《大气环境学》风和湍流ppt课件.ppt

在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确第二节 风和湍流 在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确（二）风速（wind speed) 1 1、表述方法、表述方法 单位时间内空气（水平）流动的距离 风速与风级的转换关系： u3.02F 3/2 （km/h） 式中：F为风力等级，012级 风级歌： 0级烟柱直冲天，1级轻烟随风偏； 2级清风吹脸面，3级叶动红旗展； 4级风吹飞纸片，5级带叶小树摇； 6级举伞步行艰，7级迎风走不便； 8级风吹树枝断，9级屋顶飞瓦片； 10级拔树又倒屋，11、12陆上很少见在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确2 2、风速随高度的变化、风速随高度的变化 地表附近的气流运动受下垫面（地表面的树林、田野、建筑物等）摩擦力的阻滞，使气流在垂直方向上产生的风速梯度 表示风速随高度变化的曲线，称为“风速廓线”风速随高度的增加而增加风速大小直接决定了该地区的大气污染稀释能力（环境容量）。

在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确u高度为z处的风速，m/s ；u*摩擦速度，m/s ；k Karman常数，一般取0.4；z0 地面粗糙度，m.z0定义为离地面高度z0处，平均风速u0. 对数律 对数律较适用于描述近地层中性层结时的风廓线在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确不同稳定度下的风廓线指数m的取值稳定度等级ABCDE或F城 市0.100.150.200.250.30乡 村0.070.070.100.150.25城乡平均0.0850.110.150.200.275 气象台站的观测风速是在距地面10m高度10min内的平均风速 指数律（幂律）注意：=u高度为z处的平均风速，m/s ；u1010m处的平均风速，m/s ；m风廓线指数，也称风速高度指数与大气稳定度和地面粗糙度有关在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确风速的两种平均方式：风速的两种平均方式： 平均风速是最常用的风参数。

通常有两种平均方式：q 时间平均风速：任意高度处的时间平均风速 计算方法如前所述q 空间平均风速：由地面起算的任一高度内的竖向平均风速竖向平均风速的计算：若计算范围是由高度Z1高度Z2，则若由地面积分到某一高度Z，则Z1=0，Z2=Z按指数律积分u0为某参考高度Z0处的风速在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确3、污染系数 综合考虑风向和风速的影响，引入污染系数： fi、ui和Pi第i方位的风向频率、平均风速和污染系数； f0静风频率； u0静风取u0=0.75m/s Pi越小，污染源对该风向下风向的空气污染程度越轻；反之，对该风向下风向的空气污染程度越重 （i =1，2，16）在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确相对污染系数： 风向频率玫瑰图和污染系数玫瑰图，可直观地反映一个地区的风向，或风向与风速联合作用对空气污染物的输送、稀释影响 讨论：某地区的风向和污染系数资料如下表若分别以风向频率和污染系数为依据，则应如何布置居民区和工业区的位置？风向iNNEESESSWWNWfi ()161112211071112ui (m/s)54343236Pi3.22.84.05.33.33.53.72.0Ri ()121014191213137在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确利用污染系数指导城市规划及工业布局：p 工业排污区应设置在最大污染系数的下风向，或最小污染系数的上风向；p 休息疗养地、公园、文教、行政区等需要特别保护的区域应设置在最小污染系数的下风向，或最大污染系数上风向区域；p 商业及一些混合区应设置在二者的过渡带上。

在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确二、湍流1、定义 湍流指一种不规则的空气运动，俗称乱流 研究湍流时，把它作为一种叠加在平均运动之上的脉动变化，由一系列不规则的涡旋运动组成湍流运动的定义 在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确2、特征 空气的运动随时间和空间而随机变化 （1）机械湍流 由机械或动动力作用生成如地表非均一性和粗糙程度2）热热力湍流 由各种热力因子诱生热力作用，也称为对流如太阳加热地表导致热对流泡向上运动，地表受热不均匀，气层不稳定等3、尺度 湍流是由大大小小的湍涡组成 最大的湍涡尺度约和边界层厚度相当，100010000km，生命周期为半天到几天； 最小的湍涡仅几个mm，生命周期仅百分之几秒在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确4、非湍流和湍流情况下气团的扩散 若没有湍流运动动，烟团仅仅团仅仅 靠分子扩扩散使烟团长团长 大，速度非常缓缓慢实际实际 大气中存在着剧剧烈的湍流运动动，使烟团团与空气之间间强烈地混合和交换换。

