1、城市空氣污染氣象學(xué)緒 論2022/10/111課程目的要求了解與大氣污染相關(guān)的氣象學(xué)基本知識理解和掌握大氣圈的結(jié)構(gòu)、主要?dú)庀笠亍⒋髿夥€(wěn)定度和逆溫的概念、大氣的運(yùn)動規(guī)律掌握大氣層結(jié)構(gòu)及大氣的熱力過程污染物擴(kuò)散模式等2022/10/112參考書目（排名不分先后）氣象學(xué)與氣候?qū)W，周淑貞等，高等教育出版社，1997大氣科學(xué)概論，黃榮輝，氣象出版社，2006氣象學(xué)，陳佑淑等，氣象出版社，1994大氣動力學(xué)，劉式適等，北大出版社，1991城市氣候?qū)W，周淑貞等，氣象出版社，1994空氣污染氣象學(xué)教程，蔣維楣等，氣象出版社，2004城市化環(huán)境氣象學(xué)引論，徐祥德等，氣象出版社，2002環(huán)境氣象學(xué)與特種氣象預(yù)報

2、，吳兌等，氣象出版社，2007城市環(huán)境氣象預(yù)報技術(shù)，張書余，氣象出版社，2002城市化環(huán)境效應(yīng)與環(huán)境保護(hù)，李相然，中國建材工業(yè)出版社，2004大氣環(huán)境學(xué)，黃美元等，氣象出版社，20052022/10/113參考網(wǎng)站世界氣象組織 www.wmo.ch政府間氣候變化專門委員會 www.ipcc.ch美國國家海洋與大氣管理署（National Oceanic and Atmospheric administration) /歐洲中期數(shù)值預(yù)報中心 中國氣象局 國家氣候中心上海市氣象局 中國臺風(fēng)網(wǎng) 中國天氣上海市環(huán)境保護(hù)局 /fa/cms/shhj/index.htm上海市環(huán)境監(jiān)測中心 /home/in

3、dex.aspx美國環(huán)境保護(hù)署 /日本國立環(huán)境研究所 http:/www.nies.go.jp/index-e.html氣象學(xué)與氣候?qū)W國家精品課程2022/10/114大氣擴(kuò)散2022/10/115源受體大氣擴(kuò)散 大氣科學(xué) 大氣物理、化學(xué)大氣氣象學(xué) 污染氣象學(xué) 氣象條件對污染物稀釋、擴(kuò)散作用污染物對氣象的影響城市化能否被看作是發(fā)展程度的一個指標(biāo)？2022/10/1162022/10/117為什么發(fā)展中國家的城市空氣污染問題更為嚴(yán)重？2022/10/1181995 年大城市的空氣微粒污染情況空氣污染氣象學(xué)是近代大氣科學(xué)的一個重要分支，它以污染物在大氣中的輸送、清除、轉(zhuǎn)化過程為研究對象，并重點(diǎn)研究

4、空氣污染物散布與氣象因子的關(guān)系，預(yù)測空氣污染物的濃度分布及其對環(huán)境空氣質(zhì)量的影響。2022/10/119最核心的是大氣輸送和擴(kuò)散過程且強(qiáng)烈地依賴于氣象條件2022/10/1110氣象學(xué)研究大氣現(xiàn)象和過程，探討其演變規(guī)律和變化，并直接或間接用于指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐為人類服務(wù)的科學(xué)。天氣學(xué)著重討論天氣現(xiàn)象及演變規(guī)律，并據(jù)以預(yù)報未來天氣變化。氣候?qū)W與地理、環(huán)境科學(xué)關(guān)系最為密切，研究氣候形成、分布和變化。2022/10/1111天氣短時間（幾分鐘到幾天）發(fā)生的氣象現(xiàn)象，如雷雨、冰雹、臺風(fēng)、寒潮、大風(fēng)等。短期過程，變化快、周期短。氣候長時期內(nèi)天氣的平均或統(tǒng)計狀況，通常由某一時段的平均值及距平值表征，主要反映一個

5、地區(qū)的冷、暖、干、濕等基本特征。長期過程，變化周期長。2022/10/1112氣象學(xué)的研究內(nèi)容研究大氣的特性和狀況；研究導(dǎo)致大氣現(xiàn)象發(fā)生、發(fā)展的能量來源、性質(zhì)及其轉(zhuǎn)化；研究大氣現(xiàn)象的本質(zhì)；探討如何應(yīng)用這些規(guī)律，通過一定措施，為預(yù)測和改善大氣環(huán)境服務(wù)，使之適合于人類的生活和生產(chǎn)的需要。2022/10/1113空氣污染氣象學(xué)的研究內(nèi)容各種氣象條件下空氣污染物的散布規(guī)律不同區(qū)域范圍、不同下墊面條件和不同尺度大氣過程支配與影響下的空氣污染氣象學(xué)規(guī)律及其預(yù)測分析；大氣環(huán)境規(guī)劃與管理所需的科學(xué)依據(jù)和局地工程項(xiàng)目大氣環(huán)境影響評估所需的定性和定量分析；各類實(shí)驗(yàn)研究方法的應(yīng)用與發(fā)展。2022/10/1114空氣

6、污染氣象學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域規(guī)劃設(shè)計城市建設(shè)和工業(yè)區(qū)規(guī)劃廠址選擇與工程環(huán)境影響評價煙囪高度設(shè)計大氣污染預(yù)測與防治區(qū)域預(yù)測城市空氣質(zhì)量預(yù)測局地空氣污染和特定污染源污染物排放預(yù)測大氣環(huán)境質(zhì)量評價監(jiān)視全球環(huán)境變化2022/10/1115空氣污染氣象學(xué)研究方法現(xiàn)場觀測試驗(yàn)數(shù)學(xué)模式室內(nèi)流體物理模擬2022/10/1116大氣的組成及結(jié)構(gòu) 干潔空氣的組成 N2占78.09% O2占20.95% Ar占0.93% 三者合計達(dá) 99.97% 另外還有水汽、CO2、氣溶膠粒子及含量極少的痕量氣體（如氖、氦、氟等惰性氣體及O3、SO2、NO2、CO等）2022/10/1117大氣污染： 是指大氣中污染物質(zhì)的濃度達(dá)到了有害程

7、度，以致破壞生態(tài)系統(tǒng)和人類正常生存和發(fā)展的條件，對人和物造成危害，從而構(gòu)成大氣污染。形成大氣污染的三個要素及過程是： 污染源污染物排放 大氣狀態(tài)大氣運(yùn)動的作用 受體 對受體的影響。 2022/10/1118 大氣污染物： 以各種方式排放進(jìn)入大氣，有可能對人和生物、建筑材料及以整個大氣環(huán)境構(gòu)成危害或帶來不利影響的物質(zhì)。 一次污染物和二次污染物： 一次污染物是指直接從各種排放源進(jìn)入大氣的污染物質(zhì)；經(jīng)化學(xué)反應(yīng)生成的新的污染物質(zhì)稱之為二次污染物。2022/10/1119 大氣中的碳?xì)浠衔锏?，在陽光作用下發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，可生成臭氧、醛、酮、過氧乙酰硝酸酯（PAN）等二次污染物。 2022/10/112

