第二章-大气污染气象学课件.ppt

1、1/752. 成人每次吸入的空气量平均为成人每次吸入的空气量平均为500cm3，假若每，假若每分钟呼吸分钟呼吸15次，空气中颗粒物的浓度为次，空气中颗粒物的浓度为200g/m3，试计算每小时沉积于肺泡内的颗粒物质量。已知该试计算每小时沉积于肺泡内的颗粒物质量。已知该颗粒物在肺泡中的沉降系数为颗粒物在肺泡中的沉降系数为0.12。解：解：每小时沉积量200（5001560106）0.12g=10.8g2/751.大气层及气象要素大气层及气象要素2.大气的热力过程大气的热力过程(重点、难点重点、难点)3.大气的水平运动大气的水平运动4.局地气象特征局地气象特征5.大气扩散模式大气扩散模式(重点、难点

2、重点、难点)6.污染物浓度估算污染物浓度估算(重点、难点重点、难点)3/75酸雨越境转移（日本、南北朝鲜酸雨越境转移（日本、南北朝鲜） 大气科学大气科学 大气物理、化学大气物理、化学大气气象学大气气象学 污染气象学污染气象学 气象条件对污物的稀释、扩散作用气象条件对污物的稀释、扩散作用污染物对气象的影响污染物对气象的影响受体受体大气扩散大气扩散源源4/75大气层的结构。大大气层的结构。大气层可以分为对流气层可以分为对流层（最贴近地面、层（最贴近地面、密度最大的一层）、密度最大的一层）、平流层（较高的、平流层（较高的、气体组成相同但密气体组成相同但密度较小的气层）以度较小的气层）以及电离层（由已

3、电及电离层（由已电离的气体组成）离的气体组成）5/75对流层对流层（10km左右）左右）集中了大气质量的集中了大气质量的3/4和全部的水蒸气，主要天气和全部的水蒸气，主要天气现象都发生在这一层现象都发生在这一层温度随高度的增加而降低，每升高温度随高度的增加而降低，每升高100m平均降温平均降温0.65 强烈对流作用强烈对流作用温度和湿度的水平分布不均，导致大气的水平运温度和湿度的水平分布不均，导致大气的水平运动。动。对流层较薄，厚度随纬度增设而降低对流层较薄，厚度随纬度增设而降低大气边界层大气边界层对流层下层对流层下层12km，地面阻滞和摩擦，地面阻滞和摩擦 作用明显作用明显自由大气自由大气大

4、气边界层以上，地面摩擦可以忽略大气边界层以上，地面摩擦可以忽略近地层近地层地面上地面上50100m，热量和动量的交换甚微，温差大。，热量和动量的交换甚微，温差大。6/75平流层平流层（对流层顶到（对流层顶到5060km）同温层同温层对流层顶对流层顶3540km，气温，气温-55 左右。左右。同温层以上，气温随高度增加而增加，逆温层。同温层以上，气温随高度增加而增加，逆温层。集中了大部分臭氧，在集中了大部分臭氧，在2025km形成臭氧层。形成臭氧层。没有对流运动，污染物停留时间很长。没有对流运动，污染物停留时间很长。中间层中间层（平流层顶（平流层顶85km）气温随高度升高而迅速降低气温随高度升高

5、而迅速降低对流运动强烈对流运动强烈7/75暖层暖层（中间层顶（中间层顶800km）气温随高度升高而增高气温随高度升高而增高气体分子高度电离气体分子高度电离电离层电离层散逸层散逸层（暖层以上）（暖层以上）气温很高，空气稀薄气温很高，空气稀薄空气粒子可以摆脱地球引力而散逸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大气压力总是随高度的升高而降低均质大气层均质大气层8085km以下，成分基本不变以下，成分基本不变8/75oo5(32)9CFo273.15KCoo9325FCoo5(32)9CFo273.15KCoo9325FC1气温气温 天气预报中：天气预报中：1.5m高、百叶箱内气

