第二章第2節(jié)大氣中污染物的遷移課件

第二章：大氣環(huán)境化學(xué)Chapter2AtmosphericEnvironmentalChemistry第二章：大氣環(huán)境化學(xué)Chapter2Atmosphe1第二節(jié)大氣中污染物的遷移大氣中污染物的遷移是指從污染源排放出來的污染物由于空氣的運(yùn)動(dòng)使其傳輸和分散的過程.污染物的遷移過程可導(dǎo)致污染物濃度降低.主要內(nèi)容：輻射逆溫層大氣穩(wěn)定度大氣污染數(shù)學(xué)模式影響大氣污染物遷移的因素第二節(jié)大氣中污染物的遷移大氣中污染物的遷移是指從污染源2一、輻射逆溫層對流層大氣的重要熱源是來自地面的長波輻射，故離地面越近氣溫越高；離地面越遠(yuǎn)氣溫越低。隨高度升高氣溫的降低率稱為大氣垂直遞減率：在對流層中，Γ>0,

則dT/dz<0，Γ=0.6K/100m，即每升高100m氣溫降低0.6℃。一定條件下出現(xiàn)反?，F(xiàn)象：當(dāng)Γ=0時(shí)，稱為等溫層；當(dāng)Γ<0時(shí)，稱為逆溫層。大氣層穩(wěn)定性強(qiáng)，對大氣的垂直運(yùn)動(dòng)起阻礙作用。一、輻射逆溫層對流層大氣的重要熱源是來自地面的長波輻射，故離3根據(jù)逆溫形成的過程不同，可分為兩種：近地面層的逆溫自由大氣層的逆溫輻射逆溫平流逆溫融雪逆溫地形逆溫?zé)崃l件亂流逆溫下沉逆溫鋒面逆溫動(dòng)力條件根據(jù)逆溫形成的過程不同，可分為兩種：近地面層的逆溫自由大4輻射逆溫產(chǎn)生特點(diǎn)：因地面強(qiáng)烈輻射冷卻降溫而形成。該逆溫層多發(fā)生在距地面100-150m

高度內(nèi)。最有利于輻射逆溫發(fā)展的條件是平靜而晴朗的夜晚。云和風(fēng)能減弱輻射逆溫。風(fēng)速超過2-3m/s，逆溫就不易形成。輻射逆溫：地面因強(qiáng)烈輻射作用而冷卻降溫,形成的近地面層大氣逆溫現(xiàn)象。輻射逆溫產(chǎn)生特點(diǎn)：輻射逆溫：地面因強(qiáng)烈輻射作用而冷卻降溫,5形成條件：白天日照強(qiáng)烈，夜間天空晴朗無風(fēng)、無云。ABC-白天溫度層結(jié)曲線；FEC-夜間層結(jié)曲線；DBC-清晨層結(jié)曲線.日出后地面溫度上升，逆溫層近地面處首先破壞，自下而上逐漸變薄，最后消失。形成條件：白天日照強(qiáng)烈，夜間天空晴朗無風(fēng)、無云。ABC-白天61、概念指氣層的穩(wěn)定度，即大氣中某一高度上的氣塊在垂直方向上相對穩(wěn)定的程度。受密度層結(jié)和溫度層結(jié)共同作用。二、大氣穩(wěn)定度1、概念二、大氣穩(wěn)定度7穩(wěn)定的大氣：當(dāng)大氣中某一氣塊在垂直方向上有一個(gè)小的位移，如果層結(jié)大氣使氣塊趨于回到原來的平衡位置，則稱層結(jié)是穩(wěn)定的，Γd>ΓaΓd:干絕熱垂直遞減率。Γa：大氣垂直遞減率。不穩(wěn)定的大氣：如果層結(jié)大氣使氣塊趨于繼續(xù)離開原來位置，則稱層結(jié)是不穩(wěn)定的，Γd<Γa中性的大氣：介于上兩者之間，Γd=Γa研究大氣垂直遞減率，可用于判斷，氣塊穩(wěn)定情況，氣體垂直混合情況，考察污染物擴(kuò)散情況。2大氣穩(wěn)定度狀況

穩(wěn)定的大氣：當(dāng)大氣中某一氣塊在垂直方向上有一個(gè)小的位移，如果8第二章第2節(jié)大氣中污染物的遷移ppt課件9基本假定:坐標(biāo)系（見p50圖2-25）