8、0空氣污染物的分類顆粒物質(zhì)：指以固體或液體形式存在于空氣介質(zhì)中的分散體。其中有固體的灰塵、煙塵、煙霧以及液體的云霧和霧滴，粒徑范圍從200m到0.1m。統(tǒng)稱總懸浮顆粒物TSP（Total Suspended Particles）。 降塵，粒徑大于10m，重力作用下可以降落 飄塵，粒徑小于10m的顆粒物，如煤煙、煙氣和霧等。 硫化物：常以二氧化硫和硫化氫的方式進(jìn)入大氣，一部分以亞硫酸及硫酸（鹽）微粒形式進(jìn)入大氣。碳氧化物： 一氧化碳和二氧化碳。氮氧化物： 包括 NO、 NO2等多種化合物，及可能產(chǎn)生的二次污染物。 碳?xì)浠衔铮喊ㄍ闊N、烯烴和芳烴等復(fù)雜多樣的物質(zhì)組成。另外還有：鹵化物、氧化劑、放

9、射性物質(zhì)等。2022/10/11212022/10/1122以污染物的化學(xué)性質(zhì)及它們存在的大氣環(huán)境狀況，大氣污染可分為還原型污染和氧化型污染。 （1）還原型（煤炭）污染： 這類污染的主要污染物 SO2、CO等顆粒在低溫、高濕度的陰天，且風(fēng)速很小，伴有逆溫存在的情況下，一次污染物受阻，容易在低空聚積，生成還原性煙霧。倫敦?zé)熿F事件就是這類還原型污染的典型代表，故這類污染又稱倫敦?zé)熿F型。 2022/10/1123（2）氧化型（汽車尾氣型）污染 這類污染多發(fā)生在以石油燃料為主地區(qū)，污染物主要來源是汽車排氣、燃油鍋爐以及石油化工企 業(yè)。主要的一次污染物是一氧化碳、氮氧化物、碳?xì)浠衔锏取?這些污染物在太

10、陽光照射下能夠引起光化學(xué)反應(yīng)，生成二次污染物臭氧、醛類、過氧乙酸硝酸酯等物質(zhì)。這類物質(zhì)具有極強(qiáng)的氧化性，對人的眼睛等粘膜有強(qiáng)刺激作用。洛杉磯光化學(xué)煙霧就屬此型污染。2022/10/1124 根據(jù)燃料的性質(zhì)和大氣污染物的組成和反 應(yīng)，亦可把大氣污染劃分為下面四種類型：（1）煤炭型：煤炭型污染的代表污染物是由煤炭燃燒時放出的煙氣、粉塵、二氧化硫等構(gòu)成的一次污染物，以及由這些污染物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而生成的硫酸、硫酸鹽類氣溶膠等二次污染物。（2）石油型（3）混合型（4）特殊型 2022/10/1125空氣污染物濃度質(zhì)量濃度： 單位體積空氣中含污染物質(zhì)量，mg/m3；體積濃度： 污染物體積與整個空氣容積之

11、比，ppm，或ppb、ppt。它適用于氣體污染物計量濃度。兩種濃度的相互轉(zhuǎn)換： X為質(zhì)量濃度單位 Y為體積濃度單位 A為污染物的摩爾質(zhì)量2022/10/1126空氣污染源分類（1）按照人類生產(chǎn)活動內(nèi)容分類工業(yè)源：工業(yè)生產(chǎn)過程中排放廢氣，煙囪。農(nóng)業(yè)源：使用農(nóng)藥化肥過程中產(chǎn)生或殘留于地面和土壤中，并經(jīng)大氣輸送和擴(kuò)散進(jìn)入大氣層。城市生活源：商業(yè)、交通、生活活動中排放廢氣等。如爐灶和采暖鍋爐、交通運(yùn)輸?shù)膹U氣等。2022/10/1127（2）按污染源排放方式連續(xù)源：持續(xù)、定常方式向大氣層排放。如持續(xù)生產(chǎn)的煙囪。間歇源：規(guī)則或不規(guī)則間歇性排放。如非連續(xù)生產(chǎn)的煙囪。瞬時源：以突發(fā)性的方式在短時間內(nèi)排放。如爆

12、炸等。（3）按污染源排放位置固定源：如煙囪、居民生活排放等。移動源：如車、船、飛機(jī)等。無組織排放源：無規(guī)則或泄漏向大氣層排放，如火災(zāi)、事故。（4）按污染物排放高度高架源：如工廠煙囪。地面源：如居民生活排放。2022/10/1128（5）按污染物排放口的形式點(diǎn)源：排放口是一定口徑的點(diǎn)狀排放，如煙囪。線源：排放口構(gòu)成線狀排放，如天窗排氣，道路車輛。面源：在一定區(qū)域范圍，以低矮密集方式自地面或不大的高度排放。體源：由源本身或附近建筑物的空氣動力學(xué)作用使污染物呈一定體積向大氣層排放，如樓房的通風(fēng)排氣設(shè)施等。2022/10/11292022/10/1130全球主要大氣污染物的來源、發(fā)生量、背景濃度物質(zhì)

13、人為源發(fā)生量（t/a）自然源發(fā)生量（t/a）大氣中背景濃度 停留時間SO2 146106 148106 0.210-9 4dH2S 3106 100106 0.210-9 2dCO 304106 33106 10-7 3aNO 53106 430106 （0.22）10-9 5d NO2 53106 658106 （0.54）10-9 5dNH3 4106 1160106 （620）10-9 7dHC 88106 CH4：1.6109 CH4：1.510-6 4a（CH4） 萜?。?00106 非CH4：10-9 4a（CH4）CO2 1.41010 1012 32010-6 24a顆粒物 2

14、40106（5m）630106 （5m） 源強(qiáng)一般以源強(qiáng)來表示污染源排放污染物質(zhì)量的速率，即污染物的排放率。對點(diǎn)源：源強(qiáng)是單位時間排放污染物的質(zhì)量，g/s、hg/h。對線源：源強(qiáng)是單位時間和單位長度排放的污染物質(zhì)量，g/(s.m)對面源：源強(qiáng)是單位時間及單位面積上所排放污染物質(zhì)的量，g/(s.m2)、kg/(h.km2)對瞬時源：以一次排放污染物的總質(zhì)量表示源強(qiáng)。2022/10/1131我國大氣污染的基本特點(diǎn) （1）以粉塵和二氧化硫?yàn)榇淼拿簾熜臀廴臼俏覈髿馕廴镜闹饕卣鳌?主要污染物是降塵和總懸浮顆粒物TSP，其次是二氧化硫。少數(shù)大城市（如北京、上海、廣州等）屬于煤煙與汽車尾氣污染并重類型

