第二章污染物的大氣擴(kuò)散詳解演示文稿

第二章污染物的大氣擴(kuò)散詳解演示文稿當(dāng)前1頁(yè)，總共51頁(yè)。優(yōu)選第二章污染物的大氣擴(kuò)散當(dāng)前2頁(yè)，總共51頁(yè)。第一節(jié)、大氣圈垂直結(jié)構(gòu)及氣象要素根據(jù)氣溫垂直于下墊面（即地球表面情況）方向上的分布，可將大氣圈分為5層（如圖2-1）：環(huán)境大氣或地球大氣（簡(jiǎn)稱大氣）：地球表面環(huán)繞著一層很厚的氣體。大氣圈：自然地理學(xué)將受地心引力而隨地球旋轉(zhuǎn)的大氣層。大氣圈的垂直結(jié)構(gòu)：指氣象要素的垂直分布情況，如氣溫、氣壓、大氣密度和大氣成分的垂直分布等。

對(duì)流層

平流層

中間層

暖層

散逸層當(dāng)前3頁(yè)，總共51頁(yè)。散逸層暖層中間層平流層對(duì)流層當(dāng)前4頁(yè)，總共51頁(yè)。1.對(duì)流層是大氣圈最低的一層。由于對(duì)流程度在熱帶要比寒帶強(qiáng)，故自下墊面算起的對(duì)流層厚度隨緯度增加而降低；赤道處為16~17km，中緯度地區(qū)為10~12km，兩極附近只有8~9km。對(duì)流層主要特征：（1）較薄，但集中了整個(gè)大氣質(zhì)量的?和幾乎全部水蒸氣，主要的大氣現(xiàn)象都發(fā)生在這一層，它是天氣變化最復(fù)雜、對(duì)人類活動(dòng)影響最大的一層。（2）大氣溫度隨高度增加降低，每升高100m平均降溫約0.65℃。（3）空氣具有強(qiáng)烈的對(duì)流運(yùn)動(dòng)，主要是由于下墊面受熱不均及其本身特性不同造成。（4）溫度和適度的水平分布不均，在熱帶海洋上空，空氣比較溫暖潮濕，在高緯度內(nèi)陸上空，空氣比較寒冷干燥，因此也經(jīng)常發(fā)生大規(guī)模空氣的水平運(yùn)動(dòng)。當(dāng)前5頁(yè)，總共51頁(yè)。大氣邊界層（或摩擦層）：對(duì)流層的下層，厚度為1~2km，其中氣流受地面阻滯和摩擦影響很大。自由大氣：在大氣邊界層以上的氣流，幾乎不受地面摩擦的影響。近地層：從地面到50~100m的一層。在近地層中，垂直方向上的熱量和動(dòng)量的交換甚微，所以上下氣溫只差很大，可達(dá)1~2℃。在近地層以上，氣流受地面摩擦的影響越來(lái)越小。在大氣邊界層中，由于受地面冷熱的直接影響，所以氣溫的日變化很明顯，特別是近地層，晝夜可相差十幾乃至幾十度。由于氣流運(yùn)動(dòng)受地面摩擦的影響，風(fēng)速隨高度的增加而增大。在這一層中，大氣上下有規(guī)則的對(duì)流和無(wú)規(guī)則的湍流運(yùn)動(dòng)都比較盛行，加上水汽充足，直接影響著大氣污染物的傳輸擴(kuò)散和轉(zhuǎn)化。當(dāng)前6頁(yè)，總共51頁(yè)。2.平流層（從對(duì)流層頂?shù)?0~55km高度的一層）在平流層中，幾乎沒(méi)有大氣對(duì)流運(yùn)動(dòng)，大氣垂直混合微弱，極少出現(xiàn)雨雪天氣，所以進(jìn)入平流層中的大氣污染物的停留時(shí)間很長(zhǎng)。特別是進(jìn)入平流層的氟氯碳（CFCs）等大氣污染物，能與臭氧發(fā)生過(guò)化學(xué)反應(yīng)，致使臭氧層的臭氧逐漸減少。

臭氧層：平流層中集中了大氣中的大部分臭氧，并在20~25㎞高度上達(dá)到最大值，形成臭氧層。臭氧層能強(qiáng)烈吸收波長(zhǎng)為200~300nm的太陽(yáng)紫外線，保護(hù)了地球上的生命免受紫外線傷害。

同溫層：從對(duì)流層頂?shù)?5~40㎞的一層氣溫幾乎不隨高度變化，為-55℃。逆溫層：從同溫層以上到平流層頂，氣溫隨高度增高而增高，至平流層頂達(dá)-3℃左右。當(dāng)前7頁(yè)，總共51頁(yè)。3.中間層從平流層頂?shù)?5㎞高度的一層。

特點(diǎn)是：氣溫隨高度升高而迅速降低，其頂部氣溫可達(dá)-83℃以下。因此大氣的對(duì)流運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，垂直混合明顯。當(dāng)前8頁(yè)，總共51頁(yè)。4.暖層（或電離層）

從中間層頂?shù)?5㎞高度的一層。

特點(diǎn)是：在強(qiáng)烈的太陽(yáng)紫外線和宇宙射線的作用下，再度出現(xiàn)氣溫隨高度升高而增加的現(xiàn)象。暖層氣體分子被高度電離，存在著大量的離子和電子，故又稱為電離層。當(dāng)前9頁(yè)，總共51頁(yè)。5散逸層

暖層以上的大氣層。它是大氣的外層，氣溫很高，空氣極為稀薄，空氣粒子的運(yùn)動(dòng)速度很高，可以擺脫地球引力而散逸到太空中去。當(dāng)前10頁(yè)，總共51頁(yè)。

大氣壓力的垂直分布總是隨著高度的升高降低，并可用氣體靜力學(xué)方程來(lái)描述。

大氣密度隨高度的變化幾乎和壓力的變化規(guī)律相同。

大氣成分的垂直分布主要取決于分子的擴(kuò)散和湍流擴(kuò)散的強(qiáng)弱。均質(zhì)大氣層（均質(zhì)層）：在80~85㎞以下的大氣層中，以湍流擴(kuò)散為主，大氣的主要成分氮和氧的組成比例幾乎不變。

