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同学们好！现在我们来学习第二讲，大气的垂直结构
地球周围的大气圈厚度大约在1000公里以上
我们通常按照气温的垂直分布
将大气圈自下而上分为
对流层、平流层、中间层、暖层和散逸层
其中，对流层、平流层和中间层的大气成分是均匀的
因此称为均质大气层，而暖层和散逸层则为非均质大气层
下面，我们依次来看一下各层的特点
对流层是大气圈最靠近地面的一层
也是我们平常生活所在的一层
对流层的厚度随着纬度和季节而变化
在赤道低纬度地区为17～18公里
在两极附近为8～9公里，并且夏季较厚，冬季较薄
虽然对流层最高不过十几公里
但却集中了整个大气层质量的四分之三和几乎全部的水蒸气
对流层大气主要热源是地面辐射，离地面越高，受热越小
因此在对流层中气温总体上随高度升高而降低
平均每上升100米，气温约降低0.65度
由于气温下高上低，并且温度和湿度的水平分布不均匀
因此空气存在强烈的对流运动
这是对流层一个最重要的特征
在这一层存在着极其复杂的气象条件
形成了云、雾、雨、雪等一系列天气现象
对流层下部的1~2km的范围内
大气受到地面阻滞和摩擦的影响很大
我们将这一层称作边界层
而在边界层以上的对流层大气
受到地面摩擦的影响可以忽略，因此称为自由层
在边界层的底部，从地面到50~100m的一层称为近地层
它是大多数污染源所在的一层
近地层的厚度随时间、地点略有不同
这一层受下垫面影响最直接，因此气象要素的日变化很大
并且气象要素的垂直梯度比自由大气要大很多
由于人类活动造成的绝大多数污染物排放都集中在对流层
并且对流层中还存在复杂的天气现象
因此对流层是污染物的扩散、传输、转化和清除的“主战场”
也是大气污染控制最为关注的一层
从对流层顶到50~55公里左右范围内的大气
几乎没有对流运动
大气运动以水平运动为主，因此称为平流层
在平流层的20~25km的高度处，臭氧的浓度达到最大值
集中了大气中的大部分臭氧，我们称之为臭氧层
臭氧能吸收太阳光中的紫外线
一方面保护地球上的生物得以生存繁衍
另一方面将吸收的热量转换为热能加热大气
使得平流层内气温随高度上升
大气的对流作用很弱
可以说，正是由于存在着臭氧才有平流层的存在
根据气温的垂直分布
平流层还可以进一步分为同温层和逆温层
自对流层顶到25~35公里左右
温度几乎不随高度变化，称为同温层
在同温层之上，与对流层相反
气温随高度升高而增高，称为逆温层
在平流层中，由于缺少对流运动，污染物的停留时间很长
因此，进入平流层的氯氟烃类物质有足够时间和臭氧发生反应
造成臭氧层的破坏
有关臭氧层破坏的内容，我们将在第12章为大家进行介绍
从平流层顶到大约85公里高度范围内的大气叫做中间层
该层内主要是氮气和氧气，几乎没有臭氧
由于缺少加热机制，该层气温随高度上升而下降
因为它下部和上部的大气，温度都是随高度升高而升高的
它位于两者中间，因此被称为中间层
中间层上冷下暖，所以这里的对流运动同样是比较强烈的
但是由于中间层没有人为排放源
进入中间层的污染物非常少
因此中间层对于大气污染的影响已经非常小了
中间层以上是暖层，大约距离地球表面100至800公里
暖层最突出特征是太阳光照中的紫外线被该层当中的氧原子大量吸收
导致大部分气体分子发生电离，形成电离层
电离后的氧能够强烈地吸收太阳的短波辐射
因此该层温度随高度增加而迅速增加
暖层以上，就是大气圈的最外层，称为散逸层
这里的空气非常稀薄，地心引力很弱，并且温度很高
以至于一些大气分子可以摆脱地球引力而逃逸
因此得名为散逸层
综上所述，从大气污染的角度
我们主要关注对流层和平流层
从大气圈的分层中我们可以看到
气温在垂直方向上的变化是比较复杂的
那么，气压在垂直方向上是怎样变化的呢
这张图给出了气压随高度的变化情况
我们可以看到，气压随高度的上升而持续降低
需要注意的是，这里的横坐标是对数坐标
因此随着高度上升，气压是以指数的速率递减的
在近地层，每升高100m，气压约平均降低12.4百帕
气压随高度递减的关系可以用大气静力平衡方程推导出来
假设在高度Z处有一个厚度为dz的单位面积的气团
它受到下方气体向上的压力为P
上方气体向下的压力为P+dP，那么自身的重力为ρgdz
这样就可以列出该气团的静力平衡表达式
可见，气压随高度递减的快慢取决于空气密度和重力加速度
重力加速度随高度的变化一般很小
因而气压随高度递减的快慢主要决定于空气密度
根据气体的状态方程，P=ρRT，这里R为干空气的气体常数
将此式与静力平衡表达式联立
再从（Z1，P1）到（Z2，P2）进行积分
我们就得到了不同高度间气压的关系式
即气压对数的差与高度差成正比，和气温成反比
气温是随高度变化的量
这里我们取的是Z1~Z2之间的气温平均值来进行近似
实际上，由于气温随高度变化
气压的对数和高度之间不是严格的直线关系
利用这一表达式，给定地面的高度和压力
以及气温的垂直分布，我们就可以计算得到任意高度上的气压值
关于大气的垂直结构和气温气压垂直分布就介绍到这儿
谢谢大家
-1-1 大气污染的定义和分类
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-第一章 绪论--1-1 大气污染的定义和分类
-1-2 大气污染物和排放源
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-第一章 绪论--1-2 大气污染物和排放源
-1-3 大气污染的影响
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-第一章 绪论--1-3 大气污染的影响
-1-4 大气污染防治法规及标准体系
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-第一章 绪论--1-4 大气污染防治法规及标准体系
-第一章 绪论--第一章 作业习题
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-2-2 燃烧过程和计算
--燃烧过程和计算
-第二章 燃烧与大气污染--2-2 燃烧过程和计算
-2-3 硫氧化物的生成
--硫氧化物的生成
-第二章 燃烧与大气污染--2-3 硫氧化物的生成
-2-4 氮氧化物的生成
--氮氧化物的生成
-第二章 燃烧与大气污染--2-4 氮氧化物的生成
-2-5 颗粒物的生成
-2-5 颗粒物的生成--作业
-2-6 其他污染物的生成
--其他污染物的生成
-第二章 燃烧与大气污染--2-6 其他污染物的生成
-第二章 燃烧与大气污染--第二章 作业习题
-3-1 概述
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-第三章 大气污染气象学--3-1 概述
-3-2 大气的垂直结构
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-第三章 大气污染气象学--3-2 大气的垂直结构
-3-3 大气的热力过程
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-第三章 大气污染气象学--3-3 大气的热力过程
-3-4 大气稳定度与逆温
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-3-4 大气稳定度与逆温--作业
-3-5 大气的运动和风
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-第三章 大气污染气象学--3-5 大气的运动和风
-第三章 大气污染气象学--第三章 作业习题