15、。 2022/10/1132TSPSO2NOx1999年全國重點(diǎn)城市主要大氣污染物分布（2）我國大氣污染的程度有明顯的空間和時間上的差異。 在空間上，北方城市污染程度重于南方城市，尤以冬季更顯著。如從SO2濃度來看，北方有30%的城市超過國家二級標(biāo)準(zhǔn)，南方只有19.2% 。降塵現(xiàn)象，也是北方大于南方。但酸雨現(xiàn)象，南方重于北方。時間上，我國大氣污染冬季重于夏季，污染物的濃度早晚又高于中午。我國大氣污染在產(chǎn)煤區(qū)普遍嚴(yán)重，尤其在產(chǎn)高硫煤區(qū)。 2022/10/1133我國大氣污染嚴(yán)重的原因 （1）直接燃煤是我國大氣污染嚴(yán)重的根本原因。（2）能源浪費(fèi)嚴(yán)重，燃燒方式落后，加重了大氣污染。（3）城市和交通沿

16、線，由于車流量大，道路設(shè)施不足，形成交通阻塞，也是城市大氣污染加重的一個原因。（4）城市布局不合理，人口密度過大，工廠集中等都對大氣污染產(chǎn)生重要影響。 2022/10/11342022/10/1135城市空氣污染氣象學(xué)緒論22022/10/11362022/10/1137現(xiàn)代氣候?qū)W概念氣候系統(tǒng)（Climatic system）1974年在斯德哥爾摩召開的世界氣象組織（WMO）和國際科聯(lián)（ICSU）聯(lián)席會上，明確提出了這一概念：氣候系統(tǒng)指的是大氣圈同水圈、冰雪圈、巖石圈、生物圈之間相互作用的整體，它的主要能量源是太陽輻射。氣候系統(tǒng)概念的建立是現(xiàn)代氣候?qū)W理論研究的一個極其重要的進(jìn)展，它為從整體上研

17、究地球氣候及其形成和變化奠定了理論基礎(chǔ)。372022/10/1138現(xiàn)代氣候?qū)W概念氣候是在太陽輻射作用下，地球表層內(nèi)部各子系統(tǒng)之間，在較長時段內(nèi)相互聯(lián)系、相互作用所達(dá)到的一種平衡狀態(tài)。因此，氣候的形成和變化不僅是大氣圈內(nèi)部狀態(tài)和行為的反映，以及海陸分布、地形（地貌）、地面特征、冰雪覆蓋等對大氣圈的“單向”影響，而是整個氣候系統(tǒng)中各圈層之間相互聯(lián)系、相互作用所組成的復(fù)雜系統(tǒng)的總體行為?，F(xiàn)代氣候?qū)W把氣候看成是動態(tài)的，不斷變化的。它的主要任務(wù)就是研究氣候變化?，F(xiàn)代氣候?qū)W從概念上已經(jīng)不再是過去常常被作為氣象學(xué)或地理學(xué)的一個分支學(xué)科，而是大氣科學(xué)、海洋學(xué)、地球物理和地球化學(xué)、地理學(xué)、地質(zhì)學(xué)、冰川學(xué)、天文

18、學(xué)、生物學(xué)以至軟科學(xué)、有關(guān)社會科學(xué)等眾多學(xué)科相互滲透共同研究的交叉科學(xué)。 382022/10/1139氣候系統(tǒng)的屬性 熱力屬性：包括空氣、水、冰和陸地表面的溫度分布； 動力屬性：包括風(fēng)、洋流及與之相聯(lián)系的垂直運(yùn)動和冰體運(yùn)動； 水分屬性：包括空氣濕度、云量及云中含水量、降水量、土壤濕度、河湖水流、水域、冰雪等； 靜力屬性：包括大氣和海水的密度和壓強(qiáng)、大氣的組成成分、大洋鹽度及氣候系統(tǒng)的幾何邊界和物理常數(shù)等； 生物屬性：包括空中、陸地和海洋中的一切生物及人類活動。 這些屬性在一定的外因條件下，通過氣候系統(tǒng)內(nèi)部的物理、化學(xué)和生物過程相互作用，并在不同時間尺度內(nèi)變化著，形成不同時期的氣候特征。 392

19、022/10/1140氣候形成的三大因素太陽輻射大氣活動的能量之源，大氣過程的主宰力量。（外部因素）大氣環(huán)流輸送熱量和水分的機(jī)制，是直接控制氣候過程的因素。（本身）地理環(huán)境下墊面的影響、人類活動的影響。只有地理?xiàng)l件才是氣候特征的決定因素。402022/10/1141氣候系統(tǒng)示意圖412022/10/114242大氣的氣體組成成份大氣的熱力結(jié)構(gòu):按熱力結(jié)構(gòu)不同，垂直方向上可分為：對流層、平流層、中層、熱層、外層。對流層：（10km左右）集中了大氣質(zhì)量的3/4和全部的水蒸氣，主要天氣現(xiàn)象都發(fā)生在這一層溫度隨高度的增加而降低，每升高100m平均降溫0.650C強(qiáng)烈對流作用溫度和濕度的水平分布不均20

20、22/10/1143大氣邊界層對流層下層12km，地面阻滯和摩擦 作用明顯自由大氣大氣邊界層以上，地面摩擦可以忽略 近地層地面上50100m，熱量和動量的常通量層平流層（對流層頂5055km）同溫層對流層頂3540km，氣溫-550C左右同溫層以上，氣溫隨高度增加而增加集中了大部分臭氧沒有對流運(yùn)動，污染物停留時間很長中間層（平流層頂85km）氣溫隨高度升高而迅速降低對流運(yùn)動強(qiáng)烈2022/10/1144暖層（中間層頂800km）氣溫隨高度升高而增高氣體分子高度電離電離層散逸層（暖層以上）氣溫很高，空氣稀薄空氣粒子可以擺脫地球引力而散逸大氣壓力總是隨高度的升高而降低均質(zhì)大氣層8085km以下，成分

21、基本不變2022/10/11452022/10/114646大氣圈2022/10/1147飛機(jī)一般在什么高空中飛行？臭氧層作為人類生存環(huán)境的天然屏障，一般在什么高度？無線電短波通信一般依靠哪一層？472022/10/114848在對流層內(nèi)，從動力學(xué)的觀點(diǎn)可把大氣層次劃分為：自由大氣層 、邊界層(摩擦層)和近地面層2022/10/11492022/10/1150水圈、陸面、冰雪圈和生物圈地球上七大洲面積和四大洋面積比較（單位：百萬平方公里） 502022/10/1151水圈：海洋是由世界大洋和鄰近海域的含鹽海水所組成。其總面積為3.6 億km2，約占地球表面的71，相當(dāng)于陸地面積的2.5倍。無論

