第三章主要气象条件与大气污染
环境卫生学 第3章 大气卫生
（2）大气颗粒物 有固体和液体 两种形态。
常用空气动力学直径 表示颗粒物的大小: 在气流中，如果所研究的颗 粒物与一个有单位密度的球形颗 粒物的空气动力学效应相同，则 这个球形颗粒物的直径就定义为 所研究颗粒物的空气动力学直径。 颗粒物按粒径分为： 总悬浮颗粒物（TSP） φ ≤100μm 可吸入颗粒物（IP） φ ≤10 μm 细颗粒物（PM2.5) φ≤2.5μm 超细颗粒物（PM0.1) φ≤0.1μm
对健康的影响
（1）对呼吸道的刺激作用 （2）其它作用 · 对大脑皮层机能的影响 · 致突变作用和促癌作用 · 影响新陈代谢 · 变态反应 （3）SO2和颗粒物的联合作用
（二）氮氧化物 (NOx nitrogen oxides)
来源 （1）自然源 （2）人为源
对健康的影响
（1）对呼吸道的刺激作用 （2）对血液的影响 （3）促癌作用 （4）神经衰弱症候群 （5）形成光化学烟雾
酸雨腐蚀雕刻
（四）大气棕色云团
（五）其他
影响居民的生活人体 健康的影响
大气中的主 要污染物 SO2 NOx 颗粒物 CO
O3
多环芳烃
Pb
二 噁英
（一）颗粒物
来源 （1）自然源 （2）人为源
对健康的影响
（1）对呼吸系统的影响 进入肺部对局部组织具有堵塞作用 载体作用 （2）颗粒物对心血管系统的影响 （3）颗粒物的致癌作用 （4）颗粒物对人群死亡率的影响
多诺拉烟雾事件
美国洛杉矶
化物和碳氢化合物
在日光紫外线照射 下经光化学反应形成
过氧酰基硝酸酯
大气污染与气象条件的相互作用
大气污染与气象条件的相互作用在我们生活的这个蓝色星球上，大气污染已成为一个备受关注的全球性问题。
它不仅对人类的健康和生态环境造成了严重的威胁，还与气象条件之间存在着复杂而紧密的相互作用。
大气污染，简单来说，就是空气中存在了过多的有害物质，比如颗粒物、二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳等等。
这些污染物的来源多种多样，工业生产、交通运输、能源消耗以及农业活动等都会向大气中排放污染物。
气象条件对大气污染的形成、扩散和清除有着至关重要的影响。
首先，风是一个关键因素。
风就像是大气的“搬运工”，如果风速较大，它能够迅速地将污染物吹散，使得污染物在更大的范围内稀释，从而降低局部地区的污染浓度。
相反，如果风很小或者几乎没有风，污染物就会在原地积聚，导致污染加重。
想象一下，在一个封闭的房间里，如果没有空气流动，烟雾会一直弥漫在那里；而一旦打开窗户，让风进来，烟雾就能很快散去，这和大气中的情况是类似的。
温度也在其中扮演着重要角色。
在逆温的情况下，大气污染往往会变得更加严重。
逆温就是气温随着高度的增加而升高的反常现象。
正常情况下，气温是随着高度增加而降低的，这样有利于空气的对流，污染物能够随之向上扩散。
但在逆温时，底层的冷空气被上面的暖空气压住，就像给大气盖了一个“盖子”，使得污染物难以向上扩散，只能在近地面的有限空间内积聚，从而加重污染。
大气的稳定度也会影响污染物的扩散。
大气稳定度越高，意味着大气越不容易发生垂直运动，污染物也就难以扩散到更高的大气层中。
而大气不稳定时，污染物能够更容易地在垂直方向上扩散，从而降低近地面的污染浓度。
降水对大气污染则有着清除作用。
雨水能够将空气中的污染物吸附或者溶解，然后带着它们一起落到地面，就像是给大气洗了个“澡”。
所以，在降雨过后，通常我们会感觉空气变得清新了许多。
反过来，大气污染也会对气象条件产生影响。
大量的污染物颗粒会影响太阳辐射的到达地面的强度和分布。
这些颗粒物就像一层“面纱”，阻挡了太阳光线的穿透，导致地面接收到的太阳辐射减少，从而影响气温和气候。
