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1、1 主要气象要素及大气的基本物理性质；2 大气的热力过程；3 大气污染与气象的关系；4 大气扩散模式；5 污染物浓度估算；6 厂址选择和烟囱设计。1 主要气象要素及大气的基本物理性质主要气象要素及大气的基本物理性质一、低层大气的成分：干洁空气、水汽、气溶胶粒一、低层大气的成分：干洁空气、水汽、气溶胶粒子子二、大气的垂直结构二、大气的垂直结构三、影响大气污染的主要气象要素三、影响大气污染的主要气象要素气象要素（因子）：气象要素（因子）：表示大气状态的物理现象和物理量，气象学中统称表示大气状态的物理现象和物理量，气象学中统称为。为。与大气污染关系亲密的气象要素主要有：与大气污染关系亲密的气象要素主
2、要有：气温、气压、空气湿度（气湿）、风（风向、风速）气温、气压、空气湿度（气湿）、风（风向、风速）、云况、能见度、降水、蒸发、日照时数、太阳、云况、能见度、降水、蒸发、日照时数、太阳辐射、辐射、地面辐射、大气辐射等。地面辐射、大气辐射等。1、气温：表示大气温度凹凸的物理量。通常指距地面1.5m高处百叶箱中的空气温度。2、气压：任一点的气压值等于该地单位面积上的大气柱重量，可见气压总是随高度的增加而降低的。气压随高度递减关系式可用气体静力学方程式描述，即P=-gZ，其积分式压高公式：据实测近地层高度每上升100米，气压平均降低约12.4毫巴（1mb=100Pa)，在高层小于此值。3、空气湿度（气
3、湿）：反映空气中水汽含量和空气潮湿程度的一个物理量。常用的表示方法有：确定湿度、水蒸气压力、体积百分比、含湿量、相对湿度、露点等。4、风（风向、风速）什么是风？空气的流淌就形成风。气象上把水平方向的空气运动称为风。风的形成：风主要由于气压的水平分布不匀整而引起的，而气压的水平分布不均是由温度分布不均造成。风的形成除热力缘由外，还有动力缘由，自然界的风是由于这两种缘由综合作用的结果，但只要有温差存在，空气就不会停止运动。风的度量（风向和风速）风是矢量，有方向和大小，即风向和风速。风速(风的大小)：单位时间内空气在水平方向移动的距离，常用单位：m/s，Km/s。风向(风的来向)：可用8个方位或16
4、方位表示(地面风),见图2-2；也可用角度表示(高空风):以北为零点，沿顺时针方向旋转正北为360(或0);正东90;正南180;正西270。风的性质：随时在变更：如我国季风（北京旁边冬天东北风）；随高度变更：在确定范围内，风随高度的增大而增大。地面有建筑物，树木的影响。风速随高度变更的曲线叫风速廓线，其数学表达式叫风速廓线模式。风速廓线模式都是在气象要素正常分布的状况下推导出来的。在近地层中性层结状况下推导的两个表达式分别为：随随地地理理位位置置而而变变：山区会产生山风、谷风、海风，海区有海陆风（如上海、大连等）。5、云 云：是发生在高空的水汽凝合现象。形成的基本条件：水蒸汽和使水蒸汽达到饱
5、和凝合的环境。云量：指云遮挡天空的成数。在我国，将天空分为10等份，有几分天空被云遮盖，云量就是几。如：云占天空的1/10，云量记为1；在云层中有少量空隙（空隙总量不到天空的1/20）记为10；当天空无云或云量不到1/20时，云量为0。国外，将天空分为8等份。国外云量与我国云量间的关系，国外云量1.25=我国云量。总云量：指全部云遮挡天空的成数，不论云的层次和高度。低云量：低云的云掩盖天空的成数。云量的记录：一般总云量/低云量的形式记录，如10/7。云状：多种多样，1932年国际云学委员会出版的国际云图将云状分为四族十属。云高：指云底距地面的垂直距离，以米为单位。测定方法：激光测云仪、弧光测云
6、仪等，目力测定法 6、能见度 能见度：在当时的天气条件下，视力正常的人能够从天空背景中看到或分辨出目标物的最大距离，单位：m，Km。能见度的大小反应了大气的混浊现象，反映出大气中杂质的多少。大气中的雾、水汽、烟尘等，可使能见度降低。7、太阳高度角 太阳高度角为太阳光线与地平线间的夹角，是影响太阳辐射强弱的最主要的因子之一。ho即太阳高度角，它随时间而变更。8、降水 降水是指大气中着陆至地面的液态或固态水的通称。如雨、雪等。降水是清除大气污染物的重要机制之一。四、大气的基本物理性质2 大气的热力过程大气的热力过程一一、太阳辐射、太阳辐射 1、什么是辐射？、什么是辐射？自自然然界界中中的的一一切切