6、温。高、百叶箱内气温。 9/752气压气压单位：单位：mb（毫巴）（毫巴） 大气的压强大气的压强1atm101325Pa1013.26mb=760mmHg 静力学方程静力学方程: gzP10/753气湿气湿空气的湿度，表示空气中水汽含量的多少空气的湿度，表示空气中水汽含量的多少。表示方法有表示方法有n绝对湿度绝对湿度n水汽压水汽压n饱和水汽压饱和水汽压n相对湿度相对湿度n含湿量含湿量n水汽体积分数水汽体积分数n露点露点11/75 4风向和风速风向和风速 水平方向的空气运动叫做风水平方向的空气运动叫做风 风的来向叫风向（风的来向叫风向（16个方位圆周等分）个方位圆周等分） 风速：单位时间内空气在

7、水平方向上运动距离（风速：单位时间内空气在水平方向上运动距离（2min或或10min平均）平均） (m/s) F风力级（风力级（012级）级） 2384. 0Fu 12/75 4风向和风速风向和风速 风玫瑰图风玫瑰图 风速风速,m/s 某地区1988年的风玫瑰图。同心圆表示风的频率，例如，吹南风的频率约为11，其 中 风 速 大 于10.82m/s的频率约为1，风速在3.355.41m/s的频率为3.5左右。13/755云状和云量云状和云量大气中水汽的凝结现象叫做云大气中水汽的凝结现象叫做云 云量云量:天空被云遮蔽的成数（我国天空被云遮蔽的成数（我国10分，国外分，国外8分）分） 云高云高:云

8、底距地面底高度云底距地面底高度 低云（低云（2500m以下）以下）(黑色黑色) 中云（中云（25005000m）(由冰晶及小水滴构成，白由冰晶及小水滴构成，白色或灰白色或灰白) 高云（高云（5000m以上）以上）(由冰晶构成，白色由冰晶构成，白色) 云状云状:卷云（线）卷云（线）,积云（块）积云（块）,层云（面层云（面),雨层云雨层云(无无定形）定形） 14/75 高云（高云（5000m以上）以上）中云（中云（2500-5000m）低云（低云（2 25 50 00 0米以下）米以下）15/756能见度能见度 正常视力的人，在天空背景下能看清的水平距离正常视力的人，在天空背景下能看清的水平距离

9、级别（级别（09级，相应距离为级，相应距离为5050000米）米） 16/75一、低层大气的加热与冷却一、低层大气的加热与冷却太阳以紫外线、可见光、红外线的形式辐射热量太阳以紫外线、可见光、红外线的形式辐射热量太阳辐射加热地球表面太阳辐射加热地球表面地面长波辐射加热大气地面长波辐射加热大气(75% 95%)近地层大气温度随地表温度而变化近地层大气温度随地表温度而变化17/75太阳辐射地表低层大气紫外线紫外线可见光可见光红外线红外线高层大气以长波以长波形式形式以长波以长波形式形式地表温度的周期性变化会引起低层大气温度的周期性变化地表温度的周期性变化会引起低层大气温度的周期性变化18/751泊松方

10、程泊松方程空气块空气块膨胀（做功）膨胀（做功）耗内耗内 能能 T定性定性空气块空气块压缩（外气对它做功）压缩（外气对它做功）T内能内能（由压力变化引起）（由压力变化引起）一般满足大气绝热过程，认为系统与周围环境无热交换一般满足大气绝热过程，认为系统与周围环境无热交换可以将可以将没有水相变化没有水相变化的空气块的垂直运动看作绝热过程的空气块的垂直运动看作绝热过程19/75根据热力学第一定律和理想气体状态方程，可有大根据热力学第一定律和理想气体状态方程，可有大气热力过程的微分方程气热力过程的微分方程PdPRTdTCdQp由于是绝热过程由于是绝热过程0dQPdPCRTdTp288. 0000PPPP

11、TTpCR20/75干空气绝热上升或下降单位高度时，温度干空气绝热上升或下降单位高度时，温度降低或升高的数值降低或升高的数值干绝热直减率干绝热直减率 （空气团）（空气团） 包括未包括未饱和的饱和的湿空气湿空气dzdTid21/75dzzzdiippdiivvdiiTTdppdvvdTTiviTpvT气气块块：环环境境：ip（大大气气） （气气块块）（高高度度）dzzzdiippdiivvdiiTTdppdvvdTTiviTpvT气气块块：环环境境：ip（大大气气） （气气块块）（高高度度）ddiiipiTRpTCpippddiippppdd pgz对对气气团团：流流体体准准静静力力学学条条件件

