核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第4章放射性物質(zhì)在大氣中行為

1、第4章 放射性物質(zhì)在大氣中的行為1核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第4章放射性物質(zhì)在大氣中行為大氣顆粒物（PM10）中核素的gama譜2核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第4章放射性物質(zhì)在大氣中行為上海應(yīng)用物理研究所，南華大學(xué)空氣污染來源反軌跡圖3核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第4章放射性物質(zhì)在大氣中行為地球上空的大氣簡(jiǎn)介： 人為產(chǎn)生的氣載污染物一般都排入邊界層中。 污染物質(zhì)釋入大氣后將隨風(fēng)的運(yùn)動(dòng)向下風(fēng)向輸運(yùn)，污染物分布不均勻形成的濃度梯度導(dǎo)致其在水平和鉛直方向上擴(kuò)散，空氣流場(chǎng)的切變則導(dǎo)致污染物的彌散。4核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第4章放射性物質(zhì)在大氣中行為 輸運(yùn)過程中放射性核素將逐漸衰變，其子體逐漸積累。 雨雪的清洗濕沉積； 粒徑較大(20m)的固

2、體顆粒沉降； 氣溶膠與地面附著物碰撞干沉積； 風(fēng)的作用沉積物懸浮二次污染。5核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第4章放射性物質(zhì)在大氣中行為空氣中的放射性污染物的危害： 空氣中的放射性污染對(duì)人直接造成外照射； 人吸入污染的空氣內(nèi)照射； 沉積到地面上的污染物 沉積造成的地面污染 外照射； 沉積導(dǎo)致的農(nóng)作物污染經(jīng)食物鏈內(nèi)照射。6核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第4章放射性物質(zhì)在大氣中行為4.1 放射性物質(zhì)在大氣中的化學(xué)行為 7核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第4章放射性物質(zhì)在大氣中行為（一）大氣的恒定組分 大氣的恒定組分是指大氣中的O2、N2和稀有氣體。在近地層大氣中這些氣體組分的含量幾乎可認(rèn)為是不變的，它們約占大氣總量的99.97%。（二)大氣的

3、可變組分 主要指CO2和H2O（g），這些氣體組分受不同地區(qū)氣候、季節(jié)等多種因素的影響而發(fā)生變化。正常狀況下，H2O(g)約占0-4，CO2約占0.02%- 0.04%。 由恒定組分和可變組分所組成的大氣稱為潔凈大氣。 4.1.1 大氣的化學(xué)組成 （三）大氣的不定組分 大氣中的塵埃、硫化物、氮氧化物等是大氣中的不定組分，當(dāng)它們進(jìn)入大氣后，可能造成大氣污染。 8核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第4章放射性物質(zhì)在大氣中行為9核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第4章放射性物質(zhì)在大氣中行為成云致雨的必要條件主要成分次要成分 水 汽固體雜質(zhì)生物體的基本成分維持生物活動(dòng)的必要物質(zhì)植物光合作用的原料；對(duì)地面保溫吸收紫外線，使地球上的生物免遭

4、過量紫外線的傷害成云致雨的必要條件，對(duì)地面保溫作用大氣組成主 要 作 用干潔空氣O3N2O2CO2大氣各組成成分的作用10核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第4章放射性物質(zhì)在大氣中行為大氣圈結(jié)構(gòu) 大氣層又叫大氣圈，地球就被這一層很厚的大氣層包圍著。大氣層的成分主要環(huán)境空氣的成分。大氣層的空氣密度隨高度而減小，越高空氣越稀薄。大氣層的厚度大約在1000-1400千米以上，但沒有明顯的界限。整個(gè)大氣層隨高度不同表現(xiàn)出不同的特點(diǎn)，分為對(duì)流層、平流層、中間層、暖層和逸散層，再上面就是星際空間了。 11核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第4章放射性物質(zhì)在大氣中行為4.1.2 大氣中的一般化學(xué)過程 在一些射線的作用下，大氣中會(huì)發(fā)生一系列的化

