《污染气象学》PPT课件.ppt

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1、污染气象学环境科学与工程学院环境科学与工程学院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：一、低层大气的成分：干洁空气、水汽、气溶胶粒干洁空气、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）：表示大气状态的物理现象和物理量，气象学中统称为。与大气污染关系密切的气象要素主要有：气温、气压、空气湿度（气湿）、气温、气压、空气湿度

2、（气湿）、风（风向、风速）风（风向、风速）、云况云况、能见度能见度、降水降水、蒸发、日照时数、蒸发、日照时数、太阳辐射太阳辐射、地面辐射、大气辐射地面辐射、大气辐射等。1、气温气温：表示大气温度高低的物理量。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每升升高高100米米，气气压压平平均均降降低低约约12.4毫毫巴巴（1mb=100Pa)，在高层小于此值。3、空气湿度（气湿）空气湿度（气湿）：反映空气中水汽

3、含量和空气潮湿程度的一个物理量。常用的表示方法有：绝对湿度、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？空气的流动就形成风。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均匀而引起的，而气压的水平分布不均是由温度分布不均造成。风的形成除热力原因外，还有动力原因，自然界的风是由于这两种原因综合作用的结果，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方位表示(地面风),

4、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：随时在变化随时在变化：如我国季风（北京附近冬天东北风）；随随高高度度变变化化：在一定范围内，风随高度的增大而增大。地面有建筑物，树木的影响。风速随高度变化的曲线叫风风速速廓廓线线，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情况下推导出来的。在近地层中性层结情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：云：是发生在高空的水汽凝结现象。形成的基本条件形成的基本条

5、件：水蒸汽和使水蒸汽达到饱和凝结的环境。云云量量：指云遮蔽天空的成数。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，国外云量国外云量1.25=我国云量我国云量。总云量总云量：指所有云遮蔽天空的成数，不论云的层次和高度。低云量低云量：低云的云掩盖天空的成数。云量的记录云量的记录：一般总云量/低云量的形式记录，如10/7。云云状状：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

6、属。云云高高：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、弧光测云仪等，目力测定法 6、能见度 能能见见度度：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辨认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，它随时间而变化。8、降水 降水是指大气中降落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四、大气的基本物理性质2 大气

7、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？自然界中的一切物体都以电磁波的形式时刻不停的向外传递能量，这种传递能量的方式称为辐射，以辐射的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 （1）吸收辐射;（2）散射作用;（3）反射;（4）透过大气层.3、大气温度依地面温度的变化关系 地面温度（土壤温度）的日变化是周期性的，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。气温的年变化曲线与地表温度年变化曲线平行，但振幅较小。二、气温的垂直变化二、气温的垂直变化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

8、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

9、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周围若没有大气圈，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。吸收辐射吸收辐射大气中的水蒸汽、CO2、吸收波长较长的红外部分，O3能强烈吸收紫外线（0.255m的吸收99%），N2不吸收太阳辐射。大气吸收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，向四面八方散开的现象称为散射。大

10、气中的云滴、尘粒、空气分子对太阳辐射有散射作用，散射只改变太阳辐射的方向，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阳辐射反射到空间去，所以阴天地面得到的太阳辐射很少。上述三种作用以反射作用最大，散射次之，反射作用最大，散射次之，吸收最小。吸收最小。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%，大气直接吸收的占14%，其余43%到达地面被地面吸收。（包括直接到达地面的27%和散射回地面的16%两部分）3大气温度依地面温度的变化关系大气温度依地面温度的变化关系辐射能力极大值对应的波长（max）同辐射体的绝对温度T成反比。温

11、度越高，辐射波长越短。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与被地面吸收的大气逆辐射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迅速散失引起的急剧降温，因而减少了温度的日变辐。大气对太阳的短波辐射吸收很少（仅臭氧对其有吸收），而大气中的水汽、CO2能大量吸收地面的长波辐射，因此太阳辐射不是大气,特别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

12、统计约有7595%的地面长波辐射被大气吸收，而且几乎在近地面4050米的气层中就完全被吸收了。所以地面温度的同期性变化自然会引起空气温度的自然性变化。地面温度（土壤温度）的日变化是周期性的，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