12、：，由由代代入入式式(1)可可得得：(1)ddiipTRg zTCpddiiipiTRpTCpippddiippppdd pgz对对气气团团：流流体体准准静静力力学学条条件件：，由由代代入入式式(1)可可得得：(1)ddiipTRg zTCp22/75代入上式得：代入上式得：实际中，实际中，Ti、T 相差相差0，正正常常分分布布层层结结，中中性性层层结结（绝绝热热直直减减率率）0，等等温温层层结结0，正正常常分分布布层层结结，中中性性层层结结（绝绝热热直直减减率率）0，等等温温层层结结0,a0不不 稳稳 定定0,a0稳稳 定定中中 性性 层层 0， a=0中中 性性稳稳 定定 层层0， a0,

13、a0不不 稳稳 定定0,a0稳稳 定定中中 性性 层层 0， a=0中中 性性稳稳 定定 层层0， ad)锥型（中性锥型（中性or弱稳）弱稳） (=d)扇型（逆温）扇型（逆温） (像源法像源法n实源：实源： n像源：像源：zHyxc,zHyxc,实源的贡献实源的贡献像源的贡献像源的贡献222222exp2,zyzyHzyuqzyxc实际浓度实际浓度2222222exp2exp2exp2,zzyzyHzHzyuqzyxc51/75地面浓度模式：取地面浓度模式：取z z0 0代入上式，得代入上式，得地面浓度模式：取地面浓度模式：取z z0 0代入上式，得代入上式，得22222exp2exp, 0

14、,zyzyHyuqHyxc地面轴线浓度模式：再取地面轴线浓度模式：再取y y=0=0代入上式代入上式地面轴线浓度模式：再取地面轴线浓度模式：再取y y222exp, 0 , 0 ,zzyHuqHxcyz上式，上式， x增大，则增大，则、 增大，第一项减小，第二增大，第一项减小，第二项增大，必然在某项增大，必然在某 x处有最大值处有最大值地面最大浓度模式：地面最大浓度模式：考虑地面轴线浓度模式考虑地面轴线浓度模式222exp, 0 , 0 ,zzyHuqHxc52/750, 0 , 0 ,zdHxdcyzconst地面最大浓度模式（续）：地面最大浓度模式（续）：设设（实际中成立）（实际中成立）由

15、此求得由此求得yzconst地面最大浓度模式（续）：地面最大浓度模式（续）：设设（实际中成立）（实际中成立）由此求得由此求得yzeHuqc2max22maxHxxz相当于无界源的相当于无界源的2 2倍（镜像垂直于地面，源强加倍）倍（镜像垂直于地面，源强加倍）地面连续点源扩散模式地面连续点源扩散模式222222exp0 ,zyzyzyuqzyxc53/75q 源强源强 计算或实测计算或实测 平均风速平均风速 多年的风速资料多年的风速资料 H 有效烟囱高度有效烟囱高度 、 扩散参数扩散参数uyz一、一、烟流高度计算烟流高度计算初始动量：初始动量： 速度、内径速度、内径烟温度烟温度 浮力浮力平均风速

16、、大气稳定度等平均风速、大气稳定度等烟气抬升烟气抬升sHHHsHH烟囱几何高度烟囱几何高度抬升高度抬升高度有效源高有效源高sHHHsHH烟囱几何高度烟囱几何高度抬升高度抬升高度有效源高有效源高54/75抬升高度计算式抬升高度计算式 （1） Holland公式：适用于中性大气条件（稳定公式：适用于中性大气条件（稳定时减少、不稳时增加时减少、不稳时增加1020） HollandHolland公式比较保守，特别在烟囱高、公式比较保守，特别在烟囱高、热释放率比较强的情况下热释放率比较强的情况下3ssaHs1(1.5 2.7)(1.59.6 10) svDT THDvDQTuu55/75抬升高度计算式抬

