污染氣象學非擴散過程及特殊擴散

§4.5其他非擴散過程非擴散過程:1.煙流抬升作用，增加煙源有效高度2.污染物干沉積、濕沉積和由化學變化形成的遷移轉(zhuǎn)化3.固體下墊面的作用一大氣清除過程的一般表述1.基本機制：(1)干沉積——由地面的土壤、水、植物、建筑物等通過污染物質(zhì)的重力沉降、碰撞與捕獲、吸收與吸附、光合作用或其它生物、化學、物理過程實現(xiàn)；(2)濕沉積——由云、霧和降水(雨，雪等形式)等通過污染物質(zhì)被吸收進入水滴或隨水滴被清除。此外?；瘜W轉(zhuǎn)化亦是一種清除機制，但它是由一種物質(zhì)轉(zhuǎn)換成另一種物質(zhì)，因此．它只是對原生污染物的清除，同時卻又滋生新的次生污染物。濕沉積：令氣體污染物在(x,y,z)位置，t時刻的平均濃度為q(x,y,z;t)，而平均的氣溶膠尺度分布函數(shù)為F(Dp；x,y,z,t)。

函數(shù):沖洗系數(shù),與離地高度和時間有關(guān)污染氣體清除率氣溶膠清除率干沉積

定義為那些使污染物質(zhì)在地面被消除的過程。物質(zhì)垂直向下的通量可用一個稱之為沉積速度的經(jīng)驗參數(shù)乘上某高度的物質(zhì)濃度。

沉積速度

與以下諸因素有關(guān)：(1)被清除的粒子種類或物質(zhì)；(2)表征近地面層狀態(tài)的特性的氣象參數(shù)；(3)地面本身的性質(zhì)。