大气环境污染物与气象条件的关系研究
大气环境污染物与气象条件的关系研究近年来，随着城市化进程的快速推进，大气污染问题日益凸显。
大气环境污染物的排放和控制一直是一个备受争议的话题。
不同的环境污染物在不同的气象条件下有着不同的运输和转化规律，研究大气环境污染物与气象条件的关系，有助于更好地制定环境保护政策和减少大气污染。
首先，废气排放与风向的关系是大气环境污染物与气象条件关系研究的重要内容之一。
废气排放源的附近常常会产生高浓度的污染物，这些污染物会随着风的方向扩散。
当气象条件中风速较小、风向较稳定时，敏感区域内的污染物浓度可能会突然增加。
因此，通过了解和预测风向，可以有效地控制废气排放源，减少大气污染物的扩散。
其次，大气污染与气象条件还包括温度、湿度和气压等因素的关系。
温度和湿度对大气污染物的化学反应和传输有重要影响。
高温可以加速污染物的扩散和光化学反应，从而使空气质量恶化。
此外，湿度还可以影响大气污染物的传输和再悬浮。
当湿度较高时，污染物颗粒会吸湿增大，使其下降速度变慢，影响了对流层中的颗粒物的清除。
而气压的变化也可能导致大气污染物的浓度变化，因为气压的变化会影响大气污染物的扩散、混合和化学反应过程。
此外，气象条件还与大气环境污染物的来源和化学组成有密切关系。
不同的污染物有不同的来源，如工业排放、车辆尾气、生物质燃烧等。
了解不同污染物的来源，可以有针对性地采取措施减少其排放。
此外，气象条件还会对大气污染物的化学组成和反应产物产生影响。
例如，大气中的氧气、氮氧化物和挥发性有机化合物等可通过照射紫外线和光化学反应等途径形成臭氧，造成光化学烟雾污染。
在大气环境污染物与气象条件关系研究中，地形和气象条件之间的相互作用也值得关注。
地形起伏和地形特征对风场分布和大气污染物输送的影响是不可忽视的。
在山地、河谷等地形条件下，大气污染物的传输和扩散受到限制，容易形成污染物聚集区。
此外，大气环境污染物与气象条件的相互作用还涉及到气溶胶、颗粒物的生成和转化过程等多个领域。
大气污染情况与气象因素的关联分析
大气污染情况与气象因素的关联分析大气污染是当前社会面临的一大挑战，对人类健康和环境产生严重影响。
然而，大气污染的形成和演变过程受到许多气象因素的影响。
本文将探讨大气污染情况与气象因素的关联分析。
一、气象因素对大气污染的影响气象因素包括温度、湿度、风速、风向以及大气层的稳定性等。
这些因素会对大气污染的形成和扩散产生重要影响。
首先，温度是影响大气污染的关键因素之一。
温度的升高会加速气体的扩散和化学反应速率，从而影响大气中污染物的浓度。
尤其在炎热的夏季，高温会增加污染物的挥发和光化学反应的速度，导致大气污染情况进一步加剧。
其次，湿度也对大气污染有着重要影响。
湿度高的环境中，污染物会与水蒸气发生反应产生颗粒物和酸雨等有害物质。
此外，湿度高还会增加大气中的颗粒物的含水量，使其更易附着在空气中，加剧大气污染现象。
风速和风向是影响大气污染扩散的主要因素。
强风可以有效地将污染物扩散到更广阔的区域，减少局部区域的浓度。
相反，风向的变化会导致污染物在不同区域之间的输送，增加大气污染的传播范围。
大气层的稳定性也会对大气污染产生重要影响。
稳定的大气层会阻碍大气污染物的上升和扩散，使其在地表层积聚。
尤其是在夜间和早晨，大气层较为稳定，污染物更容易积聚，形成雾霾等情况。
二、大气污染情况与气象因素的关联通过对大气污染情况与气象因素的关联分析，我们可以发现它们之间有着密切的联系。
在城市中，由于工业排放、汽车尾气等原因，大气污染情况较为严重。
但是在不同的季节和气象条件下，污染物的浓度会有所变化。
例如，在夏季高温天气下，大气中的臭氧和颗粒物浓度较高，导致空气质量下降。
