空气污染气象学重点初稿

一. 简答

1. 简述大气稳定度的主要判据

γ和Γ分别表示气块和环境气层的垂直减温率。且假设Γ是常数。、

则气块加速度为

由于干绝热线和假绝热线同时是等位温线和等相当位温线，所以也有以下判据:

2. 影响热烟流抬升的主要因子

(1)排放源及排放烟气的性质：源排放烟气的初始动量和浮力是决定

其上升高度的基本因素。前者决定于烟气出口速度和源出口半径;后者决定于烟气密度和周围环境空气的密度差。

(2)环境大气的性质：烟气与周围空气混合的速率对烟流抬升的影响

十分重要。与混合速率有关的因子主要是平均风速和环境湍流强度，

尤以前者作用更为明显。烟流所在气层的温度层结表征大气稳定度状况，是影响烟流抬升的又一个重要因子。

(3)下垫面性质：首先是地形的影响，地面粗糙度是影响湍流强弱的

因素之一。另外，复杂的地形，如坡、谷等会形成局部热力状况的特殊分布，从而影响烟流抬升。

3. 干沉降, 湿沉降

硫酸盐颗粒是大气气溶胶粒子的一个重要成分，是很好的凝结核，它往往又溶于水滴而被降水带回到地面和海洋中.

降水清除了大气中的S02和硫酸盐，这称为湿沉降. 硫酸盐颗粒本身还会逐渐沉落到地面，这些过程称为干沉降.

4. 气溶胶及其分类

气溶胶指悬浮在气体中的固体和(或)液体微粒与气体载体组成的多相体系。

大气中含有悬浮着的各种固体和液体粒子，例如尘埃、烟粒、微生物、植物的孢子和花粉，以及由水和冰组成的云雾滴、冰晶和雨雪等粒子，所以可以把空气看成是一种气溶胶.

习惯上，按尺度大小将气溶胶粒子分成三类:

爱根核(半径r< 0.1µm)、大粒子(0. 1µm 1µm)

5. 气溶胶粒子的来源

(1)土壤、岩石风化及火山喷发的尘埃.

(2)烟尘及工业粉尘.

(3)海沫破裂干枯成核.

海沫产生的海盐颗粒是海洋上气溶胶粒子的主要来源. 在海浪的冲击下，海面上形成很多空气泡并且很快破裂，破裂后生成大大小小的众多盐水滴，盐水滴蒸发干以后就成为一些大于2µm的海盐巨核

及大量的大于0.3µm的爱根核.

(4)气-粒转化.

爱根核还常常由大气中微量气体转化而来. 例如，二氧化硫经光化学氧化作用，在高温下能生成硫酸盐溶液微滴，微滴蒸发后就成为

硫酸盐质点.

城市大气中爱根核和大粒子的浓度大，说明了污染气体转化形成的粒子是城市大气气溶胶的一个重要来源.

(5)微生物、孢子、花粉等有机物质点.

(6)宇宙尘埃

6. 大气运动和经典流体的流动的差别

(1)地球表面围绕地轴做圆周运动,若把观察大气运动的坐标系固定在地

球表面上，这一坐标系就是旋转坐标系.

相对于固定于空间的惯性坐标系，旋转坐标系上每一点都在做加

速度运动，就使得大气动力学的动量方程中比经典流体力学的多

出了一个科里奥利加速度项.

(2)大气运动发生在地球重力场中，大气温度在垂直方向上的分布呈现多

种层结形态. 垂直运动的气块移到新位置后，其温度可能高于或低于周围环境大气，于是产生了浮力，这是驱动大气垂直运动的重要因

子.

(3)大气是湍流的，特别是在接近地表面的部分. 湍流运动的复杂程

度远超过了经典流体力学规律的范畴.

(4)大气不是单一气体，其中水汽的相变过程，使大气运动高度复杂化.

注：在大气动力学中，都是假定大气是层流的未饱和理想气体，采

用经典流体力学的方式去处理大气运动.