非均質(zhì)層：在均質(zhì)層以上的大氣層中以分子擴(kuò)散為主，氣體組成隨高度變化而變化。這層中較輕的氣體成分明顯增加。當(dāng)前11頁(yè)，總共51頁(yè)。第二節(jié)、氣象條件對(duì)煙氣擴(kuò)散的影響影響煙氣擴(kuò)散的氣象條件主要有：風(fēng)向、大氣湍流、大氣溫度的垂直分布和大氣穩(wěn)定度等。一、風(fēng)和湍流對(duì)污染物擴(kuò)散的影響1.風(fēng)對(duì)大氣污染擴(kuò)散的影響風(fēng)：空氣的水平運(yùn)動(dòng)。風(fēng)對(duì)污染物濃度分布的作用（1）整體輸送作用，因而污染區(qū)總是在污染源的下風(fēng)向。（2）對(duì)污染物的沖淡稀釋作用。基于這個(gè)道理，在工業(yè)布局上應(yīng)將污染源安排在易于擴(kuò)散的城市的下風(fēng)向。風(fēng)速越大，單位時(shí)間風(fēng)與污染混合的清潔空氣量就越多。一般來(lái)說(shuō)，污染物在大氣中的濃度與污染物的排放總量成正比，與平均風(fēng)速成反比，若風(fēng)速提高一倍，則在下風(fēng)向的污染物濃度減少一半。當(dāng)前12頁(yè)，總共51頁(yè)。風(fēng)速對(duì)煙流擴(kuò)散影響很大①在無(wú)風(fēng)火風(fēng)速很小時(shí)，煙流幾乎是垂直的；當(dāng)風(fēng)速較大時(shí)，煙流則是彎曲的（如圖2-2）②對(duì)于地面污染源來(lái)說(shuō)③對(duì)于高架污染源，風(fēng)速影響具有雙重性①風(fēng)速大，地面污染物濃度就??；②風(fēng)速小，地面污染物濃度就大；③無(wú)風(fēng)時(shí)，近污染源處地而污染更為嚴(yán)重。①一方面，風(fēng)速達(dá)會(huì)降低抬升高度，使煙氣的著地濃度增大；②另一方面，風(fēng)速達(dá)能增加湍流，加快污染物的擴(kuò)散，使煙氣的著地濃度降低。對(duì)于某一高架源，存在危險(xiǎn)風(fēng)速，在該風(fēng)速下地面可能出現(xiàn)最高污染物濃度。但對(duì)于下風(fēng)向所有點(diǎn)的平均濃度而言，風(fēng)速大對(duì)減輕污染是比較有利的。當(dāng)前13頁(yè)，總共51頁(yè)。2.湍流對(duì)大氣污染擴(kuò)散的影響大氣湍流：大氣因受動(dòng)力湍流影響所形成的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)氣流。這種運(yùn)動(dòng)普遍存在，樹(shù)葉的擺動(dòng)，紙片的飛舞及炊煙的繚繞等現(xiàn)象均因湍流引起。大氣的運(yùn)動(dòng)除了風(fēng)以外，還存在著不同于主流方向（平均風(fēng)向）的各種尺寸的次生運(yùn)動(dòng)或漩渦運(yùn)動(dòng)，即湍流運(yùn)動(dòng)。如果大氣中只有層流而無(wú)湍流運(yùn)動(dòng)，則污染物除了在煙囪口被直接沖淡稀釋外，向下風(fēng)向飄逸時(shí)，就只能靠分子擴(kuò)散緩慢向四周擴(kuò)散，污染物的擴(kuò)散速率就很慢。實(shí)際上，低層大氣的運(yùn)動(dòng)總是具有湍流的性質(zhì)，大氣湍流運(yùn)動(dòng)造成流場(chǎng)各部分之間的強(qiáng)烈混合，將大大加快煙氣的擴(kuò)散速率。實(shí)踐證明，湍流擴(kuò)散速率比分子擴(kuò)散速率快105~106倍。

總之，風(fēng)速越大，湍流就越強(qiáng)，污染物的稀釋擴(kuò)散速率就越快，大氣污染物的濃度就越低。因此，風(fēng)和湍流是決定污染物在大氣中稀釋擴(kuò)散的最直接因子，也是最有效的因子。當(dāng)前14頁(yè)，總共51頁(yè)。二、大氣穩(wěn)定度對(duì)污染物擴(kuò)散的影響（一）氣溫直減率

指單位（通常取100m）高差氣溫變化率的負(fù)值，用g表示，公式如下：（式2-1）若氣溫隨高度增加時(shí)遞減的，則g為正值；反之，g為負(fù)值。干空氣在絕熱上升或下降過(guò)程中，每升高或下降單位高差（通常取100m）的溫度變化率為負(fù)值，稱為干空氣溫度絕熱垂直遞減率，簡(jiǎn)稱干絕熱直減率，用gd表示，其定義式為：（式2-2）Ti—干空氣塊的溫度，它不同于周圍空氣的溫度；cp—干空氣比定壓熱容，其值為1004J／（kg/K）；g—重力加速度，取9.81m/s2。表明，干空氣在絕熱上升（或下降）運(yùn)動(dòng)時(shí)，每升高（或下降）100m，溫度約降低（或上升）1K。對(duì)于作絕熱升降運(yùn)動(dòng)的濕空氣塊，在其未達(dá)到飽和狀態(tài)前，也是每升降100m，溫度變化約為1K。當(dāng)前15頁(yè)，總共51頁(yè)。（二）氣溫直減率

氣溫沿垂直高度的分布，可用坐標(biāo)圖上的曲線表示，如圖2-3所示。這種曲線稱為氣溫沿高度分布曲線或溫度層結(jié)曲線，簡(jiǎn)稱溫度層結(jié)大氣中的溫度層結(jié)有四中類型①圖2-3曲線1，氣溫隨高度增加而遞減，即g＞0，稱為正常分布層結(jié)或遞減層結(jié)。②曲線2，氣溫直減率等于或近似等于干絕熱直減率，即g=gd，稱為中性層結(jié)。③曲線3，氣溫不隨高度變化，即g=0，稱為等溫層結(jié)。④曲線4，氣溫隨高度增加而增加，即g＜0，稱為氣溫逆轉(zhuǎn)，簡(jiǎn)稱逆溫。當(dāng)前16頁(yè)，總共51頁(yè)。（三）大氣穩(wěn)定度對(duì)煙流形狀的影響

