親愛(ài)的讀者們,今天我們來(lái)聊聊大氣穩(wěn)定性的奧秘。夜間大氣通常更穩(wěn)定,而白天則相對(duì)復(fù)雜。氮?dú)怆m穩(wěn)定,但仍有化學(xué)反應(yīng)的可能。飛機(jī)頭部雖穩(wěn)固,但并非最安全座位。氣象區(qū)劃分對(duì)理解大氣穩(wěn)定和污染擴(kuò)散至關(guān)重要。逆溫層使得大氣穩(wěn)定,而穩(wěn)定度分級(jí)幫助我們預(yù)測(cè)污染。了解大氣穩(wěn)定性,有助于我們更好地保護(hù)環(huán)境。
在探討大氣穩(wěn)定性的問(wèn)題時(shí),我們首先關(guān)注的是不同時(shí)間段內(nèi)大氣的穩(wěn)定性差異,通常情況下,夜間(例如從02時(shí)至20時(shí))的大氣較為穩(wěn)定,在這一時(shí)間段內(nèi),穩(wěn)定度類(E-F)的頻率之和相對(duì)較高,各地形平均值均在68%以上,與之形成鮮明對(duì)比的是,在白天(例如08時(shí)),中性類(D)頻率占據(jù)較大比例,各地形下D類頻率平均在65%以上。
當(dāng)我們深入到微觀層面,發(fā)現(xiàn)氮?dú)猓∟2)是空氣中最穩(wěn)定的氣體,它占據(jù)了地球大氣中約78%的體積比例,成為地球上最常見(jiàn)的氣體之一,盡管氮?dú)庠谧匀唤缰斜憩F(xiàn)出極高的穩(wěn)定性,但這并不意味著它不會(huì)參與化學(xué)反應(yīng),氮?dú)獾姆€(wěn)定性主要?dú)w因于它的化學(xué)惰性,它不容易與其他元素形成化合物。
至于飛機(jī)的穩(wěn)定性,雖然飛機(jī)的頭部通常是整個(gè)飛機(jī)中最穩(wěn)定和牢固的部分,但由于飛機(jī)頭部在飛行過(guò)程中相對(duì)較低,乘客在飛機(jī)頭部可能會(huì)承受更大的風(fēng)險(xiǎn),從整體來(lái)看,沒(méi)有哪個(gè)座位可以被稱為最安全的。
氣象區(qū)則是根據(jù)各地的最高、最低溫度,最大風(fēng)速,覆冰情況等氣象條件不同進(jìn)行區(qū)域劃分的,這些區(qū)域?qū)τ诶斫獯髿夥€(wěn)定性和污染擴(kuò)散模式具有重要意義。
當(dāng)逆溫層存在時(shí),下層空氣密度大于上層空氣,導(dǎo)致空氣對(duì)流作用減弱,大氣層變得更加穩(wěn)定,這是因?yàn)榭諝鈱?duì)流減緩后,大氣的垂直運(yùn)動(dòng)也相應(yīng)減少,使得大氣層更加穩(wěn)定。
大氣穩(wěn)定度是一個(gè)復(fù)雜的氣象概念,它指的是某一時(shí)段內(nèi),在垂直方向上大氣的層結(jié)是否穩(wěn)定,如果大氣是穩(wěn)定的,那么垂直運(yùn)動(dòng)將受到抑制,湍流和對(duì)流現(xiàn)象會(huì)減少,空氣的垂直混合也會(huì)減弱。
大氣穩(wěn)定度通常分為靜力學(xué)穩(wěn)定度和動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定度,靜力學(xué)穩(wěn)定度是指在浮力作用下空氣微團(tuán)垂直方向運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性,以平均溫度梯度或反映浮力作功的指標(biāo)為判據(jù),若位溫隨著高度增加而遞減,浮力作功增加空氣微團(tuán)的動(dòng)能,上下運(yùn)動(dòng)能繼續(xù)發(fā)展,稱為靜力學(xué)不穩(wěn)定。