7、物物体体都都以以电电磁磁波波的的形形式式时时刻刻不不停停的的向向外外传传递递能能量量，这这种种传传递递能能量量的的方方式式称称为为辐辐射射，以以辐辐射射的的方式向四周输送的能量称辐射能，有时简称辐射。方式向四周输送的能量称辐射能，有时简称辐射。2、大气对太阳辐射的减弱及影响因素、大气对太阳辐射的减弱及影响因素 （1）吸吸取取辐辐射射;（2）散散射射作作用用;（3）反反射射;（4）透透过过大气层大气层.3、大气温度依地面温度的变更关系、大气温度依地面温度的变更关系 地地面面温温度度（土土壤壤温温度度）的的日日变变更更是是周周期期性性的的，具具有有一一最最高高值值和和最最低低值值，在在一一天天里里
8、地地表表温温度度最最高高值值在在13点点左左右右，最低温度在日出前后。最低温度在日出前后。气气温温的的年年变变更更曲曲线线与与地地表表温温度度年年变变更更曲曲线线平平行行，但但振振幅较小。幅较小。二、气温的垂直变更二、气温的垂直变更1什么是辐射太阳辐射是短波，地球辐射是长波，太阳、地球和大气的辐射波长在0.15120m之间，其中0.40.76m可见光波长。波长0.76m的为红外线。据估算一年中整个地球可以从太阳获得1.31024卡热量，在不计大气影响条件下，一分钟内太阳投射到地球表面每一平方厘米面积上的能量称为太阳辐射强度太阳辐射强度。据计算，在大气上界，即无大气影响条件下，与太阳成垂直的平面
9、上，每平方厘米面积上每分钟获得的热量为1.94卡，这是在日地平均距离下求得的，称为太阳常数太阳常数。概括而言：（1）太阳表面温度6000K，它的辐射波长0.154.0m，辐射最强在0.475m长长波；波；地球表面温度15，它的辐射波长2.0120m，辐射最强在10m短波。（2）各种物体接受辐射波长有选择性。（3）各种物体高于0，就可辐射波长，也可接受辐射波。（4）太阳辐射的波长是地球的 。2、大气对太阳辐射的减弱及影响因素地球四周若没有大气圈，地面可能获得同样的太阳辐射强度，但由于大气的存在使到达地面的太阳辐射强度远比7.94卡少，这主要由于大气对太阳辐射有减弱、消耗等影响，主要通过下述作用。
10、吸取辐射大气中的水蒸汽、CO2、吸取波长较长的红外部分，O3能猛烈吸取紫外线（0.255m的吸取99%），N2不吸取太阳辐射。大气吸取太阳辐射后变成了热能，因此在平流层臭氧比较集中的地方温度较高。散射作用散射作用散射：使太阳辐射的直线射程发生偏斜，向散射：使太阳辐射的直线射程发生偏斜，向四面八方散开的现象称为散射。大气中的云四面八方散开的现象称为散射。大气中的云滴、尘粒、空气分子对太阳辐射有散射作用，滴、尘粒、空气分子对太阳辐射有散射作用，散射只变更太阳辐射的方向，对大气的热能散射只变更太阳辐射的方向，对大气的热能无影响，经散射，一部分到地面，一部分返无影响，经散射，一部分到地面，一部分返宇宙
11、。宇宙。反射反射大气层云层和较大颗粒的尘埃能将一部分太大气层云层和较大颗粒的尘埃能将一部分太阳辐射反射到空间去，所以阴天地面得到的阳辐射反射到空间去，所以阴天地面得到的太阳辐射很少。太阳辐射很少。上述三种作用以反射作用最大，散射次之，上述三种作用以反射作用最大，散射次之，吸取最小。吸取最小。透过大气层辐射能传递关系：反射和散射返回宇宙空间的占43%，大气干脆吸取的占14%，其余43%到达地面被地面吸取。（包括干脆到达地面的27%和散射回地面的16%两部分）3大气温度依地面温度的变更关系大气温度依地面温度的变更关系辐射实力极大值对应的波长（max）同辐射体的确定温度T成反比。温度越高，辐射波长越
12、短。地面温度为200300K，地面辐射是长波辐射，大气也以长波辐射方式向四周输送热量，其中一部分投向地面称为大气的逆辐射。这样大气能防止地面热量的大量散失，对地面有保温作用。地面辐射G1与被地面吸取的大气逆辐射G2之差称为地面有效辐射或称夜间有效辐射R=G1-G2。若无大气，地面的温度不是15，而是-23（据计算）大气圈的存在防止了夜间地面热量快速散失引起的急剧降温，因而削减了温度的日变辐。大气对太阳的短波辐射吸取很少（仅臭氧对其有吸取），而大气中的水汽、CO2能大量吸取地面的长波辐射，因此太阳辐射不是大气,特殊不是近地层大气的主要热源。近地层大气温度主要受地表温度的影响，据统计约有7595%