大氣穩(wěn)定度直接影響著煙流擴(kuò)散形狀，圖2-4所示為不同大氣穩(wěn)定度情況下的五種典型的煙流形狀。波浪型錐型平展型爬升型漫煙型當(dāng)前17頁(yè)，總共51頁(yè)。(1)波浪型。這種煙流呈波浪狀，污染物擴(kuò)散良好，發(fā)生在全層不穩(wěn)定大氣中，即g－gd

﹥0時(shí)。多發(fā)生在晴朗的白天，地面最大濃度落地點(diǎn)距離煙囪較近，濃度較大。（2）錐型。這種煙流呈圓錐形，發(fā)生在中性條件下，即g－gd

≈0.垂直擴(kuò)散比平展型好，比波浪型差。（3）平展型。這種煙流垂直方向擴(kuò)散很小，像一條帶子飄向遠(yuǎn)方。俯視煙流呈扇形展開(kāi)。它發(fā)生在煙囪出口處于逆襲層中，即該大氣g－gd

﹤－1.污染情況隨煙囪高度不同而異。當(dāng)煙囪很高時(shí)，近處地面上不會(huì)造成污染，在遠(yuǎn)方會(huì)造成污染；當(dāng)煙囪很低時(shí)，會(huì)造成近處地面上嚴(yán)重污染。當(dāng)前18頁(yè)，總共51頁(yè)。(4)爬升型（屋脊型）。這種煙流的下部是穩(wěn)定的大氣，上不是不穩(wěn)定的大氣。一般在日落后出現(xiàn)，地面由于有效輻射的放熱，低層形成逆溫，而高空仍保持遞減層結(jié)，。它持續(xù)時(shí)間較短，對(duì)近處地面污染較小。（5）漫煙型（熏煙型）。對(duì)于輻射逆溫，日出后由于地面增溫，低層空氣被加熱，使逆溫從地面向上逐漸消失，即不穩(wěn)定大氣從地面向上逐漸發(fā)展，當(dāng)發(fā)展到煙流的下邊緣或更高一點(diǎn)時(shí)，煙流便發(fā)生了向下的強(qiáng)烈擴(kuò)散，而上邊緣仍處于逆溫層中，漫煙型便發(fā)生了。這是時(shí)煙流下部g－gd

