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(共70张PPT)
任务1.2 主要气象条件测定
项目一 大气监测基础认知
学习目标
掌握主要气象条件与大气污染的关系。
知识目标
技能目标
能正确、规范操作仪器设备进行主要的气象参数测定。
理解气象条件在大气污染和大气环境监测中发挥的作用，养成在开展监测的同时规范进行气象参数测定的职业素养。
素质目标
气象条件
你能说出哪些常见的气象条件？
气温
风向
气压
风速
相对湿度
目录/Contents
01
02
03
04
05
风、湍流与大气污染
气温与大气污染
气压与大气污染
空气湿度与大气污染
局地环流与大气污染
01
02
影响污染
气温、气压、风向、风速、相对湿度等气象条件对污染物的浓度、迁移与扩散有着重要的影响。
结果可比
将大气污染物的浓度换算为不同状态下的浓度。
气象条件测定的意义是什么？
例如，中午和下午太阳辐射强度最强，大气中的光化学烟雾污染最为严重；风向风速影响大气污染物的浓度和范围等。
气象条件影响大气污染状况
通过气温、气压的测定可以将现场温度、气压条件下的采样体积换算成标准状态或参比状态下的体积，进而将大气污染物的测定结果换算成标准状态或参比状态下的结果，使得测定结果具有可比性。
使测定结果具有可比性
01
风、湍流与大气污染
※ 相关概念
※ 风与大气扩散
※ 湍流与大气污染
※ 风的成因
※ 风向风速的测量
（一）相关概念
1、大气边界层
对流层底层，靠近地球表面、受地面摩擦阻力影响的大气层区域。
形成过程：
大气流过地面时，地面上各种粗糙元，如草、沙粒、庄稼、树木、房屋等会使大气流动受阻，这种摩擦阻力由于大气中的湍流而向上传递，并随高度的增加而逐渐减弱，达到某一高度后便可忽略。此高度称为大气边界层厚度。
（一）相关概念
风：是大气作有规则的平滑水平运动，把这种相对地面的水平运动称为“风”。
湍流：叠加于大气平均运动之上的无规则的、三维的小尺度运动。
气流
2、风与湍流
（一）相关概念
3、湍流的分类
机械湍流、热力湍流、剪切湍流
机械湍流：当风穿越或绕过地面上的固态物体，如高山、山丘、建筑物、树木或其他物体时均会在其背面产生湍流。风速越大，湍流强度越大。
（一）相关概念
3、湍流的分类
机械湍流、热力湍流、剪切湍流
热力湍流：当空气受热形成热气泡或空气柱向上爬升，因四周空气被扰动在其下方或旁边出现湍流 ，热气流越强，爬升越快，形成的湍流也越强 。
（一）相关概念
3、湍流的分类
械湍流、热力湍流、剪切湍流
剪切湍流：当两层气流以不同的速度替动并相互摩擦即发生剪切，通常在低空逆温层或冷暖空气交界处温差较大会发生剪切湍流 。
（一）相关概念
垂直于等压线，高压指向低压
——各种外力相互作用的结果
气压梯度力
重力
地转偏向力
摩擦力
惯性离心力
最为主要，是引起大气运动的直接动力
（北半球偏右，南半球偏左，赤道为零）
4、大气运动的产生
（二）风的成因
水平气压梯度力：水平气压梯度力是空气运动的直接原因，是空气运动的原始动力。
（三）风与大气扩散
1、风的两个维度（方向和速度）
风向：指风吹来的方向，通常用8或16个方位表示。
风速：指单位时间内空气在水平方向上流动的距离，常用的单位为米／秒。
风频：是在一定时间内各种风向出现的次数占所有观察次数的百分比。
（三）风与大气扩散
风向玫瑰风图
1、将风向分为8个或16个方位。
2、在各方向线上按各方向风的出现频率，截取相应的长度。
3、将相邻方向线上的截点用直线联结成闭合折线图形。