13、的地面长波辐射被大气吸取，而且几乎在近地面4050米的气层中就完全被吸取了。所以地面温度的同期性变更自然会引起空气温度的自然性变更。地面温度（土壤温度）的日变更是周期性的，具有一最高值和最低值，在一天里地表温度最高值在13点左右，最低温度在日出前后。在陆地上，大气温度的波动传播基本遵从土壤中温度波动传播规律，离地面越高，振幅越小，位相越落后，陆地上最高气温出现在14点到5点，最低气温出现在日出时。海洋气温日变辐稍大于水面温度日变辐，一般洋面温度昼夜都比气温高，洋面气温日变辐为12；内陆湖面气温日变幅较大，可达10左右，水面最高气温出现在12点半左右，最低气温出现在日出前后。洋面气温日变更是由于
14、太阳辐射干脆作用造成的。因为海洋水面温度几乎昼夜不变，是洋面上空气含水汽量较多的结果，其日变辐的极值都比水温提前些。气温的年变更曲线与地表温度年变更曲线平行，但振幅较小。陆地最高月温在7月，最低月温在1月。海洋或海滨地带最高月温发生在在8月，最低月温在2月或3月初。二二 大气的绝热过程大气的绝热过程2、干绝热递减率：、干绝热递减率：绝绝热热垂垂直直递递减减率率（绝绝热热直直减减率率）：气气块块在在绝绝热热过过程程中中，垂垂直直方方向向上上每每升升降降单单位位距距离离时时的的温温度度变变更更值值。（通通常常取取100m），单位：单位：/100m。干干绝绝热热垂垂直直递递减减率率d（干干绝绝热热直
15、直减减率率）:干干气气块块（包包括括未未饱饱和和湿湿空空气气）在在绝绝热热过过程程中中，垂垂直直方方向向上上每每升升降降单单位位距距离离的的温温度度变变 更更 值值。（通通 常常 取取 100米米），依依 据据 计计 算算，得得 到到 d约约 为为0.98/100m，近似，近似1/100m。（1）准静力条件）准静力条件 绝绝热热过过程程中中气气温温、气气压压都都是是指指大大气气中中气气块块本本身身的的特特性性，但但是是对对于于气气压压而而言言，一一般般状状况况PP环环，若若过过程程进进行行的的特特别别缓缓慢慢，可可使使外外界界气气压压变变更更与与系系统统内内部部气气压压变变更更充充分分平平衡衡
16、，每每一一瞬瞬间间外外部部气气压压与与内内部部气气压压看看成成是是相相等等的的，即即P=P环环，这这个个条条件件称称为为准准静静力条件。探讨的大多数过程我们认为满足准静力条件，即力条件。探讨的大多数过程我们认为满足准静力条件，即P=P。干绝热：气团是未饱和状态，不会有状态的变更，负号“”表示气块在干绝热上升过程中温度随高度的 上 升 而 降 低，若 不 计 高 度、纬 度 影 响，取g=9.18m/s2，CP=1004.8J/(KgK)则d=0.98K/100m 1K/100m。表示干空气在作干绝热上升（或下降）运动时，每上升（或下降）100m，温度降低（或上升）1。（3）湿空气的绝热变更 湿
17、空气团作绝热升降时状况较困难，在升降过程中若无相变更，其温度直减率和干绝热直减率一样，每升降100m，温度变更1；若有相变更，每上升100m，温度变更小于1。湿空气上升达到饱和状态并起先凝合的高度称为凝合高度，在凝合高度以下，其温度变更同干空气一样；在凝合高度以上，温度变更小于干空气的变更值，饱和空气每上升（或下降）单位距离空气的温度变更，称为湿绝热递减率m，约为0.5/100m。三、大气的静力稳定度三、大气的静力稳定度大大气气的的静静力力稳稳定定度度：指指大大气气垂垂直直运运动动的的气气团团是是加加速速、抑抑制制，还还是是无无影影响响的的一一种种热热力力学学性性质质。大大气气稳稳定定度度影影
18、响大气污染物的扩散实力。响大气污染物的扩散实力。1、气温的垂直分布、气温的垂直分布（1）温温度度层层结结：温温度度随随高高度度的的分分布布状状况况。它它影影响响大大气气垂垂直直方方向向的的流流淌淌状状况况，由由于于地地面面构构筑筑物物不不同同，温温度度层结不同。层结不同。（2）温度层结类型）温度层结类型温温度度随随高高度度的的增增加加而而降降低低（Z t），正正常常分分布布，或递减层结，一般状况是这种规律。或递减层结，一般状况是这种规律。温度梯度等于或近似于温度梯度等于或近似于1/100m，称中性层结。，称中性层结。温度随高度增加而上升（温度随高度增加而上升（Z t），称为逆温层结。），称为逆
19、温层结。温度不随高度变更，称为等温层结。温度不随高度变更，称为等温层结。见下图所示：见下图所示：图：层结曲线 a 递减层结 b 中性层结 c 逆温层结 d 等温层结（3）温度层结日变更（4）温度变更的实质：温度变更的实质是内能变更。（5）环境温度直减率（定义与干绝热直减率相同），环境温度的变更。不是一常数，随太阳辐射、气候等而变更，对流层中环境温度直减率的平均值为0.65/100m。大气环境的各种状态：（见下一页图示）（6）位温（）位温：把各层中的气块由最初的压力P循着干绝热的程序订正到一个标准压力1000hPa时所具有的温度。任何一气块的位温是不变的（干绝热状况）；而非绝热状况下，位温是变更
