第三章 大气污染气象学
1.大气圈结构及气象要素 2.大气的热力过程 3.大气的运动和风
大气圈垂直结构
➢ 平流层（对流层顶～50~55km）
➢ 同温层——对流层顶到30km左右，气温-55℃左右 ➢ 同温层以上，气温随高度增加而增加，亦称逆温层。 ➢ 集中了大部分臭氧。 ➢ 没有对流运动，污染物停留时间很长。 ➢ 大气很干燥，没有云、雨等现象，是飞机理想的飞行区域。 ➢ 中间层（平流层顶～85km） ➢ 气温随高度升高而迅速降低 ➢ 对流运动强烈，垂直混合明显。
大气圈垂直结构
➢ 暖层（中间层顶～800km）
➢ 气温随高度升高而增高 ➢ 气体分子高度电离－电离层。发电报是靠这层反射回来。
➢ 散逸层（暖层以上）
➢ 气温很高，空气稀薄。星际空间内每m3空间有数十个离 子存在。
➢ 空气粒子可以摆脱地球引力而散逸 研究重点：对流层，平流层 大气压力总是随高度的升高而降低。 气体静力学方程：ΔP=-ρgΔZ 均质大气层－80～85km以下，成分基本不变
风速：单位时间内空气在水平方向上运动距离（一定时 间如2或10min的平均值）
u3.02F3 (km/h) F－风力级（0～12级）
主要气象要素
5．云 云是飘浮在空中的水汽凝结物，由大量小水滴或小冰晶或两者 混合物组成。云高和云量对污染物扩散具有重要意义。 云量:天空被云遮蔽的成数（我国10分，国外8分） 云高:云底距地面底高度 低云（2500m以下） 中云（2500～5000m） 高云（5000m以上）
可见ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ和红外线，波长在0.15～4μm之间的射线辐射能占
全部太阳能量的99％以上。 【地球】
地球表面的陆地、海洋、植物等直接吸收太阳辐射的能力 很强，太阳辐射到地球上的能量约有21%直接被地面吸收。 同时，地球表面可以按自身温度向外辐射。地球辐射以低 温长波辐射为主，波长集中在3～120μm之间。
【大气】
原因有三：①空气的导热率较小，变化慢；②气块大气中运
动很快；③气压变化很大。
大气的绝热方程： 绝热：Q 0 ，③式变为： 两边积分，得
即有：
T2 T1
R
P2 P1
CP
dT R dP T CP P ln T2 R ln P2
T1 CP P1
因 CP - CV = R 又 CP/CV = K，对于空气 K=1.404
1atm＝101325Pa＝1013.25mb=760mmHg
主要气象要素
3．气湿
气湿是大气中水汽含量的物理量，可以用水蒸气分压或 单位湿空气水蒸气含量表示。 表示气湿的物理量主要有：绝对湿度、相对湿度、含湿 量、水气体积分数和露点。
主要气象要素
4．风向和风速
水平方向的空气运动叫做风（垂直方向－升降气流） 风的来向叫风向（16个方位圆周等分）
主要气象要素
1．气温
✓ 表示大气温度高低的物理量。反映一定条件下空气分
子平均动能大小。通常指距地面 1.5m高处百叶箱中的空气温度。
oC 5 ( oF 3 2 ) 9
K oC 2 7 3 .1 5
2．气压——大气的压强
oF 9 oC 3 2 5
✓ 单位：1Pa=1N/m2，mb—毫巴
1mb=100Pa=1hPa
于是得大气绝热方程： K1
0.288
T2 T1
P2 P1
K
P2 P1
2、干绝热直减率γd
干气团绝热上升或下降单位高度(通常100m)的温度变化量称为
干绝热直减率，用γd表示，单位K/100m。
定义：
d
dT' dT dZ dZ
g CP
T′—气块温度； T —环境温度。实际中 T′与 T 之差不超过 10℃，
虽然太阳辐射很强，但直接被地面接受的却不多，这是 因为大部分太阳辐射被地球表面的大气层吸收、散射和 反射 。
大气还能吸收地面长波辐射。其中水汽、二氧化碳等吸 收长波辐射能力较强，水滴、臭氧和颗粒物也能选择吸 收一些长波辐射。最终约有75％～90％的地面长波辐 射被大气吸收。
大气吸收太阳辐射和地面辐射的同时，也能向上或向下 辐射。大气向下辐射称为逆辐射，以长波辐射为主，这 是地面的主要加热方式。
表示干空气在作干绝热上升（或下降）运动时，每升高（或下降）
100m，温度降低（或升高）约1℃。
气温直减率
3、位温（θ）
位温：把各层中的气块由最初的压力P循着干绝热的程序订正到 一个标准压力1000hPa时所具有的温度。
T100RC 0p T1000.2088
P
P
任何一气块的位温是不变的（干绝热情况）；而非绝热情况下， 位温是变化的。∴位温比气温更能代表气块的热力学性质。
dQ
C pdT
RT
dP P
变形为：
-----------------②
dT dQ RT dP Cp Cp P
-----------------③
式中：dQ—加入物系的热量； R—气体常数； Cp—恒压比热
泊松方程
实际中大气中的变化是非绝热变化，但计算时我们近似认为
是绝热变化（气块在大气中的运动）。
云
低 云 （ 25 00 米 以 下 ）
高云（5000m以上）
中云（2500-5000m）
主要气象要素
6．能见度
正常视力的人，在天空背景下能看清的水平距离 级别（0~9级，相应距离为50～50000米）
第二节 大气的热力过程
一、太阳、大气和地面的热交换
【太阳】 地球上所有的能量最终都来自于太阳。太阳表面温度达 6000K,不断向外辐射能量。太阳辐射线主要有：紫外线、
二、气温的垂直变化
1、大气的绝热过程
大气中的热力学过程遵循热力学第一定律。表示加于任一封
闭物系（气体）的热量 Q 等于该物系内能的变化 U 和物系对外
所做的功 W ，即： Q U W 在无非膨胀功时，其微分表达式为：
dQ CvdT PdV
-----------------①
将状态方程 PV RT 代入上式，并取 Cp Cv R ，则上式写成
T′/T≈1。
推导过程如下：
由热力第一定律导出绝热过程方程式： dT R dP
又气压随高度变化规律：
T CP P
气体静力学方程： dP g dP gdZ
dZ
又理想气体状态方程： PV RT P RT
……① ……② ……③
将②③代入①，则得： dT g
dZ
Cp
d
dT dZ
g CP