4、标注静风频率。
最大频率方向为东风，为10.6%，每一格为2%。
布局原则
污染系数
主导风
风频
对于季风区城市，应把工业污染源布设在主导风向两侧的最小风频上风向。
最小风频原则
把城市生活区布设在主导风向的上风向；而把工业区污染源布设在城市下风地带。
主导风原则
某方位的污染程度与风频(fi)成正比，与风速（Ui)成反比，计算各方位的污染系数（ri=fi/Ui)，重画风向玫瑰图，以此作为污染源的布设依据。
污染系数原则
（三）风与大气扩散
风向与污染源布局原则
（三）风与大气扩散
2、风向、风速与大气污染的基本关系
（1）风向
决定污染物的迁移方向。
风向不断的变化是平面上瞬间烟云轮廓呈蜿蜒曲折的原因。加宽时间平均的烟流宽度。
（三）风与大气扩散
（2）风速
决定污染物冲淡稀释的速率。
较大的风速意味着有较大的湍流活动。
影响输送距离。
2、风向、风速与大气污染的基本关系
（四）湍流与大气污染的基本关系（湍流扩散过程）
湍流有极强的扩散能力，它比分子扩散快105～106倍。湍流扩散是湍流运动的主要特征之一。
大气中的湍流扩散包括小尺度、中尺度和大尺度。
（四）湍流与大气污染的基本关系（湍流扩散过程）
受到小尺度的湍涡搅动，烟管的外截面不断地与周围空气相混合，并进行缓慢地扩散
烟团被大尺度的大气湍涡夹带，烟团本身截面尺度变化不大
烟团容易被湍涡拉开或撕裂而变形，使得烟团能很快的得到扩散
（四）湍流与大气污染的基本关系（湍流扩散过程）
风和湍流是决定污染物在大气中扩散状况的最直接的因子，也是最本质的因子，是决定污染物扩散快慢的决定性因素。
风速愈大，湍流愈强，污染物扩散稀释的速率就愈快。因此凡是有利于增大风速、增强湍流的气象条件，都有利于污染物的稀释扩散，否则，将会使污染加重。
（五）风向风速的测量
仪器类型
三杯风向风速表
电接风向风速仪
轻便携带式翼状风速计
热球式风速计
02
气温与大气污染
※ 大气边界层的温度场
※ 逆温的成因及形式
※ 烟型与大气稳定度的关系
※ 气温垂直分布与大气稳定度的关系
※ 气温的测量
（一）大气边界层的温度场
1.气温的概念
空气的温度是表示空气冷热程度的一个物理量，简称气温。气温是空气内能大小的定量指标。
（天气预报中：1.5m高、百叶箱内气温。）
△
摄氏温标
开尔文温标
华氏温标
（一）大气边界层的温度场
2.空气内能的改变形式
气温绝热变化
绝热冷却：气团绝热上升
绝热增温：气团绝热下沉
气温非绝热变化
热辐射(地面和大气的热交换)
热传导
热对流（气团和气团之间的热交换）
空气平流
（一）大气边界层的温度场
3.气温的垂直递减率
①干绝热垂直递减率（绝热膨胀过程）
通常取
②气温垂直递减率(实际气温随高度增加的减少值）
注意：由于空气的导热率低，所以气团上升运动可近似地认为是绝热膨胀过程。
（二）逆温的成因及形式
γ＞0
气温随着高度的增加而降低
气温随着高度的增加而增加
γ＜0
逆温
大气稳定，阻碍气流的垂直运动，使上升的污染物不能穿过逆温层而积聚在它的下面。
1.逆温形式
辐射逆温
下沉逆温
平流逆温
湍流逆温
锋面逆温
（二）逆温的成因及形式
①辐射逆温
白天
日落前
黎明前
日出后
大气吸收来自地面的长波辐射，地表相当于热源。
地表冷却更快，相当于大气的冷却源。
逆温层达到最大。
随着地面的加热，逆温层逐渐消失。
逆温层完全消失
正午10
（二）逆温的成因及形式
②下沉逆温
高空高压气团下沉 → 压缩变扁 → 顶部增温比底部多
（二）逆温的成因及形式
③平流逆温
由暖空气平流到冷地面上而下部降温而形成的逆温。