20、的。位温比气温更能代表气块的热力学性质。1标准大气压力=1013.25mb（毫巴）1mb=103达因/cm2大气环境的各种状态：（平均状态）=d=1/100m （干绝热状态）=0 （等温状态）d（超绝热状态）2、大气稳定度（1）什么是大气稳定度？是指大气中任一高度上的一空气块在铅直方向上的稳定程度。（2）大气稳定度的分类（3类）假如一空气块由于某种缘由受到外力的作用，产生了上升或者下降的运动，当外力消退后，可能发生三种状况：气块渐渐减速并有返回原来高度的趋势，此时大气是稳定的。气块仍旧加速上升或下降，此时大气是不稳定的。气块停留在外力消逝时所处的位置，或者做等速运动，这时大气是中性的。（3）如
21、何判别大气的稳定度？设气块状态为T、P、,环境大气状态为T、P、,气块受到的浮力为F1=mg=Vg，重力为：G=Vg。因而它的静浮力为：F1G=()Vg P=RT P=RT 到达某一位置时P=P（达准静力条件）用层结曲线（大气温度随高度变更曲线）和状态曲线（即上升空气块的温度随高度的变更曲线）的分布来推断大气稳定度。四、逆温四、逆温1、定义：温度随高度的增加而增加，此时、定义：温度随高度的增加而增加，此时 。2、跟我们探讨污染有关的因素：、跟我们探讨污染有关的因素：逆温层的消逝时间；逆温层的消逝时间；逆温层底的高度；逆温层底的高度；逆温层的厚度；逆温层的厚度；逆温的强度（温度随高度的变更状况）
22、。逆温的强度（温度随高度的变更状况）。不同季节都应驾驭上述数据。不同季节都应驾驭上述数据。逆温的最危急状况是逆温层正好处于烟囱排放口。逆温的最危急状况是逆温层正好处于烟囱排放口。3、逆温形成的过程（自学）、逆温形成的过程（自学）形成逆温的过程多种多样，最主要有以下几种：形成逆温的过程多种多样，最主要有以下几种：辐射逆温（较常见）；辐射逆温（较常见）；平流逆温；平流逆温；锋面逆温；锋面逆温；湍流逆温；湍流逆温；下沉逆温。下沉逆温。要要求求驾驾驭驭辐辐射射逆逆温温的的形形成成机机理理，了了解解其其它它辐辐射射逆逆温温的的形形成机理。成机理。3 大气污染与气象的关系大气污染与气象的关系 一、边界层的
23、风和湍流对大气污染的影响一、边界层的风和湍流对大气污染的影响 风风、湍湍流流是是确确定定污污染染物物在在大大气气中中稀稀释释扩扩散散的的最最干干脆脆最最本本质质的的因因素素。风风速速越越大大，湍湍流流越越强强，污污染染物物扩扩散散速速度度越越快，污染物浓度越低。快，污染物浓度越低。（一）风对大气污染物扩散和输送的影响（一）风对大气污染物扩散和输送的影响 风对污染物的作用体现为风向和风速两方面的影响。风对污染物的作用体现为风向和风速两方面的影响。1、风向影响污染物的水平迁移扩散方向。、风向影响污染物的水平迁移扩散方向。2、风速的大小确定了大气扩散稀释作用的强弱。、风速的大小确定了大气扩散稀释作用
24、的强弱。通通常常，污污染染物物在在大大气气中中的的浓浓度度与与平平均均风风速速成成反反比比，风风速增大速增大1倍，下风向污染物将削减一半。倍，下风向污染物将削减一半。（1）风速随高度的分布：对数律；指数律。）风速随高度的分布：对数律；指数律。（2）风向频率和污染系数）风向频率和污染系数 为为综综合合考考虑虑风风向向、风风速速对对空空气气污污染染物物的的输输送送扩扩散散影影响响，往往要用风向频率和污染系数。往往要用风向频率和污染系数。风向频率是指确定时间内（年或月），某风向出现次数占各风向出现总次数的百分率。污染系数表示风向、风速综合作用对空气污染物扩散影响程度。P越大，某下风向污染越严峻。（二
25、）湍流1、什么是湍流？除在水平方向运动外，还会由上、下、左、右方向的乱运动，风的这种特性和摇摆称为大气湍流。（有点象分子的热运动）2、湍流与扩散的关系把湍流想象成是由很多湍涡形成的，湍涡的不规则运动而形成它与分子运动极为相像。不同的是，分子的运动以分子为单位，湍流以湍涡为单位，湍涡运动速度比分子运动速度大的多，比分子扩散快105106倍。没有湍流运动，污染物的扩散就成了问题。这是因为无湍流时，污染物单靠分子扩散，扩散速度很小；有湍流时，由于其靠湍流扩散，运动的方向和大小都极不规则，使流场各部分间猛烈混合，混合加快了扩散速度。若只有风无湍流，从烟囱中排出的废气像一条“烟管”一样几乎保持着同样粗细