5、學(xué)反應(yīng)，其中最重要的是光化學(xué)反應(yīng)。各層的化學(xué)反應(yīng)不近一致。 這些射線是太陽輻射、宇宙射線、X射線及閃電引起的放電效應(yīng)。 平流層：熱層的主要光反應(yīng)：12核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第4章放射性物質(zhì)在大氣中行為 大氣中的主要成分是N2和 O2，它們可以吸收太陽輻射而引起光致離解，產(chǎn)生氮原子和氧原子，這些原子非?；钴S，在不同的氣流層中發(fā)生一些化學(xué)反應(yīng)。 宇宙射線、太陽紫外線和X射線等可引起大氣組分電離，這主要發(fā)生在60km以上的大氣層，生成一些自由基。這些離子也可發(fā)生一系列的化學(xué)反應(yīng)。 大氣層中另一類重要化學(xué)反應(yīng)是由大氣中的污染物質(zhì)造成的，如酸雨、氮氧化物和烴類等。13核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第4章放射性物質(zhì)在大氣中行

6、為中間層主要的光化學(xué)反應(yīng)有：平流層主要反應(yīng)有：對(duì)流層有：14核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第4章放射性物質(zhì)在大氣中行為4.1.3 放射性物質(zhì)在大氣中的化學(xué)行為 大氣中的放射性物質(zhì)可發(fā)生一系列的化學(xué)變化： 氧化反應(yīng)、光化學(xué)反應(yīng)和同位素交換反應(yīng)； 氣溶膠的形成和吸附現(xiàn)象； 云霧、雨滴對(duì)放射性物質(zhì)的溶解、吸收等。 15核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第4章放射性物質(zhì)在大氣中行為 放射性氣溶膠的形成： 液態(tài)或固態(tài)放射性核素大部分被大氣溶膠捕集形成氣溶膠。大氣氣溶膠主要包括微塵、有機(jī)碳化物微粒和液態(tài)的霧。 核爆炸放射性核素進(jìn)入對(duì)流層頂部溫度降低放射性氣溶膠 環(huán)境污染。 氡溢出衰變子體（釙、鉛、鉍等）大氣氣溶膠環(huán)境污染。 核設(shè)施、核事

7、故放出的銣、碘、銫、鉬、氚、碳等它們中的放射性核素形成氣溶膠對(duì)環(huán)境污染。16核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第4章放射性物質(zhì)在大氣中行為化學(xué)反應(yīng) 大氣中的放射性物質(zhì)在遷移、擴(kuò)散過程中，因其化學(xué)活性或大氣中其它物質(zhì)的化學(xué)活性而發(fā)生多種化學(xué)反應(yīng)。其中與O2和CO2的反應(yīng)是大氣中最容易發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)。如Sr通過一系列的反應(yīng)可以生成SrCO3，T2可以氧化成T2O等。 17核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第4章放射性物質(zhì)在大氣中行為 此外，大氣中發(fā)生的化學(xué)過程與大氣吸收太陽能輻射引起的大氣光化學(xué)過程有密切關(guān)系。大氣中的某些放射性氣體在太陽光的照射下，也可直接發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)。主要是因?yàn)樽杂苫纳伞?同位素交換反應(yīng)：18核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)

8、價(jià)第4章放射性物質(zhì)在大氣中行為4.2 放射性物質(zhì)在大氣中的輸運(yùn)和彌散4.2.1 大氣邊界層的溫度場(chǎng)和風(fēng)場(chǎng)1、大氣邊界層的溫度場(chǎng) 1）干絕熱遞減率 不含水分的干空氣團(tuán)隨機(jī)運(yùn)動(dòng)而絕熱上升時(shí)，其膨脹、位置升高其內(nèi)能降低、溫度下 降；反之，溫度升高。干空氣團(tuán)每絕熱升降100m而導(dǎo)致其身溫度變化率的負(fù)值稱為干絕熱遞減率，以rd表示，其理論值為：0.98K/100m1.0K/100m。未飽和濕空氣上升時(shí)，其溫度下降率將小于1.0K/100m。19核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第4章放射性物質(zhì)在大氣中行為2）大氣的氣溫層結(jié) 大氣邊界層氣溫在鉛直方向上的變化情況稱為氣溫層結(jié)，其特征可用氣溫垂直遞減率表示： 一般取單位高差(

