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兰州大学 环境气象预报由胡敏哲主讲

  • 来源:兰州大学
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  • 状态:共26讲 正在更新

课程介绍

 
课    程    简    介
 
        大气环境学是大气科学和环境科学两种学科交叉的分支学科,是近年来发展的一门新兴学科。它是从人类环境的角度研究地球大气。它主要研究大气组分(组成大气的气体和气溶胶粒子)的物理和化学特性、迁移转化规律以及它们与人类活动、气象和生态系统之间的相互影响。而环境气象预报是以大气环境学研究的成果进行环境气象预报的,因此在学习的过程中要对其先导课程(气象学、天气学等)的内容比较了解。
        环境气象预报涉及的内容主要有:大气环境状态及其演化规律;大气环境污染及其控制;大气环境中物质的迁移转化规律;大气环境评价和管理;大气环境与人类和生态系统的相互影响,并且据此进行环境气象预报。
        环境气象预报介绍了地球大气污染的概况,指出在干洁的大气中,恒量气体的组成是微不足道的。但是在一定范围的大气中,出现了原来没有的微量物质,其数量和持续时间,都有可能对人、动物、植物及物品、材料产生不利影响和危害,直接造成大气污染。大气污染对气候的影响很大,大气污染排放的污染物对局部地区和全球气候都会产生一定影响,尤其对全球气候的影响,从长远的观点看,这种影响将是很严重的,对地球上所有生命和人类的生活都造成了很大的影响。
        分析了大气污染的种类主要是气溶胶状态污染物,包括尘、液滴、化学粒子等。讨论了大气污染的严重程度主要取决于行星边界层大气中风的分布和大气湍流,本门课程应用气象学原理,指出地球上风和湍流的分布取决于低层大气的温度与大气稳定度以及污染区地形。在此基础上给出了三种常用的大气湍流扩散的理论(湍流扩散的梯度输送理论,湍流扩散的统计理论以及湍流扩散的相似理论),根据这些理论,提出大气污染物浓度分布的模式计算主要采用高斯扩散公式,为此介绍了大气扩散参数以及烟流抬升高度,同时指出污染物在大气中的输送和扩散过程并不完全向高斯扩散公式中所假设的那样被动和保守,还会发生沉积和化学转换等清除过程。
        介绍了大气环境评价的意义、内容、大气污染调查和评价、大气环境现状监测与评价以及气象资料的收集、观测和整理,进行大气环境影响预测以及大气环境影响评价,发布大气污染预报(包括大气污染潜势预报以及大气污染物浓度预报),进行大气环境质量管理和大气污染控制。
        对自20世纪70年代以来,人们发现和提出的几个区域性及全球性的重大的大气环境污染问题(酸雨、南极臭氧洞、全球气候变暖)以及对我国影响较大的沙尘暴问题,进行了详细的介绍。指出这些近三四十年来出现的重大大气环境污染问题越来越对人类的生存和社会的发展产生巨大的威胁,因此需要进一步研究,找到更好的解决办法。
 
教材推荐:
        书名:《大气环境学》
        作者:黄美元,徐华英,王庚辰 编著
        出版社:气象出版社
        出版时间:2005-10-1 
        版次:1
        页数:166 
        字数:282000
        印刷时间:2006-1-1
        I S B N : 9787502940140 
 
教    学    大    纲
 
第一章 概述
第一节 大气环境学研究对象和内容
一、大气环境学概念
大气环境学是大气科学和环境科学两种学科交叉的分支学科。它是从人类环境的角度研究地球大气。它主要研究大气组分(组成大气的气体和气溶胶粒子)的物理和化学特性、迁移转化规律以及它们与人类活动、气象和生态系统之间的相互影响。
二.大气环境学的发展简史
三、大气环境学研究的内容
大气环境学涉及的内容比较广泛,它包括大气环境的监测技术、理论和模式研究以及应用,主要有以下内容:1、大气环境状态及其演化规律;2、大气环境污染及其控制;3、大气环境中物质的迁移转化规律;4、大气坏境评价和管理;5、大气环境与人类和生态系统的相互影响。
第二节 大气环境学与其他学科的关系
第三节 大气环境学展望
21世纪环境大气环境学的几个显著方面:1、大气环境监测技术;2、大气污染规律及防治技术;3、全球性或广域性的大气环境变化规律及其影响;4、大气环境的管理。
 
