大气环境影响(之一).ppt

第五章大气环境影响预测与评价（一）,大气层概述大气边界层的温度场大气边界层的风场,第一节大气层概述,一、低层大气组成干洁空气、水汽和杂质干洁空气不含水蒸气和杂质-主要组分氮、氧、氩，次要组分二氧化碳、氖、氦、氪、臭氧等。不变组分大气中的水蒸气含量不稳定，铅直方向分布不均匀；水平方向随着纬度的增加而减少；同一地区夏季多，冬季少；水循环的重要链条；导演了云、雾、雨、雪等天气现象。大气中的二氧化碳-温室气体，影响大气温度臭氧-阻挡紫外线,二、描述大气的物理量气象要素：气温、气压、气湿、风向、云况、云量、能见度、降水、蒸发量、日照时数、太阳辐射等主要气象要素：1气温离地1.5米处在百叶箱中观测到的空气温度2气压大气作用在某面积上的作用力与其面积的比值1atm=760mmHg=1013.25mb=101.325kpa 高压，脊向外伸展部分；低压，槽-高压向外伸展部分。当低压控制时，由于有气流上升运动，云天较多，通常风速较大，有利于污染物的扩散稀释；当高压控制时，空气大范围下沉，从地面上几百米至1km的高空形成下晨逆温，阻止污染物向上扩散。,3气湿反应空气中水汽含量的多少,相对湿度应用普遍4风空气质点的水平运动16方位+1个静风0-12风级风速约等于,云大气中水凝结现象飘浮在空中的大小水滴或小冰晶或两者的混合物构成云量指云遮蔽天空的成数。将视野能见的天空作为十份，其中云遮蔽了几分，云量就是几。例如天空无云或不到1/20，云量为0；云布满天空（阴天），云量为10。总云量：所有云遮蔽天空的成数，不分云的高低和层次。低云量：低云遮蔽天空的成数。云底高度通常在2500米以下 云量的记录：我国一般以分数形式记录总云量和低云量，总云量作分子，低云量作分母，即总云量在斜线的上面，低云量在斜线的下面，任何情况下低云量不得大于总云量。记录形式为：10/7，5/5，7/0。一个气象台站的云量资料可在20km范围内使用。,能见度当时的天气条件下，正常人的眼睛所能见到的最大水平距离反映大气的混浊程度三、大气层的结构（1）对流层12km高气温随高度的增加而降低层内有强烈的对流运动空气密度最大气象要素分布不均，冷热气团的过渡带又分摩擦层和自由大气层，1-2km为大气边界层（摩擦层），受地面影响大（2）平流层对流层顶到离下垫面55km高度的这一层30-35km同温层；往上气温随高度增加，逆温层-暖层之称垂直混合微弱，气流平稳水汽尘埃很少，大气透明度好。,（3）中间层 55-85km气温随高度增高降低空气强烈对流，高空对流层（4）热成层 85-800km气温随高度增高迅速增高空气处于电离状态电离层，反射无线电波（5）逸散层气温极高，空气稀薄，大气粒子运动速度很快，摆脱地球引力2大气压力的垂直分布任意地点的气压值等于该地单位面积上的大气柱重量。气压随高度增高而降低大气密度的垂直分布与大气压力变化规律相同,3大气成分的垂直分布决定于两种物理过程分子扩散浓度梯度为动力湍流扩散动力因子100km以下湍流扩散为主100km以上分子扩散为主湍流层顶湍流扩散为主到分子扩散为主的转换高度低层大气成分均匀，高层不均匀,第二节大气边界层的温度场,一、气温的垂直分布温度层结-气温沿高度的变化；气温垂直递减率气温随高度的变化快慢气温随高度增高而降低，正值；气温随高度增高而升高，负值；四种情况：气温随高度的增加而降低，即0,正常的气温分布；=d中性层结气温随高度增加而增加，0，逆温=0，等温层结。,二、干绝热递减率绝热过程：一般将没有发生水相变化的气块的垂直运动近似地视为绝热过程当空气块绝热上升时，它将因周围气压的降低而膨胀，一部分内能用于反抗外界的压力而膨胀做功，因而温度逐渐下降；反之，当它绝热下降时，由于外界压力逐渐增大，外力对它作压缩功转化为它的内能，使其温度升高。气温干绝热递减率的的概念：干空气块或在升降过程中未发生水蒸汽相变的湿空气块绝热升降单位距离（通常取100m）温度降升的数值称为干绝热递减率。以d表示：式中：i代表气块的参数，以区别与周围的气体；d表示干空气；,d0.98K/100m上式表明：干绝热过程中，气块每上升或下降100m，温度约降低或升高0.98K。一般情况下，空气块在大气中是不饱和的，所以它们在大气中升降时的温度变化都近似等于d必须注意：和d是两个不同的概念；d表示的是干空气块或未发生水气相变的湿空气块上升或下降100m时，温度下降或升高的数值。该值近似为常数0.98则表示高度变化100m时，气温变化的数值，所以又称气温垂直分布变化率,三、大气的静力稳定度及其判定大气稳定度表示空气是否安于原在的层次，是否易于发生垂直运动，即对流的程度大气稳定度的判定气块理论假想取出与外界绝热密闭的气块。设想有一气块，外力使它垂直移动了一个距离Z。它在新高度上，其温度和密度分别为Ti和i，而它周围的大气的温度和密度分别为T和单位体积气块在垂直方向上受到周围大气对它的浮力g及本身的重力-ig的作用。