9、100m)上氣溫變化速率為負(fù)值。因此，當(dāng)氣溫隨高度增高而降低時(shí)，r0，反之,則小于0,表示氣溫隨高度增高而上升。20核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第4章放射性物質(zhì)在大氣中行為大氣邊界層中氣溫層結(jié)有四種典型情況： 氣溫隨高度增高而遞減，且其遞減率大于干絕熱遞減率r rd時(shí)，為正常分布層結(jié)或超絕熱遞減層結(jié)； r rd時(shí)，為中性層結(jié)； r0時(shí)，為逆溫層結(jié)； r=0時(shí)，等溫層結(jié)。由不同的氣溫層結(jié)而產(chǎn)生不同的煙羽形狀。21核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第4章放射性物質(zhì)在大氣中行為氣溫的垂直分布（溫度層結(jié)） 0 ， 正常分布層結(jié) ，中性層結(jié)（絕熱直減率） 0 ，等溫層結(jié) 0 ，逆溫層結(jié) 22核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第4章放射性物質(zhì)在大氣中行

10、為逆 溫逆溫不利于擴(kuò)散，容易造成大氣污染，包括輻射逆溫、下沉逆溫、平流逆溫、鋒面逆溫等。輻射逆溫：由于地面強(qiáng)烈輻射冷卻而形成的逆溫，地面夜間變冷，大氣自下而上冷卻，造成溫度自下而上的增加，產(chǎn)生逆溫現(xiàn)象；地面白天加熱，大氣自下而上變暖，逆溫消失。 下午日落前1小時(shí)黎明日出后上午10點(diǎn)左右輻射逆溫的生消過程23核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第4章放射性物質(zhì)在大氣中行為3）氣溫的垂直變化與大氣穩(wěn)定度性的關(guān)系 地球表面上方大氣的溫度隨高度發(fā)生變化，大氣溫度隨高度的分布情況與大氣穩(wěn)定性關(guān)系密切，同時(shí)影響受污染的空氣被較潔凈的空氣混合而沖釋其污染濃度的作用。 24核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第4章放射性物質(zhì)在大氣中行為煙流型與大氣

11、穩(wěn)定度的關(guān)系 波浪型（不穩(wěn)）錐型（中性or弱穩(wěn)）扇型（逆溫）爬升型（下穩(wěn)，上不穩(wěn)）漫煙型（上逆、下不穩(wěn)） 25核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第4章放射性物質(zhì)在大氣中行為大氣穩(wěn)定度和煙羽行為26核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第4章放射性物質(zhì)在大氣中行為逆溫對(duì)擴(kuò)散的影響27核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第4章放射性物質(zhì)在大氣中行為2、大氣邊界層的風(fēng)場(chǎng)1）作用于大氣的水平力 大氣水平方向存在著氣壓差，就存在水平力。水平氣壓梯度力是導(dǎo)致空氣水平運(yùn)動(dòng)的原動(dòng)力；地球的轉(zhuǎn)動(dòng)使之與大氣之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)而造成旋轉(zhuǎn)效應(yīng)，產(chǎn)生地球的偏轉(zhuǎn)力(科里奧利力)，其存在與風(fēng)伴生，其方向與實(shí)際風(fēng)向垂直；近地層空氣運(yùn)動(dòng)還會(huì)產(chǎn)生摩擦力，方向與風(fēng)向相反；作曲線運(yùn)動(dòng)的大氣還會(huì)

12、受到慣性離心力的作用，其方向與實(shí)際風(fēng)方向垂直。 2）大氣邊界層中的風(fēng)場(chǎng) 在自由大氣中，摩擦力可忽略，但在大氣邊界層中，氣壓梯度力G，科氏力D及摩擦力F三者處于同一數(shù)量級(jí)，三者的合力構(gòu)成風(fēng)場(chǎng)。28核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第4章放射性物質(zhì)在大氣中行為4.2.2 湍流擴(kuò)散的基本理論 擴(kuò)散的要素風(fēng)：平流輸送為主，風(fēng)大則湍流大湍流是導(dǎo)致煙羽擴(kuò)散的主要原因：擴(kuò)散速率比分子擴(kuò)散快105106倍 湍流的基本概念 （什么是湍流？） 除在水平方向運(yùn)動(dòng)外，還會(huì)由上、下、左、右方向的亂運(yùn)動(dòng)，風(fēng)的這種特性和擺動(dòng)稱為大氣湍流。（有點(diǎn)象分子的熱運(yùn)動(dòng)）或者說湍流是大氣的無規(guī)則運(yùn)動(dòng) 。 ( 湍流大氣的無規(guī)則運(yùn)動(dòng) :風(fēng)速的脈動(dòng)和風(fēng)向的擺

