的存在可以阻碍空气垂直运动的发展，使逆温
层下的烟雾、杂质不易穿过逆温层向上扩散，污染物
无路可走，只好“流毒人间”。同时，有逆温时，一
般风速都很小，污染物更不易扩散。因此，逆温层强
度越大，层次越厚，维持时间越长，其污染就越
重。
专家研究指出，冬雾中的有毒物质和致病微生物是
（hPa）。与其他气压单位的关系是： 1atm=101325Pa=1013.25hPa=760mmHg 3、气湿：空气的湿度。表示方法：绝对湿度、水汽 压力、相对湿度、饱和气压、露点等。
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第三章大气污染气象学
3、气湿
3.1 绝对湿度 在1m3 湿空气中含有的水汽质量kg, 称为湿空 气的绝对湿度。由理想状态方程可得：
能见度的观测值通常为10级，P:69表3-1 能见度级9 大于50 000米（100里） 千里眼 10倍
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第三章大气污染气象学
第二节 大气的热力过程
一、太阳、大气和地面的热交换
太阳是主要热源，表面温度为6000K, 电磁波向外辐 射能量。
热交换过程：首先，太阳短波辐射加热了地球表面， 然后地面的长波辐射加热了大气。见下页图
大气污染气象学
第三章大气污染气象学讲授2学时教学要求要求了解与大气污染相关的气象学全然知识，理解和把握大气圈的结构、要紧气象要素、大气稳定度和逆温的概念。
教学重点把握大气层结构及大气的热力过程。
教学难点大气的热力过程、大气稳定度和逆温。
教学内容：§3-1大气圈结构及气象要素§3-2大气的热力过程§3-3大气的运动和风污染物排进大气后是否引起严峻大气污染除取决于污染物的排进量外与污染物在大气中的扩散稀释速度关系极大。
各区域经常进行环境监测，测定各污染物的情况，我们会发觉在同天大气监测值差异非常大。
而统一污染源不可能差异非常大，有时监测值会几百倍，造成这种现象的缘故是与污染物的传输扩散与气象条件有着紧密的关系。
近年来，在研究各种气象条件对大气污染物的传输扩散作用和大气污染物质对天气和气候的妨碍条件中逐渐形成了一门新的分支学科——大气污染气象学。
本章只讨论气象条件对大气污染物的传输扩散作用，初步把握厂址选择和烟囱设计中的一些咨询题，为进一步学习污染气象学知识打下根底。
§3-1概述一．低层大气的成分：干洁空气、水汽、气溶胶粒子。
二．大气的垂直结构三．妨碍大气污染的要紧气象要素气象要素〔因子〕：表示大气状态和物理现象的物理量在气象上称之。
气象要素的数值是直截了当瞧测获得的，要紧有：气温、气湿、气压、风向、风速、云况、能见度、落水、蒸发、日照时数、太阳辐射、地面辐射、大气辐射等，下面分不介绍几个：1.气温：空气湿度是反映空气中水汽含量和空气潮湿程度的一个物理量，常用的表示方法有：尽对湿度、水蒸气压力、体积百分比、含湿量、相对湿度、露点等。
2.风a)定义：什么是风？空气水平方向的流淌喊风。
b)形成：风要紧由于气压的水平分布不均匀而引起的，而气压的水平分布不均是由湿度分布不均造成。
风的特性用风向与风速表示，它是一向量。
由于温度分布不均而形成的风从图a瞧出地面AB上，t1=t2,水平方向上的温度和气压到处相等，AB上空各高度在水平方向上的T、P也到处相等，那么等压〔各处气都相等的面〕与地面平行，如今大气静止状〔无风〕。
大气污染复习
第一章绪论1.大气组成干洁空气（N2、O2、Ar、CO2、臭氧）水汽（0.02％～6％）杂质：悬浮颗粒和气态物质2.干洁空气物理性质：分子量：29密度：1.293kg/m3 (标准状态, 273 K， 101.3 kPa )假设空气只有氮气和氧气组成，N2：O2=3.78:1几种常见元素的物质的量：N:14 O:16 H:1 C:12 Ca:40 S:323.大气污染的定义：由于人类活动和自然过程引起某种物质进入大气中，呈现出足够的浓度，达到了足够的时间并因此而危害了人体的舒适、健康和福利或危害了生态环境的现象。