右手坐標(biāo)，y為橫風(fēng)向，z為垂直向四點(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．?dāng)U散中污染物是守恒的（不考慮轉(zhuǎn)化）1.高架連續(xù)點(diǎn)源大氣污染模式（1）煙流模型基本公式三、大氣污染數(shù)學(xué)模式基本假定:1.高架連續(xù)點(diǎn)源大氣污染模式（1）煙流模型基本公式10c—污染物濃度，g/m3Q—源強(qiáng)，g/s；指污染物排放速率,與空氣中污染物質(zhì)的濃度成正比。ū—煙囪高度處的平均風(fēng)速，m/s；σy—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；σz—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z的函數(shù)，m；H—煙囪的有效高度（煙軸高度，由煙囪幾何高度Hs和煙流抬升高度ΔH組成，即H=Hs+ΔH），ΔH：煙囪頂距煙軸的距離，隨x而變化的。依正態(tài)分布假定和地面對煙流的反射作用，由全反射原理推導(dǎo)可得出下風(fēng)向任一點(diǎn)的濃度分布。c—污染物濃度，g/m3依正態(tài)分布假定和地面對煙流的反射作11(2)有效源高計(jì)算Holland公式：有效源高H，系指煙流中心線距地面的高度；為煙囪高度HS與煙羽抬升高度

△

H之和，H=HS+△H。抬升高度△H計(jì)算式：煙羽抬升主要取決于兩個(gè)方面，一是煙羽排出時(shí)的初始動(dòng)量和浮力；二是周圍大氣的性質(zhì)。通常采用經(jīng)驗(yàn)或半經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算得到。(2)有效源高計(jì)算Holland公式：有效源高H，系指煙流12Vs實(shí)際狀態(tài)煙流出口速度，m/s；d煙囪出口直徑,m；TsTa分別是煙氣出口溫度和環(huán)境大氣溫度，K;P大氣壓，Pa；Qh煙氣熱釋放率，J/s,單位時(shí)間排出煙氣的熱量；ū煙囪口高度處的平均風(fēng)速，m/sHolland公式比較保守，適用于中性大氣條件，特別在煙囪高、熱釋放率比較強(qiáng)的情況下。Holland建議穩(wěn)定時(shí)減小10％～20％

，不穩(wěn)時(shí)增加10％～20％。Vs實(shí)際狀態(tài)煙流出口速度，m/s；13(3)擴(kuò)散參數(shù)的確定P－G曲線法Pasquill根據(jù)常規(guī)氣象資料：風(fēng)速、云量、云狀和日照等，將大氣擴(kuò)散稀釋能力分為A、B、C、D、E、F六個(gè)穩(wěn)定度等級。Gifford建立了不同穩(wěn)定度等級下，與下風(fēng)向距離S的函數(shù)關(guān)系，并繪制成P－G曲線圖。見P52圖2-26.方法要點(diǎn)：大氣分成A---F共六個(gè)穩(wěn)定度等級（依據(jù)氣象參數(shù)：云、日照、風(fēng)速······）x--σy曲線（六條），（分別對應(yīng)A、B····F穩(wěn)定度級）(3)擴(kuò)散參數(shù)的確定P－G曲線法方法要點(diǎn)：14擴(kuò)散參數(shù)的確定－P－G曲線法P－G曲線的應(yīng)用根據(jù)常規(guī)資料確定穩(wěn)定度級別擴(kuò)散參數(shù)的確定－P－G曲線法P－G曲線的應(yīng)用15擴(kuò)散參數(shù)的確定－P-G曲線法P－G曲線的應(yīng)用利用擴(kuò)散曲線確定和擴(kuò)散參數(shù)的確定－P-G曲線法P－G曲線的應(yīng)用164.高架連續(xù)排放點(diǎn)源下風(fēng)濃度計(jì)算實(shí)例

例：某火力發(fā)電廠的煙囪高20m，頂部直徑4m，SO2

發(fā)生率為270g/s，煙囪出口處風(fēng)速為3m/s，煙氣溫度598K，地面風(fēng)速2.1m/s，風(fēng)向?yàn)槲髂稀Ｈ绻麩焽桧敳康臍鉁貫?83K，地面氣壓為100×103pa，煙囪高度處的風(fēng)速為4m/s，問在清晨日出時(shí)，距離煙囪600m處，SO2

