污染氣象學(xué)-大氣擴(kuò)散參數(shù)

1、早期大氣擴(kuò)散參數(shù)處理穩(wěn)定度擴(kuò)散級別與擴(kuò)散曲線法擴(kuò)散曲線討論風(fēng)向脈動與擴(kuò)散函數(shù)法擴(kuò)散參數(shù)的研究現(xiàn)狀4.3 大氣擴(kuò)散參數(shù)一 早期的擴(kuò)散參數(shù)模式 格雷厄姆薩頓，英國氣象學(xué)家。1903年2月4日生于克溫坎。畢業(yè)于威爾士大學(xué)、阿伯里斯威恩大學(xué)和牛津大學(xué)。19261928年在威爾士大學(xué)、阿伯里斯威恩大學(xué)任講師，19281941年任助理教授。第二次世界大戰(zhàn)期間從事國防科研工作。19421943年任英國國防部防化實驗所所長。19431945年任坦克實驗所所長。19451947年任英國雷達(dá)研究發(fā)展中心主任。19501955年任英國大氣污染研究委員會主席。1951年任英國陸軍部科學(xué)顧問。19521953年任英國皇

2、家軍事科學(xué)院教務(wù)長。1953年任皇家氣象學(xué)會主席。19531956年任世界氣象組織常務(wù)理事。19601966年任英國大地測量及地球物理學(xué)全國委員會主席。19651971年任英國自然環(huán)境研究委員會主席。在自然環(huán)境和氣象研究方面取得了許多成果。曾獲世界氣象組織頒發(fā)的獎金。著作：大氣湍流（Atmos-pheric turbulence，1948）；微氣象學(xué)（Micrometeoro-logy，1953）具體步驟：1 找出泰勒公式中的拉格朗日相關(guān)系數(shù)的具體形式，即尋找它與某些可測氣象參量的關(guān)系，代入泰勒公式求擴(kuò)散參數(shù)。2 將擴(kuò)散參數(shù)代入基本高斯擴(kuò)散，得到薩頓擴(kuò)散公式。1 薩頓模式3 基于簡單物理考慮，

3、認(rèn)為拉格朗日相關(guān)系數(shù)與湍流特征量，宏觀黏滯度，時間間隔相關(guān)，并通過量綱分析得到所有量的組合。以y向為例：n為由風(fēng)速梯度觀測確定的實驗常數(shù)，m為風(fēng)速廓線冪指數(shù)。薩頓參數(shù)最早，但有局限性補充內(nèi)容：近地層指數(shù)律風(fēng)廓線中性層結(jié)：對數(shù)律非中性層結(jié)：通量-廓線關(guān)系，指數(shù)律，綜合乘冪律指數(shù)律：簡單實用，但中性及近中性層結(jié)，對數(shù)律更合適指數(shù)取值，見書P140和 由雙向風(fēng)標(biāo)測量，反映大氣湍流擴(kuò)散能力。2 直接測量湍流特征量的方法H.E.Cramer(1957)提出脈動風(fēng)方位角標(biāo)準(zhǔn)差脈動風(fēng)高度角標(biāo)準(zhǔn)差p，g與穩(wěn)定度、下風(fēng)向距離及地表粗糙度相關(guān)3 BNL模式（M.E.Smith,1951）特征量：水平風(fēng)向擺動角的范

4、圍高架源（108m高塔施放油霧）擴(kuò)散試驗簡便、合理、實用，美國機械工程師協(xié)會沿用至今4 J.S.Hay & F.Pasquill(1959)出發(fā)點：統(tǒng)計理論，泰勒公式方法：利用相關(guān)函數(shù)和湍流能譜關(guān)系，由湍流觀測資料做譜分析，計算擴(kuò)散參數(shù)?？偨Y(jié)：模型合理可取，反映湍流場本質(zhì)，而且準(zhǔn)確度較高，其探討有一定理論意義，但應(yīng)用尚不普遍，觀測要求高，計算工作量大。 由大量擴(kuò)散試驗（含氣象觀測和示蹤物濃度觀測）資料分析及理論分析得出擴(kuò)散參數(shù)隨下風(fēng)方距離x的變化曲線 P-G法，或者P-G-T法二 穩(wěn)定度擴(kuò)散分級與擴(kuò)散曲線法P-G曲線法 PG曲線的應(yīng)用根據(jù)常規(guī)資料確定穩(wěn)定度級別Pasquill（1963）太陽高