對地面的濕通量是自空中所有體積單元濕清除之和。根據(jù)此定義濕沉積速度如果正被清除的物質(zhì)在厚度為H的一層里垂直分布是均勻的定義沖沖洗比比(washoutratio)濕沉積積速度度與沖沖洗比比之間間有關(guān)關(guān)系？二高高斯煙煙流擴擴散公公式的的修正正形式式經(jīng)修正正的高高架連連續(xù)點點源高高斯煙煙流擴擴散公公式:大粒子重力沉降地面反射系數(shù)半衰期隨距離變化大粒子子重力力沉降降的影影響。。下墊面面反射射系數(shù)數(shù)。污染物物半衰衰期時時間。。源項隨隨距離離x的變化化三干干沉積積-下下墊面面清除除1.大大粒子子的重重力沉沉降大氣中中各種種處于于氣溶溶膠狀狀態(tài)的的粒子子污染染物有有一定定的尺尺度分分布，，對于于粒徑徑大于于10um的大粒粒子在在大氣氣中運運動時時會產(chǎn)產(chǎn)生重重力沉沉降。。對于粒粒徑20——60um范圍的的粒子子，粘粘滯性性不大大的情情況下下，可可采用用斯托托克斯斯公式式計算算它們們的末末速度度，其大小小與粒粒子的的密度度有有關(guān)，，即有有粒子半半徑空氣動動力粘滯系系數(shù)空氣密度對于粒粒徑更更大的的粒子子，須須對斯斯托克克斯公公式修修正對粒徑徑>200um的粒子子，其其沉降降速度度>100cm/s，，可按彈彈道計計算。。對粒子子沉降降速度度在<100cm/s，，粒徑<200um，可采采用邊邊偏斜斜煙流流模式式處理理，修修改高高斯擴擴散公公式，，考慮慮重力力沉降降的影影響。。當考慮慮以下下斜煙煙流軸軸線為為基準準的擴擴散時時，有有考慮地地面反反射作作用發(fā)一度度電差差不多多是耗耗煤300克，華華能南南京電電廠年年發(fā)電電量64萬千瓦瓦，除除塵效效率95%，假若若75%在周圍圍9平方公公里范范圍內(nèi)內(nèi)沉降降，每每月每每平方方公里里范圍圍的塵塵量是是多少少？假如H=100m，u=5m/s,粒子密密度=2.5g/cm3,空氣密密度=1.29kg/m3，粒徑20um，求煙煙流軸軸線觸觸地的的水平平距離離.2氣氣體體和小小粒子子的干干沉降降氣體和和很小小的粒粒子(粒徑徑小于于10-20um)上述沉沉降作作用可可忽略略不考考慮。。但由由于湍流擴擴散和布朗運運動沉積到到各種種表面面。吸吸收、、碰撞撞、光合作作用和和其它它生物物學、、化學學和物物理學學過程程會使使物質(zhì)質(zhì)沉積積到地地面。一般都都假定定下墊墊面對對這類類小粒粒子的的清除除作用用不影響響大氣氣中污污染物物的濃濃度分分布形式，，而只影響響大氣氣中污污染物物的總總量，或者者說影影響有有效源源強。最普遍遍采用用的一一種方方法是是所謂謂“源源損耗耗”模模式或或稱有效源源強法法。源項隨隨距離離x的變化化干沉積積主要要是優(yōu)優(yōu)先清清除近近地面面處的的污染染，而而并非非在整整個煙煙流厚厚度層層范圍圍均勻勻起作作用的的。故此，，源損損耗模模式尚尚有必必要進進一步步改善善。重力沉沉降、、湍流流運動動、布布朗運運動、、慣性性作用用和靜靜電作作用等等，是是形成成干沉沉積的的主要要物理理過程程?；瘜W反反應(yīng)、、溶解解、解解吸等等則是是形成成干沉沉積的的主要要化學學過程程。對于植植被那那樣的的生物物沉積積表面面，植植被子子生長長的形形態(tài)特特征、、生命命過程程以及及靜電電性質(zhì)質(zhì)等則則是影影響干干沉積積的主主要生生物學學特征征。這幾方方面過過程都都會受受氣象象條件件、污污染物物性質(zhì)質(zhì)和沉沉積表表面的的特性性的影影響。。3干沉積積速度度的理理論計計算干沉積積過程程可視視為三三步：：①由湍流流擴散散支配配物質(zhì)質(zhì)向貼貼地層層輸送送；②物質(zhì)質(zhì)通過過緊貼貼地面面的片片流子子層向向吸收收體擴擴散，，稱為為地面面輸送送；③由在在地面面的物物質(zhì)可可溶性性或吸吸收率率確定定通過過片流流子層層擴散散的物物質(zhì)實實際上上有多多少被被消除除，這這個最最后的的過程程稱為為轉(zhuǎn)移移過程程。根據(jù)干干沉積積速度度的定定義，，它是是垂直直通量量與實實測濃濃度之之間的的比例例常數(shù)數(shù)。整整個沉沉積的的三個個步驟驟可類類同于于電流流或熱熱量傳傳送的的情形形。