13、動(dòng))起因與兩種形式 熱力：溫度垂直分布不均（不穩(wěn)定）機(jī)械：垂直方向風(fēng)速分布不均勻及地面粗糙度29核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第4章放射性物質(zhì)在大氣中行為湍流擴(kuò)散理論簡(jiǎn)介主要闡述：湍流與煙流傳播及湍流與物質(zhì)濃度衰減的關(guān)系 1.梯度輸送理論 德國(guó)科學(xué)家菲克，在1855年發(fā)表了一篇題為“論擴(kuò)散”的著名論文。在這篇論文中，他首先提出了梯度擴(kuò)散理論。他把這個(gè)理論表述為：“假定食鹽在其溶劑中的擴(kuò)散定律與在導(dǎo)體中發(fā)生的熱擴(kuò)散相同，是十分自然的?！?湍流梯度輸送理論進(jìn)一步假定，由大氣湍流引起的某物質(zhì)的擴(kuò)散，類似于分子擴(kuò)散，并可用同樣的分子擴(kuò)散方程描述。為了求得各種條件下某污染物的時(shí)、空分布，必須對(duì)分子擴(kuò)散方程在進(jìn)行擴(kuò)散的

14、大氣湍流場(chǎng)的邊界條件下求解。然而由于邊界條件往往很復(fù)雜，不能求出嚴(yán)格的分析解，只能在特定的條件下求出近似解，再根據(jù)實(shí)際情況修正。30核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第4章放射性物質(zhì)在大氣中行為湍流擴(kuò)散理論簡(jiǎn)介2.湍流統(tǒng)計(jì)理論： 湍流統(tǒng)計(jì)理論假定：流體中的微粒與連續(xù)流體一樣，呈連續(xù)運(yùn)動(dòng)，微粒在進(jìn)行傳輸和擴(kuò)散時(shí)，不發(fā)生化學(xué)和生物學(xué)反應(yīng)；微粒的大小和質(zhì)量不計(jì)，并將微粒運(yùn)動(dòng)看作是相對(duì)于一定空間發(fā)生的。 如圖表示從污染源釋放出的粒子，在風(fēng)沿著x方向吹的湍流大氣中擴(kuò)散的情況。假定大氣湍流場(chǎng)是均勻、穩(wěn)定的。從原點(diǎn)釋放出的一個(gè)粒子的位置用y表示，則y隨時(shí)間而變化，但其平均值為零。如果從原點(diǎn)放出很多粒子，則在x軸上粒子的濃度最

15、高，濃度分布以x軸為對(duì)稱軸，并符合正態(tài)分布。 31核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第4章放射性物質(zhì)在大氣中行為由湍流引起的擴(kuò)散 32核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第4章放射性物質(zhì)在大氣中行為 3.相似擴(kuò)散理論 湍流擴(kuò)散相似理論的基本觀點(diǎn)：湍流由許多大小不同的湍渦所構(gòu)成，大湍渦失去穩(wěn)定分裂成小湍渦，同時(shí)發(fā)生了能量轉(zhuǎn)移，這一過程一直進(jìn)行到最小的湍渦轉(zhuǎn)化為熱能為止。從這一基本觀點(diǎn)出發(fā)，利用量綱分析的理論，建立起某種統(tǒng)計(jì)物理量的普適函數(shù)，再找出普適函數(shù)的具體表達(dá)式，從而解決湍流擴(kuò)散問題。湍流擴(kuò)散理論簡(jiǎn)介33核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第4章放射性物質(zhì)在大氣中行為 大氣湍流與污染物的擴(kuò)散 圖a表示煙團(tuán)在比它尺度小的湍渦作用下，一邊隨風(fēng)遷移，一邊

16、受到湍渦的攪擾，邊緣不斷與周圍空氣混合，體積緩慢地膨脹，煙團(tuán)內(nèi)部的濃度也不斷地降低。 圖b表示煙團(tuán)受到大尺度湍渦的作用。這時(shí)煙團(tuán)主要被湍渦所挾帶，本身增長(zhǎng)不大。 圖c表示煙團(tuán)受到大小尺度相當(dāng)?shù)耐臏u扯動(dòng)變形，這是一種最強(qiáng)的擴(kuò)散過程。 在實(shí)際大氣中同時(shí)存在著各種不同大小的湍渦，擴(kuò)散過程是上述幾種過程共同完成的。34核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第4章放射性物質(zhì)在大氣中行為4.2.3點(diǎn)源彌散的高斯模式高斯模式的有關(guān)假定1.坐標(biāo)系坐標(biāo)系取排放點(diǎn)（無界源、地面源或高架源排放點(diǎn)）在地面的投影點(diǎn)為原點(diǎn)，主風(fēng)向?yàn)閤軸，y軸在水平面內(nèi)垂直于x軸，正方向在x軸的左側(cè)，z軸垂直于水平面，向上為正，即右手坐標(biāo)系。食指x軸；中指y軸