7. 地表粗糙度

地表粗糙度zo是作为下边界出现的几何长度，它是对数风速廓线公

式中平均风速等于零的高度.

传统的确定zo的方法就是利用对数风速廓线公式，在近中性的情况下

用平均风速观测资料在坐标中进行线性拟合，

的高度就是zo.

8. 位温，虚温

位温就是把空气块干绝热膨胀或压缩到标准气压时对应的温度。

根据(7)式，未饱和湿空气位温θ的定义式是:

上式中, p00是标准气压(常取1000 hPa).

若空气是干洁大气，则位温的定义是

由于 故一般小于0.1 K，与气温常规

观测的误差相当。故未饱和湿空气位温值常用干空气位温值代替，即未

饱和湿空气位温可写为

虚温是一种假设的空气温度，指在气压不变的情况下，使干空气密度等

于湿空气密度时，干空气所具有的温度。虚温总比湿空气的实际温度高

些。

9. 逆温层

逆温层是对流层大气的温度一般随高度而降低，但在某些条件下，某些气层的温度会随高度而增加，即Γ<0 ，称为逆温层。

逆温层是绝对稳定的层结，它对上下空气的对流起着削弱抑制作用.

特别是低空的逆温层，它像一个“盖子”，使悬浮在大气中的烟尘、杂

质及有害气体都难以穿过它向上空扩散，使空气质量下降，能见度恶化，因此也称为阻塞层.

（以下可省略）在研究大气的污染扩散问题时，常需测定逆温层的高度、厚度以及出现和消失的时间.

主要形成原因

(1) 辐射逆温.白天由于地表吸收太阳辐射而迅速增温，导致低层大气温度升高;夜晚由于地面长波辐射降温使近地气层形成逆温层.

(2)下沉逆温. 由于空气下沉增温而形成的逆温。一般出现在高气压区，范围广，厚度大，且常不接地而从空中某一高度开始. 大范围的下沉逆温相当于近地面层上空的一个盖子，极不利于污染物的扩散.

(3)地形逆温. 由于局部特殊的地形条件形成的，例如盆地和谷地的逆温，山脉背风侧的逆温等. 夜间山坡附近的空气因辐射冷却而向谷地下沉，暖空气被挤上升浮在冷空气上面，形成谷地逆温。

(4)平流逆温. 当较暖的空气流经较冷的地面或水面上时，使上层空气温度比低层温度高，形成暖平流逆温. 例如，冬季沿海地区常出现这种逆温，是海洋上的较暖空气流到大陆上时产生的，厚度不大，水平范围较广. 此外，夜间城市的近地面气层仍有弱的温度递减率，当农村因辐射冷却而产生的厚逆温层随气流移到城市上空时，会形成空中逆温层; 经过城市后，在下风方向的农村近地面层又会建立起逆温，城市的烟气层也将被带到地面逆温层中，污染大气。(5)锋面逆温. 锋面是一个倾斜的面，无论冷锋还是暖锋，其较暖空气总是在较冷空气的上面，所以在冷空气区能观测到逆温. 由于锋面在移动，所以除移动缓慢的暖锋以外，一般对大气污染影响不大

10. 边界层大气运动的基本物理规律 （动学、动力学、能量转化）

大气边界层与一般流体边界层不同，要考虑大气层结、地球重力场和地球自转的影响. 湍流交换在大气的动量、热量、水汽及其他微量气体的平衡中起重要作用. 大气中的热量和水分主要来源于下垫面，而动量主要来源于上层气流的运动.动量输送到低层，以补偿下垫面的不光滑而摩擦消耗的动量.

（1）气象要素明显的日变化

通过湍流交换，自昼地面获得的太阳辐射能以感热和潜热的形式向上输送，加热上面的空气。

夜间地面的辐射冷却同样也逐渐影响到它上面的大气，这种热量输送过程造成大气边界层内温度的日变化.

大型气压场形成的大气运动动量通过湍流切应力的作用源源不断向下传