而在冬季，由于温度低和大气层稳定，污染物在地表积聚，形成较严重的雾霾。
此外，风向的变化也会影响大气污染的传播。
在城市中，风向沿着一条主要的传播路线，将污染物从工业区向周围地区扩散。
如果风向改变，污染物将被输送到新的区域，可能导致短期内某些地区的空气质量急剧恶化。
另外，大气污染情况还与局地的气象条件有关。
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。
大气污染的气象过程
热力湍流——温度垂直分布不均（不稳定）
03
04
在气温垂直分布呈强递减时，热力因子起主要作用，在中性层结情况下，动力因子起主要作用。
湍流扩散比分子扩散快105~106倍。
05
1.3.1 湍流与雷诺数
1.3 大气湍流
U——平均流动速度
L——流动特征长度
v——运动学粘滞系数
雷诺数：
Re<Re*(1000~2320)——层流
01
Re>Re**(12000~13800)——湍流
02
Re*<Re<Re**——即可以是层流也可以湍流
03
雷诺数：
大气湍流运动的强弱取决于平均动能转变为湍能的速率以及湍能消耗的速率。
以湍能消耗率和湍能补充率的比值定义一个无因此参量Rf称为通量查理孙数：
1.3.2 查理孙数
定义查理孙数（Ri）为：
当湍能消耗率大于湍能补充率，即Ri＞KMz/KHz时，湍能将减弱；
01
当湍能消耗率小于湍能补充率，即Ri＜KMz/KHz时，湍能将增强；
02
当湍能消耗率等于湍能补充率，即Ri=KMz/KHz时，湍流将维持原状；
03
临界查理孙数(KMz/KHz)：
01
小湍涡具有各项同性的性质。
高频湍流主要是由动力作用引起的；
气压梯度力：由于气压分布不均匀而作用于单位质量空气上的力, 其方向由高压指向低压。
科氏力（地转偏向力）：由于地球自转运动而作用于地球上运动质点的偏向力。
名词解释：
1.1 低层大气的温度与大气稳定度
近地层大气中温度随高度分布规律受下垫面影响极大
一般说来，太阳辐射愈强、云量愈少、风速愈小、土壤导热性愈差则气温的垂直变化愈大。
第03章 大气污染气象学-2013-4汇总
高云（5000m以上）
中 云 （ 2500-5000m ）
主要气象要素
6． 降水 降水是指从天空降落到地面的液态或固态水，包括
雨、毛毛雨、雪、雨夹雪、霰xià n、冰粒和冰雹等。 降水量指降水落至地面后（固态降水则需经融化后）， 未经蒸发、渗透、流失而在水平面上积聚的深度，降 水量以毫米（mm）为单位。
百分比
➢ 含湿量－湿空气中1kg干空气包含的水汽质量 ➢ 水汽体积分数－水汽在湿空气中所占的体积分数 ➢ 露点－同气压下空气达到饱和状态时的温度
主要气象要素
4．风向和风速
水平方向的空气运动叫做风（垂直方向－升降气流） 风的来向叫风向（16个方位圆周等分）
风速：单位时间内空气在水平方向上运动距离（2或 10min平均）
➢ 对流层（～10km左右）
➢ 集中了大气质量的3/4和全部的 水蒸气，主要天气现象都发生 在这一层
➢ 温度随高度的增加而降低，每 升高100m平均降温0.650C
➢ 强烈对流作用 ➢ 温度和湿度的水平分布不均
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
自由大气－大气边界层以上，地面摩擦可以忽略
➢ 暖层（中间层顶～800km）
➢ 气温随高度升高而增高 ➢ 气体分子高度电离－电离层
➢ 散逸层（暖层以上）
➢ 气温很高，空气稀薄 ➢ 空气粒子可以摆脱地球引力而 散逸
大气压力总是随高度的升高而降低 均质大气层－80～85km以下，成分基本不变
主要气象要素
1．气温 天气预报中：1.5m高、百叶箱内气温。