17、升高度计算式（2）布里格斯（）布里格斯（Briggs）公式：适用不稳定及中性大气条件）公式：适用不稳定及中性大气条件 H1 1/32/3sH1 1/32/3sH21000kW 10 =0.362 10 =1.55当时sQxHHQxuxHHQHu56/7512Hsa1 nn0HsHaVasHH121sH12100kW()35K =0.35 1700kW2100kW1700 =() 4002(1.50.01)0.04 =sQTTHn QHuTQP QTTTTQQHHHHv DQHu (1)当和时(2)当时HHsH1 / 43 / 8aH8(1700)1700kW35K2(1.50.01) = 10

18、m1.5m /s d =5.5(0.0098)dQuQTv DQHuTHQz(3)当或时(4)当高 处 的 年 平 均 风 速 小 于 或 等 于时国标法国标法57/75例：某城市火电厂的烟囱高例：某城市火电厂的烟囱高100m，出口直径，出口直径5m。出口烟气流速为出口烟气流速为12.7m/s，温度为，温度为140，流量，流量250m3/s。烟囱出口处平均风速为。烟囱出口处平均风速为4m/s，大气，大气温度为温度为20 ，当地气压为，当地气压为978.4hPa，试确定，试确定烟气抬升高度和有效源高。烟气抬升高度和有效源高。解：烟气热释放率：解：烟气热释放率：kW2487527314020140

19、2504 .97835. 0QH3/2, 3/1,303. 1210nnnmH9 .204410024875303. 113/23/1mH9 .3049 .20410058/75PG曲线法曲线法PG曲线曲线Pasquill仅需常规气象资料估算仅需常规气象资料估算y和和zGifford制成图表制成图表几点说明见几点说明见P33 af59/75PG曲线的应用曲线的应用n根据常规资料确定稳定度级别根据常规资料确定稳定度级别60/75稳定度分类方法稳定度分类方法n改进的改进的PT法法 太阳高度角太阳高度角（地理纬度，倾角）（地理纬度，倾角） 辐射等级辐射等级 稳定度稳定度 云量云量（加地面风速）（加地

20、面风速）61/75PG曲线的应用曲线的应用n利用扩散曲线确定利用扩散曲线确定 和和yz62/75PG曲线的应用曲线的应用n地面最大浓度估算地面最大浓度估算HzxmaxcxyxmaxCw由由和和w由由曲线（图曲线（图）反查出）反查出w由由曲线（图曲线（图2.192.19）查）查w由式（由式（ 2.192.19 ）求出）求出yHzxmaxcxyxmaxCw由由和和w由由曲线（图曲线（图 2.202.20）反查出）反查出w由由曲线（图曲线（图）查）查w由式（由式（）求出）求出y2maxHxxz63/75扩散参数的选取扩散参数的选取n扩散参数的表达式为（取样时间扩散参数的表达式为（取样时间0.5h，按

21、表，按表2.8查算）查算）n取样时间大于取样时间大于0.5h， 不变，不变，y按下式计算：按下式计算：1221,aayzxx2121()qyyzqcc121164/75地面源正下风方向一点上，测得地面源正下风方向一点上，测得3分钟平均浓度为分钟平均浓度为3.410-3g/m3，试估计该点两小时的平均浓度是多少？假设大气稳定，试估计该点两小时的平均浓度是多少？假设大气稳定度为度为B级级。解：解：222102. 3)05. 02()(3 . 012ccccq由空气污染控制工程P36 （2.43） 3 . 0,10012qhh时当33312/1012. 102. 3104 . 302. 3mgcc6

22、5/75在例在例1中，当中，当SO2排放速率为排放速率为150g/s时，计算阴天的白天时，计算阴天的白天SO2出现的地面最大浓度及其距离。出现的地面最大浓度及其距离。解：阴天的白天，大气稳定度为解：阴天的白天，大气稳定度为D级，由于是城区点源，级，由于是城区点源，向际稳定方向提一级，为向际稳定方向提一级，为C级。级。查图查图2.20，查图查图2.19，地面最大浓度：地面最大浓度：mHcxxz6 .215414. 19 .3042maxkmxc4maxmy3303522max/107 . 73306 .2157183. 29 .3044142. 315022mgeHuqcyz66/75精品课件精品课件！67/75精品课件精品课件！68/75P361、3