的濃度是多少？解：根據(jù)給定的條件，查表2－4,得當(dāng)時(shí)大氣穩(wěn)定度為E級,由圖2－26查得下風(fēng)向600m處的y

為34m，z為14m，由Holland公式計(jì)算出煙羽升高度：4.高架連續(xù)排放點(diǎn)源下風(fēng)濃度計(jì)算實(shí)例17

由于穩(wěn)定度為E級，可將計(jì)算出的煙羽升高度值減少15％，即：H＝21×85％＝18(m)

距煙囪下風(fēng)向600m處SO2

濃度（即高架連續(xù)點(diǎn)源地面軸線濃度，y=0、z=0)：由于穩(wěn)定度為E級，可將計(jì)算出的煙羽升高度值減18四、影響大氣污染物遷移的因素大氣污染遷移的影響因素風(fēng):是指空氣水平方向的運(yùn)動(dòng)，風(fēng)可使污染物向下風(fēng)向擴(kuò)散；湍流:是指空氣不同與水平方向的次生運(yùn)動(dòng)，湍流可使污染物向各方向擴(kuò)散；濃度梯度:可使污染物發(fā)生質(zhì)量擴(kuò)散。影響特征四、影響大氣污染物遷移的因素大氣污染遷移的影響因素風(fēng):是指19大氣中氣塊的兩種不同性質(zhì)的運(yùn)動(dòng)摩擦層：在對流層中（1~2km以下），空氣的水平運(yùn)動(dòng)受地表的的機(jī)械摩擦、地表強(qiáng)烈的熱力作用的影響而產(chǎn)生亂流，該層又稱為亂流混合層，摩擦層頂以上的氣層稱為自由大氣。大氣中氣塊的兩種不同性質(zhì)的運(yùn)動(dòng)摩擦層：在對流層中（1~2k20動(dòng)力亂流：有規(guī)律水平運(yùn)動(dòng)的氣流遇到起伏不平的地形擾動(dòng)所產(chǎn)生的，也稱為湍流；熱力亂流：也稱為對流，起因于地表面溫度與地表面附近的溫度不均一，近地面空氣受熱膨脹而上升，隨之上面的冷空氣下降，從而形成對流。在摩擦層內(nèi)，有時(shí)以動(dòng)力亂流為主，有時(shí)動(dòng)力亂流與熱力亂流共存，且主次難分。這些都是使大氣中污染物遷移的主要原因。亂流動(dòng)力亂流（湍流）熱力亂流（對流）亂流的形成：動(dòng)力亂流：有規(guī)律水平運(yùn)動(dòng)的氣流遇到起伏不平的地形擾動(dòng)所產(chǎn)生的21大氣中，一理想的處于平衡狀態(tài)的氣塊，受到周圍大氣溫差帶來的浮力作用，產(chǎn)生向上（或向下）的加速度運(yùn)動(dòng)，推導(dǎo)可得：不同穩(wěn)定度狀況下的最大混合層高度結(jié)論：受熱氣塊不斷向上運(yùn)動(dòng)，直到T’與T相等，氣塊與周圍大氣達(dá)到中性平衡。這時(shí)所相應(yīng)的高度，定義為對流混合層上限，或稱為最大混合層高度（MMD)。大氣中，一理想的處于平衡狀態(tài)的氣塊，受到周圍大氣不22不同穩(wěn)定度狀況下的最大混合層高度實(shí)線：實(shí)際大氣氣溫隨高度的遞變虛線：干燥氣塊溫度隨高度的變化a圖：白天，正常大氣中氣塊沿干絕熱線膨脹而上升，所達(dá)到的最大混合層高度；b圖：為夜間穩(wěn)定大氣時(shí)的最大混合層高度，在這種情況下最大混合層高度明顯低；c圖：是白天有逆溫出現(xiàn)時(shí)的最大混合層高度。不同穩(wěn)定度狀況下的最大混合層高度實(shí)線：實(shí)際大氣氣溫隨高度的遞232.天氣形勢與地理地勢的影響天氣形勢對遷移擴(kuò)散影響的幾點(diǎn)說明：

