城市气象学课件：07_3城市能见度
城市气象学课件：03城市大气污染_new
二、空气污染物
悬浮空中之固态、液态、气态物质， 威胁人类与动植物健康、损害建筑、毒 化环境者。源于自然或人类活动。
一次污染物
直接排放入大气中的空气污染物
氮氧化物
一次污染物和源地(自然)
源地
火山爆发 森林火灾
污染物
固态粒子(尘、灰)，气体(SO2、CO2) 烟、未燃的碳氢化合物、CO2、氮氧 化物、灰
气溶胶
足够小的能悬浮 在空气中的固态 粒子和液滴
有些使人不愉快但无 害，有些是危险的。
气溶胶粒子 在大气过程中的作用
• 在云雾降水中的作用：凝结核 • 对大气辐射过程的影响：散射和吸收 • 对大气光学特性的影响：大气能见度 • 对大气电学特性的影响：捕获带电离子，
影响大气电场 • 在大气化学过程中的作用：吸附或参与反
应生成新的微粒
一氧化碳
城市空气主要污染物，无色，无味， 巨毒的气体(易被红血球获得)，由 含碳燃料的不完全燃烧产生。一次 污染物中最丰富。
二氧化硫
无色有臭味气体，主要是由燃烧含硫 化石燃料而来（如煤和石油），
源地：发电厂、加热设备、熔炉、石油精 练和造纸厂等，火山喷发、或从海洋飞沫 中的硫酸盐粒子而来。
一、大气污染简史
• 人类发明火以后，“烟问题”； • 爱德华一世国王在1273年签署一项法令禁止使用海煤； • 在1850前，伦敦 “浓豌豆汤”雾而声名狼藉； • 1911年前后，“smog”(烟雾)一词，烟和雾的混合体； • 1952年12月的第一周，伦敦灾难(煤烟型烟雾)； • 工业革命把污染带入美国(光化学烟雾)； • 中国的污染…….我们还要走发达国家的老路吗？！
天然石材的放射性
各种天然石材由于产地、地质结构和生成年代不同， 其放射性也不同。
名词解释能见度
《能见度》
一、气象学中的能见度
在气象学中，“能见度”是指观测者在不受任何阻碍的情况下，能够清晰地看到目标物体的最远距离。
换句话说，能见度是指空气中水分、灰尘、烟雾等杂质的浓度，这些杂质会降低我们能够看到的距离。
因此，能见度是气象观测中一个重要的指标，也是天气预报中的一个常见内容。
能见度的测量通常使用目视距离测量法，即观测者用眼睛观察目标物体，并估计能够看到的最远距离。
在标准大气条件下，能见度通常在 10 公里以上，但在污染严重的城市或地区，能见度可能会降低到几百米甚至更低。
二、社交媒体中的能见度
除了在气象学中的应用，能见度这个词也在社交媒体中被广泛使用。
在社交媒体中，能见度指的是一个用户在平台上被其他人看到的可能性，即用户在社交媒体上的曝光率。
社交媒体中的能见度对于用户来说非常重要，尤其是对于那些希望扩大自己的社交圈子或者增加自己知名度的人来说。
如果一个用户的能见度很高，那么他的帖子、照片、视频等内容就会被更多的人看到，从而提高他的影响力和知名度。
然而，社交媒体中的能见度并不仅仅是由用户的活跃程度和粉丝数量决定的。
社交媒体平台通常会根据一系列算法来决定哪些内容会被推荐给其他用户，这些算法可能涉及到内容的质量、流行度、相关
性等多个因素。
因此，一个用户的能见度也受到平台算法的影响。
结论
能见度这个词在气象学和社交媒体两个领域都有不同的解释和应用。
在气象学中，能见度是指观测者能够清晰地看到目标物体的最远距离，是一个重要的气象观测指标。
在社交媒体中，能见度指的是一个用户在平台上被其他人看到的可能性，是用户在社交媒体上的曝光率，对于用户来说非常重要。
城市气象学课件：07_2城市雾_雨
锋面雾出现的时间因锋面移至上海时间而定，从子 夜至中午，午前午后均可出现，雾持续时间长短亦 颇不一致．长者可达数小时，短者仅仅十几分钟， 不象前述三种气团内部的辐射雾、平流雾和平流辐 射雾那样有规则。锋面雾随锋面降水的停止和锋面 移去而消散，与前述气团雾的生消规律亦不同。