﹥0，上部g－gd

﹤－1。這種煙流多發(fā)生在上午8~10點(diǎn)，持續(xù)時(shí)間很短。當(dāng)前19頁(yè)，總共51頁(yè)。（四）逆溫

輻射到地球表面的太陽(yáng)輻射主要是短波輻射，地面吸收太陽(yáng)輻射后溫度升高，由于地面的溫度水平不高，所以是以長(zhǎng)波輻射的形式向空中輻射能量。大氣吸收短波輻射的能力很弱，而吸收長(zhǎng)波輻射的能力卻較強(qiáng)。因此，在大氣邊界層內(nèi)特別是近地層內(nèi)，空氣溫度的變化主要是受地表長(zhǎng)波輻射的影響。近地層空氣溫度隨著地面溫度的增高而增高，而且是自下而上的增高，此時(shí)隨高度增加近地層氣溫是遞減的；反之，空氣溫度所地表溫度降低而降低，也是自下而上的降低，此時(shí)隨高度增加近地層氣溫是遞增的。大氣溫度層結(jié)一般是g﹥0，即氣溫隨高度增加是遞減的。但在特定條件下也會(huì)發(fā)生g=0或g﹤0的現(xiàn)象，即氣溫隨高度增加而不變或增加。一般將氣溫隨高度增加而增加的氣層稱為逆溫層。根據(jù)前面對(duì)大氣穩(wěn)定度的分析，當(dāng)發(fā)生等溫或逆溫時(shí)，大氣是穩(wěn)定的，所以逆溫層（等溫層可視為逆溫層的一個(gè)特例）的存在，大大阻礙了氣流的垂直運(yùn)動(dòng)，所以也將逆溫層稱為阻擋層。若逆溫層存在于空中某高度，由于上升的污染氣流不能穿過(guò)逆溫層而積聚在它的下面，則會(huì)造成嚴(yán)重的大氣污染現(xiàn)象。事實(shí)表明，有許多大氣污染事件發(fā)生在逆溫及靜風(fēng)的氣象條件下，所以在研究污染物的大氣擴(kuò)散時(shí)必須對(duì)逆溫給予足夠的重視。逆溫可發(fā)生在近地層中，也可能發(fā)生在較高氣層（自由大氣）中。根據(jù)逆溫生成的過(guò)程，可將逆溫分為輻射逆溫、下沉逆溫、平流逆溫、鋒面逆溫及湍流逆溫五種。當(dāng)前20頁(yè)，總共51頁(yè)。1.輻射逆溫在晴朗無(wú)云（或少云）的夜間，當(dāng)風(fēng)速較?。ㄐ∮?m/s）是時(shí)，地面因強(qiáng)烈的有效輻射而很快冷卻，近地面氣層冷卻最為強(qiáng)烈，較高的氣層冷卻較慢，因而形成了自地面開(kāi)始逐漸向上發(fā)展的逆溫層，稱為輻射逆溫。圖2-5所示為輻射逆溫在一晝夜間從生成到消失的過(guò)程。圖（a）是下午時(shí)遞減溫度層結(jié)；圖（b）是日落前1h逆溫開(kāi)始生成的情況，隨著地面輻射的增強(qiáng)，地面迅速冷卻，逆溫逐漸向上發(fā)展，黎明石到達(dá)最強(qiáng)，即圖（c）；日出后太陽(yáng)輻射逐漸增強(qiáng)，地面逐漸增溫，空氣也隨之自下而上的增溫，逆溫便自下而上逐漸消失，即圖（d）；大約在上午10點(diǎn)左右逆溫層完全消失，即圖（e）。輻射逆溫在陸地上常年可見(jiàn)，但冬季最強(qiáng)。在中緯度地區(qū)的冬季，輻射逆溫層厚度可達(dá)200~300m，有時(shí)可達(dá)400m左右。冬季晴朗無(wú)云和微風(fēng)的白天，由于地面輻射超過(guò)太陽(yáng)輻射，也會(huì)形成逆溫層。輻射逆溫與大氣污染的關(guān)系最為密切。當(dāng)前21頁(yè)，總共51頁(yè)。2.下沉逆溫由于空氣下沉受到壓縮增溫而形成的逆溫稱為下沉逆溫。下沉逆溫的形成原因可用圖2-6說(shuō)明。假定某高度有一氣層ABCD，其厚度為h，當(dāng)它下沉?xí)r，由于周圍大氣對(duì)它的壓力逐漸增大，以及由于水平輻散，該氣層被壓縮成A′B′C′D′，厚度減為h′（＜h）。若氣層下沉過(guò)程是絕熱的，且氣層內(nèi)各部分空氣仍保持原來(lái)的相對(duì)位置，則由于頂部CD下沉到C′D′的距離比底部AB下沉到A′B′的距離大，使氣層頂部的絕熱增溫大于底部。若氣層下沉距離很大，就可能使頂部增溫后的氣溫高于底部增溫后的氣溫，從而形成逆溫。例如有一后500m的氣層，頂高3500m，底高3000m，氣溫分別為-12℃和-10℃。下沉后厚度為200m，頂高1700m，底高為1500m。如果氣溫按干絕熱直減率變化，則頂部增溫為6℃（增加18℃）；底部增溫為5℃（增加15℃）；結(jié)果頂部比底部氣溫高1℃，形成了逆溫。這是下沉逆溫形成的基本原因，而實(shí)際情況要復(fù)雜的多。下沉逆溫多出現(xiàn)在高壓控制區(qū)內(nèi)，范圍很廣，厚度也很大，一般可達(dá)數(shù)百米。下沉氣流一般達(dá)到某一高度就停止了，所以下沉逆溫多發(fā)生在高空大氣中當(dāng)前22頁(yè)，總共51頁(yè)。3.平流逆溫由暖空氣平流到冷地面上而形成的逆溫稱為平流逆溫。這是由于低層空氣受地面影響大、降溫多，上層空氣降溫少所形成的。暖空氣與地面之間溫差越大，逆溫就越強(qiáng)。當(dāng)冬季中緯度沿海地區(qū)海上暖空氣流到大陸上及暖空氣平流到低地、盆地內(nèi)聚集的冷空氣上面時(shí)，皆可形成平流逆溫。4.湍流逆溫低層空氣湍流混合形成的逆溫稱為湍流逆溫。實(shí)際空氣的運(yùn)動(dòng)都是一種湍流運(yùn)動(dòng)，其結(jié)果將使大氣中包含的熱量、水分和動(dòng)量以及污染物質(zhì)得以充分的交換和混合，這種因湍流運(yùn)動(dòng)引起的屬性混合稱為湍流混合。湍流逆溫的形成過(guò)程如圖2-7所示圖（a）中的AB是氣層在湍流混合前的氣溫分布，氣溫直減率g﹤gd；低層空氣經(jīng)湍流混合后，氣層的溫度將按感覺(jué)熱直減率變化，圖（b）中的CD。但在混合層以上，混合層與不受湍流混合影響的上層空氣之間出現(xiàn)了一個(gè)過(guò)渡層CD，即逆溫層。當(dāng)前23頁(yè)，總共51頁(yè)。5.鋒面逆溫在對(duì)流層中的冷空氣團(tuán)與暖空氣團(tuán)相遇時(shí)，暖空氣因其密度小就會(huì)爬到冷空氣上面去，形成一個(gè)傾斜的過(guò)渡區(qū)，稱為鋒面。在鋒面上，如果冷暖空氣的溫差較大，也可以出現(xiàn)逆溫（見(jiàn)圖2-8）。鋒面逆溫僅在冷空氣一遍可以看到。在實(shí)際大氣中出現(xiàn)的逆溫，有時(shí)由幾中原因共同形成的，比較復(fù)雜，所以必須做出具體的分析。當(dāng)前24頁(yè)，總共51頁(yè)。如圖2-9，在白天由于太陽(yáng)輻射，陸地升溫比海洋快，在海陸大氣之間差生了溫度差、氣壓差，使低空大氣由海洋流向陸地，形成海風(fēng)，高空大氣從陸地流向海洋，形成反海風(fēng)，它們同陸地上的上升流和海洋上的下降流一起形成了海陸風(fēng)局地環(huán)流。三、特殊環(huán)境所具有的風(fēng)力場(chǎng)對(duì)大氣擴(kuò)散的影響1.海陸風(fēng)在海陸交界地帶具有海陸風(fēng)，它是海風(fēng)和陸風(fēng)的總稱，是以24h為周期的一種大氣局地環(huán)流。海陸風(fēng)是由于陸地和海洋的熱力性質(zhì)的差異而引起的。在夜晚，由于有效輻射發(fā)生了變化，陸地比海洋降溫快，在海陸之間產(chǎn)生了與白天相反的溫度差、氣壓差，使低空大氣從陸地流向海洋，形成陸風(fēng)，高空大氣從海洋流向陸地，形成反陸風(fēng)。它們同陸地下降氣流和海面上升氣流一起構(gòu)成了海陸風(fēng)局地環(huán)流。在大湖泊、江河的水陸交界地帶也會(huì)產(chǎn)生水陸風(fēng)局地環(huán)流，稱為水陸風(fēng)。但水陸風(fēng)的活動(dòng)范圍和強(qiáng)度比海陸風(fēng)要小。由上可知，建在海邊排除污染物的工廠，必須考慮海陸風(fēng)的影響，因?yàn)橛锌赡艹霈F(xiàn)在夜間隨陸風(fēng)吹到海面上的污染物，在白天又隨海風(fēng)吹回來(lái)，或者進(jìn)入海陸風(fēng)局地環(huán)流中，使污染物不能充分的擴(kuò)散稀釋而造成嚴(yán)重污染。當(dāng)前25頁(yè)，總共51頁(yè)。2.山谷風(fēng)