第二章 大气环境污染
第一节 大气环境的自然状态
一、 大气的结构
1、对流层;2、平流层;3、中间层;4、热层;5、外逸层。
二、 大气的温度和水汽
三、 大气的组成
1、 大气的组成:干洁大气、水汽、气溶胶粒子
2、 大气的主要成分:氮(N2)、氧(O2)、氩(Ar)和二氧化碳(CO2)以及微量气体
第二节 大气环境污染的种类和来源
一、 大气污染的种类
1、 大气(空气)污染的概念
2、 气态污染物:以二氧化硫为主的含硫化合物;以氧化氮和二氧化氮为主的含氮化合物;碳的氧化物;碳氢化合物;卤素化合物。
3、 气溶胶状态污染物:尘、液滴、化学粒子
4、 20世纪70年代以来的区域性及全球性的重大环境污染问题:酸雨;南极臭氧洞;全球气候变暖。
二、 大气污染的来源
1、 人为活动来源:燃料燃烧;工业生产过程;交通运输。(固定源和流动源)
2、 自然源:生物过程;火山;闪电
第三节 大气污染概况
1、20世纪30到60年代大气污染的公害事件:马斯河谷事件;多诺拉事件;洛杉矶光化学烟雾事件;伦敦烟雾事件;四日市哮喘事件。
2、大气污染发生、发展和演化过程(先污染,后治理):“烟煤型”污染;“石油型”的广域污染;污染治理。
3、我国的大气污染状况
4、我国大气污染严重的主要原因:直接燃煤;工业和城市布局不合理;能源浪费严重,燃烧技术落后。
第四节 大气污染的影响和危害
一、 大气污染对人体健康的影响和危害
二、 大气污染对植物的影响和危害
三、 大气污染对建筑物和材料的影响和危害
四、 大气污染对天气和气候的影响
 
第三章 大气污染的气象过程
第一节 大气边界层的特征
大气边界层(近地层和摩擦层上层);自由大气层;
一、 低层大气的温度与大气稳定度
温度廓线日变化;温度直减率;大气稳定度;逆温
二、 风的垂直分布
1、近地层中中性层结时的风廓线
2、近地层中非中性层结时的风廓线
3、莱赫特曼提出综合指数率
4、相似理论建立的近地层风廓线
5、大气边界层中风的分布
三、 大气湍流
1、湍流与雷诺数
2、理查孙数
3、低层大气的湍流特征
第二节 大气湍流扩散的理论处理
一、 湍流扩散的梯度输送理论
二、 湍流扩散的统计理论
三、 湍流扩散的相似理论
四、 三种理论的比较
第三节 大气污染物浓度分布的模式计算
一、 高斯扩散公式
二、 大气扩散参数
1、 萨顿模式
2、 稳定度扩散级别与扩散曲线法
3、 扩散函数法
三、 烟流抬升高度
四、 污染物在大气中的清除
干沉积;湿沉积;化学转换
第四节 复杂地形上的大气污染
一、 居地建筑五对大气污染散布的影响
二、 山地地形影响与扩散处理
三、 水陆交界下垫面影响与扩散处理
第五节 城市和区域大气扩散
一、 城市大气扩散
1、 城市边界层气象特征
2、 城市空气污染特征
3、 城市空气污染模式
罗尔勃克模式;统计模式;分析模式;数值计算模式
二、 中、远距离污染物输送
1、 中尺度输送与扩散
2、 远距离输送与扩散
 