22、從力學(xué)和熱力學(xué)效應(yīng)來看，海洋在氣候系統(tǒng)中具有最大的慣性，是一個巨大的能量貯存庫。陸面：巖石圈。在近代氣候變化的時間尺度內(nèi)，除火山爆發(fā)外，對大氣的作用主要還是發(fā)生在陸地表面。冰雪圈：冰川和冰原的體積變化與海平面高度的變化有很大關(guān)系。由于冰雪具有很大的反射率，在冰雪覆蓋下，地表（包括海洋和陸地）與大氣間的熱量交換被阻止，因此冰雪對地表熱量平衡有很大影響。它是氣候系統(tǒng)中的一個重要子系統(tǒng)。生物圈：生物對于大氣和海洋的二氧化碳平衡，氣溶膠粒子的產(chǎn)生，以及其它與氣體成分和鹽類有關(guān)的化學(xué)平衡等都有很重要的作用。512022/10/1152氣候系統(tǒng)的基本特性氣候系統(tǒng)是一個非常復(fù)雜的非線性系統(tǒng)，各子系統(tǒng)雖能彼此

23、獨(dú)立地客觀存在著，而其相互作用卻又決定著各子系統(tǒng)的演化行為。一般從以下幾個方面來描述氣候系統(tǒng)的基本特性： 氣候過程、氣候態(tài)及時間尺度、反饋過程、外源強(qiáng)迫、敏感性、可預(yù)報性、參數(shù)化。522022/10/1153現(xiàn)代氣象概念 氣象是地球自然環(huán)境巨系統(tǒng)中的一個系統(tǒng)，是天氣、氣候、氣候變化的集合。其中天氣是指在太陽輻射作用下，在較短時段內(nèi)地球大氣圈的狀態(tài)和行為；氣候是指在太陽輻射作用下，地球表層的大氣圈、海洋圈、冰雪圈、陸面圈、生物圈在一較長時段內(nèi)，相互聯(lián)系、相互作用的總體行為與狀態(tài)；氣候變化是指由于自然界的外源強(qiáng)迫或是由于氣候系統(tǒng)固有的內(nèi)部過程與人類活動的強(qiáng)迫相互聯(lián)系與作用，造成氣候要素在連續(xù)幾十年

24、或更長時間的長期統(tǒng)計結(jié)果的任何系統(tǒng)性變化。532022/10/1154有關(guān)大氣的物理性狀主要的氣象要素有哪些？大氣中的溫度一般以百葉箱中的干球溫度代表。1個大氣壓1013.25hPa=760mmHg為什么要用干濕溫度計來測量濕度？比濕的特點(diǎn)54地面觀測場2022/10/11552022/10/1156原理：濕紗布上水分蒸發(fā)散熱，使?jié)袂蛏蠝囟缺雀汕虻臏囟鹊?，其相差度?shù)與空氣中相對濕度成一定比例。使用方法：1、將濕球溫度計紗布潤濕后固定于測定地點(diǎn)約10分鐘后，先讀濕球溫度，再讀干球溫度，記下二者的差數(shù)。2、轉(zhuǎn)動干濕球溫度計上的圓滾筒，在其上端找出干濕球溫度差數(shù)（.F）。3、在實(shí)測濕球度數(shù)的水平位置

25、作一水平線與中央圓筒旁豎行相交點(diǎn)的讀數(shù)，即相對濕度百分?jǐn)?shù)。56干濕球溫度計主要?dú)庀笠貧庀笠兀ㄒ蜃樱?表示大氣狀態(tài)的物理現(xiàn)象和物理量與大氣污染關(guān)系密切的氣象要素主要有： 氣溫 氣壓 空氣濕度（氣濕）、 風(fēng)（風(fēng)向、風(fēng)速） 云量云狀 能見度 降水 蒸發(fā)、日照時數(shù)、太陽輻射、地面輻射、大氣輻射等。2022/10/11571氣溫 表示大氣溫度高低的物理量。天氣預(yù)報中：1.5m高、百葉箱內(nèi)氣溫。 2022/10/11582氣壓 任一點(diǎn)的氣壓值等于該地單位面積上的大氣柱重量。 氣壓總是隨高度的增加而降低的。氣壓隨高度遞減關(guān)系式可用氣體靜力學(xué)方程式描述，即P=-gZ，其積分式壓高公式： 據(jù)實(shí)測近地層高度

26、每升高100米，氣壓平均降低約12.4毫巴（1mb=100Pa) ，在高層小于此值。單位：mb（毫巴） 大氣的壓強(qiáng)1atm101326Pa1013.26mb=760mmHg靜力學(xué)方程：2022/10/1159城市空氣污染氣象學(xué)第一章 緒論（續(xù)）2022/10/1160主要?dú)庀笠貧庀笠兀ㄒ蜃樱?表示大氣狀態(tài)的物理現(xiàn)象和物理量與大氣污染關(guān)系密切的氣象要素主要有： 氣溫 氣壓 空氣濕度（氣濕）、 風(fēng)（風(fēng)向、風(fēng)速） 云量云狀 能見度 降水 蒸發(fā)、日照時數(shù)、太陽輻射、地面輻射、大氣輻射等。2022/10/11613濕度 反映空氣中水汽含量和空氣潮濕程度的一個物理量。 常用的表示方法有：絕對濕度、水

27、蒸氣壓力、體積百分比、比濕、相對濕度、露點(diǎn)等。 絕對濕度1m3濕空氣中含有的水汽質(zhì)量相對濕度空氣的絕對濕度與同溫度下飽和空氣的絕對濕度的百分比比濕濕空氣中1kg干空氣包含的水汽質(zhì)量水汽體積分?jǐn)?shù)水汽在濕空氣中所占的體積分?jǐn)?shù)露點(diǎn)同氣壓下空氣達(dá)到飽和狀態(tài)時的溫度2022/10/1162 4.風(fēng)向和風(fēng)速（wind speed and direction) 什么是風(fēng)？空氣的流動就形成風(fēng)。 風(fēng)的形成：風(fēng)主要由于氣壓的水平分布不均勻而引起的，而氣壓的水平分布不均是由溫度分布不均造成。 2022/10/1163 風(fēng)的形成除熱力原因外，還有動力原因，自然界的風(fēng)是由于這兩種原因綜合作用的結(jié)果，但只要有溫差存在，空

