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同学们好！上一讲我们学习了气温直减率和温度层结
这些知识主要用于判断大气稳定度和逆温
也就是我们今天这一讲要学习的内容
什么是大气稳定度呢
大气稳定度就是指在垂直方向上大气稳定的程度
反映了大气是否容易发生对流
对于大气稳定度可以作这样的理解
如果大气中某一高度的一个空气块
受到外力的作用产生了上升或下降运动
当撤去外力后，可能发生三种情况
如果气块有减速并返回原来高度的趋势
那么大气就是稳定的
如果气块加速上升或下降，那么大气就是不稳定的
如果气块停留在外力去掉处，那么大气就是中性的
可见，不稳定的大气可以使空气块的运动持续发生
有促进大气对流运动发生的趋势
排放到空气中的污染物就容易稀释
稳定的大气因不利于垂直运动的发生
不利于大气污染物的扩散
因此大气稳定度是大气层结
对气块能否产生对流的一种潜在能力的量度
如何判断大气是否稳定呢？最简单的是用气块法
假设一个单位体积的气块温度为Ti ,环境大气温度为T
在重力和浮力作用下产生的向上加速度为a
当空气块温度比周围空气温度高
它将受到一向上加速度而上升，大气不稳定
反之，当空气块温度比周围空气温度低
它将受到向下的加速度，大气稳定
而气块温度与周围空气温度相同时
将不会有垂直运动,大气中性
大气稳定度还可以用气温直减率判定
假设气团做干绝热升降运动
我们可以在温度-高度的坐标图上
画出气团升降运动时气温的变化曲线
那么这条直线的斜率就是干绝热直减率
这条直线称为干绝热线
同时，我们可以画出气团周围大气的温度层结曲线
如果大气处于正常层结
即周围大气温度直减率大于干绝热直减率
当气团受到外力扰动上升时
温度以干绝热直减率下降，此时撤掉外力
由于气团的温度高于周围环境温度，气团的密度比周围大气低
气团受到周围空气的浮力会大于自身的重(力)
气团将会加速上升
气团下降时，情况类似，气团也会加速下降
也就是说，这时的大气是不稳定的
因此，当周围大气温度直减率大于干绝热直减率时
气团做加速运动，大气不稳定
反之，如果周围大气温度直减率小于干绝热直减率
气团受扰动而上升时
由于气团温度低于环境温度、气团密度高于周围大气
气团受到的浮力将小于重力，气团就会减速
此时大气是稳定的
同理，如果周围大气温度直减率等于干绝热直减率
大气是中性的
因此，周围大气温度直减率伽马与干绝热直减率伽马d的大小关系
是大气稳定度的一个判据
除此之外，是否还有其它的判定方法呢
同学们回忆一下，我们在上一讲介绍了位温的概念
大气稳定度还可以用位温梯度来进行判别
位温梯度是指位温的垂直梯度，它表示位温的垂直分布
这里给出了位温梯度的表达式，可以看出
当位温梯度小于0，即气温直减率大于干绝热直减率时
大气不稳定
当位温梯度大于0，即气温直减率小于干绝热直减率时
大气稳定
当位温梯度等于0，即气温直减率等于干绝热直减率时
大气是中性的
一般而言，稳定条件常出现在晴天日落后至第二天日出前
中性条件常出现在阴天和大风时
不稳定条件常出现在晴天中午
而稳定的大气不利于污染物的扩散
我们上一讲所介绍的逆温层结
就是一种强稳定的大气层结
由于上层空气温度高，下层空气温度低
上层空气就像一个盖子
阻碍了上下层之间气流的垂直运动
排放的污染物只能在下层进行累积或扩散
容易造成严重的大气污染
空气污染事件多发生在逆温和静风条件下
因此对逆温应给予足够的重视
形成逆温的因素很多，根据其生成过程
我们可以将逆温分为辐射逆温、下沉逆温
平流逆温、湍流逆温和锋面逆温
下面，我们分别介绍这几种逆温的成因
最常见的是辐射逆温
辐射逆温是在太阳、地球和大气热交换过程中
由于地表和空气热量不均匀造成的逆温现象
在晴朗无云或少云、风力不大的夜晚
地面辐射冷却很快，贴近地面的大气温度下降最多
而上层大气冷却慢，造成温度自下而上的增加
形成较薄的接地逆温层
入夜后，随着地面温度的下降
逆温强度和逆温层的厚度逐步增加
到黎明前达到最大
日出后，随着太阳加热地表，地面温度上升
此时大气底部的逆温消失
但上层大气仍存在一定厚度的逆温层
随着太阳辐射不断增强，，逆温自下而上逐渐消失
一般在上午完全消失
所以，辐射逆温多在夜间形成
并在白天随着太阳对地面的加热而消失
辐射逆温常年可见，但以冬季最强
因此冬季晨练不宜于太早
辐射逆温的生消过程还揭示了一个重要的概念
即混合层高度
我们看到，在日出之后逆温层逐步消失
在近地(面)就形成了一层不稳定的大气
在这一大气层中，对流运动强烈
污染物可以充分混合
但却不能突破上部的逆温层进一步向上扩散
我们把不稳定大气发生对流扩散能达到的
最大高度称作混合层厚度
混合层厚度是边界层中发生湍流混合的厚度
当层结为中性或不稳定时,它是边界层高度的一个定义
当边界层为稳定层结时
它表示层内下部发生湍流混合的厚度
这时它比边界层高度要低
混合层高度是研究地表向大气排放污染物状况的重要参数
混合层高度越高，越有利于污染物在垂直方向上的扩散
因此，混合层高度是决定地面污染物浓度的最重要因子
混合层具有明显随时间变化的特征
不同的气象条件和天气过程会影响混合层高度
总的来说，夏季由于光照强烈
混合层高度会大于冬季
第二种逆温是下沉逆温
是由于空气下沉受到压缩增温而形成的逆温
我们来看一个空气层ABCD，其厚度是h
当它下沉时，由于低层气压高
空气层被压扁，厚度减小为h‘
我们知道，气体绝热下沉时温度升高
由于气层顶部CD比底部AB下沉的距离大
因而气层顶部比底部增温多
从而形成自下而上温度升高的逆温层
这种逆温多发生在高压控制区内的高空大气中
厚度可以达到数百米
第三种逆温是平流逆温
主要是由于暖空气平流到冷地面上空
低层空气被地面冷却、降温多
上层空气降温少而形成的
如果暖空气同时携带了大量水汽
冷却时温度低于露点
还会形成平流雾
平流雾通常较厚，会阻挡太阳辐射到达地面
