第三章气象参数的测定Word文档格式.docx
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在空气理化检验工作中，测定气温还有两个方面的作用，其中最常用的作用是用于换算采样体积，即通过测定采样点的气温，把现场温度下的采样体积换算成标准状态下的体积，将空气污染物的测定结果换算成标准状态下的结果，使测定结果具有可比性。
测定气温的另一个作用是了解气温变化与空气污染程度的关系，有利于指导选择采样时间，有利于对某些测定结果加以补充说明。
根据气温对空气污染物扩散情况的影响，人们将空气分为不稳定、中性和稳定三种状态。
高空气温显著低于地面气温时，地面热空气迅速上升，上层冷空气下降，形成对流，这时空气不稳定，对流作用不断地把污染物带入较高的上空混合稀释。
当地面气温低于高空气温时，将产生气温逆增，此时空气处于稳定状态，污染物不能上升，难以扩散，地面空气中污染物浓度将显著增高。
气温的季节性变化、日内变化对空气的污染程度也有明显的影响。
冬季地面气温低，空气污染严重。
一日之内早晚气温低，污染物浓度增高，而中午和下午气温相对较高，污染较轻。
另外，中午和下午太阳辐射强度最强，空气的光化学烟雾污染也最严重。
二、气温的测定方法
（一）玻璃液体温度计法
1．仪器及原理 常用的玻璃液体温度计有水银温度计、酒精温度计，它们由球部（温包）和玻璃细管组成。
温度计的球部是一玻璃薄壁，内装水银或乙醇；
玻璃细管是一根内空的玻璃管，与球部连通，形成一个封闭的空间。
气温变化时，玻璃、液体都因热胀冷缩，体积改变，由于水银、乙醇液体的膨胀系数比玻璃的大，因此，当气温变化时，玻璃细管内的液柱高度随之变化。
单纯测定气温时，通常选用水银温度计、酒精温度计。
水银比热小，导热系数大，沸点高，对玻璃没有湿润作用，因此，水银温度计的测定范围大（-35～350℃），结果准确。
但是，由于水银凝固点高，不能测定更低的温度；
水银热胀系数小，影响了水银温度计的灵敏度。
乙醇凝固点低，沸点低，因此，酒精温度计可以测定较低的温度，但不能测定太高的温度，测定范围小（-100～75℃）。
0℃以上时乙醇膨胀不均匀，测定结果不够准确。
本章第四节介绍了三种温湿度计，它们也是玻璃液体温度计。
同时测定气温、气湿时通常使用温湿度计。
2．测定方法 选择适当的测定地点，将温度计垂直悬挂于1.5m高处测定气温。
在室内，测定气温的地点应无热辐射、不靠近发热设备和通风装置、不接触冷的物体；
在室外，测定气温的地点要平坦、自然通风、大气稳定度好。
测定5～10min后读数。
读数时应暂停呼吸，迅速读数，先读小数，后读整数。
视线与液柱上端平行，水银温度计读取凸出弯月面最高点对应的数字，酒精温度计则读取凹月面最低点对应的数字。
（二）数显式温度计法
1．仪器及原理 数显示温度计采用PN结、热敏电阻、热电偶、铂电阻等温度传感器作为感温部件，将温度变化转换为相应的电信号，经放大、转换后，在显示器上直接显示温度数值，方便读取。
一般可测定-40～90℃范围的气温。
2．测定方法插好仪器感温传感器，将传感器头部置于测定地点。
开启仪器测定；
显示器读数稳定后，读取温度值。
为了排除热辐射、冷的表面等因素的影响，应在感温元件外部放置一个金属罩。
数显示温度计特别适用于现场气温的在线测定；
用水银温度计、酒精温度计测定采样现场气温更为方便，应用较多。
（三）方法说明
1．使用前要检查温度计的完好性水银或乙醇液柱应连贯，没有间断。
如有间断，可通过离心、冷却或加热消除间断。
玻璃液体温度计平时尽可能垂直静放，不能倒置、振动。
2．要根据现场气温的高低选择合适的温度计。
3．要正确使用温度计测定时，温度计球部要干燥，若沾有水滴，读数将偏低。
手要握在读数刻度以上部位；
避免呼吸和人体温度影响温度计的读数；
要防止环境热辐射的影响。
当待测环境中存在热辐射时，应选用通风温湿度计测定气温，不宜选用普通水银温度计或酒精温度计测定，因条件限制必须选用时，应在热辐射源与温度计之间放一隔热石棉板或金属片，也可以用铝箔或锡纸圆筒围住温度计的球部，阻隔热辐射的影响。