第四章 大气环境评价、预测及管理
第一节 大气环境评价
一、 大气环境影响评价的意义
二、 大气环境影响评价的内容
三、 大气污染调查和评价
1、 污染源调查
2、 污染物排放量的估算
3、 污染源评价
4、 污染源评价方法
四、 大气环境现状监测与评价
1、 大气环境现状监测
2、 评价方法
五、 气象资料的收集、观测和整理
1、 常规气象资料
2、 大气边界层探测
测风气球;低空探空;观测塔或高烟囱;系留气球和系留汽艇遥测系统;声雷达
六、 大气环境影响预测
1、 用于大气环境影响预测的模式有各种扩散模式,随评价区域的大小和污染物平均浓度的计算时间不同选择不同模式
2、 大气环境影响评价中,一般需要预测短期平均浓度分布和长期地面浓度分布
3、 大气环境影响预测应给出各类污染源在一般气象条件下及不利气象条件下对评价区内大气环境质量的预测
七、 大气环境影响评价
1、 进行大气环境评价影响预测后,编写大气环影响评价报告
2、 若预测结果不符合环境质量的要求,但又不能改变厂址或即使另选厂址仍然达不到环境质量标准时,就必须考虑对污染源加以控制以改善大气质量。
3、 大气污染控制
第二节 大气污染预报
一、 大气污染潜势预报
1、 大气污染潜势预报的气象因子
混合层高度;风速;稳定度;通风系数;其他
2、 各国各地的大气污染潜势预报 
二、 大气污染物浓度预报
第三节 大气环境质量管理
一、 大气环境管理的法规政策和制度
1、大气环境保护政策
2、大气环境保护制度
二、 大气质量标准
三、 大气环境监督
1、 大气环境监测的内容
2、 大气环境监测技术
3、 环境监督
四、 大气环境污染控制
1、 全面规划、合理布局工业
2、 控制污染源、尽量少排放
3、 行政管理控制措施
 
第五章 酸雨及大气环境酸化
第一节 酸雨概况
一、 酸雨的概念及其研究历史
二、 世界和中国酸雨的分布
1、 欧洲酸雨分布
2、 北美酸雨分布
3、 东亚和中国酸雨分布
三、酸雨的化学特性
第二节 酸雨的形成和来源
一、 大气中酸性物质和碱性物质的来源
二、 形成酸雨的主要化学过程
1、 二氧化硫的气相均相氧化 
2、 二氧化硫的液相非均相氧化 
3、 二氧化硫在固体颗粒物表面上的吸附和氧化 
4、 氮氧化物-碳氢化物加速二氧化硫氧化 
第三节 酸雨的数值模拟
一、 对流云中形成酸雨的数值模拟
1、云中云水和雨水的酸化过程
2、不同污染气体浓度对云内酸化的影响
3、建模
二、 云下雨水酸化过程的数值模拟
1、 雨滴酸化的降落距离
2、 氧化剂的作用
3、 雨水酸化中的SO2饱和问题
4、 气溶胶粒子的作用
5、 云内和云下酸化过程的相对重要性
三、 酸性物质的长距离输送
1、 我国和东亚硫化物的空间分布规律
2、 典型地区硫化物浓度的垂直分布
3、 我国和东亚硫化物沉降量分布特点
4、 我国各省之间硫化物的相互输送量
5、 我国与领国之间、大陆与台、港之间的相互输送量
第四节 酸雨对生态环境的影响和危害
一、 酸雨对土壤的影响和危害
1、酸雨可使土壤发生物理化学性质变化
2、土壤中某些微量重金属可能被溶解
3、过量酸雨的降落,造成土壤微生物分解有机物的能力下降
二、 酸雨对农作物的影响和危害
1、酸沉降对农作物的急性伤害和慢性伤害
2、不同作物受二氧化硫伤害的敏感性不同 
3、对农作物产量与品质的影响 
三、 酸雨对森林的影响和危害
四、 酸雨对水域生物的影响和危害
1、水域酸化可引起鱼类血液与组织失去营养盐分,导致鱼类烂腮、变形,甚至死亡
2、水域酸化还导致水生植物死亡消失,破坏各类生物间的营养结构,造成严重的水域生态系统紊乱
3、酸雨还杀死水中的浮游生物,减少鱼类食物来源,破坏水生生态系统
4、酸雨污染河流、湖泊和地下水,直接或间接危害人体健康
五、 酸雨对建筑物和材料的影响和危害
1、酸雨对金属、石料、水泥、木材等建筑材料均有很强的腐蚀作用
2、酸雨对金属物品腐蚀十分严重
3、酸雨对古建筑和石雕艺术品腐蚀十分严重
六、 酸雨对人体健康的影响和危害
1、直接危害
2、间接危害
第五节 酸雨的防治对策
一、 发达国家的防治措施
1、 制定环境法规
2、 调整能源结构
3、 积极开发和利用煤炭的新技术减少SO2的排放
4、 控制机动车辆的排放物
二、 我国的防治措施
1、 完善环境法规,加强监督管理 
2、 调整能源结构,改进燃烧技术 
3、 改善交通环境,控制汽车尾气 
4、 区域SO2排放总量控制
5、 酸雨控制区
 