天氣形勢是指大范圍氣壓分布的狀況，局部地區(qū)的氣象條件總是受天氣形勢的影響；局部地區(qū)的擴(kuò)散條件與大范圍的天氣形勢互相關(guān)聯(lián)；某些天氣系統(tǒng)與區(qū)域性大氣污染有密切聯(lián)系，不利的天氣形勢和地形特征結(jié)合在一起常?？墒鼓骋坏貐^(qū)的污染程度加重。在大氣環(huán)流中，在北緯30°形成的下沉氣流，常使其內(nèi)部氣溫絕熱升高，形成下沉逆溫層。一個(gè)例子：2.天氣形勢與地理地勢的影響天氣形勢對遷移擴(kuò)散影響的幾點(diǎn)說明24由于不同地形地貌之間的物理性質(zhì)存在著很大差異，從而引起熱輻射狀況在水平方向上分布不均勻；上述熱力差異在弱的天氣系統(tǒng)條件下有可能產(chǎn)生局地環(huán)流。諸如海陸風(fēng)、城郊風(fēng)和山谷風(fēng)等。地理地勢對遷移擴(kuò)散的影響海洋由于大量海水，其表面溫度變化緩慢，而大陸表面溫度變化劇烈；受地表輻射的影響，白天陸地上空的氣溫增加得比海面上空快，在海陸之間形成指向大陸的氣壓梯度，較冷的空氣從海洋流向大陸形成海風(fēng)；夜間情況相反，陸地上空的空氣流向海洋生成陸風(fēng)。(1)海陸風(fēng)由于不同地形地貌之間的物理性質(zhì)存在著很大差異，從而引起熱輻25熱氣流上升冷氣流下降陸地海洋海風(fēng)陸風(fēng)白天夜晚表面溫度高表面溫度低表面溫度高表面溫度低海陸風(fēng)熱冷陸地海洋海風(fēng)陸風(fēng)白天夜晚表面溫度高表面溫度低26熱氣流上升冷氣流下降陸地海洋海風(fēng)白天表面溫度高表面溫度低陸風(fēng)海陸風(fēng)海風(fēng)熱冷陸地海洋海風(fēng)白天表面溫度高表面溫度低陸風(fēng)海27熱氣流上升冷氣流下降陸地海洋陸風(fēng)夜晚表面溫度高表面溫度低海風(fēng)海陸風(fēng)陸風(fēng)熱冷陸地海洋陸風(fēng)夜晚表面溫度高表面溫度低海風(fēng)海28

海陸風(fēng)對空氣污染的影響：一是循環(huán)作用；處在局地環(huán)流之中的污染源，污染物有可能循環(huán)積累達(dá)到較高的濃度，直接排入上層反向氣流的污染物，有一部分會隨環(huán)流重新帶回地面，提高了下層上風(fēng)向的濃度。二是往返作用；在海陸風(fēng)轉(zhuǎn)換期間，隨陸風(fēng)輸向海洋的污染物會被發(fā)展起來的海風(fēng)帶回陸地。海陸風(fēng)對空氣污染的影響：29在城市中心，企、事業(yè)單位和居民燃燒大量燃料，使大量熱能被排入到大氣中，造成市區(qū)溫度比郊區(qū)高，這個(gè)現(xiàn)象稱為城市熱島效應(yīng)。(2)城郊風(fēng)

城市熱島上暖而輕的空氣上升，四周郊區(qū)的冷空氣向城市流動(dòng)，便形成了城郊環(huán)流；在城郊環(huán)流作用下，城市和郊區(qū)排放的煙塵等污染物被聚積在城市上空，形成煙幕，導(dǎo)致市區(qū)大氣污染加劇。在城市中心，企、事業(yè)單位和居民燃燒大量燃料，使大量熱能被排30山谷風(fēng)是山區(qū)山坡和谷地受熱不均而產(chǎn)生的一種局地環(huán)流；白天受熱的山坡把熱量傳遞給其上面的空氣，使坡上空氣比同高度的谷中空氣溫度高，比重輕，產(chǎn)生上升氣流；同時(shí)，谷底中的冷空氣沿坡爬升補(bǔ)充上升空氣流下的空間，便形成由谷底流向山坡的氣流，稱為谷風(fēng)；夜間情況相反，山坡上的空氣溫度下降較谷底快，山坡上的冷空氣沿坡下滑形成山風(fēng)。(3)山谷風(fēng)山谷風(fēng)是山區(qū)山坡和谷地受熱不均而產(chǎn)生的一種局地環(huán)流；(3)31山谷風(fēng)白天：谷風(fēng)