当冬季中纬度沿海地区的海上暖空气流到大陆上及暖空气平流到低地、盆地内积聚的冷空气上面时，皆可形成平流逆温。
（二）逆温的成因及形式
④湍流逆温
（二）逆温的成因及形式
⑤锋面逆温
（二）逆温的成因及形式
2.逆温层的危害
逆温层也称阻挡层，上升的污染气流不能穿过逆温层而积聚在它的下面，造成严重的大气污染现象。
逆温层的厚度
逆温层底的高度
逆温层的消失时间
逆温的强度
（三）大气稳定度
1.大气稳定度
大气稳定度是指在垂直方向上大气稳定的程度。
（三）大气稳定度
2.稳定度的简易判定
近地层大气垂直稳定度可简单用下述方法判断：
γ> 0 即大气垂直温度随高度增加而降低时，大气为不稳定状态；
γ< 0 情况与上述相反，大气稳定
γ＝ 0大气处于中性状态
γ>0
γ<0
γ＝0
h
t
Ⅰ： γ< γd 稳定
Ⅱ：γ＝ γd 层结为中性
Ⅲγ> γd不稳定
11°
11°
11°
12°
12°
12°
13°
13°
13°
11°
13°
12°
Ⅰ
γ＝0.7
13.2°
12.0°
300
100
200
11.3°
12.7°
12.0°
Ⅱ
γ＝1.0
Ⅲ
γ＝1.2
高度米
空气块运动趋势示意图
10.8°
（三）大气稳定度
3.大气稳定度分级
一般将大气稳定度分为A(极不稳定)、B(不稳定)、C(微不稳定)、D(中性)、E(微稳定)、F(稳定)
（四）烟型与大气稳定度
波浪型（不稳）
锥型（中性）
扇型（稳定）
爬升型（下稳，上不稳）
漫烟型（上稳、下不稳）
出现在阳光较强的白天，污染物的最大落地浓度距烟囱较近
烟气扩散向前推动良好，污染物输送较远
烟囱很高时，近处地面不会造成污染，在远方造成污染，烟囱很低时，会造成近地面严重污染
日落前后出现，持续时间短，对近地面污染小
日出后出现
（五）气温的测量
1.测温元件
⑴液体玻璃温度表
⑵最高、最低温度表
⑶ 自记式温度计
原理：是基于双金属片随着空气温度变化而发生变形的原理设计的。
（五）气温的测量
2.垂直气温的测量
⑴ 气球观测
⑵ 铁塔观测
⑶ 遥感仪器
3.气温测量中的防辐射设备
⑴ 屏蔽，使太阳辐射和地面反射辐射不能直接照射到测温元件上；
⑵ 增加元件的反射率；
⑶ 人工通风，促使元件散热；
⑷ 采用极细的金属丝元件，细丝具有较大的散热系数。
03
气压与大气污染
※ 气压的定义
※ 气压对污染物迁移的影响
※ 气压的变化
※ 气压的测定
（一）气压的定义
气压即大气压强。是指大气施加于单位面积上的力。某地的气压 ，就是指该地单位面积垂直向上延伸到大气层顶的空气柱的总重量。气象上常用百帕做为气压的度量单位。
1atm＝101325Pa=1013.25hPa=1013.25mbar＝760mmHg
（二）气压的变化
1.周期性变化
①空间变化：
随高度增加而降低，但各地区降低的程度不同；在同一个海拔高度，各点的气压也可能不同。
②时间变化：
日变化：早晨气压上升，下午气压下降，具双峰值特征（最高峰、次高峰；最低值、次低值）。
年变化：
大陆型——冬季气压最高，夏季气压最低；
海洋型——夏季气压最高，冬季气压最低；
高山型——高山地区的气压 夏季气压最高，冬季气压最低。
（二）气压的变化
2.气压的非周期变化
如：北半球高纬度寒潮的突发南下，强冷空气流经的地区，气压升高，属于非周期性的变化。
（三）气压对污染物迁移的影响
高气压——形成高浓度污染
风小、空气比较静稳、在高空易形成下沉逆温
2. 低气压——可减轻或消除污染
气流上升、风速较大、大气处于不稳定状态、有利于污染物的扩散，低压往往伴有降水，对污染物起到冲刷作用。