第六章 大气臭氧
第一节 大气臭氧层
一、 臭氧和大气臭氧层
二、 臭氧对地球生命的保护
三、 臭氧在地球大气中的分布和变化
1、 大气臭氧总量的分布
2、 大气中臭氧随高度的变化
3、 臭氧时空变化的缘由
第二节 大气臭氧层的破环及其后果
一、 对人体健康的影响
二、 对陆生植物的影响
三、 对水生生态系统的影响
四、 对生物化学循环的影响
五、 对材料的影响
六、 对对流层大气组成及空气质量的影响
第三节 大气中出现臭氧洞
一、 南极臭氧洞的形成
二、 臭氧洞的演变
第四节 对流层中的臭氧
一、 对流层中的臭氧
二、 对流层中的臭氧的损耗
第五节 保护大气臭氧层
一、 消耗大气臭氧层的物质
1、消耗臭氧层物质
2、消耗臭氧层物质的种类
二、 保护大气臭氧层
 
第七章 大气温室气体与气候变化
第一节 太阳辐射和地球、大气辐射
一. 太阳辐射
二. 地面、大气的长波辐射
三.大气的温室效应
四.大气窗
第二节 大气中的温室气体
1、二氧化碳(CO2)
2、甲烷(CH4)-------第二大温室气体
3、氧化亚氮(N2O)-------笑气
4、臭氧(O3)
5、氟氯烃(CFCs)
第三节 温室效应增强和全球变暖
平均气温上升明显
第四节 气候变化对人类生存环境的影响
一、 全球变暖的宏观影响 
1、冰雪融化、海平面升高
2、气候带北移,引起水资源的重新分配
3、引起生态环境的变化
4、一些极端天气气候事件可能增加 
二、 全球变暖对农业的影响 
1、全球变暖使全球粮食总产量有所下降
2、二氧化碳增加
3、病虫害增加
三、 全球变暖给人类健康带来的影响 
1、气候变暖对疾病流行性的影响
2、高温热浪与死亡率
四、 如何应对气候变暖?
1、国际谈判-UNFCCC,国际社会行动起来——政治家
2. 适应——海岸带、植物、动物、台风、暖冬、高温……
3.提高能源使用效率,少排碳——发改委、企业……
4.绿色能源的开发与利用 
 
第八章 沙尘暴
第一节 沙尘暴概述
一、 世界沙尘暴的地理分布
二、 我国沙尘暴天气的移动路径
西北1路路径、西北2路路径、偏西路径和偏北路径
三、 沙尘天气概念、规定和标准
1.沙尘天气概念
2.沙尘天气过程分类
3.沙尘天气预报警报发布标准
四、 沙尘暴主要危害方式 
1、 强风
2、 沙埋
3、 土壤风蚀
4、大气污染
第二节 沙粒的特征及其运动
一、 沙粒的物理和化学特性
二、 沙粒的运动
1、风沙流
2、风沙粒的运动方式
悬移运动;跃移运动;地表层蠕移运动
第三节 沙尘暴的形成与天气特征
一、 沙尘暴形成的三个要素
1、强风 
2、沙源
3、不稳定的空气 
二、 沙尘暴形成的条件
1、 沙尘暴产生的气候背景
2、 沙尘暴形成的大气环流形势
3、 沙尘暴的中小尺度气象特点
4、 沙尘暴天气形成的地形作用
三、 沙尘暴的预报
1、 考虑季节和气候特点
2、 及时把握产生沙尘暴的天气形势
3、 注意天气系统影响的时间
4、 考虑下垫面和地形的影响
四、 沙尘暴的防治对策
1、 加强沙尘暴的预测预报
2、 遏制环境的沙尘源