上海城区的上述四种雾类，在形成原因、天气形势 和有关气象要素的变化上虽各不相同，但其基本的 成雾条件是相似的，即有丰富的凝结核，风速小， 相对湿度高和空气层结稳定(常有逆温)。就城市的影 响而言，因岛效 应，相对湿度经常比郊区低，再加上有热岛效应， 使低空的大气稳定度减弱，湍流加强，这二者是不 利于城区雾生成的。
Ch7 水分、云、雾和降雨
一、水平衡 二、湿度 三、云 四、雾 五、降水 六、能见度
四、雾
湿雾是城市中最常见的雾类，它是由大量微小水 滴或冰晶所构成。这些微粒浮游在贴近地面一定范 围内的低空，使空气混浊，障碍视程。当其使水平 能见距离小于lkm时，就称为雾；使水平能见距离大 于1k m小于10 km时，称为轻雾，这种雾的形成所要 求的相对湿度比较大，这里称之为“湿雾”，以区 别于 “光化学烟雾”，那是在相对湿度较小时才能 形成的。
城市对局地降水量的影响及其影响的物理机制，在 城市气候学界存在着不少争论。有人认为城市对降 水有明显的影响。也有人认为城市会使降水减少的 效应，多数人认为城市有使城区及其下风方向降水 增多的效应。为了解决这一争论问题，通过1968年 在比利时首都布鲁塞尔举行的《城市气候和建筑气 候学讨论会》决定在1971-1975年于美国中部平原圣 路易斯进行大城市气象观测试验计划(METROMEX)， 设立了稠密的气象观测网，经过大量观测、试验和 研究，证实了城市对降水量分布是有影响的，在城 区及其下风方向有使降水增多的效应。
03 能见度 大气科学基础培训班课件
气象干部培训学院湖北分院 刘克稳
2013.4
定义
能见度：指能看见周围景物的程度，用目 标物的最大距离表示。
白天能见度：指正常视力(对比感阈为0.05) 的人在当时天气条件下，能够从天空背景 中看到和辨认的黑色目标物的最大水平距 离。（指辨认出目标物的轮廓和形状）
定义
夜间能见度：指正常视力(对比感阈为0.05) 的人在当时天气条件下，夜间能够看到和 确定出中等强度灯光的距离。
目标物能否看得见与它的大小、形状、亮度、色 彩等物理特性有很大的关系。亮度对比显得更重要， 是起主要作用的因素。
3. 人眼的主观视觉视能
透射式能见度仪
能见度仪采用测量发射器和接收器之间水平空气柱 的平均消光(透射)系数而算出能见度。发射器提供一个 经过调制的定常平均功率的光通量源，接收器主要由一 个光检测器组成。由光检测器输出测定透射系数，再据 此计算消光系数和气象光学视程。基线长。
夜间观测时，用对光源的感觉距离来估测MOR，故选 用灯光为观测目标物。有条件地方，均应在各个方向选择 一些固定的目标灯或专门设置的目标灯作为观测能见度的 依据。但应注意：
应选择孤立的点光源作为目标灯，光强固定不变，位于 开阔地带，不受烟雾影响，应是不带颜色、没有灯罩的白 色光源(除白炽灯外，碘钨灯、汞灯等均不适宜)；
气象光学视程（MOR）：指白炽灯发出色 温为2700K的平行光束的光通量在大气中 削弱至初始值的5%所通过的路途长度。
能见度观测与测量
观测能见度必须选择在视野开阔，能看到所有 目标物的固定地点。
观测目标物，根据“能见”的最远和“不能见 ”的最近目标物，判定当时的能见距离。
能见度观测与测量
夜间能见度观测：
观测员应先在黑暗中适应5-15分钟再观测。
能见度观测规范PPT课件
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三、能见度自动观测方法——透射式能见度观测