17、；拇指z軸。此坐標(biāo)系中，煙流中心與x軸重合或煙流在oxy平面的投影為x軸。2.四點(diǎn)假設(shè) a污染物濃度在y、z風(fēng)向上分布為正態(tài)分布b全部高度風(fēng)速均勻穩(wěn)定c源強(qiáng)是連續(xù)均勻穩(wěn)定的d擴(kuò)散中污染物（或核素活度）是守恒的 35核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第4章放射性物質(zhì)在大氣中行為 高斯擴(kuò)散模式坐標(biāo)系36核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第4章放射性物質(zhì)在大氣中行為無界空間連續(xù)點(diǎn)源擴(kuò)散模式(a)(c.d)37核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第4章放射性物質(zhì)在大氣中行為上式中： 平均風(fēng)速，m/s； Q源強(qiáng),核素活度釋放率，Bq/s。 y側(cè)向擴(kuò)散參數(shù)，污染物在y方向分布的標(biāo)準(zhǔn)偏差，是距離y的函數(shù)，m； z豎向擴(kuò)散參數(shù)，污染物在z方向分布的標(biāo)準(zhǔn)偏差，是距離

18、z的函數(shù)，m；未知量濃度c、待定函數(shù)A(x)、待定系數(shù)a、b；式、組成一方程組，四個(gè)方程式有四個(gè)未知數(shù)，故方程式可解。38核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第4章放射性物質(zhì)在大氣中行為39核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第4章放射性物質(zhì)在大氣中行為40核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第4章放射性物質(zhì)在大氣中行為 高斯煙流的濃度分布高斯煙流中心線上的濃度分布41核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第4章放射性物質(zhì)在大氣中行為高斯煙流的形態(tài)42核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第4章放射性物質(zhì)在大氣中行為 高架連續(xù)點(diǎn)源擴(kuò)散模式 當(dāng)污染物通過高煙囪釋放時(shí)，可采用高位連續(xù)點(diǎn)源的彌散公式計(jì)算下風(fēng)向空間任意點(diǎn)處的空氣污染濃度。由于煙羽的抬升，應(yīng)取有效煙囪高度H=HS+H作為釋放高度。 高架連

19、續(xù)點(diǎn)源的擴(kuò)散問題，必須考慮到地面對(duì)擴(kuò)散的影響。根據(jù)前述假設(shè)(d)，可以認(rèn)為地面象鏡面那樣，對(duì)污染物起著全反射的作用。按照全反射原理，地面就象鏡子一樣對(duì)污染物起全反射作用,可以用像源法來處理這類問題?？梢园裀點(diǎn)污染物濃度看成為兩部分作用之和，一部分實(shí)源作用，一部分是虛源作用。見下頁圖：相當(dāng)于位置在（0，0，H）的實(shí)源和位置在（0，0，-H）的像源，當(dāng)不存在地面時(shí)在P點(diǎn)產(chǎn)生的濃度之和。（1）實(shí)源作用：由于坐標(biāo)原點(diǎn)原選在地面上，現(xiàn)移到源高為H處，相當(dāng)于原點(diǎn)上移H，即原式中的Z在新坐標(biāo)系中為（Z-H）,不考慮地面的影響，則： 43核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第4章放射性物質(zhì)在大氣中行為44核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第4章放

20、射性物質(zhì)在大氣中行為45核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第4章放射性物質(zhì)在大氣中行為46核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第4章放射性物質(zhì)在大氣中行為47核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第4章放射性物質(zhì)在大氣中行為地面的最大濃度 高架源的污染源是在空中，我們時(shí)常關(guān)心的是污染物到達(dá)地面的濃度，而不是空中任一點(diǎn)的濃度。地面濃度是以 x 軸為對(duì)稱的，x 軸上具有最大值，向兩側(cè)方向遂漸減小。因此，地面軸線濃度是我們所關(guān)心的。我們知道標(biāo)準(zhǔn)差y、z 反映的是 y 和z 方向上的濃度分布，隨距離 x 的增大，濃度分布趨于平均，即y、z 隨 x 而增大。必然在某一距離 x 處出現(xiàn)濃度 C 的最大值。 另一方面，地面最大污染物濃度出現(xiàn)的位置和數(shù)值，與高架污染源