26、，吹向下方，很少扩散。3、形成：近地层大气湍流有两种：热力湍流；机械湍流。热力湍流：主要由于大气的铅直稳定度而引起，大气的铅直稳定度是由于气温的垂直分布确定的。机械湍流：有动力因子产生，由于大气垂直方向上的风速梯度不同和地面粗糙度不同而产生。归纳而言：风速越大，湍流越强，污染物扩散速度越快，污染物浓度越低。风、湍流是确定污染物在大气中稀释扩散的最干脆因素。（三）地方性风场二、大气稳定度对大气污染的影响二、大气稳定度对大气污染的影响 大大气气稳稳定定度度对对烟烟流流扩扩散散有有很很大大的的影影响响，不不同同稳稳定定度度导导致致从从烟烟囱囱排排出出的的烟烟羽羽形形态态不不同同。下下面面是是与与稳稳
27、定定度度有有关的五种典型烟流，。关的五种典型烟流，。三、降水对大气污染的影响三、降水对大气污染的影响 降降水水对对大大气气污污染染有有净净化化作作用用，降降水水的的净净化化作作用用与与降降水水的的强强度度和和持持续续时时间间有有关关。降降水水越越强强，降降水水时时间间越越长长，降水后大气污染物浓度越低，保持低浓度的时间越长。降水后大气污染物浓度越低，保持低浓度的时间越长。四、云量与辐射的昼夜变更四、云量与辐射的昼夜变更 一一般般来来说说：晴晴天天白白天天，特特殊殊是是夏夏季季中中午午，太太阳阳辐辐射射最最强强，温温度度层层结结递递减减，处处于于极极不不稳稳定定状状态态；夜夜间间，黎黎明明前前逆
28、逆温温最最强强，日日出出与与日日落落前前后后为为转转换换期期，均均接接近近中中性性层层结。结。云云：对对辐辐射射起起屏屏障障作作用用，既既阻阻挡挡白白天天的的太太阳阳辐辐射射，又又阻阻挡挡夜夜间间地地面面对对上上的的辐辐射射。总总效效果果：减减小小气气温温随随高高度度的的变变更。更。五、天气形势的影响五、天气形势的影响 天天气气形形势势指指大大范范围围气气压压分分布布状状况况。确确定定的的天天气气现现象象和和气气象象条条件件都都与与相相应应的的天天气气形形势势联联系系起起来来。所所以以，天天气气形形势势与与影影响响空空气气污污染染的的气气象象因因素素亲亲密密相相关关，影影响响了了污污染染物物在
29、大气中的扩散。在大气中的扩散。低低压压气气旋旋限限制制区区：空空气气有有上上升升运运动动，云云天天较较多多，通通常常风风速较大。速较大。强高压反气旋限制区：天气晴朗，风速较小强高压反气旋限制区：天气晴朗，风速较小。天气形势的影响都是大范围的，它对个别源造成的小范围的污染影响不太明显（没有气象条件日变更作用明显）。六、大气污染指数 为了综合表示风、大气稳定度、降水及混合层高度等气象因素对污染物扩散的共同作用，可接受污染指数Id。式中：Idd方向上的污染指数，无量纲；P降水；S大气稳定度；u风速；h混合层高度。Id越大，d方向下侧的污染较重。实践证明，Id0.8时，为清洁型大气。污染物的半衰期污染
30、物的半衰期化学迁移的修正，在工程应用上与湿沉积类似，可令修正后的源强Q（x）等于初始源强Q（0）乘以修正因子fc。式中 Tc-大气污染物的时间常数；其他符号同前。假如定义fc=1/2所对应的时间为该大气污染物的半衰期td，将其代入式（44.9-85），可得：对于城市尺度，SO2的td4小时；长距离输送SO2的td 典型值为4天。3-4 正态分布下的大气扩散模式正态分布下的大气扩散模式一、污染源一、污染源 污污染染源源对对污污染染物物的的影影响响很很大大，从从污污染染源源考考虑虑污污染染物物浓浓度度主主要要有有以以下几方面：下几方面：(1)污污染染物物指指的的化化学学组组分分及及性性质质,各各组
31、组分分间间是是否否易易发发生生化化学学反反应应形形成成二次污染物等；二次污染物等；(2)源源的的几几何何形形态态和和排排放方式；放方式；(3)源源强强，即即污污染染物物的的排放速率；排放速率；(4)源的高度。源的高度。在在源源强强等等条条件件相相同同的的状状况况下下,源源高高对对地地面面污污染染物的影响见下图所示。物的影响见下图所示。二、大气扩散试验方法简介二、大气扩散试验方法简介 1、示踪剂浓度测量法、示踪剂浓度测量法 优优点点：可可干干脆脆测测得得数数据据，只只要要网网点点布布置置得得当当，就就可可对整个浓对整个浓 度场进行分析。度场进行分析。缺点：人力、物力耗费大，不经济。缺点：人力、物