大氣穩(wěn)定度還指整層空氣的穩(wěn)定程度,以大氣的氣溫垂直加速度運(yùn)動(dòng)來(lái)判定,大氣中某一高度的一團(tuán)空氣,如受到某種外力的作用,產(chǎn)生向上或向下運(yùn)動(dòng)時(shí),可以出現(xiàn)三種情況:穩(wěn)定狀態(tài)、不穩(wěn)定狀態(tài)和中性平衡狀態(tài)。
大氣穩(wěn)定度也指大氣湍流的狀態(tài),以理查遜數(shù)或相聯(lián)系的指標(biāo)為判據(jù),理查遜數(shù)是衡量大氣穩(wěn)定度的重要參數(shù),它反映了浮力與湍流剪切力之間的平衡關(guān)系。
判斷大氣穩(wěn)定度主要有兩種方法:溫度廓線觀測(cè)法和風(fēng)速垂直切變法。
溫度廓線觀測(cè)法是通過(guò)觀測(cè)大氣溫度的垂直分布情況來(lái)判斷穩(wěn)定度,通過(guò)測(cè)量不同高度上的氣溫,繪制溫度廓線圖,分析溫度廓線的形狀和變化趨勢(shì),從而判斷大氣的穩(wěn)定度。
風(fēng)速垂直切變法是通過(guò)觀測(cè)大氣中不同高度處的風(fēng)速來(lái)判斷穩(wěn)定度,通過(guò)測(cè)量不同高度上的風(fēng)速,繪制風(fēng)速廓線圖,分析風(fēng)速廓線的形狀和變化趨勢(shì),從而判斷大氣的穩(wěn)定度。
大氣穩(wěn)定度的判斷通常用周圍空氣的溫度垂直遞減率(y)與運(yùn)動(dòng)空氣團(tuán)的溫度垂直遞減率(yd)的對(duì)比來(lái)判斷,根據(jù)這個(gè)對(duì)比,可以將大氣穩(wěn)定度分為穩(wěn)定、中性、不穩(wěn)定三種狀態(tài)。
在帕斯奎爾分類法中,大氣穩(wěn)定度分為六個(gè)等級(jí):強(qiáng)不穩(wěn)定、不穩(wěn)定、弱不穩(wěn)定、中性、較穩(wěn)定和穩(wěn)定,分別用A、B、C、D、E、F表示。
E類表示大氣中較穩(wěn)定,而F類表示大氣中最穩(wěn)定,從穩(wěn)定性的角度來(lái)看,F(xiàn)類大氣比E類大氣更穩(wěn)定。
在夜間(例如020時(shí)),穩(wěn)定度類(E-F)的頻率之和占很大比例,各地形平均值均在68%以上;而在白天(例如08時(shí)),中性類(D)頻率所占比例最大,各地形下D類頻率平均在65%以上,由此可見(jiàn),夜間的大氣相對(duì)較為穩(wěn)定。
大氣污染的范圍和強(qiáng)度受到多種因素的影響,包括污染物的性質(zhì)、污染源的性質(zhì)、氣象條件以及地表性質(zhì)。
污染物的性質(zhì)包括物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì),如污染物的密度、溶解度、反應(yīng)活性等,污染源的性質(zhì)包括源強(qiáng)、源高、源內(nèi)溫度、排氣速率等,氣象條件如風(fēng)向、風(fēng)速、溫度層結(jié)等對(duì)污染物的擴(kuò)散和傳播有重要影響,地表性質(zhì)如地形起伏、粗糙度、地面覆蓋物等也會(huì)影響污染物的擴(kuò)散和沉降。
決定大氣污染程度最基本的因素是排放量,大氣實(shí)際上是一個(gè)整體,除了排放量,單位范圍內(nèi)的污染程度還受到氣象因素的影響,風(fēng)向和風(fēng)速會(huì)影響廢氣和尾氣的擴(kuò)散和傳播,降雨和濕度會(huì)影響空氣中的顆粒物和污染物的沉降和清洗。
中國(guó)現(xiàn)有法規(guī)中推薦的修訂帕斯奎爾分類法(簡(jiǎn)記P·S),分為強(qiáng)不穩(wěn)定、不穩(wěn)定、弱不穩(wěn)定、中性、較穩(wěn)定和穩(wěn)定六級(jí),分別表示為A、B、C、D、E、F。
E類表示大氣中較穩(wěn)定,F(xiàn)類表示大氣中最穩(wěn)定,大氣穩(wěn)定度分級(jí)對(duì)于了解和預(yù)測(cè)大氣污染的擴(kuò)散和沉降具有重要意義。