= 0 . 98 K / 100 m
2、气温的垂直分布（温度层结） 气温− 大气） （大气） dZ
γ γ γ γ
>γ
正常分布层结 （递减层结） 递减层结） 中性层结（绝热直减率） 中性层结（绝热直减率） 等温层结 逆温层结
dT γ =− dZ
＝γd ， ＝0 ， <0 ，
c .由高压 .由高压 指向低压
1010
2.地转偏向力
由于地球自转而产生的使运动着的大气偏离气压梯 度方向的力称为地转偏向力
Dn = 2vϖ sin ϕ
风速
当地的纬度
地球自转角速度
Dn = 2vϖ sin ϕ
水平气压 梯度力
a.伴随风的产生而产生 a.伴随风的产生而产生
b.垂直于空气的运动 b.垂直于空气的运动 方向(即风向),北半球向指向右， ),北半球向指向右 方向(即风向),北半球向指向右， 南半球指向左； 南半球指向左；
放射性物质在大气中的行为
• 4.1放射性物质在大气中的化学行为 • 4.2放射性物质在大气中的输运和弥散 • 4.3放射性物质在大气中的沉积和再悬浮
放射性物质在大气中的化学行为 主要源于被大气中本身存 在的固体微粒或雾所捕集
形成气溶胶
放射性物质在大 气中的化学行为
氧化反应 发生化学反应 碳酸盐化反应 光化学反应 同位素交换反应
混合层 中性层 稳定层
γ − γ d >0, a>0 γ − γ d <0, a<0 γ − γ d ＝0，a=0 ，
不稳定 稳定 中性 逆温，非常稳定 逆温，
γ <0 ， a<0
有关辐射逆温 在晴朗无云或少云、 风力不大的夜晚， 地面辐射冷却很快， 在晴朗无云或少云 、 风力不大的夜晚 ， 地面辐射冷却很快 ， 贴近地面的大气温度下降最多，而高层大气冷却慢， 贴近地面的大气温度下降最多，而高层大气冷却慢，造成 温度自下而上的增加，称为辐射逆温。 温度自下而上的增加，称为辐射逆温。 辐射逆温层的产生是有规律的，一般只在夜间形成， 辐射逆温层的产生是有规律的，一般只在夜间形成，早晨 随着太阳不断加热地表，地面温度上升，逆温自下而上逐 随着太阳不断加热地表， 地面温度上升， 渐消失，一般在上午完全消失。 渐消失，一般在上午完全消失。
大气湍流与污染物的扩散
• 图a表示烟团在比它尺度小的湍涡作用下，一 边随风迁移，一边受到湍涡的搅扰，边缘不断 与周围空气混合，体积缓慢地膨胀，烟团内部 的浓度也不断地降低。 • 图b表示烟团受到大尺度湍涡的作用。这时烟 团主要被湍涡所挟带，本身增长不大。 • 图c表示烟团受到大小尺度相当的湍涡扯动变 形，这是一种最强的扩散过程。 • 在实际大气中同时存在着各种不同大小的湍涡， 扩散过程是上述几种过程共同完成的。
水平气压 梯度力 风向
（百帕） 百帕） 1000 1005 1010
（北半球） 北半球）
地面摩擦力 地转偏向力 与空气运动方向相反近地 近地1～ 与空气运动方向相反近地 ～2km内明显 内明显
大 气 作 水 平 运 动 所 受 作 用 力
(使北半球风向右偏 使北半球风向右偏, 使北半球风向右偏 南半球风向左偏) 南半球风向左偏 (使风向垂直于等压线 使风向垂直于等压线) 使风向垂直于等压线
大气稳定度及其判据
定量判断
气块： 气块： 环境： 环境：
单位体积的气块所受的力 浮力： pi ρ i Ti 浮力：ρg p ρ T 重力： ρig 重力：
，将 pi = p = ρRT = ρi RTi 代入上式得： 代入上式得：
（单位体积块）加速度 a = 单位体积块）
g ( ρ − ρi )
准静力条件： 准静力条件：P=Pi g (Ti − T ) Ti a= = g ( − 1) T T 高度 z → z + ∆z （ 一般均满足绝热条件 ） 一般均满足绝热条件）
• 3、起因与两种形式 – 热力： 温度垂直分布不均，其强度主要取决于大气稳 热力 ： 温度垂直分布不均 ， 定度 – 机械 ： 垂直方向风速分布不均匀及地面粗糙度 ， 其强 机械： 垂直方向风速分布不均匀及地面粗糙度， 度主要取决于风速梯度和地面的粗糙度
湍流扩散理论简介 • 主要阐述湍流与烟流传播及湍流与物质浓度衰 减的关系 1.梯度输送理论 类比于分子扩散，污染物的扩散速率与负浓度 梯度成正比 2.湍流统计理论 3.相似理论
下午
日落前1h 日落前
夜间
日出
上午10h 上午
烟流形状与大气稳定度的关系
波浪型（不稳） 〉 波浪型（不稳） γ〉γd
锥型（中性 弱稳 弱稳） 锥型（中性or弱稳） γ≈γd 扇型（逆温） 扇型（逆温）γ<0 爬升型（下逆，上不稳） 爬升型（下逆，上不稳）
•漫烟型（上逆、下不稳） 漫烟型（上逆、下不稳） 漫烟型
4.2放射性物质在大气中的输运和弥散
• 1、什么是干绝热递减率 什么是干绝热递减率 • 干气团绝热上升或下降单位高度(通常 通常100m)的温度变 干气团绝热上升或下降单位高度 通常 的温度变 化量称为干绝热递减率， 表示，单位K/100m 化量称为干绝热递减率，用γd表示，单位