32、力耗费大，不经济。示示踪踪剂剂：要要求求灵灵敏敏度度高高，无无毒毒，性性能能稳稳定定，检检验验方方法法牢牢靠靠。常常用用的的有有：荧荧光光微微粒粒、六六氟氟化化硫硫（SF6）、）、SO2等。等。2、光学轮廓法、光学轮廓法优优点点：简简便便、经经济济；缺缺点点：精精度度差差，探探讨讨范范围小。围小。常在探讨烟羽抬上升度时应用。常在探讨烟羽抬上升度时应用。3、“标记粒子标记粒子”轨迹法轨迹法优点：精度高、适于大尺度扩散探讨；优点：精度高、适于大尺度扩散探讨；缺点：工作量大，不经济，多次视察等。缺点：工作量大，不经济，多次视察等。此外还有风洞试验探讨等。此外还有风洞试验探讨等。三、正态分布假设下的扩
33、散模式三、正态分布假设下的扩散模式 探讨湍流场中物质扩散的理论体系有三种：探讨湍流场中物质扩散的理论体系有三种：梯度输送理论；统计理论；相像理论。梯度输送理论；统计理论；相像理论。1、梯度输送理论、梯度输送理论 探探讨讨方方法法：利利用用欧欧拉拉提提出出的的方方法法，在在充充溢溢流流体体的的空空间间固定多个固定多个 点，量测各固定点上的各个参数的变更。点，量测各固定点上的各个参数的变更。理理论论基基础础：质质量量守守恒恒定定律律，把把扩扩散散类类似似分分子子扩扩散散，脉脉动动值用平值用平 均值代替。均值代替。2、统计理论、统计理论探探讨讨方方法法：拉拉格格朗朗日日方方法法，空空间间有有一一微微
34、团团，跟跟随随微微团团流流淌时各淌时各 个流淌点的规律。个流淌点的规律。理理论论基基础础：解解决决扩扩散散参参数数时时用用二二元元相相关关理理论论：方方差差、概概率。率。下面我们介绍据扩散统计理论导出的正态分布假设下的扩散模式。（1）坐标系 坐标系取排放点（无界源、地面源或高架源排放点）在地面的投影点为原点，主风向为x轴，y轴在水平面内垂直于x轴，正方向在x轴的左侧，z轴垂直于水平面，向上为正，即右手坐标系。食指x轴；中指y轴；拇指z轴。此坐标系中，烟流中心与x轴重合或烟流在oxy平面的投影为x轴。（2）正态分布（高斯模式）假设下的扩散模式的假定在y、z轴上的分布为正态分布，即在y、z轴上分别
35、有 ；在扩散的各个空间，风速是匀整稳定的，即时时、到处风速 为常数，=常数；污染物排放的源强Q是连续匀整的；在扩散过程中污染物没有沉降、化合和分解；地面对其起全反射作用，不发生吸取或吸附作用。x向风速（平均）不能太小，远远大于其它方向的湍流。下述的模式只要无特殊说明，都遵从上述假设。上式中：上式中：平均风速；平均风速；Q源源强强是是指指污污染染物物排排放放速速率率。与与空空气气中中污污染染物物质质的的浓浓度度成成正正比，它是探讨空气污染问题的基础数据。通常：比，它是探讨空气污染问题的基础数据。通常：（）瞬时点源的源强以一次释放的总量表示；）瞬时点源的源强以一次释放的总量表示；（）连续点源以单位
36、时间的释放量表示；）连续点源以单位时间的释放量表示；（）连续线源以单位时间单位长度的排放量表示；）连续线源以单位时间单位长度的排放量表示；（）连续面源以单位时间单位面积的排放量表示。）连续面源以单位时间单位面积的排放量表示。y侧侧向向扩扩散散参参数数，污污染染物物在在y方方向向分分布布的的标标准准偏偏差差，是是距距离离y的函数，的函数，m；z竖竖向向扩扩散散参参数数，污污染染物物在在z方方向向分分布布的的标标准准偏偏差差，是是距距离离z的函数，的函数，m；未知量未知量浓度浓度c、待定函数、待定函数A(x)、待定系数、待定系数a、b；式式、组组成成一一方方程程组组，四四个个方方程程式式有有四四个
37、个未未知知数数，故方程式可解。故方程式可解。4、高架连续点源扩散模式、高架连续点源扩散模式 高高架架源源既既考考虑虑到到地地面面的的影影响响，又又考考虑虑到到高高出出地地面面确确定定高高度度的的排排放放源源。地地面面对对污污染染物物的的影影响响很很困困难难，假假如如地地面面对对污污染染物物全全部部吸吸取取，则则式式仍仍适适用用于于地地面面以以上上的的大大气气，但但依依据据假假设设可可认认为为地地面面就就象象镜镜子子一一样样对对污污染染物物起起全全反反射射作作用用，按按全全反反射射原原理理，可可用用：“像像源源法法”处处理理这这类类问问题题。可可以以把把P点点污污染染物物浓浓度度看看成成为为两两