13、面气温日变化是由于太阳辐射直接作用造成的。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。气温的年变化曲线与地表温度年变化曲线平行，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：绝热垂直递减率（绝热直减率）：气块在绝热过程中，垂直方向上每升降单位距离时的温度变化值。（通常取100m），单位：/100m。干绝热垂直递减率d（干绝热直减率）:干气块（包括未饱和湿空气）在绝热过程中，垂直方向上每升降单位距离的温度变 化 值。（通

14、常 取 100米），根 据 计 算，得 到 d约 为0.98/100m，近似1/100m。（1）准静力条件准静力条件 绝热过程中气温、气压都是指大气中气块本身的特性，但是对于气压而言，一般情况PP环，若过程进行的十分缓慢，可使外界气压变化与系统内部气压变化充分平衡，每一瞬间外部气压与内部气压看成是相等的，即P=P环，这个条件称为准静力条件。讨论的大多数过程我们认为满足准静力条件，即P=P。干干绝绝热热：气团是未饱和状态，不会有状态的变化，负号“”表示气块在干绝热上升过程中温度随高度的升高而降低，若不计高度、纬度影响，取g=9.18m/s2，CP=1004.8J/(KgK)则d=0.98K/10

15、0m 1K/100m。表示干空气在作干绝热上升（或下降）运动时，每升高（或下降）100m，温度降低（或升高）1。（3）湿空气的绝热变化湿空气的绝热变化 湿空气团作绝热升降时情况较复杂，在升降过程中若无相变化，其温度直减率和干绝热直减率一样，每升降100m，温度变化1；若有相变化，每升高100m，温度变化小于1。湿空气上升达到饱和状态并开始凝结的高度称为凝凝结结高高度度，在凝结高度以下，其温度变化同干空气一样；在凝结高度以上，温度变化小于干空气的变化值，饱和空气每上升（或下降）单位距离空气的温度变化，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

16、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。大气稳定度影响大气污染物的扩散能力。1、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情情况况。它影响大气垂直方向的流动情况，由于地面构筑物不同，温度层结不同。（2）温度层结类型温度随高度的增加而降低（Z t），正常分布，或递减层结，一般情况是这种规律。温度梯度等于或近似于1/100m，称中性层结。温度随高度增加而升高（Z t），称为逆温层结。温度不随高度变化，称为等温层结。见下图所示：图：层结曲线 a 递减层结 b 中性层结 c 逆

17、温层结 d 等温层结（3）温度层结日变化（4）温度变化的实质：温度变化的实质是内能变化。（5）环境温度直减率（定义与干绝热直减率相同），环境温度的变化。不是一常数，随太阳辐射、气候等而变化，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（干绝热情况）；而非绝热情况下，位温是变化的。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

18、=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）大气稳定度的分类大气稳定度的分类（3类）如果一空气块由于某种原因受到外力的作用，产生了上升或者下降的运动，当外力消除后，可能发生三种情况：气块逐渐减速并有返回原来高度的趋势，此时大气是稳定的。气块仍然加速上升或下降，此时大气是不稳定的。气块停留在外力消失时所处的位置，或者做等速运动，这时大气是中性的。（3）如何判别大气的稳定度如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

19、=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）用层结曲线层结曲线（大气温度随高度变化曲线）和状态曲线（状态曲线（即上升空气块的温度随高度的变化曲线）的分布来判断大气稳定度。四、逆温四、逆温1、定义：温度随高度的增加而增加，此时 。2、跟我们研究污染有关的因素：逆温层的消失时间；逆温层底的高度；逆温层的厚度；逆温的强度（温度随高度的变化情况）。不同季节都应掌握上述数据。逆温的最危险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）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）；平流逆温；锋面逆温；湍流逆

20、温；下沉逆温。要求掌握辐射逆温的形成机理，了解其它辐射逆温的形成机理。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、湍流是决定污染物在大气中稀释扩散的最直接最本质的因素。风速越大，湍流越强，污染物扩散速度越快，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。1、风向影响污染物的水平迁移扩散方向。2、风速的大小决定了大气扩散稀释作用的强弱。通常，污染物在大气中的浓度与平均风速成反比，风速增大1倍，下风向污染物将减少一半。（1）风速随