28、氣就不會停止運(yùn)動。 水平(horizontal)方向的空氣運(yùn)動稱為風(fēng)。 （垂直方向升降氣流） 風(fēng)的來向叫風(fēng)向（16個方位圓周等分）風(fēng)速：單位時間內(nèi)空氣在水平方向上運(yùn)動距離（2或10min平均） (km/h) F風(fēng)力級（012級） 2022/10/11642022/10/1165 風(fēng)玫瑰圖 2022/10/1166風(fēng)速,m/s 某地區(qū)1988年的風(fēng)玫瑰圖。同心圓表示風(fēng)的頻率，例如，吹南風(fēng)的頻率約為11，其中風(fēng)速大于10.82m/s的頻率約為1，風(fēng)速在3.355.41m/s的頻率為3.5左右。1、沙塵暴由于強(qiáng)風(fēng)將地面大量塵沙吹起，使空氣很泥濁，水平能見度小于1.0千米。2、揚(yáng)沙由于風(fēng)大將地面塵沙吹

29、起，使空氣相當(dāng)混濁，水平能見度在1.0千米至10.0千米以內(nèi)。3、浮塵塵土、細(xì)沙均勻地浮游在空中，使水平能見度小于10.0千米。浮塵多為遠(yuǎn)處塵沙經(jīng)上層氣流傳播而來，或?yàn)樯硥m暴、場沙出現(xiàn)后尚未下沉的細(xì)粒浮游空中而成。4、煙幕大量的煙存在空氣中，使水平能見應(yīng)小于10.0千米。城市、工礦區(qū)上空的煙幕呈黑色、灰色或褐包，濃時可以聞到煙味。5、霾大量極細(xì)微的干塵粒等均勻地浮游在空中，使水平能見度小于10.0千米的空氣普遍混濁現(xiàn)象。霾使遠(yuǎn)處光亮物體微帶黃、紅色，而使黑暗物體微帶蘭色。6、塵卷風(fēng)因地面局部強(qiáng)烈增熱，而在近地面氣層中產(chǎn)生的小旋風(fēng)，塵沙及其它細(xì)小物體隨風(fēng)卷起，形成塵柱。很小的塵卷風(fēng)，直徑在兩米以

30、內(nèi)，高度在十米以下的不記錄。7、大風(fēng)瞬間風(fēng)速達(dá)到或超過17.0米秒(或目測估計風(fēng)力達(dá)到或超過8級)的風(fēng)。8、颮突然發(fā)作的強(qiáng)風(fēng)，持續(xù)時間短促。出現(xiàn)時瞬間風(fēng)速突增，風(fēng)向突變，氣象要素隨之亦有劇烈變化，常伴隨雷雨出現(xiàn)。2022/10/11672022/10/11685、云云：是發(fā)生在高空的水汽凝結(jié)現(xiàn)象。 形成的基本條件：水蒸汽和使水蒸汽達(dá)到飽和凝結(jié)的環(huán)境云量：指云遮蔽天空的成數(shù)。在我國，將天空分為10等份，有幾分天空被云遮蓋，云量就是幾。如：云占天空的1/10，云量記為1；在云層中有少量空隙（空隙總量不到天空的1/20）記為10；當(dāng)天空無云或云量不到1/20時，云量為0。 國外，將天空分為8等份。

31、國外云量與我國云量間的關(guān)系，國外云量1.25=我國云量總云量：指所有云遮蔽天空的成數(shù)，不論云的層次和高度。低云量：低云的云掩蓋天空的成數(shù)。 云量的記錄：一般總云量/低云量的形式記錄，如10/7。 云高：指云底距地面的垂直距離，以米為單位。測定方法：激光測云儀、弧光測云儀等，目力測定法 6能見度：在當(dāng)時的天氣條件下，視力正常的人能夠從天空背景中看到或辨認(rèn)出目標(biāo)物的最大距離級別（09級，相應(yīng)距離為5050000米） ，單位：m，Km。能見度的大小反應(yīng)了大氣的混濁現(xiàn)象，反映出大氣中雜質(zhì)的多少。大氣中的霧、水汽、煙塵等，可使能見度降低。 2022/10/1169繪圖方法：一般是先在紙上畫九個同心圓。圓

32、心代表觀測點(diǎn)，自近而遠(yuǎn)地每圈分別代表0.1，0.2，0.5，1.0，2.0，5.0，10.0，20.0，50.0千米的距離。然后把所有目標(biāo)物按其所在方位、距離，分別標(biāo)在相應(yīng)的位置上。近距離的目標(biāo)物也可單獨(dú)繪制，以使圖象更為清晰。2022/10/11702022/10/11717、太陽高度角 太陽高度角為太陽光線與地平線間的夾角，是影響太陽輻射強(qiáng)弱的最主要的因子之一。ho即太陽高度角，它隨時間而變化。8、降水 降水是指大氣中降落至地面的液態(tài)或固態(tài)水的通稱。如雨、雪等。降水是清除大氣污染物的重要機(jī)制之一。2022/10/1172空氣狀態(tài)方程理想氣體狀態(tài)方程干空氣狀態(tài)方程濕空氣狀態(tài)方程虛溫的引入及意

33、義 虛溫的意義是在同一壓強(qiáng)下，干空氣密度等于濕空氣密度時，干空氣應(yīng)有的溫度。虛溫和實(shí)際溫度之差為： 可見空氣中水汽壓越大，這一差值也越大。72城市空氣污染氣象學(xué)第二章 大氣輻射華東師范大學(xué)資環(huán)學(xué)院樂 群2022/10/1173一、大氣的熱力狀況When the flow of incoming solar energy is balanced by an equal flow of heat to space, Earth is in radiative equilibrium, and global temperature is relatively stable. Anything tha

34、t increases or decreases the amount of incoming or outgoing energy disturbs Earths radiative equilibrium; global temperatures rise or fall in response. 2022/10/1174752022/10/1175輻射的基本概念自然界中的一切物體都以電磁波的方式向四周放射能量，這種傳播能量的方式稱為輻射。通過輻射傳播的能量稱為輻射能，也簡稱為輻射。輻射是能量傳播方式之一，也是太陽能傳輸?shù)降厍虻奈ㄒ煌緩?。輻射能是通過電磁波的方式傳輸?shù)摹庀髮W(xué)中，通常以焦耳

35、（J）作為輻射能的單位。這種輻射能量的現(xiàn)象又叫熱輻射。熱輻射是傳遞熱量的一種方式，以光速傳播，既不靠介質(zhì)，也不靠對流。762022/10/1176溫度升高，輻射的總功率就會增大，并且輻射的電磁波的波長將移向短波。例：鐵棒的加熱2022/10/1177物體對輻射的吸收、反射和透射投射到物體上的總輻射能為 Qo,，被分成三部分，即吸收Qa 、反射Qr 、透射Qd 。根據(jù)能量守恒定律：Qo=Qa+Qr+Qd 第一項(xiàng)，吸收的輻射能量與投射到其上的總輻射能量之比，是吸收率第二項(xiàng)，反射出的輻射能量與投射到其上的總輻射能量之比，是反射率第三項(xiàng)，透射過的輻射能量與投射到其上的總輻射能量之比，是透射率 即： a