38、部部分分作作用用之之和和，一一部部分分实实源源作作用用，一一部部分分是是虚虚源源作作用用。见见下下页页图图：相相当当于于位位置置在在（0，0，H）的的实实源源和和位位置置在在（0，0，-H）的的像像源源，当当不不存存在在地地面时在面时在P点产生的浓度之和。点产生的浓度之和。（1）实实源源作作用用：由由于于坐坐标标原原点点原原选选在在地地面面上上，现现移移到到源源高高为为H处处，相相当当于于原原点点上上移移H，即即原原式式中中的的Z在在新新坐坐标标系系中中为为（Z-H）,不不考虑地面的影响，则：考虑地面的影响，则：以上模式适用于气态污染物和粒径小于10m的飘尘，对于大10m的颗粒物，由于自身的沉
39、降作用，浓度分布将有所变更。7、倾斜烟云模式在预料上述颗粒时，假设沉积和无沉积有相同的分布形式，但在整个烟云离开源以后，便以重力终端速度下降（ut）,此时，只要将高斯模式中有效源高H用()来置换即可得到倾斜烟云模式。四、非点源扩散模式四、非点源扩散模式 1.线线源源扩扩散散模模式式;2.简简洁洁箱箱模模式式;3.面面源源扩扩散散模模式式;4.山山区扩散模式区扩散模式五、特殊气象条件下的扩散模式五、特殊气象条件下的扩散模式（一）有上部逆温层的扩散模式（一）有上部逆温层的扩散模式 假假如如大大气气低低层层处处于于不不稳稳定定，某某一一高高度度以以上上有有逆逆温温层层存存在，这时在，这时上上部部逆逆
40、温温层层就就像像一一个个“盖盖子子”使使污污染染物物垂垂直直扩扩散散受受限限制制，扩散只能在地面和逆温间进行，称之为扩散只能在地面和逆温间进行，称之为“封闭型扩散封闭型扩散”。此此类类模模型型的的推推导导是是把把逆逆温温层层底底面面看看成成和和地地面面一一样样能能起起全全反反射射的的“镜镜面面”，这这时时的的烟烟云云多多次次反反射射。如如下下页页图图所所示。示。污染源浓度可看成是实源和无穷多个虚源作用之和。污染源浓度可看成是实源和无穷多个虚源作用之和。实际计算往往要进行简化，设实际计算往往要进行简化，设xD为烟羽边缘刚好达逆温底为烟羽边缘刚好达逆温底层时离烟源的水平距离。层时离烟源的水平距离。
41、当xxD时，按原扩散模式（一般高斯模式）计算；当x2xD时，水平方向仍呈正态分布，z方向浓度渐趋匀整；当xDx2xD时，状况困难，此时可取x=xD和x=2xD时两点浓度的内差值（接受双对数坐标系）。（二）熏烟扩散模式熏烟过程：是指由于夜间辐射逆温在日出后，受太阳辐射，使逆温自下而上消逝，转变为中性或不稳定层结，消逝到烟羽下界时，上部仍为逆温，扩散只能向下进行，致使出现地面高浓度。随着逆温自下而上渐渐消退而发展至烟流上界时达高潮，此过程称为熏烟过程，持续数特别钟。计算公式有几种，见书P72：式3.663.72。3-5 平坦开阔地形上的点源扩散平坦开阔地形上的点源扩散（污染物浓度估计）（污染物浓度
42、估计）一、有效源高一、有效源高 H称称为为烟烟囱囱的的有有效效高高度度（烟烟轴轴高高度度，它它由由烟烟囱囱几几何何高高度度 Hs和和 烟烟 流流（最最 大大）抬抬 上上 升升 度度 H组组 成成，即即H=Hs+H），要要得得到到H，只只要要求求出出H即即可可。H：烟烟囱顶层距烟轴的距离，随囱顶层距烟轴的距离，随x而变更的。而变更的。1、烟气抬升、烟气抬升（1）烟烟气气从从烟烟囱囱排排出出，有有风风时时，大大致致有有四四个个阶阶段段:(见见下页图下页图)a）喷喷出出阶阶段段；b）浮浮升升阶阶段段；c）瓦瓦解解阶阶段段；d）变变平阶段：（平阶段：（2）烟云抬升的缘由有两个：）烟云抬升的缘由有两个：
43、是是烟烟囱囱出出口口处处的的烟烟流流具具有有一一初初始始动动量量（使使它它们们接接着着垂垂直直上上升升）；是是因因烟烟流流温温度度高高于于环环境境温温度度产产生生的的静静浮力。浮力。这这两两种种动动力力引引起起的的烟烟气气浮浮力力运运动动称称烟烟云云抬抬升升，烟烟云云抬抬升有利于降低地面的污染物浓度。升有利于降低地面的污染物浓度。2 2、影响烟云抬升的因素、影响烟云抬升的因素 影响烟云抬升的因素很多，这里只考虑几种重要因素：影响烟云抬升的因素很多，这里只考虑几种重要因素：（1 1）烟气本身的因素）烟气本身的因素 a a）烟气出口速度（）烟气出口速度（VsVs）：确定了烟起初始动力的大小；）：确
44、定了烟起初始动力的大小；b b）热排放率（）热排放率（QHQH）烟囱口排出热量的速率烟囱口排出热量的速率 QHQH越越 高高 烟烟 云云 抬抬 升升 的的 浮浮 力力 就就 越越 大大，大大 多多 数数 烟烟 云云 抬抬 升升 模模 式式 认认 为为 其中其中 =1/4 =1/41 1，常取，常取为为2/32/3。c c）烟囱几何高度（看法不一）烟囱几何高度（看法不一）有人认为有影响：有人认为有影响：；有人认为无影响。；有人认为无影响。（2 2）环境大气因素）环境大气因素a a）烟囱出口高度处风速）烟囱出口高度处风速 越大，抬上升度愈低，。越大，抬上升度愈低，。b b）大气稳定度）大气稳定度