湍流扩扩散比分子扩扩散的速率快105106倍，极为为重要当风速不太小时，在平均运动动方向上仍以风风的平流输输送作用为为主导导非湍流情况下的烟团扩团扩 散湍流情况下的烟团扩团扩 散在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确5、不同尺度湍涡对扩散的影响abc图a：湍涡尺度烟团尺度图b：湍涡尺度烟团尺度图c：湍涡尺度烟团尺度实际大气中存在着各种尺度的湍涡，三种作用同时存在并相互作用 在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确作业：P132.4 试用下列实测数据计算各层大气的幂指数m值高度Z（m）10203040风速u（m/s）3.03.53.94.22.5 某城市地区地面10m高处的风速为2m/s，估算50m、100m、200m、300m高度处在稳定度为B、D、F时的风速，并以高度为纵坐标，风速为横坐标作出风速廓线图假定0m处风速为0）2.6 某地区的风向频率和风速如下表试计算污染系数及相对污染系数，并绘制风向频率玫瑰图和相对污染系数玫瑰图并判断：若分别以风向频率和污染系数为依据，则应如何布置居民区和工业区的位置？风向NNNENEENEEESE SESSESSSWSWWSWWWNWNWNNWCfi ()9.87.85.06.06.110.89.110.15.02.83.12.31.92.85.110.71.6ui (m/s) 2.82.93.13.94.14.64.74.94.73.22.83.13.23.43.13.20.75在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确本章要点1、熟悉大气的结构和组成2、掌握风向的十六方位划分法3、掌握风向频率玫瑰图和污染系数玫瑰图的绘制方法及其应用4、掌握风速随高度的变化关系5、掌握湍流的特征及其分类在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确第三章 大气动力学基本特征 在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确一、大气的状态变量与大气热力学一、大气的状态变量与大气热力学1、气体状态方程 对于实际大气，也近似视为理想气体，满足理想气体状态方程。

式中：n摩尔数； R*气体常数，取8.314 J/(mol.K) 单位质量干空气的状态方程： 式中：Rd干空气的气体常数，287 J/(kg.K)或在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确2、大气热力学（1）大气热流量方程 大气热力学的基础是热力学第一定律： 将热力学第一定律运用到大气中得到大气热流量方程： 对于单位质量的空气： dq单位质量空气的热量变化，J/kg cp定压比热，J/(kg.K)在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确（2）不饱和湿空气绝热变化方程 绝热过程，dq0，故单位质量空气的热流量方程： 定积分后可以得到： 式中：T0、T分别为初始和最终状态下空气的温度； P0、P分别为初始和最终状态下空气的压强 此式表示不饱和湿空气块在垂直运动过程中的状态变化，称为Poisson方程（泊松方程） 在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确（3）干绝热温度垂直递减率 空气温度 表征大气热力状况。

单位为摄氏温度（）或绝对温度（K）T ( K ) = t () + 273 空气温度取决于地面辐射和大气辐射的共同作用主要是大气逆辐射对地面的保温作用） 低层大气主要从地面长波有效辐射中获取能量，用以加热地面以上50m以下的空间间大气 热量的传递方式： 太阳加热地面，地面长波辐射加热低层大气，低层大气再以辐射、对流等方式将热量传给更上层次的大气 即：大气自下而上地被逐步加热或冷却在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确 气温的垂直递减率 气温的垂直递减率是指气温随高度的增加而降低的速率 对对流层实际层实际 大气中，为为0.65/100m，或记记作0.65K/100m 实际计算中，取 对区域大气层： 对运动小气团：（局地变化）（个别变化）在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确 干绝热温度垂直递减率 d 干空气或不饱和湿空气块绝热上升单位高度，温度降低的数值应用大气静力学基本方程及准静态条件：不定积分对Z求导在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确一般取 d0.98 K/100m1 K/100m。

d表明：气块块在作干绝热绝热 垂直运动时动时 ，每上升100m，温度约约降低1度；每下降100m，约约升温1度在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确二、大气层结与稳定度 1 1、大气层结、大气层结 静大气的温度、密度和湿度等随高度的垂直分布，称为大气层结1）温度层结 温度随高度的分布情况直接影响大气在垂直方向的稳定度2）温度层结类型 Z ，T 正常分布，或递减层结 温度梯度等于或近似于1/100m中性层结 Z ，T 逆温层结 温度不随高度变化等温层结在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确a：正常（递减）层结 1b：中性层结=1c：等温层结=0d：逆温层结0 温度层结曲线高度Z (m)温度T（）abdc在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确（3）温度层结日变化（晴朗天气下的典型昼夜变化）夜间TZ早晨TZ上午TZ中午TZ下午TZ夜间TZ在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确2、大气。