4．要求准确测定温度时，应先校正温度计。
三、温度计的校正
温度计的读数刻度是等分刻制的，而测温物质（如水银、乙醇）的感温属性与温度示值之间并不呈现严格的线性关系。
因此，由等分刻制反应的温度读数与实际温度之间存在误差。
温度计在使用前应进行校正，减免等分刻度等因素引起的误差。
校正温度计的方法较多，常用方法有标准温度计法、水沸点-冰点法校正温度计。
这两种方法操作简便，适用范围广。
实验室备有标准温度计时，可用标准温度计法校正温度计。
先用标准温度计和待校正的温度计同时测定水的沸点（B0和B1）；
将温度计取出，在空气中自然冷却一段时间，温度读数接近室温后，再同时测定水的冰点（M0和M1）。
若待校正的温度计测得现场气温为Mx，那么，现场气温的校正值为
没有标准温度计或不使用标准温度计时，可以用水沸点-冰点法校正温度计读数。
假设测得现场的气温为Mx，气压为Px，根据Px值和相近气压下水的沸点、冰点数值（见表3-1），用内插法计算出现场气压下对应的水的理论沸点、理论冰点（B0和M0）；
同标准温度计校正法一样，在实验室用待校正的温度计分别测定B1、M1，将B0、M0、B1、M1和Mx代入上式，计算出现场气温的校正值M。
因为B0和M0值是现场气压下计算的理论值，因此，该校正方法又称为理论沸点法。
表3-1 不同气压下水的沸点、冰点
大气压（kPa）
沸点（℃）
冰点（℃）
101.325
100.0
96.425
98.7
100.415
99.8
95.76
98.5
99.750
99.6
95.095
98.3
99.085
99.4
94.43
98.1
98.420
99.3
93.76
97.9
97.755
99.1
93.1
97.7
97.09
98.9
第三节气压的测定
一、气压
包围在地球表面的大气层，以其自身的重量对地球表面产生的压力称为大气压强，简称气压（atmosphericpressure）。
气压的法定计量单位是帕（Pa）；
还有百帕（hPa）、千帕（kPa）、兆帕（MPa）。
通常把北纬45度的海平面上，0℃时的正常气压（101.325kPa）称为一个大气压或一个标准大气压。
气压具有重要的卫生学意义。
气压过高或过低对人体生理活动都有影响，甚至产生危害作用。
气压太低时，可能因为缺氧而引发高山病和航空病。
人从气压高的地方突然转移到正常气压的地方时，由于减压过速也可能发生潜涵病（cai-ssondisease），也叫减压病。
气压的变化往往还显著地影响风向、风力等气象参数的变化。
随着气压的升高，大气中污染物浓度也相应增大。
例如，气压低于750hPa时，SO2的浓度为0.035mg/m3，气压为760～770hPa时，SO2的浓度增至1.583mg/m3。
尤其重要的是，空气样品的体积与气压直接相关。
因此，在空气理化检验工作中，采样时必须测定现场气压，以便将现场采样体积换算为标准状态下的体积。
二、气压的测定方法
测定气压的常用仪器有空盒气压计（aneroidbarometer）、动槽式水银气压计（又称为杯状水银气压计，cisternbarometer）等；
月记型或周记型自记气压计可以连续测量、记录气压的变化情况。
空气理化检验工作中，人们常常携带空盒气压计测定采样现场的气压，动槽式水银气压计一般固定安装在室内，用来测定气压或校正空盒气压计。
1．空盒气压计空盒气压计测量气压的范围为800～1070hPa，适用于海拔高度2000m以内地带的测定。
（1）结构原理：
空盒气压计由具有弹性的波状薄壁金属空盒构成，空盒正面有刻度盘和指针，指针与杠杆系统连接。
盒内呈真空状态，当气压增高时，盒壁收缩而内凹；
气压降低时，盒壁膨胀而隆起。
借助于杠杆和齿轮的转动，盒壁的这些变化被放大并传递到指针，指示出气压值。
空盒气压计携带方便，使用简便，适用于室外和现场的测定，但其精确度差。