山谷風(fēng)是山風(fēng)和谷風(fēng)的總稱。它發(fā)生在山區(qū)，是以24h為周期的局地環(huán)流。山谷風(fēng)在山區(qū)最為常見(jiàn)，它主要是由于山坡和谷地受熱不均產(chǎn)生。在白天，太陽(yáng)先照射到山坡上，使山坡比谷地上同高度的大氣溫度高，形成了由谷地吹向山坡的風(fēng)，稱為谷風(fēng)。在高空形成了由山坡吹向山谷的反谷風(fēng)。它們同山坡上升氣流和谷地下降氣流形成了山谷風(fēng)局地環(huán)流。在夜間山坡和山頂比谷地冷卻快，使山坡和山頂?shù)睦淇諝忭樕狡孪禄焦鹊?，形成了山風(fēng)。在高空則形成了自山谷吹向山頂?shù)姆瓷斤L(fēng)。它們同山坡下降氣流和谷地上升氣流一起構(gòu)成了山谷風(fēng)局地環(huán)流。山風(fēng)和谷風(fēng)的方向是相反的，但比較穩(wěn)定。在山風(fēng)與谷風(fēng)的轉(zhuǎn)換期，風(fēng)向是不穩(wěn)定的，山風(fēng)和谷風(fēng)均有機(jī)會(huì)出現(xiàn)，時(shí)而山風(fēng)，時(shí)而谷風(fēng)。這時(shí)若有大量污染物排入谷中，由于風(fēng)向的擺動(dòng)，污染物不易擴(kuò)散，在山谷中停留時(shí)間很長(zhǎng)，有可能造成嚴(yán)重的大氣污染。當(dāng)前26頁(yè)，總共51頁(yè)。3.城市熱島環(huán)流

城市熱島環(huán)流是由城鄉(xiāng)溫度差引起的局地風(fēng)。

的主要原因產(chǎn)生城鄉(xiāng)溫度差異①城市人口密集、工業(yè)集中，使得能耗水平高；②城市的覆蓋物（如建筑、水泥路面等）熱容量大，白天吸收太陽(yáng)輻射熱，夜間放熱緩慢，使低層空氣冷卻變緩；③城市上空籠罩著一層煙霧和CO2，使地面有效輻射減弱。由于上述原因，使城市凈熱量收入比周圍鄉(xiāng)村多，故平均氣溫比周圍鄉(xiāng)村高（特別是夜間），于是形成了所謂的城市熱島。據(jù)統(tǒng)計(jì)，城鄉(xiāng)平均溫差一般為0.4~1.5℃，有時(shí)可達(dá)6~8℃。其差值與城市的大小、性質(zhì)、當(dāng)?shù)貧夂驐l件及緯度有關(guān)。由于城市溫度經(jīng)常比鄉(xiāng)村高（特別是夜間），氣壓比鄉(xiāng)村低，所以可以形成一種從周圍農(nóng)村吹向城市的特殊的局地風(fēng)，稱為城市熱島環(huán)流或城市風(fēng)。這種風(fēng)在市區(qū)匯合就會(huì)產(chǎn)生上升氣流。因此，若城市周圍有較多產(chǎn)生污染物的工廠，就會(huì)使污染物在夜間向市中心輸送，造成嚴(yán)重污染，特別是夜間城市上空有逆溫存在時(shí)。當(dāng)前27頁(yè)，總共51頁(yè)。第三節(jié)、污染物濃度的估算一、高斯模式采用高斯模式估算前的四點(diǎn)假設(shè)①污染物濃度在y、z軸上的分布符合高斯分布（正態(tài)）；②在全部空間中風(fēng)速是均勻的、穩(wěn)定的；③源強(qiáng)勢(shì)連續(xù)均勻的；④在擴(kuò)散過(guò)程中污染物質(zhì)量是守恒的。這四點(diǎn)假設(shè)也是進(jìn)行污染物濃度估算需要遵守的前提條件。當(dāng)前28頁(yè)，總共51頁(yè)。圖2-11同時(shí)也標(biāo)出了高斯模式的坐標(biāo)系，其原點(diǎn)為排放點(diǎn)（無(wú)界點(diǎn)源或地面源）或高架源排放點(diǎn)在地面的投影點(diǎn)，x軸正向?yàn)槠骄L(fēng)向，y軸在水平面上垂直于x軸，正向在x軸左側(cè)，z軸垂直于水平面oxy，向上為正向，即為右手坐標(biāo)系。在該坐標(biāo)系中，煙流中心線或與x軸重合，或在xoy面的投影為x軸。圖2-11無(wú)限空間連續(xù)點(diǎn)源擴(kuò)散的告示模式為：（式2-3）式中C—任一點(diǎn)處污染物濃度，g/m3；Q—源強(qiáng)，單位時(shí)間污染源排放的污染物，mg/s；sy—污染物在y方向分布的標(biāo)準(zhǔn)偏差，即水平擴(kuò)散系數(shù)，m；sz—污染物在z方向分布的標(biāo)準(zhǔn)差，即垂直擴(kuò)散系數(shù)，m；u—平均風(fēng)速，m/s。式中H—煙囪的有效高度，m。（式2-4）高架連續(xù)點(diǎn)源的高斯模式，必須考慮地面對(duì)擴(kuò)散的影響?？梢哉J(rèn)為地面向鏡面一樣、對(duì)污染物起全反射作用。那么下風(fēng)向某點(diǎn)污染物的濃度應(yīng)該是由兩部分組成，一部分是不存在地面反射作用時(shí)該點(diǎn)所具有的污染物濃度；另一部分是由于地面反射作用所增加的污染物濃度。高架連續(xù)點(diǎn)源的高斯模式為：當(dāng)前29頁(yè)，總共51頁(yè)。不管是無(wú)限空間連續(xù)點(diǎn)源，還是高架連續(xù)點(diǎn)源，高斯公式均表明：下風(fēng)向某點(diǎn)污染物的濃度與源強(qiáng)Q成正比，與風(fēng)速u和擴(kuò)散參數(shù)sy和sz成反比。sy和sz實(shí)質(zhì)上是對(duì)不同穩(wěn)定度時(shí)大氣湍流擴(kuò)散能力的量度。因此，高斯公式可以較正確的反映污染濃度與各種氣象因子之間的關(guān)系，并根據(jù)式（2-3）和式（2-4）兩個(gè)公式求取某點(diǎn)的污染物濃度。當(dāng)y=0時(shí)，C（x,0,z,H）即為高架連續(xù)點(diǎn)源煙流中心線上污染物的濃度；當(dāng)z=0時(shí)，C（x,y,0,H）即為高架連續(xù)點(diǎn)源的污染物在地面的濃度；當(dāng)y=0，z=0時(shí)，C（x,0,0,H）即為高架連續(xù)點(diǎn)源煙流地面中心線上污染物的濃度；當(dāng)z=0,H=0時(shí)，C（x,y,0,0）即為地面連續(xù)點(diǎn)源的污染物在地面的濃度；當(dāng)y=0，z=0,H=0時(shí)，C（x,0,0,0）即為地面連續(xù)點(diǎn)源中心線上污染物的濃度.當(dāng)前30頁(yè)，總共51頁(yè)。二、擴(kuò)散參數(shù)的確定在采用高斯模式求取某點(diǎn)污染物濃度時(shí)，需要先確定公式中的未知擴(kuò)散參數(shù)sy和sz，通常用P-G曲線法和中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的兩種方法求取。（一）