水银动槽式气压计
空盒气压计
自动记录气压计
1.气压的测定方法
（四）气压的测定
04
空气湿度与大气污染
※ 湿度
※ 湿度与大气污染
※ 空气湿度的测量
（一）湿度
1.湿度的定义
表示空气中水汽含量或表征空气干湿程度的物理量称为湿度。
空气湿度是决定云量、雾和降水状况等天气现象的重要因素。
（一）湿度
2.空气湿度的表示方法
包括水汽压、绝对湿度、比湿度、体积百分数、饱和差、相对湿度、露点等。
①水汽压(e)——大气中所含水汽产生的压力称为水汽压。单位为Pa，Kpa,mb,mmHg等。
一定温度下、一定体积的空气能够容纳的水汽分子的数量是有限度的。
水汽含量达到这个限度，称为饱和空气；——饱和水汽压E
水汽含量未达到这个限度，称为不饱和空气；
水汽含量超过这个限度，称为过饱和空气。
（一）湿度
②绝对湿度(a)——单位体积的空气中的水汽的含量。单位为g/m3。
③比湿度(q)——在同一个湿气团中，水汽的质量与该气团的总质量（水汽质量和干燥空气的质量）的比值。
④饱和差(d)——在某一温度下，空气中饱和水汽压E与实际的水汽压e的差值。d=E-e
（一）湿度
⑤相对湿度(f)——空气中的实际水汽压e与同一温度下的饱和水汽压E的百分比。
⑥露点(Td)——指空气在水汽含量和气压都不改变的条件下，冷却到饱和时的温度。
水汽含量越高，露点越高，水汽含量越低，露点越低。
（二）湿度与大气污染
空气湿度与大气污染
1.湿度大不利于污染物扩散（形成雾而下沉）；
2.湿度大有助于一次污染物转化为二次污染物。
01
02
（三）空气湿度的测量
03
通风干湿表
干湿球温度计
毛发湿度表
1.仪器类型
（四）其他主要的气象条件
1.云
云：是发生在高空的水汽凝结现象。
云在形成过程中，由于水汽凝结，会向大气释放潜热，改变大气的热力学结构，从而影响大气运动。
云的形态和变化过程，常能够说明大气层结构和运动场结构的特征。
云量：指云遮蔽天空的成数。在我国，将天空分为10等份，有几分天空被云遮盖，云量就是几。
（四）其他主要的气象条件
总云量：指所有云遮蔽天空的成数，不论云的层次和高度。
低云量：低云的云掩盖天空的成数。
云量的记录：一般总云量/低云量的形式记录，如10/7。
云的作用：水循环的载体，减小气温随高度的变化。
高云（6000m以上）
低云（2000m以下）
中云（2000-6000m）
（四）其他主要的气象条件
2.能见度
能见度：在当时的天气条件下，视力正常的人能够从天空背景中看到或辨认出目标物的最大距离，单位：m，km。
能见度的大小反应了大气的混浊现象，反映出大气中杂质的多少。大气中的雾、水汽、烟尘等，可使能见度降低。
　　1.能见度20-30公里 能见度极好 视野清晰
　　2.能见度15-25公里 能见度好 视野较清晰
　　3.能见度10-20公里 能见度一般
　　4.能见度5-15公里 能见度较差 视野不清晰
　　5.能见度1-10公里 轻雾 能见度差 视野不清晰
　　6.能见度0.3-1公里 大雾 能见度很差
　　7.能见度小于0.3公里 重雾 能见度极差
　　8.能见度小于0.1公里 浓雾 能见度极差
能见度划分标准
（四）其他主要的气象条件
①雾：是发生在与地面相接的水汽凝结现象。
大雾：使能见度降到1km以内的雾。
轻雾：能见度在1~10km的雾。
②霾：是由悬浮在大气中的细微烟、尘或盐粒等形成的物理现象。呈浅蓝色、或者微黄色或橙红色，出现时，空气的能见度小于1km。
干霾：相对湿度小于60%。
湿霾：相对湿度大于70%。
3.雾与霾