i
a g(Ti T ) g(Ti 1)
T
T
高度 z z z （一般均满足绝热条件）
03环境科学概论-大气环境
空气中氧化剂特别是O3也包括PAN（过氧乙酰硝酸酯） 及其他化合物是烟雾形成的指标。
发生光化学烟雾还必须有烃类参加，烯烃特别能使烟 雾形成，也必须有NOx参加，NOx是建立导致烟雾形成的 起始光化学过程。 •光化学烟雾三个重要条件：NOx、HCs和紫外线
氮氧化物危害：
氮氧化物可以转化为硝酸，是形成酸雨主要物 质之一
形成光化学烟雾的重要物质 消耗臭氧的重要因子 NO2对人有生理刺激和腐蚀作用，引起城市居
民产生急性呼吸道病变的一种原因 可腐蚀织物、材料、破坏染料，使之褪色 危害植物，使其组织受害而落叶，甚至枯萎
D.碳的氧化物
CO主要是由含碳化合物不完全燃烧产生的无色 无味无刺激性的有毒气体。对人体的危害主要是阻 碍体内氧气的传输，使人体缺氧，导致死亡。
或者污染物之间相互反应，从而生成与原来的物质在理化性质 上完全不同的新的污染物
B.根据物理状态
• 固态、液态和气态
C.根据化学组成、性质
• 碳氧化物、氮氧化物、硫氧化物、碳氢化合物、氧化剂、颗粒 物及气溶胶、放射性物质
主要污染物
类别
一次污染物
含硫化合物 含氮化合物 碳的氧化物 碳氢化合物 含卤素化合物
PM2.5 染毒病理实验
PM2.5染毒剂量增加 •肺泡上皮细胞增生 •间质血管扩张淤血 •肺泡壁逐渐增厚
B.含硫化合物
• 主要指H2S、SO2和SO3。湿度大的情况下，含硫化 合物最终被氧化形成硫酸，是硫酸型酸雨的主要来 源。
• 二氧化硫是一种无色的刺激性气体, 腐蚀性很大， 会严重刺激人的呼吸系统，使人出现咳嗽、嗓子疼、 胸闷和感到呼吸受阻，刺激腐蚀人的肺部，可造成 肺气肿和支气管炎，并加重哮喘病情。
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2.气温的垂直递减率 ⑴ 干绝热垂直递减率γd:
γd=-dt／dz=1℃／100m 表示干空气（包括未饱和湿空气）在作干绝热 上升（或下降）运动时，每升高（或下降） 100m，温度降低（或升高）1℃。 ⑵ 气温平均垂直递减率γ:
γ=-dt／dz=0.65℃／100m
图 高度与温度的关系
㈡ 气温垂直分布与大气稳定度的关系 大气稳定度是指在垂直方向上大气稳定的程度。
大气稳定度的判断 当γ＜γd时，大气是稳定的(γ＝0等 温；γ＜0逆温是稳定状态中最稳定的 状态)
当γ＞γd时，大气是不稳定的 当γ＝γd时，大气处于中性状态
近地层大气稳定度的判断 当γ＞0时，大气处于不稳定 当γ＝0时，大气处于中性状态 当γ＜0时，大气是处于稳定型（不稳）
风速 决定着污染物冲淡稀释的速度； 较大的风速意味着有较大的湍流活动； 影响输送距离。
㈣ 湍流 1.湍流形成的原因
热力湍流：由于垂直方向温度分布不均匀引起。 机械湍流：由于垂直方向风速分布不均及地面粗
糙度引起。 2.湍流与大气扩散
湍流有极强的扩散能力，它比分子扩散快105～106 倍。湍流扩散是湍流运动的主要特征之一。 大气中的湍流扩散包括小尺度、中尺度和大尺度。
2.下沉逆温：高空高压气团下沉 → 压缩变 扁 → 顶部增温比底部多
3.平流逆温：由暖空气平流到冷地面上而下部降 温而形成的逆温。
4.湍流逆温
0＜γ＜γd → 低层空气湍流混合达 γd →混合之上出现过渡层（逆温层）
5.锋面逆温
一、边界层中风、湍流与大气污染 ㈠ 相关概念
气流：是大气流动的总称。它包括了风和湍流 两种流动形式。 风：是大气作有规则的平滑水平运动，把这种 相对地面的水平运动称为“风”。 湍流：是附加在空气的平均运动之上，再由空 气运动所组成的处于不断变化状态下 的不规则运动称为“湍流”。
