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    1. 大气稳定度

大气稳定度又称为大气层结稳定度(贺德馨,2006)。大气层结指的是大气温度和湿度在垂直方向上的分布,对大气中污染物的扩散起着重要的作用。在静止大气中,假定气团受到垂直方向的扰动后,有一个向上的微小位移,如果大气层结使其具有返回初始平衡位置的趋势,则称这种大气层结是稳定的;如气团受扰动后,大气层结使其具有远离初始平衡位置的趋势,则称这种大气层结是不稳定的;如气团扰动后,大气层结既不能使其远离,又不能使其返回初始平衡位置,则称这种大气层结是中性的。 

大气稳定度可采用比较受扰气团与周围空气温度方法来判别。定义空气温度递减率为:

  气团的绝热递减率为:

  式中,是恒压下空气的比热容,是重力加速度。

当气团做绝热垂直运动时,如,则大气是稳定的;如,则大气是不稳定的;如,则大气是中性的,如图1.2所示。

上述判别准则是在假设气团在垂直方向的运动过程绝热,且气团周围的空气是静止的条件下得到的。而实际情况下,气团的垂直运动过程是非绝热的,另外气团周围空气也会伴随气团的垂直运动而运动。

我们通常采用帕斯圭尔(Pasquill)稳定度分类法(Pasquill,1974)。根据地面风速和太阳辐射的大小,将大气稳定度划分为A(极不稳定)、B(不稳定)、C(弱不稳定)、D(中性)、E(弱稳定)、F(稳定)等级别,如表1.1所示,当风速越大或云量越多时,在白天和夜间都是中性的;当风速越小或云量越小时,在白天大气是不稳定的,在夜间大气是稳定的,而在中间有个过渡时间,大气是中性的。在大气边界层内,空气的垂直运动和大气湍流都会对大气稳定度产生影响。

  1.  稳定度登记表

地面风速()

白天日照

阴云密布白天或夜晚

夜间云量

中等

薄云遮天或低云

云量

A

A-B

B

D

-

-

A-B

B

C

D

E

F

B

B-C

C

D

D

E

C

C-D

D

D

D

D

C

D

D

D

D

D

注:(1)A-极不稳定;B-不稳定;C-弱不稳定;D-中性;E-弱稳定;F-稳定

(2)A-B表示按A,B数据内插

      1.  输入辐射

所有的大气现象都源于太阳辐射。它包含从大约0.29μm到3μm(红外线,可见光,紫外线)的高频短波输入辐射。如图1.3(a)所示,28%的太阳辐射被地球和大气的直接反射和扩散反射回到太空中(行星反照率),3%被平流层的臭氧吸收,22%被对流层的水蒸气(17%)和云(5%)吸收,47%到达地球表面,其中22%是太阳的直接辐射,25%是大气扩散和云辐射的结果。 

      1.  输出辐射

在太阳辐射的影响下,地球和大气会产生从大约4μm到100μm的低频长波输出辐射。准确来说,如图1.3(b)所示,地球表面会产生114%的辐射,其中96%被对流层的水蒸气和碳酸酐反射回来。此外,风有助于降低地面的显热(随着潮湿空气的温度变化而吸收或放出的热量)。最后,由于水蒸气的凝结,潜热(与潮湿空气中的水蒸气浓度的变化有关的热量)会进入到大气中。 

地球和大气对太阳能的反射作用保证了系统的平衡。换句话来说,太阳将高频光射线发射到地球,而地球返给太空低频的热辐射。在很大程度上,大气能使太阳短波辐射到达地面,但地表向外放出的长波热辐射线却被大气吸收,这样就使得地表与低层大气温度增高,这就是所谓的温室效应(Greenhouse effect)。

http://www.hkea.cn/news/614741/

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