使地面附近温度难以回升，进一步加重了逆温
并且，只要暖空气平流运动不减弱
平流雾就难以消散
因此，平流雾经常会持续很长时间
造成长时间的重污染
第四种逆温是湍流逆温
是低层空气的湍流混合形成的逆温
在湍流混合前，低层大气较稳定
即气温直减率小于干绝热直减率，就是我们图中所看到的AB线
如果近地面风力增大，湍流作用增强
就会在近地面形成湍流混合层
混合层内大气稳定度接近中性
就是图中我们看到的CD线
这样就会在湍流混合层和混合层上方的原大气层之间
形成一个逆温层，就是这里的DE线
湍流逆温层厚度通常不大
第五种逆温是锋面逆温
在对流层中的冷气团和暖气团相遇时
暖气团较轻会爬升到冷气团上方
形成一个倾斜的过渡区，称为锋面
在锋面上如果冷暖空气温差很大
就可能出现锋面逆温
锋面逆温往往会伴随着冻雨这种天气现象
也是对我们生存环境造成很大的危害
以上我们介绍了五种逆温的成因
但在实际大气中出现的逆温
有时是由几种原因共同形成的
所以必须具体问题具体分析
气象条件在很大程度上决定了污染物的扩散
大气稳定度不同，点源排放烟流扩散的形状也不同
造成的污染状况差别很大
典型的烟流形状有五种类型
在不稳定的大气中，垂直对流强烈
烟流在垂直方向上很快被稀释
上下摆动很大，形成波浪型烟流
微风条件下
靠近污染源地区的污染物落地浓度就会比较高
如果大气处于中性或弱稳定状态
污染物排出后
在垂直方向的扩散只受烟气出口气流速度的影响
烟流呈圆锥形，扩散速度比波浪型低
污染物输送得的较远
如果烟流出口处于逆温层中
由于垂直方向扩散很少
污染物主要靠水平扩散
烟流就像一条带子飘向远方，从上面看烟流呈扇型
若烟囱比较高，则对近处地面的危害比较小
对远方造成污染
若烟囱比较低，将、则会造成近地面处的严重污染
上面的三种烟流形状都是出现在单一温度层结的情况下
下面两种形状则是出现在相对复杂的温度层结中
如果排出口上方大气不稳定、而排出口下方大气稳定
污染物只能向上扩散，对地面污染较少
就会形成爬升型烟流
这种烟流一般日落后出现
与爬升型相反，如果排出口上方大气稳定
而排出口下方大气不稳定，就会导致烟流上部被封闭
污染物发生向下方的强烈扩散，造成严重的地面污染
这种烟流称为熏烟型
是最不利于扩散和稀释的气象条件
这种情况多发生在日出后到辐射逆温完全消失的时段
关于大气稳定度的内容就介绍到这里
欢迎大家继续学习，谢谢
-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
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-2-2 燃烧过程和计算
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-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
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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）
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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）
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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
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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
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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
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-第五章--5-6 流体阻力和颗粒的沉降
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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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-6-3 电晕放电和粒子荷电（选修）--作业
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-第六章 除尘装置--6-4 荷电颗粒的运动和捕集
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-第六章 除尘装置--6-5 电除尘器的结构和设计
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-6-6 袋式除尘器的工作原理--作业
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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
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-第六章 除尘装置--6-9 湿式除尘器的工作原理
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