环境科学导论大气环境及污染问题

正常分布层结或递减层结； ? （2）气温垂直递减率等于或近似等于干绝热
递减率，即r = r d，称为中性层结； ? （3）气温不随高度变化 ，即r = 0，称为等温
层结； ? （4）气温随高度增加而增加 ，即r < 0，称为
逆温。
? 4.2 大气稳定度
? 大气稳定度的定义： 指在垂直方向上大气稳定 的程度。
?
在对流层中，气温垂直变化的总趋势是随着高度
的增加气温逐渐降低：
? （1）地面是近地面大气的主要和直接的热源
? （2）水汽和固体杂质的分布从低空向高空减少，水
?
汽和固体杂质吸收地面辐射的能力很强，从而
?
使近地面温度高于上层。
温度层结的定义 ：大气中气温在垂直方向上的分布
称为温度层结。
? 大气中温度层结有四种类型： ? （1）气温随高度增加而递减 ，即r > 0，称为
定状态
多出现于日 落后，因地 面有辐射逆 温，大气稳 定，高空大 气不稳定。
排出口上方有微风，伴有 湍流；排出口下凡，几乎
无风，无湍流。
烟囱高度处于不稳 定层时，污染物不 向下扩散，对地面
污染较小。
漫烟形
烟云上侧边缘清晰，呈平直 状，下部有较强的湍流扩散，
烟云上方有逆温层。
排出口上方：γ<0， γ<γ d，大气稳定； 排出口下方：γ>0， γ>γ d，大气不稳定
第4节 影响大气污染的气象条件和地理因素
? 4.1 温度层结
气温垂直递减率 ：气温随高度的升高而下降的数
值，通常以 r 表示。
? 干绝热递减率 （r d）：干空气块或未饱和的湿空气 块在绝热条件下每升高单位高度（通常取单位高度为 100 米 ） 所 造 成 的 温 度 下 降 数 值 称 为 r d ， 一 般 为 0.98k/100m.
地面污染状况
波浪形
烟云在上下左右方向摆动很 大，扩散速度快，烟云呈剧 烈翻卷状，烟团向下风向输
送。
γ>0，γ>γ d，大气不 稳定，对流强烈
出现于阳光 较强的白天
锥形
烟云离开排放口一定距离后， 云轴基本上保持水平，外形 似椭圆锥，烟云规则扩散能
力比波浪型弱。
γ>0，γ=γ d，大气处 于中性稳定状态
? 其中，辐射逆温和平流逆温 与大气污染
的关系最密切。
?
辐射逆温 ：在晴空无云（少云）的夜晚，当风速较小
（< 2-3m/s）时，地面因强烈的有效辐射的减少而很快 冷却，近地面气层冷却最为强烈，较高的气层冷却较 慢，因而形成了自地面开始逐渐向上发展的逆温层， 称为辐射逆温。以冬季最强。
Z
Z
Z
Z
Z
T
T
? 第二个作用是对污染物浓度的 冲 淡稀释作用 。
? 污染物在大气中扩散与大气稳定度有密切 关系。
? 一个空气块由于某种原因受到外力的作用， 产生了上升或下降运动后，当外力去除后，可 能发生三种情况： (1) 气块减速并有返回原来 高度的趋势，称这种大气是 稳定 ；(2)气块加 速上升或下降，称这种大气是 不稳定；(3) 气 块被外力推到那里就停到那里或作等速运动， 称这种大气是中性。
出现于多云 或阴天的白 天，强风的 夜晚或冬季
夜间。
烟云在垂直方向扩散速度小， γ<0，γ<γ d，，出现 平展形 厚度在纵向变化不大，在水 逆温层，大气处于
平方向上有缓慢扩散。
稳定状态
多出现于弱 晴朗的夜晚 和早晨。
伴随有较强的热扩散，微 风
由于扩散速度快， 近污染源地区污染 物落地浓度较高，
一般不会形成烟雾 事件
a = 0 大气是中性
? 一般来说， r 越大，大气越不稳定，反之，
大气越稳定。
?
? 4.3 逆温层
? 气温随高度增加而增加的气层，即r < 0 或r =0，称为逆温层。等温层可视为逆温层的 一个特例。
? 大气近地面层空气的温度的变化主要受地 面长波辐射的影响。大气温度层结一般是r > 0 ，但在特定的条件下，也会发生r < 0 或r = 0 的现象，即发生了逆温或等温现象。
?地形逆温 ：常发生在山地、盆地和谷地中。
由于山坡散热快，山坡上的冷空气沿山坡下沉 到谷底，谷底原来较暖的空气被冷空气抬挤上 升，从而出现温度的倒置现象。这样的逆温主 要是在一定的地形条件下形成的，所以称为地 形逆温。
?
4.4 不同温度 层结和大 气稳定度 下的烟型
?
烟形
性状
大气状况
发生情况
与风、湍流关系
T
d
e
a表示下午时分； b表示日落时分； c 黎明时分； d表示日出后的早晨； e表示上午 10点左右
?平流逆温：暖空气平流到冷空气表面而形成
的逆温。
? 原因：低层空气受表面影响大，降温多， 上层空气降温少所致的。
? 当冬季中纬度沿海地区的海上暖空气流到 大陆上，以及暖空气平流到低地、盆地内积聚 的冷空气上面时，皆可形成平流逆温。
? 大气稳定度可以用气温垂直递减率与干绝热递减率 之差来判别 。
? 一个空气气块在大气中运动的加速度计算公式为：
a ? g ? ? ?d ?z
?
T
当r – r d >0 a > 0 大气不稳定 (正常温度层结 )
当r – r d <0 a < 0 大气稳定(正常、等温或逆温层结 )
当r = r d
高空风较大，扩散主要靠 热力和动力作用。
扩散速度、落地浓 度较前者低，污染
物输送较远。
微风，几乎无湍流发生。
污染物可传送较远 地方，遇阻时不易
扩散稀释，在逆温 层下污染物浓度大。
爬升形
烟云下侧边缘清晰，呈平直 状，而其上部出现湍流扩散。
排出口上方：γ>0， γ>γ d，大气处于不
稳定状态； 排出口下方：γ<0， γ<γ d，大气处于稳
? 根据大气稳定度分析，发生逆温时，大气 是稳定的。逆温层的存在，大大阻碍了气温的 垂直运动，也将逆温层称为阻挡层。
? 污染气体多积聚在逆温层下面，往往导致 严重大气污染。
? 逆温的类型 ：根据逆温生成的过程，可 将逆温分为
? （1）辐射逆温 ? （2）下沉逆温 ? （3）平流逆温 ? （4）锋面逆温 ? （5）湍流逆温
日出后地面 低层空气增 温，使逆温 自下而上逐 渐破坏但上 部仍保持逆
温。
烟云下部有明显热扩散， 上部热扩散很弱，风在烟
云之间流动。
烟囱低于稳定层时， 烟云就像被盖子盖 住似的，烟云只向 下扩散，地面污染
严重。
翻卷型烟型
平展型烟型
上升型烟型
?4.5 大气的水平运动和湍流运动
?
? 大气的水平运动 (风)对于大气污 染物的第一个作用就是 输送作用；