透射能见度仪测定气象光 学视程是根据准直光束的 散射和吸收导致光的损失 的原理，所以它与气象光 学视程的定义密切相关。
Vaisala LT31
优点：不用对大气作任何假 设以探测大气透过率或 消光系数，其采样体积 大，测量精度高。
局限性：当大气能见度较大时，其探测 结果对光源的标定误差、透射光的 探测误差和镜头的污染非常敏感， 并且需要较长的基线，占地面积大。
能见度观测规范
2013年10月22日
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1
内容概述
一、能见度相关定义 二、能见度测量原理 三、能见度自动观测方法 四、业务用前散能见度设备 五、前散能见度设备的检测与维护
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一、 能见度相关定义
气象光学视程（Meteorological optical range—MOR） 由白炽灯发出的色温为2700K的平行光束的光通量在大气 中削弱至初始值的5%所通过的路径长度。
c. 关于不同粒子对能见度准确性的影响问题： 已进行了雾和沙尘的对比，继续开展试验
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25
四、业务用前散能见度设备
• 作为独立设备的前向散射 能见度仪至少应包含以下 三部分：传感器、采集器 和支架。其中，传感器部 分包括接收器、发射器和 控制处理器等；采集器包 括接口单元、中央处理单 元、存储单元等；支架部 分包括立柱和底座。为保 证设备良好运行还应包括 供电电源、电源防雷器和 蓄电池等；且可选配无线 通信模块。
我国能见度仪器研制起步晚，自行研制的能见度仪不断更新，产 品性能也有所改善。目前国产前向散射能见度仪已在气象部门使用。 如凯迈（洛阳）测控有限公司、中国华云技术开发公司、安徽华维气 象技术装备研究所等单位就从事能见度观测设备的研发和生产，并已 具备成熟产品。
《城市气象学》全册配套完整教学课件 (一)
《城市气象学》全册配套完整教学课件 (一)《城市气象学》是一门关于城市气象的学科，这门学科与人类社会、环境、自然气象等紧密相关。
随着城市化的快速发展，对城市气象学的需求越来越大。
为了更好的教授和学习这门学科，教师们需要一种更科学、合理的教学方式。
而《城市气象学》全册配套完整教学课件的出现，为教师们和学生们提供了一个良好的教学和学习工具。
1. 课件内容《城市气象学》全册配套完整教学课件是一种结合类教学资源、网上课程、实验教材，以及图书等多种教学元素，综合构建而成的。
2. 课件优势（1）丰富多彩的视觉表现形式，生动形象地展现城市气象学相关知识；（2）教学内容详实、覆盖面广，几乎涵盖了城市气象学的全部知识体系；（3）课件内容涵盖实验教材，给学生创设了更多的实践机会，提升了教学效果；（4）大规模的数据处理和分析具有更强的实用性和教学参考意义。
3. 课件应用《城市气象学》全册配套完整教学课件适用于城市气象学的相关专业课程的教学，包括本科生和研究生等多个阶段。
同时，也适用于市民科普、气象科普等相关领域的教育推广工作，发挥了更为广泛的社会效益。
4. 使用情况《城市气象学》全册配套完整教学课件已经得到了广泛的应用。
大部分的高校课程都会采用这个课件作为重要的教学工具。
同时，它也成为了很多城市气象及科学教育推广工作中的教材。
总之，《城市气象学》全册配套完整教学课件为城市气象学教学和推广工作带来了诸多益处。
这个课件的出现让教师的教学工作更为科学有效、学生的学习效果更为显著，同时也大大增强了社会各界对城市气象学的了解和关注。