21、在空中的位置有關(guān)，空中的位置則是以有效源高表現(xiàn)。因此還要考慮氣象因素。48核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第4章放射性物質(zhì)在大氣中行為 以上模式適用于氣態(tài)污染物和粒徑小于10m的飄塵，對(duì)于大10m的顆粒物，由于自身的沉降作用，濃度分布將有所改變。49核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第4章放射性物質(zhì)在大氣中行為4.2.4 污染物濃度的估算Q 源強(qiáng) 計(jì)算或?qū)崪y(cè) 平均風(fēng)速 多年的風(fēng)速資料 H 有效煙囪高度 、 擴(kuò)散參數(shù)50核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第4章放射性物質(zhì)在大氣中行為 煙流抬升高度是確定高架源的位置，準(zhǔn)確判斷大氣污染擴(kuò)散及估計(jì)地面污染濃度的重要參數(shù)之一。 從煙囪里排出的煙氣，通常會(huì)繼續(xù)上升，因此有效源的高度高于煙囪實(shí)際高度。 上升的

22、原因： 一是熱力抬升，即當(dāng)煙氣溫度高于周圍空氣溫度時(shí)，密度比較小，浮升力的作用而使其上升； 二是動(dòng)力抬升，即離開煙囪的煙氣本身具有的動(dòng)量，促使煙氣繼續(xù)向上運(yùn)動(dòng)。1) 煙氣抬升高度的計(jì)算 51核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第4章放射性物質(zhì)在大氣中行為 熱煙流從煙囪中噴出直至變平是一個(gè)連續(xù)的逐漸緩變過程一般可分為四個(gè)階段，如圖所示。 首先是煙氣依靠本身的初始動(dòng)量垂直向上噴射的噴出階段，該階段的距離約為幾至十幾倍煙囪的直徑； 其次是由于煙氣和周圍空氣之間溫差而產(chǎn)生的密度差所形成的浮力而使煙流上升的浮升階段，上升煙流與水平氣流之間的速度差異而產(chǎn)生的小尺度湍渦使得兩者混合后的溫差不斷減小，煙流上升趨勢(shì)不斷減緩，逐漸趨

23、于水平方向； 然后是在煙體不斷膨脹過程中使得大氣湍流作用明顯加強(qiáng)，煙體結(jié)構(gòu)瓦解，逐漸失去抬升作用的瓦解階段； 最后是在環(huán)境湍流作用下，煙流繼續(xù)擴(kuò)散膨脹并隨風(fēng)飄移的變平階段。 52核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第4章放射性物質(zhì)在大氣中行為 從煙流抬升及擴(kuò)散發(fā)展的過程可以看出，顯然，浮升力和初始動(dòng)量是影響煙流抬升的主要因素，但使煙流抬升的發(fā)展又受到氣象條件和地形狀況的制約。 主要表現(xiàn)為： 浮升力取決于煙流與環(huán)境空氣的密度差，即與兩者的溫差有關(guān)；而煙流初始動(dòng)量取決于煙囪出口的煙流速度，即與煙囪出口的內(nèi)徑有關(guān)。一般來講，增大煙流與周圍空氣的溫差以及提高煙流速度，抬升高度增加。但如果煙流的初始速度過大，促進(jìn)煙流與空氣

24、的混合，反而會(huì)減少浮力抬升高度，一般該速度大于出口處附近風(fēng)速的兩倍為宜。 大氣的湍流強(qiáng)度愈大，煙與周圍空氣混合就愈快，煙流的溫度和初始動(dòng)量降低得也愈快，則煙流抬升高度愈低。大氣的湍流強(qiáng)度取決于溫度層結(jié)，而溫度層結(jié)的影響不是單一的，如不穩(wěn)定溫度層結(jié)由于湍流交換活躍能抑制煙流的抬升，但也能促進(jìn)熱力抬升，這取決于大氣不穩(wěn)定程度； 平均風(fēng)速越大，湍流越強(qiáng)，抬升高度越低； 地面粗糙度大，使近地層大氣湍流增強(qiáng)，不利于煙流抬升。 53核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第4章放射性物質(zhì)在大氣中行為 由于煙流抬升受諸多因素的相互影響，因此煙流抬升高度h的計(jì)算尚無統(tǒng)一的理想的結(jié)果。在30多種計(jì)算公式中，應(yīng)用較廣適用于中性大氣狀況（