5、度角云量Turner(1961)引入太陽高度角判定日射強弱的定量辦法，確定穩(wěn)定度級別。日射等級風(fēng)速穩(wěn)定度PG曲線的應(yīng)用（10分鐘平均）利用擴(kuò)散曲線確定 和水平擴(kuò)散參數(shù)垂直擴(kuò)散參數(shù)PG曲線的應(yīng)用地面最大濃度估算HzxsmaxcxyxsmaxCw由和w由曲線（圖反查出w由曲線（圖w由式（求出HzxsmaxcxyxsmaxCw由和w由曲線（圖w由曲線（圖w由式（ys3.10三 擴(kuò)散曲線法的完善1.國家標(biāo)準(zhǔn)中的修改應(yīng)用（GB/T13201-91）修正太陽高度角的計算方法適應(yīng)我國大量地面觀測無云高觀測的情況平原地區(qū)和城市遠(yuǎn)郊區(qū)，D、E、F向不穩(wěn)定方向提半級工業(yè)區(qū)和城市中心區(qū)，C提至B級，D、 E、F向不

6、穩(wěn)定方向提一級丘陵山區(qū)的農(nóng)村或城市，同工業(yè)區(qū)中國國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方法2 不同穩(wěn)定度分類方法（1）風(fēng)向脈動標(biāo)準(zhǔn)差（EPA，1990）以風(fēng)速做細(xì)致調(diào)整，觀測數(shù)據(jù)在粗糙度z0=15cm，10m高度處測量得到。采樣時間為15min。如果風(fēng)向發(fā)生轉(zhuǎn)折，為了盡量減小風(fēng)向轉(zhuǎn)折的影響，應(yīng)該將長時間段分成小段進(jìn)行計算，例如將60min的時間劃分為15min一段，最終小時量值： （2）與溫度遞減率有關(guān)方法 以溫度遞減率，即以兩層（10m、60m）的垂直溫度梯度來表征水平和垂直向的湍流狀況。國際原子能機構(gòu)(1980)推薦以溫度遞減率來表征大氣穩(wěn)定度的方法對于穩(wěn)定大氣的情形比較可靠，不穩(wěn)定或者高架源的情形適宜用水平風(fēng)向

7、脈動標(biāo)準(zhǔn)差方法。 以溫度遞減率和風(fēng)速相結(jié)合（同時考慮支配湍流活動的機械和熱力因子） 分別以溫度梯度和 表征湍流的水平和垂直運動 EPA(1990)推薦在缺乏云量和云高資料時，采用表3.18替換原P-G-T方法（3）邊界層湍流參量法注意：除了使用公認(rèn)的已有統(tǒng)一規(guī)范的方案，例如P-G-T方案，國家標(biāo)準(zhǔn)給出的修改方案，采用其他任何方案都應(yīng)當(dāng)驗證其可行性，提供充分的實驗依據(jù)和例證，必要時還應(yīng)做專門的論證3 不同源高和不同下墊面的應(yīng)用P-G擴(kuò)散曲線實驗依據(jù)：平坦理想條件，大量低矮源擴(kuò)散試驗。不同源高不同下墊面-Briggs，1974內(nèi)插完善4 風(fēng)向脈動和擴(kuò)散函數(shù)法擴(kuò)散曲線法試驗基礎(chǔ)存在較大的經(jīng)驗性，方案結(jié)果有許多不確定性僅以宏觀氣象狀況為判據(jù)，在穩(wěn)定度級別和湍流特性之間缺少清晰關(guān)系目前重要發(fā)展由風(fēng)向脈動與擴(kuò)散函數(shù)確定擴(kuò)散參數(shù)的方法(1)方法原理按照湍流擴(kuò)散理論，在均勻定常條件下，粒子位移的總體平均由泰勒公式表示。由泰勒公式可得 為拉格朗日時間尺度f為普適函數(shù)，擴(kuò)散參數(shù)，函數(shù)形式隨源高和穩(wěn)定度變化方法原理與湍流統(tǒng)計理論基礎(chǔ)一致舍棄分離的穩(wěn)定度級別，采用連續(xù)性穩(wěn)定度，接近實際考慮源高影響，認(rèn)為f是穩(wěn)定度狀況函數(shù)使用方便，可用于多種情況(2) 特點Pasquill (1976)給出試驗資料所得的f(x)數(shù)據(jù)由泰勒公式積