（由压力变化引起） 由压力变化引起）
T
Cp
p
dP = − ρg ⇒ dP = − ρgdZ dZ
又理想气体状态方程： PV
……②
= RT
⇒ P = ρ RT ……③
dT γ =− 气温直减率 dZ
dT g =− 将②③代入①，则得： dZ Cp
实际中Ti与环境温度T之差不超过10℃， 或下降）运动时，每 表示干空气在作干绝热上升（ Ti/T≈1。 表示干空气在作干绝热上升（或下降）运动时， 升高（或下降） 升高（或下降）100m，温度降低（或升高）约21℃。 ，温度降低（或升高） s ℃ dT i dT g 9 . 81 m / − ≈ = ∴ γ d = − dZ dZ 1005 J /( Kg . K ) C P
空气产生水平 水平气压梯度力 运动的原动力 二力平 衡,风向 风向 平行于 等压线
地转偏向力
三种力 共同作 用下,风 用下 风 向斜穿 等压线
地面摩擦力
（与空气的运动方向相反） 与空气的运动方向相反）
4.2.2湍流扩散基本理论
• 一、湍流扩散的基本概念 • 扩散的要素 – 风：平流输送为主，风大则湍流大 平流输送为主， –湍流：扩散比分子扩散快105～106倍 湍流： 湍流 扩散比分子扩散快10 1、什么是湍流？ 、什么是湍流？ 除在水平方向运动外， 还会由上、 除在水平方向运动外 ， 还会由上 、 下 、 左 、 右方向的乱 运动，风的这种特性和摆动称为大气湍流。 运动，风的这种特性和摆动称为大气湍流。（有点象分子 的热运动） 或者说湍流是大气的无规则运动 。 • 风速的脉动（上、下） 风速的脉动（ • 风向的摆动（左、右） 风向的摆动（ 2、湍流与扩散的关系 、 把湍流想象成是由许多湍涡形成的， 把湍流想象成是由许多湍涡形成的 ， 湍涡的不规则运动 而形成它与分子运动极为相似。 而形成它与分子运动极为相似。
d
逆温是大气温度随高度增加而升高 的现象， 的现象，逆温层结是强稳定的大气 层结，不利于污染物的扩散。 层结，不利于污染物的扩散。
3、大气稳定度及其判据
定义：大气在垂直方向上稳定的程度；反映其是否容易发生 定义：大气在垂直方向上稳定的程度； 对流 定性描述： 定性描述： 外力使气块上升或下降 气块去掉外力 气块减速，有返回趋势， 气块减速，有返回趋势，稳定 气块加速上升或下降， 气块加速上升或下降，不稳定 气块停在外力去掉处， 气块停在外力去掉处，中性 不稳定条件下有利于污染物扩散
（百帕） 百帕） c. 只改变风向不改变风速； 1000 1005 1010
d.由低纬向 d.由低纬向 高纬增大；
地转偏向力 （北半球） 北半球）
（百帕） 百帕） 1000 1005 1010 1015 1020
气 压 梯 度 力
在气压梯度力和地转偏向力共同作用下的风 北半球高空） （北半球高空）
• 2.湍流统计理论： 湍流统计理论： 湍流统计理论 • 泰勒(G．I．TaYler)首先应用统计学方法研究湍流扩 泰勒 ． ． 首先应用统计学方法研究湍流扩 散问题，并于1921年提出了著名的泰勒公式。湍流统 年提出了著名的泰勒公式。 散问题，并于 年提出了著名的泰勒公式 计理论假定：流体中的微粒与连续流体一样， 计理论假定：流体中的微粒与连续流体一样，呈连续 运动，微粒在进行传输和扩散时， 运动，微粒在进行传输和扩散时，不发生化学和生物 学反应；微粒的大小和质量不计， 学反应；微粒的大小和质量不计，并将微粒运动看作 是相对于一定空间发生的。 是相对于一定空间发生的。 • 图4-1表示从污染源释放出的粒子，在风沿着 方向吹 表示从污染源释放出的粒子， 表示从污染源释放出的粒子 在风沿着x方向吹 的湍流大气中扩散的情况。假定大气湍流场是均匀、 的湍流大气中扩散的情况。假定大气湍流场是均匀、 稳定的。从原点释放出的一个粒子的位置用y表示 表示， 稳定的。从原点释放出的一个粒子的位置用 表示，则 y随时间而变化，但其平均值为零。如果从原点放出很 随时间而变化， 随时间而变化 但其平均值为零。 多粒子，则在x轴上粒子的浓度最高 浓度分布以x轴 轴上粒子的浓度最高， 多粒子，则在 轴上粒子的浓度最高，浓度分布以 轴 为对称轴，并符合正态分布。 为对称轴，并符合正态分布。
大气边界层的风场 大气运动包括垂直运动与水平运动。 •以垂直运动为主的空气运动，称为上曳气流 或下曳气流。 •空气在水平方向的流动称为风。气压的水平 分布不均匀是风的起因。
大气边界层的风场
• 引起大气运动的作用力
重力 直接作用力 水平气压梯度力（垂直上与重力基本平衡） 水平气压梯度力（垂直上与重力基本平衡） 地转偏向力 间接作用力 惯性离心力（大气曲线运动：很小） 惯性离心力（大气曲线运动：很小） 摩擦力 水平气压梯度使空气产生水平运动，空气开始运动之 后产生的力 源于气压的分布不均， 可分解为水平方向和 垂直方向两个分量