25、穩(wěn)定時(shí)減小，不穩(wěn)時(shí)增加1020）的霍蘭德(Holland)公式如下：Holland公式比較保守，特別在煙囪高、熱釋放率比較強(qiáng)的情況下式中 vS煙流出口速度，m/s； D煙囪出口內(nèi)徑，m； u煙囪出口的環(huán)境平均風(fēng)速，m/s； Ts煙氣出口溫度，K； Ta環(huán)境平均氣溫度，K； Qh煙囪的熱排放率，kW。54核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第4章放射性物質(zhì)在大氣中行為 Briggs公式：適用不穩(wěn)定及中性大氣條件 55核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第4章放射性物質(zhì)在大氣中行為我國(guó)“制訂地方大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)方法”(GB/T13201-91)中的公式 56核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第4章放射性物質(zhì)在大氣中行為2) 擴(kuò)散參數(shù)的確定( )P

26、G曲線法PG曲線Pasquill常規(guī)氣象資料估算Gifford制成圖表57核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第4章放射性物質(zhì)在大氣中行為根據(jù)常規(guī)資料確定穩(wěn)定度級(jí)別58核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第4章放射性物質(zhì)在大氣中行為利用擴(kuò)散曲線確定 和ab59核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第4章放射性物質(zhì)在大氣中行為PG曲線的應(yīng)用地面最大濃度估算ab60核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第4章放射性物質(zhì)在大氣中行為4.2.5 地理環(huán)境狀況對(duì)大氣彌散的影響 陸地和海洋，以及陸地上廣闊的平地和高低起伏的山地及丘陵都可能對(duì)污染物的擴(kuò)散稀釋產(chǎn)生不同的影響。局部地區(qū)由于地形的熱力作用，會(huì)改變近地面氣溫的分布規(guī)律，從而形成地方風(fēng)，最終影響到污染物的輸送與擴(kuò)散。 海陸風(fēng)會(huì)形成的

27、局部區(qū)域的環(huán)流，抑制了大氣污染物向遠(yuǎn)處的擴(kuò)散。例如，白天，海岸附近的污染物從高空向海洋擴(kuò)散出去，可能會(huì)隨著海風(fēng)的環(huán)流回到內(nèi)地，這樣去而復(fù)返的循環(huán)使該地區(qū)的污染物遲遲不能擴(kuò)散，造成空氣污染加重。 此外，在日出和日落后，當(dāng)海風(fēng)與陸風(fēng)交替時(shí)大氣處于相對(duì)穩(wěn)定甚至逆溫狀態(tài)，不利于污染物的擴(kuò)散。還有，大陸盛行的季風(fēng)與海陸風(fēng)交匯，兩者相遇處的污染物濃度也較高，如我國(guó)東南沿海夏季風(fēng)夜間與陸風(fēng)相遇。有時(shí)，大陸上氣溫較高的風(fēng)與氣溫較低的海風(fēng)相遇時(shí)，會(huì)形成鋒面逆溫。61核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第4章放射性物質(zhì)在大氣中行為 山谷風(fēng)：會(huì)形成的局部區(qū)域的封閉性環(huán)流，不利于大氣污染物的擴(kuò)散。當(dāng)夜間出現(xiàn)山風(fēng)時(shí)，由于冷空氣下沉谷底，而高空容易滯留由山谷中部上升的暖空氣，因此時(shí)常出現(xiàn)使污染物難以擴(kuò)散稀釋的逆溫層。若山谷有大氣污染物卷入山谷風(fēng)形成的環(huán)流中，則會(huì)長(zhǎng)時(shí)間滯留在山谷中難以擴(kuò)散。 如果在山谷內(nèi)或上風(fēng)峽谷口建有排放大氣污染物的工廠，則峽谷風(fēng)不利于污染物的擴(kuò)散，并且污染物隨峽谷風(fēng)流動(dòng)，從而造成峽谷下游地區(qū)的污染。62核環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)第4章放射性物質(zhì)在大