36、+r+d=1對于一般物體來講是不透明的，則用于透射的能量為零，d=0,則公式變?yōu)閍+r=1 對于同一物體，吸收率大則反射率小，反之，吸收率小則反射率大。物體的吸收率、反射率和透射率大小隨著輻射的波長和物體的性質(zhì)而改變。772022/10/1178絕對黑體在理想狀態(tài)下，為了研究方便，假設(shè)某種物體對所有波長電磁波都一視同仁，吸收率為同一個小于1的值，這種物體叫灰體；若吸收率不但一致，而且為1，即全部吸收，這種物體為絕對黑體，簡稱黑體。78792022/10/1179有關(guān)輻射的三個基本定律： 基爾荷夫定律（Kirchhoff） 斯蒂芬玻爾茲曼定律（Stefan-Boltzman） 維恩位移定律（We

37、in） 有此三個輻射定律，絕對黑體的輻射規(guī)律就容易確定，因?yàn)樗鼈儼押隗w的溫度與其輻射光譜聯(lián)系起來了。即使對非黑體，只要知道它們的溫度和吸收率，利用基爾荷夫定律，它們的輻射能力也可以確定。802022/10/1180基爾荷夫定律（Kirchhoff） 在一定波長、一定溫度下，一個物體的吸收率等于同溫度、同波長的反射率。 同一物體在溫度T時它放射某一波長的輻射，那么在同一溫度下也吸收這一波長的輻射。 基爾荷夫定律適用于處于輻射平衡的任何物體。對流層和平流層大氣以及地球表面都可以認(rèn)為是處于輻射平衡狀態(tài)，因此可直接應(yīng)用這一定律。812022/10/1181斯蒂芬玻爾茲曼定律（Stefan-Boltzm

38、an） 黑體的總放射能力與它本身的絕對溫度的四 次方成正比，即： 斯蒂芬玻爾茲曼常數(shù) 可以根據(jù)此計算黑體在溫度T時的輻射強(qiáng)度，也可以由黑體的輻射強(qiáng)度求得其表面溫度。822022/10/1182維恩位移定律（Wein）黑體單色輻射強(qiáng)度極大值對應(yīng)的波長與其絕對溫度成反比。物體的溫度愈高，其單色輻射極大值所對應(yīng)的波長愈短；反之，物體的溫度愈低，其輻射的波長愈長。832022/10/1183太陽輻射光譜和太陽常數(shù)按太陽輻射光線的波長順序而成的波譜叫做太陽輻射光譜。 太陽表面溫度6000K，太陽輻射最強(qiáng)的波長為0.457微米，稱短波輻射，太陽中心為2萬多度。 大氣約250K，大氣輻射稱長波輻射 地面約3

39、00K，地面輻射稱長波輻射三個光譜區(qū)：紫外線光譜區(qū)（波長小于0.4m）可見光光譜區(qū)（波長在0.40.76m）紅外線光譜區(qū)（波長大于0.76m）The Suns surface temperature is 5,500 C, and its peak radiation is in visible wavelengths of light. Earths effective temperaturethe temperature it appears when viewed from spaceis -20 C, and it radiates energy that peaks in therm

40、al infrared wavelengths. (Illustration adapted from Robert Rohde.)2022/10/1184852022/10/1185太陽常數(shù)：1370w/m2 必須在日地平均距離條件下，在地球大氣上界，垂直于太陽光線的1cm2面積上，1min內(nèi)接受的太陽輻射能量稱為太陽常數(shù)。注意： 日地平均距離 大氣上界 到達(dá)大氣上界的太陽輻射The amount of solar radiation received at Earths surface varies by time and latitude. This graph illustrates

41、the relationship between latitude, time, and solar energy during the equinoxes. The row of illustrations beneath the graph shows how the time of day (A-E) affects the angle of incoming sunlight (revealed by the length of the shadow) and the lights intensity. On the equinoxes, the Sun rises at 6:00 a

42、.m. everywhere. The strength of sunlight increases from sunrise until noon, when the Sun is directly overhead along the equator (casting no shadow). After noon, the strength of sunlight decreases until the Sun sets at 6:00 p.m. During the equinoxes, the tropics (from 0 to 23.5 latitude) receive abou

43、t 90% of the energy that falls on the equator, the mid-latitudes (45) roughly 70%, and at the Arctic and Antarctic Circles (66.6) about 40%. (NASA illustration by Robert Simmon.)2022/10/1186872022/10/1187太陽輻射光譜穿過大氣后： 總輻射明顯減弱 輻射能隨波長的分布變得極不規(guī)律 波長短的輻射能減弱得更為明顯。2022/10/1188 1、大氣對太陽輻射的吸收有選擇性 占大氣體積的99%以上的氮、

44、氧對太陽輻射的吸收微弱，而含量不多的水氣、二氧化碳和臭氧可以吸收某些波段的太陽輻射能。88地面大氣通過太陽輻射增溫每天不足1，例如：秋天最高氣溫20 ，最低氣溫5 ，日較差15 ；可見，大氣溫度升高不是通過吸收太陽輻射來的。892022/10/1189 2、散射太陽輻射通過大氣時遇到空氣分子、塵埃、云滴等介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)時，都要發(fā)生散射，但散射并不像吸收那樣把輻射變成熱能，而是改變了輻射的方向，使太陽輻射的以質(zhì)點(diǎn)為中心向四面八方傳播。分子散射（瑞利散射 ）：對一定大小的分子而言，散射能力與波長的四次方成反比，這種散射具有選擇性。波長愈小散射能力越強(qiáng)，波長較短的可見光為青藍(lán)紫光，這是天空藍(lán)色的原因。米散

45、射（粗粒散射）：質(zhì)點(diǎn)往往是直徑較大的灰塵、冰晶等。太陽輻射遇到粗粒，散射沒有選擇性，輻射的各種波長都同樣地被散射。當(dāng)空中存在較多的塵埃、或霧等粗粒時，太陽輻射的長短波都被同等的散射，使天空呈現(xiàn)灰白色，也叫漫射。902022/10/11903、反射無選擇性云層、塵埃具有強(qiáng)烈的反射作用對各種波段的光都反射，因而呈白色。隨著云層增厚反射能力也增強(qiáng)。平均為50%55%。反射率： 高云 25；中云 50；低云 65 薄云 1020；厚云 90912022/10/1191太陽輻射在大氣中的減弱主要是大氣中的水汽、CO2、微塵、氧、O3、及云滴、霧、冰晶、空氣分子的吸收、散射、反射。大氣對太陽輻射的減弱，依