P-G擴(kuò)散曲線法

帕斯奎爾（Pasquill）于1961年推薦了一種僅需常規(guī)氣象觀測(cè)資料就可估算sy和sz的方法，吉福德（Gifford）進(jìn)一步將它做成應(yīng)用更方便的圖表，所以這種方法又簡(jiǎn)稱P-G曲線法。這一方法首先根據(jù)太陽(yáng)輻射情況（云量、云狀和日照）和距地面10m高處的風(fēng)速u10將大氣的擴(kuò)散稀釋能力劃分為A~F六個(gè)穩(wěn)定度級(jí)別。然后根據(jù)大量擴(kuò)散試驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論上的考慮，用曲線來(lái)表示每一個(gè)穩(wěn)定度級(jí)別的sy和sz隨下風(fēng)距離的變化。當(dāng)前31頁(yè)，總共51頁(yè)。1.根據(jù)常規(guī)氣象資料確定穩(wěn)定度級(jí)別P-G法劃分穩(wěn)定度級(jí)別的標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2-1.地面風(fēng)速u10（m/s）白天太陽(yáng)輻射陰天的白天或夜間有云的夜間強(qiáng)中弱薄云遮天或低云云量≥5/10云量≤4/10＜2AA~BBD2~3A~BBCDEF3~5BB~CCDDE5~6CC~DDDDD＞6CDDDDD表2-1穩(wěn)定度級(jí)別劃分表

當(dāng)前32頁(yè)，總共51頁(yè)。對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)的幾點(diǎn)說(shuō)明如下：（1）穩(wěn)定度級(jí)別中，A為強(qiáng)不穩(wěn)定，B為不穩(wěn)定，C為弱不穩(wěn)定，D為中性，E為較穩(wěn)定，F(xiàn)為穩(wěn)定。（2）穩(wěn)定度級(jí)別A~B表示按A、B級(jí)的數(shù)據(jù)內(nèi)插。（3）夜間定義為日落前1h至日出后1h。（4）不論何種天氣狀況，夜間前后各1h算作中性，即D級(jí)穩(wěn)定度。（5）強(qiáng)太陽(yáng)輻射對(duì)應(yīng)于碧空下的太陽(yáng)高度角大于60°的條件；弱太陽(yáng)輻射相當(dāng)于碧空下太陽(yáng)高度角為15°~35°。在中緯度地區(qū)，仲夏晴天的中午為強(qiáng)太陽(yáng)輻射，寒冬晴天中午為弱太陽(yáng)輻射。云量將減少太陽(yáng)輻射，云量應(yīng)與太陽(yáng)高度一起考慮。例如，在碧空下應(yīng)是強(qiáng)太陽(yáng)輻射，在有碎中云（云量為6/10~9/10）時(shí)，要減到弱太陽(yáng)輻射。（6）這種方法對(duì)于開(kāi)闊的鄉(xiāng)村地區(qū)還能給出較可靠的穩(wěn)定度，但對(duì)城市地區(qū)是不大可靠的。這是由于城市有較大的的地面粗糙度及熱島效應(yīng)所致。最大的差別出現(xiàn)在靜風(fēng)晴夜，在這樣的夜間，鄉(xiāng)村地區(qū)大氣狀況是穩(wěn)定的，但在城市，在高度相當(dāng)于建筑物的平均高度幾倍之內(nèi)是弱不穩(wěn)定或近中性的，而它的上部則有一個(gè)穩(wěn)定層當(dāng)前33頁(yè)，總共51頁(yè)。圖2-12圖2-13當(dāng)前34頁(yè)，總共51頁(yè)。2.利用擴(kuò)散曲線確定sy和sz

圖2-12和圖2-13所示為帕斯奎爾和吉福德給出的不同穩(wěn)定度時(shí)隨下風(fēng)距離x變化的經(jīng)驗(yàn)曲線，簡(jiǎn)稱P-G曲線圖（兩圖對(duì)應(yīng)的取樣時(shí)間為10min）。在按表2-1確定了某地某時(shí)屬于何種穩(wěn)定度級(jí)別后，便可用這兩張圖查處相應(yīng)的sy和sz值（見(jiàn)表2-2），用內(nèi)插法可求出20km距離內(nèi)的sy和sz值。3.濃度估算

當(dāng)確定了sy和sz值之后，擴(kuò)散方程中其他參數(shù)也相應(yīng)確定下來(lái)，利用前述一系列擴(kuò)散模式就可估算出各種情況下的濃度值。當(dāng)前35頁(yè)，總共51頁(yè)。穩(wěn)定度標(biāo)準(zhǔn)差距離x（km）0.10.20.30.40.50.60.81.01.21.41.61.82.03.04.06.08.010121620Asy27.049.871.692.1112132170207243278313sz14.029.347.472.11051532794566749301230Bsy19.135.851.667.081.495.8123151178203228253278395508723sz10.720.530.240.551.262.884.6109133157181207233363493777Csy12.623.333.543.353.562.880.999.1116133149166182269335474603735sz7.4414.020.526.532.638.650.761.473.083.795.3107116167219316409498Dsy8.3715.321.928.835.340.953.565.676.787.998.6109121173221315405488469729884sz4.658.3712.115.318.120.927.032.137.241.947.052.156.779.1100140177212244307372Esy6.0511.616.721.426.531.240.048.857.765.673.582.385.6129166237306366427544659sz3.726.058.8410.713.014.918.621.424.727.029.331.633.541.948.660.970.779.187.4100111Fsy4.197.9110.714.417.720.526.532.638.143.348.854.560.586.5102156207242285365437sz2.334.195.586.698.379.7712.114.015.817.219.120.521.927.031.237.742.846.550.255.860.5表2-2帕斯奎爾曲線的sy和sz值