因此，这个课件对于促进教育事业的发展，推动城市气象学的发展都起到了至关重要的作用。
城市能见度热力值
城市能见度热力值
城市的能见度热力值是一个描述城市能见度的指标。
能见度是指在大气中，由于大气中的气溶胶、水汽等因素的影响，人眼能够看到的远处物体的距离。
而能见度热力值则是一种根据城市气象条件和大气污染状况等因素进行综合评估的指标。
能见度热力值通常使用一个数值来表示，数值越大表示城市的能见度越好，数值越小表示城市的能见度越差。
较高的能见度热力值意味着空气清新，大气透明度高，人们能够清楚地看到远处的景物。
而较低的能见度热力值则意味着空气中存在较多的气溶胶、颗粒物等污染物，能见度较差，人们的视线受到限制。
能见度热力值的计算通常涉及多个气象和环境因素，如气温、湿度、气压、风速等，以及大气中的污染物浓度，如颗粒物、雾霾等。
通过对这些因素综合考虑和分析，可以得出城市的能见度热力值，以便对城市的大气环境状况进行评估和监测。
这对于城市规划、环境保护和交通安全等方面都具有一定的指导作用。
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大气分子吸收光谱的形成
单个分子内含的能量，
E =Ee+Ev+Er
Ee ：电子围绕原子核运动的能量； Ev ：原子在其分子平均位置Байду номын сангаас围的振动； Er ：分子绕其质量中心转动的能量。 而且，都是量子化的。
电子跃迁：玻尔模型
氢光谱研究
Ek E j hf
另外还有：
振动跃迁、转动跃迁、振动和 转动跃迁。都是量子化的。
I I0
exp[kex
R]
kex
1 R
ln(
I I0
)
对均匀大气
2、能见度问题
实践中常常遇到透过大气来看目标物能否看得 清晰，以及到底隔多远还可以把目标物从它的 背景上分辨出来问题。这里所说的“看”是广 义的，可以是用眼睛直接看或通过仪器看，也 可以是摄影或其它成象系统。和这类问题发生 关系的实践活动有航空、航海、陆上交通、高 空摄影和天文观测等等。由于这一问题纯粹是 大气中颗粒物对光散射所造成的，因此在大气 环境问题中也受到广泛的关注。
2
1
4
C 4
mr是介质折射率 ，N是单位体积散射质点数目。
对于空气分子，在标准情况下，
ks,0, 1.0563106 4
ks,
ks, 0,
0
在空气密度为 的空气中
天色：蓝色
天色：红色
天色：白色
天色：黑色
没有大气，没有散 射，天空黑色，太
阳白色
(2) 米散射 (大颗粒散射，0.1< x < 50即a ~ 时 )
ka, ka,,i
散射
电磁辐射在遇到大 气中的气体分子以 及悬浮的尘埃、云 滴、雨滴和冰粒、 雪花等粒子时，会 产生散射现象。
多次散射
散射现象的理解
分子、粒子内含多个分立的电子和质子，当电磁波照 射到粒子后，正负电荷中心产生偏移而构成电偶极子 或多极子，在电磁波激发下作受迫振动，向各方向发 射次生电磁波，就是散射辐射，其波长和原始波相同， 并且与原始波有固定的位相关系。散射可以用经典麦 克斯韦电磁波理论求解 。若入射光是严格的单色光，在散
Is (R, , )
I0 R2
( , )
这里 (,)称为粒子的散
射函数，
sc 4π ( , ) d
散射截面，一般来说， 散射截面和粒子真正 的几何截面并不相等。
消光截面
和散射截面相对应的还有吸收截面ab和消光截面 ex（也称削弱截面）。吸收截面反映粒子吸收的本
领，而消光截面表示粒子散射和吸收的总量，有
ka=单位体积分子吸收总辐射EaN /入射辐射E = N a
其量纲为L-1，所以也常称为距离吸收系数，
同样，有单色吸收系数ka,（或ka,）的概念。
某一波数处的吸收系数