（2）测定方法：
将仪器平放，先读取气温值，准确到0.1℃。
用手指轻扣仪器表面数次，以克服传递部分的机械摩擦误差，再读取气压值。
为了使测定结果更加精确，读数后要对气压值进行修正。
一是进行器差修正，主要是修正仪器自身读数基点不准、标尺刻度不准所引起的读数误差。
从气压计附表的刻度订正曲线中查得订正值，修正仪器刻度误差。
二是进行温度修正，就是把不同气温下测量的气压值换算为0℃时的气压值，以便于比较。
温度订正值可按下式计算或查表求得。
式中,P为温度订正值，hPa；
t为测定时的气温，℃；
为温度系数，即当温度改变1℃时，空盒气压计读数的改变值，可以从仪器检定证中查得。
当气温在0℃以上时，从气压读数中减去气温订正值；
气温在0℃以下时，则加上气温订正值。
2．动槽式水银气压计
动槽式水银气压计由感应部分、刻度部分和附属部分组成（图3-2）。
感应部分包括水银、玻璃内管和水银槽等。
玻璃管上端封闭，管内呈真空状态，下端插入水银杯中，管内水银柱与杯中水银连通。
气压升高或降低时，水银柱高度随之变化。
刻度部分由固定刻度尺、游标尺和象牙针组成。
应用固定刻度尺和游标尺配合读数，读数误差小，测量结果精确。
因此，常用它来校正其它气压计。
附属部分主要是一支小型的温度计，用于测定气压计表面温度。
由于动槽式水银气压计装有较多的水银，体积较大，不便于携带到现场使用。
先测定气温、气压，然后修正气压读数。
测定气压时，旋动仪器上的调节螺旋，使水银杯内的液面刚好接触象牙指针针尖；
移动游标尺，使其零刻度线与水银柱液面相切；
根据游标尺零刻度线在固定刻度尺上所指的刻度，读出气压的整数值。
再从游标尺上找到一条刻度线，它与固定刻度尺上某一条刻度线成一直线（在同一水平面），游标尺上的这一刻度线数值就是气压读数的小数值。
精确测量气压时，还要根据仪器说明书对气压读数进行器差修正和气温修正。
其修正方法同空盒气压计。
（3）方法说明：
动槽式水银气压计要垂直悬挂，固定在墙上，避免日光直射，周围无热源、冷源，空气畅通、无风。
测定完毕后，调节螺旋降低水银液面，使象牙针尖脱离水银面。
第四节 气湿的测定
一、气湿
空气的湿度称为气湿（airhumidity），表示空气的含水量。
气湿变化较大，一般随气温升高而增大。
气湿与地理位置有关。
海洋湖泊附近和森林绿地地带气湿较大，沙漠和高山地区气湿小；
城市因热岛效应、植被面积小，湿度比郊区的小。
空气湿度对空气污染物的扩散有较大的影响。
气温较低湿度较大时，空气中的水蒸气容易以烟尘、微尘为凝结核形成雾，使污染物粒子增重下沉，积聚在低层空气中，阻碍了烟气的扩散，加重了空气的污染。
所以当气湿很大形成雾时，空气中污染物的浓度往往显著增高，污染加重。
伦敦烟雾事件和美国多诺拉的空气污染公害事件都是在有雾的情况下形成的严重空气污染事件。
气湿对人体热平衡有重要作用。
高温高湿时人感到烦闷，低温高湿时人感到寒冷，湿度过低时人感到口干舌燥，还可能导致皮肤干裂。
卫生学中用以下五种物理参数表征气湿，其中相对湿度应用最多。
1．绝对湿度（absolutehumidity）一定气温下，单位体积空气中所含水汽的质量，通常用g/m3或mg/m3表示，也可用水蒸气的分压（kPa）来表示。
2．最大湿度（maximumhumidity） 一定气温下，单位体积空气中所含水汽的最大量，又称为空气的饱和湿度。
3．饱和差（saturateddifference） 一定气温下，空气的最大湿度与绝对湿度之差。
它反映在某气温下，单位体积空气中还能容纳水汽的量，即单位体积空气中实际含有水汽的量距离饱和状态的程度，差距越大，说明单位空气中还可容纳越多的水汽。
4．生理饱和差（physiologicalsaturateddifference） 37℃时空气的最大湿度与绝对湿度之差。
生理饱和差愈大，表明人体散热愈容易，反之愈难。
生理饱和差为负值时，人体不能借助蒸发汗水来散热，对人体健康不利。
最大湿度、饱和差和生理饱和差的单位与绝对湿度的单位相同。