（四）其他主要的气象条件
雾与霾的区别：
① 水分含量不同
水分含量达到90%以上的叫雾；
水分含量低于80%的叫霾；
80%~90%之间的雾霾的混合物。
② 颜色不同
雾的颜色：乳白色、青白色，雾的边界很清晰，过了雾区即为晴空万里。
霾的颜色：黄色、橙灰色，与周围环境边界不明显。
（四）其他主要的气象条件
4.降水
降水：大气中降落至地面的液态或固态水的通称。如雨、雪、冰雹等。
降水对大气污染有净化作用，降水的净化作用与降水的强度和持续时间有关。
05
局地环流与大气污染
※ 局地环流
※ 地形风
※ 海陆风
※ 山谷风
※ 城市风
1 概念
2 引发因素
（一）局地环流
局地环流是一种在局部地区形成的中、小尺度（几公里、几十公里至100多公里）的区域性环流。
热力因素：下垫面性质不同（城市、农村、山地等）地形起伏，影响吸热、散热不均、从而引起温度场、风场的变化。
动力因素：地形粗糙加强了季节湍流，有利于混合扩散，改变了局地流场和气流路径。
（一）局地环流
A
C
B
高
低
低
高
低
高
地面
热
冷
冷
近地面热力环流特点
水平方向上
垂直运动上
01
从山坡吹向山谷的风
山风
02
从山谷吹向山坡的风
谷风
（二）山谷风
原因：山坡和谷底受热不均匀而产生
1.概念
在夜晚当地表变冷时，贴近山坡的空气冷却又会向下流动，这种下坡风也成为山地风或下降风。当山谷中空气流入量加大时，中部空气会被迫向上抬升，因而也会在山谷中部形成上升气流。
早晨和上午阳光照射山谷，由于太阳的加热，暖气流沿山坡向山顶运动，而在山谷中部则有源源不断的冷空气下沉补充进来。上坡风是一种山谷风或上升气流。阳光越强，谷风也越大。
山风
谷风
（二）山谷风
时间分布
出现时间
大气稳定度影响
地形高度影响
白天“谷风”，夜间“山风” 。
地形相对高度差越大，山谷风风速越大。
在时间分布上，冬天山风较强，夏天谷风较强。
谷风的风速随大气稳定度的增加而减少，山风则相反。
（二）山谷风
2.山谷风变化规律
01
02
03
若在山谷中建有排放大气污染源的工厂，往往使污染物在山谷内往返累积。
在山谷地区的夜间，由于辐射冷却和由山风带下来的冷空气容易在谷地积聚而形成很强的逆温层，大气非常稳定，显然就不利于污染物的扩散。
白天，也因地形闭塞，与外界大气交换困难，污染也不会减轻。
（二）山谷风
3.山谷风与大气污染
（三）地形风
地形风的形成与大气污染
地形风的形成：主要是地形对气流的动力作用，形成背坡风（涡流、转子流）
地形风与大气污染
（四）海陆风
1.海陆风的形成
成因：由于水面与陆面的导热率和比热不同，水域的温度变化比陆面小（升温慢、降温慢）
气温高压力小
气温低压力大
气温低压力大
气温高压力小
（四）海陆风
2.海陆风与大气污染
无论是海风还是陆风，若在大水域边建有大的大气污染排放源的工厂，势必会在污染源所在地一定区域范围内有积累性污染。
（五）城市风
城市风的形成与大气污染
1.概念
“热岛”效应——即城市比郊区、原野热，形成了城市高温区。
2.形成的原因
热力作用（大量燃料燃烧）
下垫面性状（绿化面积少、柏油马路多）
空气组成（温室气体多）
城市风——由城市热岛效应形成由农村吹向城市市区的的局地风，亦称城市热岛环流。
（五）城市风
3.城市风与大气污染
若城市效区有较多大气排放源的工厂，则会使污染物在夜间向市中心输送，使有害气体、烟尘在市区上空累积，形成严重的大气污染，加重城市的污染。

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