㈡ 大气运动的产生
——在各种力的作用下产生的
水平气压梯度力
最为主要，是引起大气运动
重力
的直接动力
地转偏向力
惯性离心力
摩擦力
㈢风 1.风的成因
水平气压梯度力是空气运动的直接原因，是 空气运动的原始动力。 水平面温度分布不匀，又是产生水平气压梯 度的主要原因。
2.风的两个要素 风向：指风的来向，通常用8或16个方位表 示。 风速：指单位时间内空气在水平方向上流 动的距离，常用的单位为米／秒。
㈡湍流与大气污染
小尺度 大尺度 中尺度
㈤ 风向、风速的测量 1.仪器类型
三杯风向风速表 电接风向风速仪 轻便携带式翼状风速计 热球式风速计
㈤ 风向、风速的测量 2. 轻便三杯风向风速表测量风向、风速
结构：由风向仪、风速表、手柄三部分 组成。 基本工作原理：P74
测量方法 ⑴ 将仪器组装好并安置(或手持着)在四周开阔 无高大障碍物的地方，保持仪器直立。 ⑵ 风向测量：将小套管拉下并右转一角度，待 方向盘稳定下来，读出风向指针与方向盘所对 应的读数即为风向，如指针摆动可读其中值。
空气的温度是表示空气冷热程度的一个物 理量，简称气温。（天气预报中：1.5m高、百 叶箱内气温。）
oC 5 ( oF 3 2 ) 9
K oC 2 7 3 .1 5 △
oF 9 oC 3 2 5
气温的绝热变化 绝热冷却：气团绝热上升 绝热增温：气团绝热下沉 气温的非绝热变化 热辐射 热传导 热对流 空气平流
锥型（中性）
扇型（稳定）
爬升型（下稳， 上不稳）
漫烟型（上稳、 下不稳）
第二章 主要气象条件与大气污染
㈣ 逆温 定义：一般将气温随高度增加而增加的气层称 为逆温层。 分类：根据逆温生成的过程，可将逆温分为辐 射逆温、平流逆温、下沉逆温、湍流逆温及锋 面逆温等五种。
1.辐射逆温：由于下垫面强烈辐射冷却而形成的逆温。
⑶ 风速测量：用手指压下启动杆(风速指针回 零)，放开启动杆后，红色小指针(时间指针) 和风速指针就开始走动。经60s后，指针停 止转动，风速指针所指示的读数即为风速， 此时风速为指示风速。再从风速曲线图(由 厂方或计量校准部门测校后发给)中查出实 际风速值即为所测的实际风速。 连续测量 三次，计算三次的平均风速。
随时间的变化：包括日变化和季节的变化 随高度的变化：风向基本不变，但越往高处风速越大 随机性变化：风向和风速是不断变化的。下图表示了阵 风和平均风速的关系
4.风向、风速与大气污染的基本关系 风向 决定污染物迁移的方向； 风向不断的变化是平面上瞬间烟云轮廓呈蜿 蜒曲折的原因(如图)。
第二章 主要气象条件与大气污染
⑷ 如欲进行下一次测定时，只要再压下启动 杆即可。
⑸ 当测定完毕后，将小套管向左转一角度， 使其恢复原来的位置，以固定方向盘，小心 将风向仪和风速仪退下，放入仪器盒内。 测量注意事项 切勿用手触摸旋杯。 仪器工作时，切勿按压启动杆。
二、气温的分布与大气污染 ㈠ 大气边界层的温度场 1.气温的概念
第三章 主要气象条件与大气污染
本章课程内容
• 边界层中风、湍流与大气污染 • 气温的分布与大气污染 • 气压与大气污染 • 空气湿度与大气污染 • 局地环流与大气污染
第一节 主要气象条件与大气污染的关系
知识目标 了解相关的概念; 弄清主要气象条件与大气污染的关系; 熟悉主要气象参数的测量。 教学重点难点 风、湍流、气温分布与大气污染。
风向玫瑰图又称风频图， 是将风向分为8个或16个 方位，在各方向线上按各 方向风的出现频率，截取 相应的长度，将相邻方向 线上的截点用直线联结的 闭合折线图形（如图1） 。在图1中该地区最大风 频的风向为北风，约为20 ％（每一间隔代表风向频 率5％）；中心圆圈内的 数字代表静风的频率。
3.风的变化