氣體粒子四濕濕沉積積大氣中中的雨雨、雷雷等降降水形形式和和其它它水汽汽凝結(jié)結(jié)物，，如云云、霧霧、霜霜等都都能對對空氣氣污染染物，，包括括氣體體和粒粒子起起到清清除作作用，，稱為為降水水清除除或濕濕沉積積。通常，，把由由降水水造成成的污污染物物清除除過程程稱為為雨洗洗(或或雪洗洗)，，這種種過程程將空空氣污污染帶帶到地地面。。按照照降水水清除除過程程發(fā)生生所在在高度度分成成云下下清洗洗(washout)和云中中清洗洗(rainout)。。為模擬擬上述述降水水清除除過程程對空空氣污污染物物散布布的影影響，，一般般采用用兩種種方法法，即即定義義清除除系數(shù)數(shù)和清清洗比比的處處理方方法。。1：清清除系系數(shù)的的處理理方法法2：清清洗比比的處處理方方法歐拉方方法－－污染染物平平流擴擴散方方程平流輸送項湍能擴散項源排放項干濕沉降化學反應(yīng)五化化學轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換和和空氣氣污染染物的的滯留留與遷遷移排放進進入大大氣層層的煙煙流中中，各各種化化學物物質(zhì)和和大氣氣成分分混合合輸送送，在在適當當?shù)臍鈿庀髼l條件下下，如如輻射射、溫溫度、、濕度度和降降水等等，會會發(fā)生生化學學反應(yīng)應(yīng)以致致變性性或生生成二二次污污染物物，經(jīng)經(jīng)過在在大氣氣層中中一定定時間間的滯滯留而而后遷遷移。。對于空空氣質(zhì)質(zhì)量影影響的的模擬擬，最最普通通并具具典型型意義義的此此類變變化與與遷移移的例例子有有如：：(1)由煤的的燃燒和其它它工業(yè)源排放放SO2和NOx初級空氣污染染物氧化生成成硫酸鹽、硝硝酸鹽和臭氧氧等二次污染染物，對區(qū)域域性在大氣酸酸性和降水酸酸化以及臭氧氧成分的變化化有重大作用用(2)城市汽汽車廢排放和和其它工業(yè)源源排放的HC化合物和NOx等初級空氣污污染物在太陽陽輻射作用下下生成光化學學煙霧的過程程，其中主要要組成成分有有臭氧和過氧氧乙醛硝酸鹽鹽(PAN)等二次污染物物，對城市區(qū)區(qū)城空氣質(zhì)量量和人體健康康有重要影響響；(3)放射性性污染物質(zhì)的的衰變與遷移移，如燃料中中含有一定放放射性物質(zhì)，，核反應(yīng)設(shè)施施的裂變產(chǎn)物物的泄漏或廢廢棄物中的微微量殘留物等等；（4）粒子和和氣體污染物物在干濕清除除過程中的化化學反應(yīng)和各各種途徑的遷遷移，例如，，上節(jié)所述氣氣體向水滴輸輸送以及在水水滿中可能發(fā)發(fā)生的一些化化學反應(yīng)，生生成的二次污污染物質(zhì)被清清除到地，影影響地面空氣氣污染物濃度度的分布并造造成危害。通常，采用最最為簡單的處處理方式，即即假設(shè)一個隨隨時間常數(shù)變變化的污染物物濃度指數(shù)化化學衰減率，，即有放射性衰變放射性衰變亦亦是能影響污污染物(其中中含有放射性性物質(zhì))遷移移的一種簡單單的清除過程程。例如，燃料煤煤和其它工業(yè)業(yè)礦物原料的的燃燒都排放放含有一定量量的放射性物物質(zhì)，如鐳(Ra)，它們被引入城城市大氣層等等等。顯然，，它們的濃度度通常都很低低，而且都遵遵循日漸降低低簡單的衰變變規(guī)律污染物滯留時時間空氣污染物滯滯留時間亦稱稱居留時間(residencetime)是表征空氣污污染物在一定定時期，一定定空間范圍里里的壽命的一一個特征量。。它定義為這樣樣一個時間，，即假定沒有有污染物補充充，沒有污染染物穿過區(qū)域域邊界，該區(qū)區(qū)域大氣里污污染隨時間減減少至原來的的1/e倍所需的時間間。污染物在大氣氣中的物理——化學衰減綜合考慮上述述所有導致空空氣污染物可可能被清除或或遷移的物理理和化學過程程，滯留時間間或居留期反反映了空氣污污染物衰變的的快慢。實際際的空氣污染染物濃度，在在綜合了各種種清除機制后后，仍假定它它是隨時間呈呈指數(shù)形式變變化：為了表征空氣氣污染物的被被清除的快慢慢，可以定義義一個半衰期期或稱半生命命期()的特征征時間，意即即由于清除或或遷移作用使使空氣污染物物濃度衰減