（m）

當(dāng)前36頁(yè)，總共51頁(yè)。（二）

中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方法1.穩(wěn)定度的分類方法

P-G法的一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)是，用簡(jiǎn)單的常規(guī)氣象資料即可確定大氣穩(wěn)定度級(jí)別。但對(duì)太陽(yáng)輻射強(qiáng)弱的劃分不夠確切，云量的觀測(cè)不太準(zhǔn)確，帶有主觀性。特納爾（D.B.Turner）提出了按太陽(yáng)高度角、云高和云量確定穩(wěn)定度級(jí)別的方法，簡(jiǎn)稱P-T法。在P-T法的基礎(chǔ)上修訂成的GB/T3840—1991《制定地方大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)方法》，先按太陽(yáng)高度角和云量確定太陽(yáng)輻射等級(jí)（見(jiàn)表2-3），再由輻射等級(jí)和地面風(fēng)速確定穩(wěn)定度級(jí)別（見(jiàn)表2-4）。總云量/低云量夜間太陽(yáng)高度角h0h0≤15°15°＜h0≤35°35°＜h0≤65°h0＞65°≤4/≤4-2-1+1+2+35~7/≤4-10+1+2+3≥8/≤4-100+1+1≥7/5~70000+1≥8/≥800000表2-3太陽(yáng)輻射等級(jí)當(dāng)前37頁(yè)，總共51頁(yè)。表2-4大氣穩(wěn)定度的等級(jí)地面風(fēng)速（m/s）太陽(yáng)輻射等級(jí)+3+2+10-1-2≤1.9AA~BBDEF2~2.9A~BBCDEF3~4.9BB~CCDDE5~5.9CC~DDDDD≥6CDDDDD注：地面風(fēng)速是指距地面10m高度處10min的平均風(fēng)速表中的太陽(yáng)高度角h0按下式計(jì)算：式中h0—太陽(yáng)高度角，（°）；

w—當(dāng)?shù)氐乩砭暥?，（°）?/p>

l—當(dāng)?shù)氐乩斫?jīng)度，（°）；

t—進(jìn)行觀測(cè)時(shí)的北京時(shí)間，h；

d—太陽(yáng)傾角，（°）。（式2-5）太陽(yáng)傾角d可按當(dāng)時(shí)月份和時(shí)間由表2-5查取，或按下式計(jì)算：（式2-6）式中u0=360dn/365；

dn—一年中日期序數(shù)，0,1,2,…，365。當(dāng)前38頁(yè)，總共51頁(yè)。月旬太陽(yáng)傾角（°）月旬太陽(yáng)傾角（°）月旬太陽(yáng)傾角（°）1上﹣225上﹢179上﹢7中﹣21中﹢19中﹢3下﹣19下﹢21下﹣12上﹣156上﹢2210上﹣5中﹣12中﹢23中﹣8下﹣9下﹢23下﹣123上﹣57上﹢2211上﹣15中﹣2中﹢21中﹣18下﹢2下﹢19下﹣214上﹢68上﹢1712上﹣22中﹢10中﹢14中﹣23下﹢13下﹢11下﹣23表2-5太陽(yáng)傾角（d）的概略值當(dāng)前39頁(yè)，總共51頁(yè)。2.擴(kuò)散參數(shù)的選擇我國(guó)在標(biāo)準(zhǔn)BG/T3840-1991中規(guī)定，取樣同時(shí)間為0.5h，擴(kuò)散參數(shù)按冪函數(shù)表達(dá)式sy=g1xa1，sz=g2xa2查算（見(jiàn)表2-6）.擴(kuò)散參數(shù)選取方法如下：（1）平原地區(qū)農(nóng)村和城市遠(yuǎn)郊區(qū)，A、B、C級(jí)穩(wěn)定度按表2-6直接查算，D、E、F級(jí)穩(wěn)定度則需向不穩(wěn)定方向提半級(jí)后按表2-6查算。（2）工業(yè)區(qū)或城區(qū)中的點(diǎn)源，A、B級(jí)不提級(jí)，C級(jí)提到B級(jí)，D、E、F級(jí)向不穩(wěn)定方向提一級(jí)，再按表2-6查算。（3）丘陵山區(qū)的農(nóng)村或城市，擴(kuò)散參數(shù)選取方法同工業(yè)區(qū)。（4）當(dāng)取樣時(shí)間大于0.5h時(shí)，垂直方向擴(kuò)散參數(shù)sz不變，橫向擴(kuò)散參數(shù)按下式計(jì)算：(式2-7）式中sy2—對(duì)應(yīng)取樣時(shí)間為t2時(shí)的橫向擴(kuò)散參數(shù)，m；