合力 f=g(-i)据牛顿第二定律 f=g(-i)ia产生向上的加速度,将状态方程 及准静力条件P=Pi代入上式则得：可见，在新的高度上，气块温度大于周围大气温度时（TiT)时，它比周围空气轻，气块则加速（a0)，气层不稳定；TiT时，它比周围空气重，气块减速（a0),气层稳定。因气块温度难以测定，上式应用不便。作如下变换。若气块与周围的空气的起始温度相等，即Ti0=T0,当气块绝热垂直移动Z高度后，其温度Ti=Ti0-dZ；周围同高度空气温度，T=T0-Z 代入上式可见（-d)的符号决定了加速度a与位移Z的方向是否一致。亦即决定了大气是否稳定。,0,则a d若Z 0,则a0加速度与位移方向相同，层结不稳定 d 层结为中性四、位温为饱和的空气块绝热移动到标准气压处所具有的温度称为这一未饱和空气的位温，记作。其定义为：,10.8,五、气温层结与烟流形状波浪形：扩散良好，-d0锥形：比波浪型差，中性大气层中平展型：-d-1,烟囱出口逆温层中爬升型：下部稳定，上部不稳定，日落前后出现。近地污染小漫烟型：下部处于不稳定大气中，发生在日出以后；受限型：上下为稳定气层。,六、逆温辐射逆温由于地面强烈辐射冷却而形成的逆温称为辐射逆温。在晴朗无云或少云，风速不大的夜间，地面辐射冷却，空气也自下而上被冷却。近地面的气层降温多，远地面的气层降温少，因而形成自地面开始的逆温。,下沉逆温由于空气下沉压缩增温而形成的逆温称为下沉逆温。气层顶部比底部下沉的距离大（HH)，因而顶部绝热增温比底部多而形成逆温。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有可能出现。,锋面逆温对流层中，冷暖空气相遇，暖空气密度小，爬到冷空气的上面，两者之间形成一个倾斜的过渡锋面，在锋面上，如果冷暖空气的温度差比较显著，也可出现逆温，称为锋面逆温。,第三节大气边界层的风场,大气的水平运动是作用在大气上的各种力的总效应四种作用力：水平气压梯度力-空气水平运动的原动力；地转偏向力（科里奥利力）-地球对于相对于地球有运动的大气的旋转效应，北半球指向运动方向的右方，南半球指向左方，力的方向与大气运动方向垂直；随地理纬度增加而增大，两极最大，赤道为零；惯性离心力-作曲线运动的大气受力；摩擦力-内摩擦力，外摩擦力-后三种力是由空气运动产生,一、大气边界层的理想风场什么是大气边界层？自由大气中的空气运动？在1-2km高度以上的自由大气里，大气的运动十分接近水平运动-自由大气层近地面受到地面摩擦作用-大气边界层大气边界层中的风受到四种力的作用，运动非常复杂！两种理想情况：1、平行等压线的风场风与等压线的交角摩擦力大交角大摩擦力小角较小海洋交角小，陆地交角大高空交角小，近地交角大,2、弯曲等压线的风场高气压中的空气顺时针旋转低气压中空气反时针旋转,二、大气边界层风随高度的变化风向与等压线的夹角随高度的增加而减小爱克曼螺旋线随高度的增加，摩擦力的影响逐渐减少，所以风速逐渐增大；同时地转偏向力也随高度的增加而逐渐明显，风向逐渐向右偏转（北半球），到了边界层顶，风的大小、方向与地转风完全一致，这是摩擦力的影响消失。在北半球高空风对地面风按顺时针方向偏转20-30高空实际风接近-地转风,三、近地层风速廓线模式 表示风速随高度变化的曲线大气扩散计算需要知道烟囱和有效烟囱高度处的风速；气象资料通常是在10m高度处观测得到；地面推算任一高度处的风速，将极为方便。1、对数律模式近地层（100m以下）中性层结下的风速廓线模式U-欲求高度z处的平均风速U*-摩擦速度Z0-地面粗造度,幂函数风速廓线模式近地层、中性层结、平坦下垫面的条件下推导出来导则推荐计算式幂指数一般是地面粗造度和气温层结的函数，在同一地区、相同稳定度情况下，p值为一常数。在不同地区或不同稳定度情况下，取不同的值。我国导则 大气环境推荐值,表5-3所示四、风的日变化和年变化风的日变化最小风速发生在夜间，日出后渐渐增大，到14：00达到最大，然后减小，午夜前后达到最小值观测得到的风速廓线风向日变化近地层，夜间到白天，顺时针旋转低空：夜间到白天，反时针旋转,产生风的日变化的原因是太阳辐射的日变化。风的年变化冬季风速大于夏季冬季气压梯度大五、地方性风场1海陆风海风和陆风的总称海风-从海洋吹向陆地；陆风-与之相反2山谷风山风和谷风的总称日出后，太阳先照射到山坡，空气被加热，向上运动，谷底空气，向上补充，产生谷风。高空形成反谷风-产生局地环流日落后-情形相反3坡风发生在平原和山地交界地带。,思考题:1、什么是大气边界层?2、气温层结的四种典型情况?3、大气的静力稳定度如何判别?4、如何根据烟流形状粗略估计大气稳定度?5、逆温种类，逆温产生的原因是什么?6、环评导则推荐的风速廓线模式是哪一种？7、海陆风、山谷风是怎样产生的？,从地球表面向上，大约到90千米高度，大气的主要成分氧和氮的组成比例几乎没有什么变化，具有这样特性的大气层，我们称它为均质大气层（简称为均质层），在均质层以上和外层空间的大气层（如热层），其气体的组成随高度的升高有很大变化，这个圈层我们称它为非均质层 在均质层中，根据气体的温度沿地球表面垂直方向的变化，分为对流层、平流层和中间层,