5．相对湿度（relativehumidity） 是绝对湿度与最大湿度的比值，即空气中实际含水汽的量与同一温度条件下饱和水汽量的比值，用百分比表示。
人们常用相对湿度来表示空气湿度。
一般情况下，相对气湿为30%～70%时人体感到舒适；
相对湿度大于80%时为高气湿，小于30%时为低气湿。
居室内较舒适的气象参数是：
室温18℃时，相对湿度应控制在30%～40%；
室温25℃时，相对湿度应控制在40%～60%。
当外界温度超过30℃，相对湿度高于70%时，生理饱和差小，皮肤表面蒸发散热发生困难，可能出现人体体温调节障碍。
二、气湿的测定方法
（一）通风干湿计法
该方法只能够测定某一时刻空气的湿度，不能连续测定某一时段的气湿，不能记录气湿的连续变化。
因此，准确地说这种测定湿度的仪器是通风干湿表，这种测定方法又称之为通风干湿表法。
通风干湿计法常选用通风温湿度计（ventilationpsychrometer
）和干湿球温湿度计（psychrometer）测定气湿；
这两种仪器结构相似，测湿原理相同，操作方便，应用广泛。
1．通风温湿度计测定气湿
（1）仪器结构：
通风温湿度计分电动和手动两种（图3-3，3-4）。
由两支结构和性能完全相同的水银温度计组成，两支温度计的球部都安装在镀镍或镀铬的双层金属风管内。
两支温度计中，有一支的球部包有纱布，吸引水杯中的蒸馏水将温度计的球部湿润，形成湿球温度计。
另一支温度计球部没有包裹纱布，球部处于正常干燥状态，称之为干球温度计，它可以单独测定气温，与湿球温度计配合又可用于测定气湿。
测定时，球部能感应空气的温度，又能反射环境热源的热辐射，排除了热辐射对温度读数的影响。
外管以象牙环扣接温度计，有利减少传导热的作用。
仪器顶端有一个小风机，旋紧小风机的发条或用电力带动，机身外部备有防风罩，保护风叶匀速自转产生恒定风速，不受外界强风干扰，有利于室外测定。
风机与风管相连，开动时抽吸空气从风管下端进入，以恒定流速（2～4m/s）流过干、湿球表面。
风速的稳定使湿球表面始终处在一定的风速、温度条件下蒸发水分，排除了风速变化对水分蒸发速度的影响。
（2）测定原理：
一定温度的气流匀速通过干湿球温湿度计时，干球温度计显示空气的温度。
由于湿球表面湿度较空气的大，空气流过湿球时，加速了表面水分蒸发的速度，导致湿球球部温度下降，温度示值低于干球温度计的读数。
被测空气愈干燥，湿球水分蒸发越快，干、湿球温度计温差越大，利用温差值可以测定空气的湿度。
（3）测定方法：
取适量蒸馏水湿润纱布条，开动风机，将通风温湿度计悬挂在测定地点，3～5min后分别读取干球、湿球温度计的读数，计算温差。
从仪器附有的专用湿度表上查得测定风速下的相对湿度；
也可按下式计算相对湿度。
式中，A为空气的绝对湿度，kPa；
RH为空气的相对湿度；
t1为干球温度计所示温度，℃；
t2为湿球温度计所示温度，℃；
F1为t2时空气的最大湿度，kPa；
F为t1时空气的最大湿度，kPa；
P为测定时的大气压，kPa；
a为温湿度计系数。
a与风速有关，还与气压、气温、湿球球部形状及纱布包扎情况等因素有关，测定准确a值的工作相当复杂。
表3－2 不同气温时的饱和水蒸气分压和质量表
温度
（℃）
饱和水蒸气压
（mmHg）
密度
（mg/m3）
-10
2.15
2.36
40
55.3
51.1
4.58
4.85
60
149.4
130.5
5
6.54
6.8
80
355.1
293.8
10
9.21
9.4
95
634
505
11
9.84
10.01
96
658
523
12
10.52
10.66
97
682
541
13
11.23
11.35
98
707
560
14
11.99
12.07
99
733
579
15
12.79
12.83
100
760
598
20
17.54
17.3
101
788
618
25
23.76
23
110
1074.6
...