气溶胶粒子系：沉降速度可以忽略的小固体粒子、液体粒子或固液混合粒子。
4.大气污染物分类：气溶胶态污染物：（1）粉尘（2）烟（3）飞灰（4）黑烟（5）霾（6）雾气态污染物一次污染物：直接从污染源排到大气中的原始污染物质。
二次污染物：由一次污染物与大气中已有组分或几种一次污染物之间经过一系列化学或光化学反应而生成的与一次污染物性质不同的新污染物。
二次污染物中比较重要的是硫酸烟雾和光化学烟雾。
5.大气污染分类（了解）①煤烟型（还原型）污染：主要污染源是燃煤。
主要污染物是煤炭燃烧时放出的烟尘、SO2等一次污染物，以及由这些污染物发生化学反应而产生的硫酸、硫酸盐类二次污染物。
它们遇上低温、高湿的阴天，且风速很小并伴有逆温存在的情况时，一次污染物扩散受阻，易在低空聚积，生成还原型烟雾。
②石油型（交通型或氧化型）污染 :(光化学烟雾形成的原因:污染源主要是机动车（汽油车和柴油车）和机动船。
主要污染物是CO、NOX和HC。
在相对湿度较低的夏季睛天，交通污染严重的地区可能会出现典型的二次污染——光化学烟雾。
)③混合型污染：包括以煤炭为主要污染源而排出的烟气、粉尘、二氧化硫及其它氧化物所形成的气溶胶；以石油为污染源而排出的烯烃和二氧化氮为主的污染物。
此类污染，其反应更为复杂。
6.我国大气污染的特点：以煤烟型为主,主要污染物为颗粒物和SO27.全球性大气污染问题(定义):温室效应:大气中的二氧化碳和其他微量气体如甲烷、一氧化二氮、臭氧、氟氯烃、水蒸汽等，可以使太阳短波辐射几乎无衰减地通过，但却可以吸收地表的长波辐射，由此引起全球气温升高的现象，称为“温室效应”。
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空气污染气象学提纲
第一章绪论
基本概念、基本问题、研究方法
1.空气污染及其三要素
2.大气环境容量
3.空气污染物及其浓度浓度表示：质量浓度、体积浓度
4.空气污染的危害与影响对人、动植物、物品、气候、酸雨
5.影响空气污染物散布的主要因子：风湍流；湍流扩散相对扩散
连续扩散；气温层结稳定度；辐射云天气形势；下垫面
6.不同温度层结下的烟流形状
7.空气污染气象学研究方法实验外场室内；数值模拟，数值计算
8.空气污染气象学研究内容理想情形大气扩散-广义，非理想情形
大气扩散、预测，大气环境规划管理，相关实验方法应用和研发第二章空气污染物散布的基本理论处理
1.湍流扩散三种理论：湍流统计、K理论、相似理论
2.描述大气扩散的两种基本途径
欧拉系统、拉格朗日系统分别怎样描述扩散？怎样观测？
欧拉系统与拉格朗日系统时间尺度的关系
3.浓度分布标准差
4.烟流宽度、半宽度
5.K理论(梯度输送理论)基本假设
6.K模式（平流扩散方程模式）简化解，及其物理意义
7.关于K的分布形式
8.K模式（平流扩散方程模式）的优、缺点
9.湍流泰勒公式是怎样来的？推论，谱函数形式，物理意义
10.湍流扩散统计理的优、缺点
11.湍流相似理论的基本假设、问题的提法
12.中性层结条件下的平均位移
13.湍流相似理论的优、缺点
14.三种理论（湍流统计、K理论、相似理论）的比较
15.随机游动扩散模式的基本思路、主要优点
16.高阶闭合模拟的主要思路、优点、缺点。
第三章理想条件下空气污染物散布的模式处理
1.连续点源高斯扩散公式
有界；地面源、高架源、地面浓度、地面最大浓度
2.线源公式有限无限
3.面源公式虚拟点源
4.体源公式
5.大气扩散参数的计算、处理
BNL、Hay-Pasquill、P-G曲线、扩散函数法
6.稳定度划分
P-G-T，中国国家标准
风向脉动标准差，与温度梯度有关的分类，Ri，L
7.稳定度频率随高度的变化
8.稳定度随下垫面粗糙度的变化
9.扩散参数随高度的变化
10.扩散参数的小结横风向，垂直向。