46、次為：反射散射吸收為什么雨后天晴時，天空多呈現(xiàn)青藍(lán)色？當(dāng)天空中存在較多塵埃或霧粒時，天空為什么會呈現(xiàn)灰白色？2022/10/1192到達(dá)地面的太陽輻射一般來講，全球平均而言： 太陽輻射30%被散射和漫射稱行星反射率 20%被大氣、云層吸收 50%到達(dá)地面被吸收（稱總輻射，它包括兩個部分：直接輻射和散射輻射。）922022/10/1193總輻射：直接輻射和散射輻射 太陽以平行光線的形式直接投射到地面上的稱為直接輻射。影響直接輻射：太陽高度角和大氣透明度 1、高度角越小，等量太陽輻射散布的面積越大，地表單位面積上獲得的太陽輻射越小?！笆蛛娡残?yīng)” 2、高度角越小，輻射穿過的大氣層越厚， 輻射減弱的

47、越多，到達(dá)地表的直接輻射越小。932022/10/11943、大氣透明度： 大氣干凈的程度。它取決于大氣中所含水汽、水汽凝結(jié)物和塵粒雜質(zhì)的多少，這些物質(zhì)越多，大氣透明度越差。如西北的沙塵暴遮天蔽日，飛沙走石，白天尚需電燈，而大雨大雪后的天空是澄凈的大氣透明度高。大氣透明度可以用透明系數(shù)來表示（p）（布格公式）94實(shí)質(zhì)上p表示太陽輻射穿過大氣后的削弱程度，若p=0.8 就表示削弱了20% ，若=1則大氣透明度為最大。2022/10/1195大氣質(zhì)量在地面為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓時，太陽光線垂直投射到地面（h=90)所經(jīng)過的路程中，規(guī)定單位面積的空氣柱的質(zhì)量為1個大氣質(zhì)量。太陽高度角小時，則大氣質(zhì)量數(shù)要增大。

48、95090所以說，根據(jù)Bougure布格公式，到達(dá)地面的太陽輻射的多少，最主要是受到太陽高度角的影響。2022/10/1196太陽直接輻射隨時間空間的變化規(guī)律：同一地點(diǎn)，在同一天，日出日暮時太陽高度角最小直接輻射最弱；中午太陽高度角最大直接輻射最強(qiáng)。在一年中，夏季最強(qiáng)；冬季最弱。不同緯度，低緯度一年各季太陽高度角都很大，地面得到的直接輻射較中、高緯度大得多。962022/10/1197散射輻射97太陽高度角（h)大 散射輻射強(qiáng)小 散射輻射弱大氣透明度（p）大 散射輻射弱小 散射輻射強(qiáng)城市空氣污染氣象學(xué)第二章 大氣輻射22022/10/1198回顧有關(guān)輻射的三個基本定律大氣對輻射的吸收、反射、透

49、射和散射2022/10/11992022/10/11100到達(dá)地面的太陽輻射一般來講，全球平均而言： 太陽輻射30%被散射和漫射稱行星反射率 20%被大氣、云層吸收 50%到達(dá)地面被吸收（稱總輻射，它包括兩個部分：直接輻射和散射輻射。）1002022/10/11101總輻射：直接輻射和散射輻射 太陽以平行光線的形式直接投射到地面上的稱為直接輻射。影響直接輻射：太陽高度角和大氣透明度 1、高度角越小，等量太陽輻射散布的面積越大，地表單位面積上獲得的太陽輻射越小?！笆蛛娡残?yīng)” 2、高度角越小，輻射穿過的大氣層越厚， 輻射減弱的越多，到達(dá)地表的直接輻射越小。1012022/10/111023、大氣

50、透明度： 大氣干凈的程度。它取決于大氣中所含水汽、水汽凝結(jié)物和塵粒雜質(zhì)的多少，這些物質(zhì)越多，大氣透明度越差。如西北的沙塵暴遮天蔽日，飛沙走石，白天尚需電燈，而大雨大雪后的天空是澄凈的大氣透明度高。大氣透明度可以用透明系數(shù)來表示（p）（布格公式）102實(shí)質(zhì)上p表示太陽輻射穿過大氣后的削弱程度，若p=0.8 就表示削弱了20% ，若=1則大氣透明度為最大。2022/10/11103大氣質(zhì)量在地面為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓時，太陽光線垂直投射到地面（h=90)所經(jīng)過的路程中，規(guī)定單位面積的空氣柱的質(zhì)量為1個大氣質(zhì)量。太陽高度角小時，則大氣質(zhì)量數(shù)要增大。103090所以說，根據(jù)Bougure布格公式，到達(dá)地面的太陽

51、輻射的多少，最主要是受到太陽高度角的影響。2022/10/11104太陽直接輻射隨時間空間的變化規(guī)律：同一地點(diǎn)，在同一天，日出日暮時太陽高度角最小直接輻射最弱；中午太陽高度角最大直接輻射最強(qiáng)。在一年中，夏季最強(qiáng)；冬季最弱。不同緯度，低緯度一年各季太陽高度角都很大，地面得到的直接輻射較中、高緯度大得多。1042022/10/11105散射輻射105太陽高度角（h)大 散射輻射強(qiáng)小 散射輻射弱大氣透明度（p）大 散射輻射弱小 散射輻射強(qiáng)總輻射總輻射=直接輻射+散射輻射總輻射的日變化： 日出前 主要為散射輻射； 日出后 直接和散射逐漸增加，直接增加較快，散射在總輻射中所占的成分漸??； 太陽高度8 兩

52、者相當(dāng)； 太陽高度50 散射占總輻射的1020； 中午 均達(dá)最大值； 中午以后 相反次序變化。 云的影響可以使這種日變化規(guī)律發(fā)生改變。2022/10/111061062022/10/11107107直接輻射Q散射輻射q總輻射Q+q太陽高度角增大增大增大增大大氣透明度增大增大減少增大云量增多減少增大減少海拔高度增大增大減少增大緯度(N) 64 50 40 30 20 0可能總輻射 139.3 169.9 196.4 216.3 228.2 248.1有效總輻射 54.4 71.7 98.2 120.8 132.7 108.82022/10/11108108總輻射隨緯度的分布一般是：緯度越低總輻射