21、高度的分布：对数律；指数律。（2）风向频率和污染系数 为综合考虑风向、风速对空气污染物的输送扩散影响，往往要用风向频率和污染系数。风向频率是指一定时间内（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，某下风向污染越严重。（二）湍流（二）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，风的这种特性和摆动称为大气湍流。（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许多湍涡形成的，湍涡的不规则运动而形成它与分子运动极为相似。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

22、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，使流场各部分间强烈混合，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，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决定的。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

23、物浓度越低。风、湍流是决定污染物在大气中稀释扩散的最直接因素。（三）地方性风场（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 大气稳定度对烟流扩散有很大的影响，不同稳定度导致从烟囱排出的烟羽形状不同。下面是与稳定度有关的五种典型烟流，。三、降水对大气污染的影响三、降水对大气污染的影响 降水对大气污染有净化作用，降水的净化作用与降水的强度和持续时间有关。降水越强，降水时间越长，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化四、云量与辐射的昼夜变化 一般来说：晴天白天，特别是夏季中午，太阳辐射最强，温度层结递减，处于极不稳定状态；夜间，黎明前

24、逆温最强，日出与日落前后为转换期，均接近中性层结。云：对辐射起屏障作用，既阻挡白天的太阳辐射，又阻挡夜间地面向上的辐射。总效果：减小气温随高度的变化。五、天气形势的影响五、天气形势的影响 天气形势指大范围气压分布状况。一定的天气现象和气象条件都与相应的天气形势联系起来。所以，天气形势与影响空气污染的气象因素密切相关，影响了污染物在大气中的扩散。低压气旋控制区：空气有上升运动，云天较多，通常风速较大。强高压反气旋控制区：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（没有气象条件日变化作用明显）。六、大气污染指数六、大气污染指数 为了综合表示风、大气稳定

25、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，可采用污染指数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。如果定义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，对于城市尺度，SO2的的td4小时；长距离输送小时；长距离输送SO2的的td 典型值

26、为典型值为4天天。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 污染源对污染物的影响很大，从污染源考虑污染物浓度主要有以下几方面：(1)污染物指的化学组分及性质,各组分间是否易发生化学反应形成二次污染物等；(2)源的几何形状和排放方式；(3)源强，即污染物的排放速率；(4)源的高度。在源强等条件相同的情况下,源高对地面污染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 优点：可直接测得数据，只要网点布置得当，就可对整个浓 度场进行分析。缺点：人力、物力耗费大，不经济。示踪剂：要求灵敏度高，无毒，性能稳定，检验方法可靠。

27、常用的有：荧光微粒、六氟化硫（SF6）、SO2等。2、光学轮廓法优点：简便、经济；缺点：精度差，研究范围小。常在研究烟羽抬升高度时应用。3、“标记粒子”轨迹法优点：精度高、适于大尺度扩散研究；缺点：工作量大，不经济，多次观察等。此外还有风洞试验研究等。三、正态分布假设下的扩散模式三、正态分布假设下的扩散模式 研究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；相似理论。1、梯度输送理论 研究方法：利用欧拉提出的方法，在充满流体的空间固定多个 点，量测各固定点上的各个参数的变化。理论基础：质量守恒定律，把扩散类似分子扩散，脉动值用平 均值代替。2、统计理论研究方法：拉格朗日方法，空间有

28、一微团，跟随微团流动时各 个流动点的规律。理论基础：解决扩散参数时用二元相关理论：方差、概率。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轴上分别有 ；在扩散的各个空间，风速是均匀稳定的，即时时、处处风速 为常数，=常数；

29、污染物排放的源强Q是连续均匀的；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，不发生吸收或吸附作用。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；Q源强是指污染物排放速率。与空气中污染物质的浓度成正比，它是研究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；（）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；（）连续面源以单位时间单位面积的排放量表示。y侧向扩散参数，污染物在y方向分布的标准偏差，是距离y的函数，m；z竖向扩散参数，污染物在z方向分布的标准偏

30、差，是距离z的函数，m；未知量浓度c、待定函数A(x)、待定系数a、b；式、组成一方程组，四个方程式有四个未知数，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 高架源既考虑到地面的影响，又考虑到高出地面一定高度的排放源。地面对污染物的影响很复杂，如果地面对污染物全部吸收，则式仍适用于地面以上的大气，但根据假设可认为地面就象镜子一样对污染物起全反射作用，按全反射原理，可用：“像源法”处理这类问题。可以把P点污染物浓度看成为两部分作用之和，一部分实源作用，一部分是虚源作用。见下页图：相当于位置在（0，0，H）的实源和位置在（0，0，-H）的像源，当不存在地面时在P点产生的浓度之和。