大气的吸收带由许多紧密相连的谱线组成，而且每 条谱线不是严格的几何直线，具有一定的宽度及分 布。因此某一波数处的吸收系数，应该是所有谱线 在该处的叠加作用的总和：
ks 0 s ( a,) n(a) d a
散射过程的分类
尺度数
x=2p a/
0.1<x<50
x<<1
米散射比瑞利散射更复杂
球形气溶胶粒子对0.5m光的散射
a=10-4 m
a=0.1 m
a=1 m
(1) 瑞利散射(分子散射 x<<1时即a << 时)
散射削弱系数为：
ks,
8π
3
( mr2 1) 3N
散射效率因子Qs
Q
s
s
πa
2
当x=6时，此时半径约 等于波长，Qs=4,最大， 即散射效率最高； 当x很大时，散射效率 和波长逐渐无关，并趋 于2，几何光学可解释。 当x很小时，瑞利散射 特征
水滴(m=1.33)散射效率随尺度数 变化
霓
强
虹
衍射,强
介质球表面的反射、折射、衍射。总衍射光等于投射到 粒子横截面上的总光通量，而与粒子的形状、性质无关。 当粒子没有吸收时，衍射光恰好占总散射光的一半。
Ch7 水分、云、雾和降雨
一、水平衡 二、湿度 三、云 四、雾 五、降水 六、能见度
六、能见度
1、吸收和散射基础 2、能见度 3、澳门能见度和PM关系 4、香港1968-2004年能见度变化分析
1、吸收和散射基础
吸收、散射、折射、反射、色散、衍射
大气对辐射吸收的物理过程
吸收，就是指投射到介质上面的辐射 能中的一部分被转变为物质本身的内能或 其它形式的能量。要用量子力学解释
射光谱中入射光波长两边还可以观察到对称的弱谱线，即散射 光中还包含有和入射光频率不同的光。这种频率的改变是由于 入射光频率与分子的固有频率联合而引起的，故称为联合散射 （或喇曼散射）。利用这种现象可以测量大气中各种气体的含 量。
散射削弱系数
散射截面s ：这个分子所散射的辐射能相当 于面积s从入射辐射场中截获的辐射能。
大气气溶胶的散射削弱系数
实际大气中 n(r) 的变化很大
ks, C b
对分子散射，取 b = 4 。对大颗粒的散射，b < 4 ，其数值 根据大气气溶胶或云滴半径而变。
(3)几何光学 (x >50 时即a >> 时的散射 )
服从几何光学规律
独立散射
在一般情况下，要研究的是某一体积内 众多粒子共同的散射。当粒子间的距离 比几个半径（例如3倍半径）还大时， 可以认为各粒子的散射是互相独立的， 即每个粒子的散射和周围的粒子无关， 称为独立散射。当独立散射的条件满足 时，某一体积内所有粒子的总散射等于 各个粒子散射的总和。
ex sc ab
大气消光系数的测量
大气消光系数是散射系数和吸收系数之和， 其中每一项还可以区分为分子和气溶胶的作 用。一般认为在可见光和近红外波段，空气 分子的消光系数易从计算得到，故测量的重 点常常是气溶胶的散射和吸收。
测量大气消光系数最基本的方法是：
I I0 exp[ 0R kex d l]
ks=单位体积分子吸收EsN /入射辐射E = N s
N
ks s,i i 1
s的量纲为L2，常用cm2，而ks的
量纲则为L1，，常用cm-1、m-1或 km-1。
若粒子尺度不均匀，则要考虑粒子谱分布： 对于不同大小的气溶胶散射粒子，如r为粒 子半径，n(a)da表示单位体积中半径为a到 a+da范围中的粒子数，则散射削弱系数为：
吸收系数
• 单个气体分子的吸收能力可用吸收截面
a来描述。
• a：这个分子所吸收的辐射能相当于面 积a从入射辐射场中所截获的辐射能。
• 如果，E ：表示入射辐射的辐射通量密 度，则这个分子吸收的辐射能应为Ea。
• 若单位体积中吸收气体的分子数为N，则 单位体积气体吸收的总辐射能为EaN。
体积吸收系数