53、越大。反之，越小。隨緯度分布（w/m2）其中：可能總輻射是考慮了受大氣減弱之后到達(dá)地面的太陽輻射； 有效總輻射是指考慮了大氣和云的減弱作用之后到達(dá)地面的太陽輻射。熱赤道地面對太陽輻射的反射地表對太陽輻射的反射率，決定于地表面的性質(zhì)和狀態(tài)。陸地表面對太陽輻射的反射率約為1030。其中深色土比淺色土反射能力小，粗糙土比平滑土反射能力小，潮濕土比干燥土反射能力小。雪面的反射率很大，約為60，潔白的雪面甚至可達(dá)90。水面的反射率隨水的平靜程度和太陽高度角的大小而變。當(dāng)太陽高度角超過60時，平靜水面的反射率為2，高度角30時為6，10時為35，5時為58，2時為79.8，1時為89.2。對于波浪起伏的水

54、面來說，其平均反射率為10。因此，總的說來水面比陸面反射率稍小一些。2022/10/11109109特別要注意的是：即使總輻射的強(qiáng)度一樣，不同性質(zhì)的地表真正得到的太陽輻射，仍有很大差異，這也是導(dǎo)致地表溫度分布不均勻的重要原因之一。2022/10/111101102022/10/11111太陽輻射什么是輻射輻射的基本知識太陽輻射物體對輻射的吸收、反射和透射輻射差額太陽輻射光譜和太陽常數(shù)太陽輻射在大氣中的衰減到達(dá)地面的太陽輻射地面對太陽輻射的反射有關(guān)輻射的三個基本定律2022/10/111121、所有物體不論其溫度如何，都向外放射輻射能。高溫的太陽和地球都在不停地向外輻射能量。2、溫度較高的物體單

55、位面積放射的總能量，要比溫度低的物體放射多。如太陽表面溫度為6000K，而地球表面的平均溫度為288K，因而，太陽表面單位面積上放射的能量要比地球表面放射的能量大幾百萬倍。3、物體溫度愈高，其放射的最大輻射的波長愈短；反之，物體的溫度愈低，其放射的最大輻射波長愈長。例如，太陽放射的最大輻射波長0.5微米，而地球放射的最大輻射波長為10微米。4、輻射能力強(qiáng)的物體，其吸收輻射的能力也強(qiáng)；反之，輻射能力弱的物體，吸收能力也弱。黑體吸收能力最強(qiáng)，放射能力也最強(qiáng)。地球和太陽，對于它們各自的溫度而言，都是吸收和放射能力很強(qiáng)的物體，可看作是近似黑體。而地球大氣則是選擇性的吸收和輻射體。對于某種確定波長的輻射

56、可讓其透過(即不吸收)；對于另外波長的輻射，則近乎不透明的(即吸收很強(qiáng))。輻射規(guī)律大致可以歸納為下列四點(diǎn)：2022/10/11113地球吸收部分太陽輻射而增溫；并且，按照基爾霍夫定律，地球?qū)⒁蚤L波的電磁波向空間輻射而降溫。當(dāng)兩者平衡后，地球溫度就保持不變的狀態(tài)，這個狀態(tài)下的溫度稱為地球的平衡溫度。地球輻射平衡溫度比金星、火星和本星都高。由于地球大氣的溫室效應(yīng)，表面實(shí)際平均溫度比輻射平衡溫度要高。地面和大氣的輻射地面輻射：宇宙中的任何物質(zhì)，只要它的溫度高于絕對零度時都能放射能量，地面吸收太陽輻射后（45%-反射掉）轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芎?，使地面增溫，然后日夜不停的向外放射輻射，這就是地面輻射。大氣輻射：大

57、氣對太陽輻射的吸收很少（24%）但能強(qiáng)烈的吸收地面的輻射，大氣主要靠吸收地面輻射后升溫，它也日夜不停的向外放出輻射，叫大氣輻射。（方向朝上：返回宇宙空間，不參與大氣物理過程； 朝下：稱為大氣逆輻射，對地面有保溫效應(yīng)）2022/10/111142022/10/11115地面輻射與大氣輻射的共同特點(diǎn)：根據(jù)斯蒂芬波爾茲曼定律物體溫度越高放射輻射的能力越強(qiáng)所以太陽輻射的能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于地面和大氣，白天高于夜晚，也可以通過公式具體計算出大氣、地面在一定溫度下的輻射能量。根據(jù)維恩定律可以計算出大氣、地面在自然溫度幅度內(nèi)的波長范圍，根據(jù)計算地面和大氣的輻射波長范圍大概在3120微米，屬于紅外輻射，其輻射能最大的

58、波段集中在1015微米（主要集中在紅外光譜區(qū)，具有熱效應(yīng)）。所以將地面大氣的輻射稱為長波輻射。而將太陽輻射稱為短波輻射。 太陽輻射 0.23.0m 短波輻射地面大氣輻射 3120 m 長波輻射2022/10/11116地面輻射能力地面相對輻射率，比輻射率。其大小為地面的輻射能力與同一溫度下黑體輻射能力的比值?？扇?.9地表溫度，約288K。斯蒂芬玻耳茲曼常數(shù)：5.67*10-8W/m2k4常數(shù)2896m.K地面輻射大氣能量的直接來源方向：自地面指向大氣性質(zhì)：長波輻射，波長范圍3120 m特點(diǎn)：地面輻射強(qiáng)度決定于地面溫度。 白天地面溫度高，輻射能力強(qiáng)； 夜間地面溫度低，輻射能量弱。2022/10

59、/11117117大氣輻射地面熱量散失的屏障大氣對地面長波輻射的吸收 選擇性：水汽、液態(tài)水、二氧化碳、臭氧等物質(zhì)對地面輻射的吸收較強(qiáng)。 大氣窗口：大氣在整個長波段，除8-12m一段外，其余的透射率為零，即吸收率為1。8-12m處吸收率最小，透明度最大，稱為“大氣窗口”。2022/10/11118118 （大氣中的各種物質(zhì)吸收地面長波輻射最弱，因此這個波段的輻射不受阻擋，可以暢通無阻進(jìn)入宇宙空間，透射率最大，就像大氣特地為這個波段開了一個窗口，故稱大氣窗口。這個波段的輻射，正好位于地面輻射能力最強(qiáng)處，所以地面輻射有20%的能量經(jīng)過這個窗口射向宇宙空間。遙感）2022/10/11119Atmosp

60、heric WindowTerrestrial RadiationSolar RadiationUVVISIRRadiative properties of Atmospheric gases:大氣中長波輻射的特點(diǎn) 1、太陽直接輻射作為定向的平行輻射進(jìn)入大氣，地面和大氣輻射是漫射輻射。 2、太陽輻射在大氣中的傳播，僅考慮大氣對太陽輻射的削弱，而未考慮大氣本身的輻射影響。但長波輻射在大氣傳播時，不僅要考慮大氣對長波輻射的吸收，還要考慮大氣本身的長波輻射。 3、長波輻射在大氣中的傳播，可以不考慮散射作用。2022/10/11120120大氣逆輻射和地面有效輻射 1、大氣逆輻射：大氣輻射指向地面的部