31、（1）实实源源作作用用：由于坐标原点原选在地面上，现移到源高为H处，相当于原点上移H，即原式中的Z在新坐标系中为（Z-H）,不考虑地面的影响，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，由于自身的沉降作用，浓度分布将有所改变。7、倾斜烟云模式在预测上述颗粒时，假设沉积和无沉积有相同的分布形式，但在整在预测上述颗粒时，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（个烟云离开源以后，便以重力终端速度下降（ut）,此时，只要将高此时，只要将高斯模式中有效源高斯模式中有效源高H用用()来置换即可得到倾斜烟云模式来置换即可得到倾斜烟云模式。

32、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.简简单单箱箱模模式式;3.面面源源扩扩散散模模式式;4.山山区区扩扩散散模模式式五、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 如果大气低层处于不稳定，某一高度以上有逆温层存在，这时如果大气低层处于不稳定，某一高度以上有逆温层存在，这时上上部部逆逆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，扩扩散散只只能在地面和逆温间进行，称之为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

33、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“镜面镜面”，这时的烟云多次反射，这时的烟云多次反射。如下页图所示如下页图所示。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。当当xxD时，按原扩散模式（一般高斯模式）计算；时，按原扩散模式（一般高斯模式）计算；当当x2xD时，水平方向仍呈正态分布，时，水平方向仍呈正态分布，z方向浓度渐趋均匀；方向浓度渐趋均匀；当当xDx2xD时时，情情

34、况况复复杂杂，此此时时可可取取x=xD和和x=2xD时时两两点点浓浓度度的内差值（采用双对数坐标系）。的内差值（采用双对数坐标系）。（二）熏烟扩散模式（二）熏烟扩散模式熏熏烟烟过过程程：是是指指由由于于夜夜间间辐辐射射逆逆温温在在日日出出后后，受受太太阳阳辐辐射射，使使逆逆温温自自下下而而上上消消失失，转转变变为为中中性性或或不不稳稳定定层层结结，消消失失到到烟烟羽羽下下界界时时，上上部部仍仍为为逆逆温温，扩扩散散只只能能向向下下进进行行，致致使使出出现现地地面面高高浓浓度度。随随着着逆逆温温自自下下而而上上逐逐渐渐消消退退而而发发展展至至烟烟流流上上界界时时达达高高潮潮，此过程称为熏烟过程，

35、持续数十分钟。此过程称为熏烟过程，持续数十分钟。计算公式有几种，计算公式有几种，见书见书P72：式式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）（污染物浓度估计）一、有效源高一、有效源高 H称为称为烟囱的有效高度烟囱的有效高度（烟轴高度，它由烟囱几何高度（烟轴高度，它由烟囱几何高度Hs和烟和烟流（最大）抬升高度流（最大）抬升高度H组成，即组成，即H=Hs+H），），要得到要得到H，只要只要求出求出H即可。即可。H：烟囱顶层距烟轴的距离，随：烟囱顶层距烟轴的距离，随x而变化的。而变化的。1、烟气抬升、烟气抬升（1）烟气从烟囱排出，有风时，大致有四个

36、阶段）烟气从烟囱排出，有风时，大致有四个阶段:(见下页图见下页图)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）变变平平阶阶段段：（2）烟云抬升的原因有两个：）烟云抬升的原因有两个：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（使使它它们们继继续续垂垂直直上上升升）；是因烟流温度高于环境温度产生的是因烟流温度高于环境温度产生的静浮力静浮力。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，烟烟云云抬抬升升有有利利于于降低地面的污染物浓度。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

37、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）：）：决定了烟起初始动力的大小；决定了烟起初始动力的大小；b b）热排放率（热排放率（Q QH H）烟囱口排出热量的速率烟囱口排出热量的速率 Q QH H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

38、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，抬升高度愈低，。越大，抬升高度愈低，。b b）大气稳定度大气稳定度 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，抬升高度愈低。大气湍流越强，抬升高度愈低。（3 3）下垫面等因素的影响）下垫面等因素的影响3 3、烟云最大抬升高度的经验计算、烟云最大抬升高度的经验计算 抬抬升升高高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升升高高度度的的因因