45、不稳时，抬升较高；中性时，抬升稍高；稳定时，抬升低。不稳时，抬升较高；中性时，抬升稍高；稳定时，抬升低。c c）大气湍流的影响）大气湍流的影响 大气湍流越强，抬上升度愈低。大气湍流越强，抬上升度愈低。（3 3）下垫面等因素的影响）下垫面等因素的影响3 3、烟云最大抬上升度的阅历计算、烟云最大抬上升度的阅历计算 抬抬上上升升度度的的计计算算公公式式很很多多，但但由由于于影影响响抬抬上上升升度度的的因因素素很很多多，所所以以目目前前大大多多数数烟烟羽羽抬抬升升公公式式是是凭凭阅阅历历的的，且且各各有有其其特特点点（局局限限性性），因因此此应应尽尽量量选选择择该该公公式式的的导导出出条条件件和和我我
46、们们的的计计算算条条件件相相仿仿的。下面介绍几个常见公式：的。下面介绍几个常见公式：适适用用条条件件：中中性性大大气气条条件件；对对于于非非中中性性大大气气条条件件，进进行行修修正正：不不稳稳定定大大气气增增加加（10%20%）H；稳稳定定大大气气削削减减（10%20%）H。不不适适于于：计计算算大大型型的的热热排排放放源源或或高高于于100m烟烟囱囱的抬上升度。的抬上升度。b.布里吉斯（布里吉斯（Briggs）公式）公式 适用于不稳定大气条件和中性大气条件的计算式。适用于不稳定大气条件和中性大气条件的计算式。3）我国（GB/T13201-91）“制定地方大气污染物排放标准的技术方法”举荐的抬
47、升公式：4 4、烟云抬上升度的测定、烟云抬上升度的测定 选选用用烟烟云云抬抬上上升升度度计计算算公公式式前前往往往往依依据据实实例例，依依据据实实测测时时烟烟囱囱参参数数代代入入各各种种公公式式进进行行计计算算，选选用用与与实实测测值值近近似似的的公公式式，或或将将公公式式中中系系数数作作以以修修改改。目目前前已已知知的的测测定定方方法法有有照照相相法法、气球测高法、激光雷达法等。气球测高法、激光雷达法等。5、有效源高对地面最大浓度的影响 高架连续点源地面最大浓度计算式是在风速不变的状况下导出的。当考虑有效源高对地面最大浓度的影响时，应把风速看成变量考虑其影响。从Cmax公式看出：风速对Cma
48、x有两种作用结果：风速增大，地面最大浓度减小；从各种抬升公式看，风速增大时抬上升度减小，地面最大浓度增大。因此可以设想在某一风速下会出现地面最大浓度的极大值，称为地面确定最大浓度，相对此时的风速称为危急风速。地面最大浓度Cmax不是随风速增加而单纯的减小，而是先随风速增加而增大，当Cmax达到最大值后再减小。下面举一种地面确定最大浓度表达式，说明有效源高对地面最大浓度的影响。大多数烟流抬升公式可概括为H=B/的形式，其中B为某一抬升公式中除以外的一切量。例如用霍兰德公式计算H时，。若将上述抬升公式代入地面最大浓度公式Cmax中，对求导（B视为常数），并令则得到=B/Hs，即当=B/Hs时，Cm
49、ax达极大。不取H=B/时，计算要繁杂得多，但都有一危急风速。二、大气扩散参数（二、大气扩散参数（y，z）的确定）的确定1、扩散参数的性质、扩散参数的性质 随着扩散距离的加长，随着扩散距离的加长，增大。增大。随随着着水水平平和和垂垂直直湍湍流流的的猛猛烈烈交交换换，大大气气处处于于不不稳稳定定状态，状态，较大，即较大，即与稳定度亲密相关。与稳定度亲密相关。=f（稳定度）。（稳定度）。稳稳定定度度、扩扩散散距距离离确确定定时时，与与粗粗糙糙度度有有关关。粗粗糙糙度度越趋于稳定，越趋于稳定，越小。越小。2、确定、确定的方法的方法示踪试验法；示踪试验法；风标法；风标法；阅历方法（应用最广泛）阅历方法
50、（应用最广泛）3、帕帕斯斯奎奎尔尔（F.Pasquill）吉吉福福特特（F.A.Gifford）扩扩散曲线法（简：散曲线法（简：P-G扩散曲线法）扩散曲线法）帕帕斯斯奎奎尔尔在在1961年年首首先先提提出出应应用用观观测测到到的的风风速速、云云量量、云云状状和和日日照照等等天天气气资资料料，将将大大气气扩扩散散稀稀释释实实力力分分为为6个个等级：等级：A 极极不不稳稳定定，B 不不稳稳定定，C 弱弱不不稳稳定定，D 中中性，性，E 弱弱稳稳定定，F 稳稳定定。若若稳稳定定级级别别为为AB，则则表表示示按按A、B级的数据内插。级的数据内插。该法的要点：该法的要点：首首先先依依据据帕帕斯斯奎奎尔尔