sy1—取樣時(shí)間為t1=0.5h時(shí)的橫向擴(kuò)散參數(shù)，按表2-6查取；

t1—0.5h；

q—時(shí)間稀釋指數(shù)，當(dāng)0.5h≤t2＜1h時(shí)，q=0.2，當(dāng)1h≤t2＜100時(shí)，q=0.3.當(dāng)前40頁(yè)，總共51頁(yè)。sy=g1xa1sz=g2xa2穩(wěn)定度a1g1下風(fēng)距離x（m）穩(wěn)定度a2g2下風(fēng)距離x（m）A0.9010740.8509340.4258090.6020520~1000＞1000A1.121541.513602.108810.07999040.008547710.0002115450~300300~500＞500B0.9143700.8509340.2818460.3963530~1000＞1000B0.9644351.093560.1271900.0570250~500＞500B~C0.9193250.8750860.2295000.3142380~1000＞1000B~C0.9410151.007700.1146820.07571820~500＞500C0.9242790.8851570.1771540.2321230~1000＞1000C0.9175950.106803＞0C~D0.9268490.8869400.1439400.1893960~1000＞1000C~D0.8386280.7564100.8155750.1260.2356670.1366590~20002000~10000＞10000D0.9294180.8887230.1107260.1466690~1000＞1000D0.8262120.6320230.5553600.1046340.4001670.8107631~10001000~10000＞10000D~E0.9251180.8927940.09856310.1243080~1000＞1000D~E0.7768640.5723470.4991490.1117710.5829921.038100~20002000~10000＞10000E0.9208180.8968640.08640010.1019470~1000＞1000E0.7883700.5651880.4147430.0975290.4333841.732410~10001000~10000＞10000F0.9294180.8887230.05536340.7333480~1000＞1000F0.7844000.5259690.3226590.06207650.3700152.406910~10001000~10000＞10000表2-6P-G擴(kuò)散曲線冪函數(shù)數(shù)據(jù)（取樣時(shí)間0.5h）當(dāng)前41頁(yè)，總共51頁(yè)。三、地面最大濃度圖2-14所示為地面源和高架源在下風(fēng)方向造成的地面濃度分布曲線?？梢钥闯觯谙嘛L(fēng)向一定距離x處中心線的濃度高于邊緣部分。當(dāng)前42頁(yè)，總共51頁(yè)。圖2-15所示為兩種源的地面軸線濃度分布曲線對(duì)于地面無(wú)線空間連續(xù)點(diǎn)源[見(jiàn)圖2-15（a）]，下風(fēng)向地面軸線污染物濃度隨距污染源的距離增加而降低。對(duì)于高架源[見(jiàn)圖2-15（b）]，下風(fēng)向地面軸線濃度先隨距離x的增加而急劇增大，在距源1~3km的不太遠(yuǎn)距離處（通常為1~3km）地面軸線濃度達(dá)到最大值時(shí)，若x繼續(xù)增加，地面軸線濃度則逐漸減小。當(dāng)前43頁(yè)，總共51頁(yè)。地面最大濃度及其出現(xiàn)的地點(diǎn)是關(guān)健的問(wèn)題，如果地面最大濃度都沒(méi)有超出國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，那么污染源就不會(huì)對(duì)周圍環(huán)境造成污染；反之，如果地面最大濃度超出了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，那么污染源就可能對(duì)周圍環(huán)境造成污染，也就有必要知道被污染的區(qū)域。從圖2-14可以看出，對(duì)于地面無(wú)限空間連續(xù)點(diǎn)源，污染物最大濃度出現(xiàn)在污染源所在處，因此只需將x=0，y=0代入式（2-3）即可求的污染物的最大濃度。然而對(duì)于高架源，從圖2-15可以看出，地面污染物最大濃度出現(xiàn)在下風(fēng)向軸線上，因此可以先將x=0，y=0代入式（2-4）得到污染物在地面的濃度分布曲線公式即（式2-8）隨x的增大而減小隨x的增大而增大sy、sz隨x增大而增大因此，必然存在某一距離x處出現(xiàn)污染物濃度最大值。假設(shè)sy/sz的比值不隨距離x發(fā)生變化，將式（2-8）對(duì)sz進(jìn)行求導(dǎo)，并令其等于零，即可得到污染物地面最大濃度計(jì)算公式：（式2-9）當(dāng)前44頁(yè)，總共51頁(yè)。

根據(jù)最大濃度點(diǎn)sz|xCmax、大氣穩(wěn)定度類型反查圖2-13就可得出最大濃度在下風(fēng)向局污染源的距離x。再根據(jù)穩(wěn)定度類型和x值查圖2-12就可以得出最大濃度點(diǎn)的sy|x=xCmax，將sz|xCmax和sy|x=xCmax代入式（2-9）就可以算出污染物地面最大濃度?？梢?jiàn)，當(dāng)大氣穩(wěn)定度一定時(shí)，擴(kuò)算參數(shù)的比值sy/sz一定，高架連續(xù)點(diǎn)源的地面最大濃度Cmax與污染源的高度H的平方成反比。污染物最大濃度出現(xiàn)點(diǎn)的sz值為：（式2-10）當(dāng)前45頁(yè)，總共51頁(yè)。第四節(jié)、污染物控制的常用數(shù)據(jù)及計(jì)算一、煙氣體積計(jì)算1.理論煙氣體積在理論空氣量V0下，燃料完全燃燒所生成的煙氣體積稱為理論煙氣體積，以V0fg表示煙氣主要成分是CO2、SO2、N2和水蒸氣。通常把煙氣中除了水蒸氣以外的部分稱為干煙氣，把包括水蒸氣在內(nèi)的煙氣稱為濕煙氣。所以理論煙氣體積等于干煙氣體積和水蒸氣體積之和，即理論煙氣體積=干煙氣體積+水蒸氣體積。理論水蒸氣體積的構(gòu)成①燃料中氫燃燒后生成的水蒸氣體積；③由供給的理論空氣量代入的水蒸氣體積。②燃料中所含的水蒸氣體積；2.煙氣體積和密度的校正燃燒裝置產(chǎn)生的煙氣溫度和壓力總是高于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（273K、1atm），在煙氣體積和密度計(jì)算中往往需要換算成為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)。當(dāng)前46頁(yè)，總共51頁(yè)。3.過(guò)量空氣的校正因?yàn)閷?shí)際燃燒過(guò)程是有過(guò)?？諝獾?，所以燃燒過(guò)程中的實(shí)際煙氣體積應(yīng)為理論煙氣體積與過(guò)?？諝庵停╒實(shí)際煙氣=V理論煙氣+V過(guò)?？諝猓?。用奧薩特?zé)煔夥治鰞x測(cè)定煙氣中CO2、O2和CO的含量，可以確定燃燒設(shè)備在運(yùn)行中煙氣成分和過(guò)量空氣系數(shù)。

大多數(shù)煙氣可以視為理想氣體，所以在煙氣體積和密度換算中可以應(yīng)用理想氣體狀態(tài)方程。若設(shè)觀測(cè)狀態(tài)下（溫度Ts、壓力ps）煙氣體積為Vs、密度為rs，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下（溫度TN、壓力pN）煙氣體積為VN，密度為rN，則由理想氣體狀態(tài)方程可以得到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的煙氣體積VN及標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煙氣的密度rN。式（2-11）式（2-12）應(yīng)該指出，美國(guó)、日本和國(guó)際全球監(jiān)測(cè)系統(tǒng)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)