30
31.8
30.4
120
1489
37
47.07
44
200
11659
7840
表3－3 温湿度计系数
风速（m/s）
系数值
0.13
0.00130
0.16
0.00120
0.20
0.00110
0.30
0.00100
0.40
0.00090
0.80
0.00080
2.30
0.00070
3.00
0.00069
4.00
0.00067
（4）方法说明：
温度计球部要清洁；
干球球部要干燥无水滴；
纱布湿润前，两支温度计的状态相同，温度读数差值不超过0.1℃。
为了确保纱布具有良好的吸水性，纱布要干净，要及时更换，最好是脱脂、洗去糨糊的白色薄针织纱布。
为了保证球部湿润程度一致，纱布要紧贴球部，不能折叠，重叠部分越少越好。
加水湿润纱布时要控制好加水量，以保证球部周围空气流通，以利于湿球球面水分正常蒸发。
2．干湿球温湿度计测定气湿与通风温湿度计相比，干湿球温湿度计测定气湿的原理相同，方法相似，仪器结构简单，但测定结果准确性较差。
对结果没有特殊要求时可以用它测定气湿。
干湿球温湿度计也由两支结构和性能相同的温度计组成。
一支包裹纱布，湿润后形成湿球温度计，两支温度计和一个小水杯固定在平板上。
它没有小风机，在测定地点实际风速条件下测定气湿；
没有防止热辐射的金属套管，自身不能防止热辐射的干扰。
测定地点应通风良好，没有热辐射，以免影响测定结果。
若存在热辐射源，应在温度计与热辐射源之间放一块石棉板隔热，也可以用金属板、铝箔或锡箔隔热。
测定时要注意风速的影响。
如果风速与仪器相对湿度表所列风速范围相差较大，不能用查表的方法确定相对湿度，必须用公式计算相对湿度。
（二）电湿度计法
电湿度计由传感器感应环境湿度的变化，引起传感器的某一特性改变，产生相应的电信号，自动转化处理后在仪器上直接显示空气湿度数值。
所用的传感器有氯化锂电阻式、氯化锂露点式和高分子薄膜电容式等。
电阻式氯化锂湿度计由测试仪表和氯化锂湿敏元件两部分组成。
在湿敏元件的有机玻璃支架上绕制两根互相平行的金属丝，组成一对电极，电极间涂加一层吸湿剂氯化锂溶液。
空气相对湿度大时，空气中水蒸气压比氯化锂溶液的大，氯化锂溶液吸收空气中的水分，电阻变小。
反之，电阻变大。
因此，用仪表测试两电极间电阻的变化，即可测得空气的相对湿度。
该仪器通电10min即可读取测定结果，操作简便，但测定装置要经常清洗，仪器连续工作一段时间后，必须清洗氯化锂测头；
环境中腐蚀气体浓度较高时不能使用。
第五节气流的测定
一、气流
当气温、气压不同时，空气将从低温处向高温处流动，从高气压处向低气压处流动。
空气的流动称为气流（aircurrent），又称为风。
空气作水平运动时具有方向和速率。
水平气流的来向称为风向（winddire-ction）。
风的速率称之为风速（windvelocity），指单位时间内空气在水平方向流过的距离，单位为m/s，或km/h等。
风（气流）能促使干冷空气和暖湿空气的交换，影响气候变化，影响居室房间的通风换气和人体的散热。
风向和风速对空气污染物具有传递和稀释作用，是决定污染物在空气中的扩散程度和污染程度的重要因素。
在风向和风速的作用下，污染物在空气中可由一处迁移到另一处；
由于空气的稀释，污染物的浓度逐渐降低，而污染范围逐渐扩大。
二、气流的测定方法
测定气流就是测定风向和风速。
应用较多的测定仪器有三杯风向风速表、轻便携带式翼状风速计和热球式电风速计。
其中，翼状和杯状风速仪的机械摩擦阻力大、仪器惰性较大，风速小于0.5m/s时仪器不能转动，无法读数。
热球式电风速计可以测定微风，当风速小于0.5m/s时，可选用热球式电风速计测定风速。
（一）三杯风向风速表测定法
1．仪器结构和原理该仪器由风向仪和风速表两部分组成（图3-5），可同时测定风向和风速。
风向仪包括风向杯、方向盘和小套管制动部件。
风向杯转动灵活，是风向指示的感应部分。
环绕在垂直轴上的半圆球状的小杯
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