-4-1 概述
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-第四章 大气污染浓度估算模式--4-1 概述
-4-2 点源扩散的高斯模式
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-第四章 大气污染浓度估算模式--4-2 点源扩散的高斯模式
-4-3 特殊气象和地形条件下的高斯扩散模式（选修）
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-第四章--4-3 特殊气象和地形条件下的高斯扩散模式（选修）
-4-4 点源扩散浓度的估算
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-第四章 大气污染浓度估算模式--4-4 点源扩散浓度的估算
-4-5 线源和面源扩散模式（选修）
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-第四章--4-5 线源和面源扩散模式（选修）
-4-6 空气质量模型的研究进展
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-4-7 区域空气质量模型的应用案例（选修）
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-第四章--4-7 区域空气质量模型的应用案例（选修）
-第四章 大气污染浓度估算模式--第四章 作业习题
-5-1 粒径与粒径分布
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-第五章 颗粒污染物控制技术基础--5-1 粒径与粒径分布
-5-2 颗粒物的形貌特征
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-第五章 颗粒污染物控制技术基础--5-2 颗粒物的形貌特征
-5-3 化学组成和光学性质
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-5-3 化学组成和光学性质--作业
-5-4 粉尘的物理性质
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-第五章 颗粒污染物控制技术基础--5-4 粉尘的物理性质
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-第五章 颗粒污染物控制技术基础--5-5 净化装置的性能
-5-6 流体阻力和颗粒的沉降
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-第五章--5-6 流体阻力和颗粒的沉降
-5-7 惯性碰撞、机械拦截和扩散（选修）
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-5-7 惯性碰撞、机械拦截和扩散（选修）--作业
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-6-1 重力沉降室
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-第六章 除尘装置--6-1 重力沉降室
-6-2 旋风除尘器
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-6-2 旋风除尘器--作业
-6-3 电晕放电和粒子荷电（选修）
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-6-3 电晕放电和粒子荷电（选修）--作业
-6-4 荷电颗粒的运动和捕集
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-第六章 除尘装置--6-4 荷电颗粒的运动和捕集
-6-5 电除尘器的结构和设计
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-第六章 除尘装置--6-5 电除尘器的结构和设计
-6-6 袋式除尘器的工作原理
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-6-6 袋式除尘器的工作原理--作业
-6-7 袋式除尘器的压力损失和清灰（选修）
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-第六章--6-7 袋式除尘器的压力损失和清灰（选修）
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-6-8 袋式除尘器的设计和应用--作业
-6-9 湿式除尘器的工作原理
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-第六章 除尘装置--6-9 湿式除尘器的工作原理
-6-10 文丘里洗涤器（选修）
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-第六章 除尘装置--6-10 文丘里洗涤器（选修）
-6-11 除尘器的选择与发展
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-6-11 除尘器的选择与发展--作业
-第六章 除尘装置--第六章 作业习题
-期中测试--期中测试
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-第七章 --7-1 物理吸收传质计算
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-7-2 化学吸收传质计算--作业
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-7-3 吸收设备和工艺--作业
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-7-4 气体吸附原理与速率--作业
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-7-5 吸附设备与工艺--作业
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-第七章 --7-6 吸附器的设计计算
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-7-7 催化原理--作业
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-7-8 气固催化反应动力学--作业
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-第八章 --8-5 石灰石/石灰湿法烟气脱硫技术
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-12-4 臭氧层破坏的应对措施
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-第十二章 全球性大气环境问题--第十二章作业习题
-Lecture 01
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