39、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经经验验的的，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们们的的计计算算条条件件相相仿仿的的。下面介绍几个常见公式：。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%10%20%20%）HH；稳稳定定大大气气减减少少（10%10%20%20%）HH。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100m100m烟烟囱囱的的抬抬升高

40、度。升高度。b.b.布里吉斯（布里吉斯（BriggsBriggs）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（我国（GB/T13201-91）“制定地方大气污染物排放标准的技术方制定地方大气污染物排放标准的技术方法法”推荐的抬升公式推荐的抬升公式：4 4、烟云抬升高度的测定、烟云抬升高度的测定 选用烟云抬升高度计算公式前往往根据实例，根据实选用烟云抬升高度计算公式前往往根据实例，根据实测时烟囱参数代入各种公式进行计算，选用与实测值近似的公测时烟囱参数代入各种公式进行计算，选用与实测值近似的公式，或将公式中系数作以修改。目前已知的测

41、定方法有照相法、式，或将公式中系数作以修改。目前已知的测定方法有照相法、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高架连续点源地面最大浓度计算式是是在在风风速速不不变变的的情情况况下下导导出出的的。当当考考虑虑有有效效源源高高对对地地面面最最大大浓浓度度的影响时，应把风速看成变量考虑其影响。的影响时，应把风速看成变量考虑其影响。从从Cmax公公式式看看出出：风风速速对对Cmax有有两两种种作作用用结结果果：风风速速增增大大，地地面面最最大大浓浓度度减减小小；从从各各种种抬抬升升公公式式看看，风

42、风速速增增大大时时抬抬升升高高度度减减小小，地地面面最最大大浓浓度度增增大大。因因此此可可以以设设想想在在某某一一风风速速下下会会出出现现地地面面最最大大浓浓度度的的极极大大值值，称称为为地地面面绝绝对对最最大大浓浓度度，相相对对此此时时的的风风速速称称为为危危险险风风速速。地地面面最最大大浓浓度度Cmax不不是是随随风风速速增增加加而而单单纯纯的的减减小小，而而是是先随风速增加而增大，当先随风速增加而增大，当Cmax达到最大值后再减小达到最大值后再减小。下下面面举举一一种种地地面面绝绝对对最最大大浓浓度度表表达达式式，说说明明有有效效源源高高对对地地面面最最大大浓度的影响。浓度的影响。大大多

43、多数数烟烟流流抬抬升升公公式式可可概概括括为为H=B/的的形形式式，其其中中B为为某某一一抬抬升升公式中除公式中除以外的一切量。例如用霍兰德公式计算以外的一切量。例如用霍兰德公式计算H时，时，。若若将将上上述述抬抬升升公公式式代代入入地地面面最最大大浓度公式浓度公式Cmax中，对中，对求导（求导（B视为常数），并令视为常数），并令则得到则得到=B/Hs，即当即当=B/Hs时，时，Cmax达极大。达极大。不取不取H=B/时，计算要繁杂得多，但都有一危险风速。时，计算要繁杂得多，但都有一危险风速。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 随着随着扩散

44、距离扩散距离的加长，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强强烈烈交交换换，大大气气处处于于不不稳稳定定状状态态，较较大，即大，即与与稳定度稳定度密切相关。密切相关。=f（稳定度）。稳定度）。稳稳定定度度、扩扩散散距距离离一一定定时时，与与粗粗糙糙度度有有关关。粗粗糙糙度度越越趋趋于于稳稳定，定，越小。越小。2、确定、确定的方法的方法示踪实验法；示踪实验法；风标法；风标法；经验方法（经验方法（应用最广泛应用最广泛）3、帕帕斯斯奎奎尔尔（F.Pasquill）吉吉福福特特（F.A.Gifford）扩扩散散曲曲线线法法（简：（简：P-G扩散曲线法）扩散曲线法）帕帕斯斯奎奎尔尔

45、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、云云状状和和日照等天气资料，日照等天气资料，将大气扩散稀释能力分为将大气扩散稀释能力分为6个等级个等级：A 极不稳定，极不稳定，B 不稳定，不稳定，C 弱不稳定，弱不稳定，D 中性，中性，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级级的数据内插的数据内插。该法的要点该法的要点：首首先先根根据据帕帕斯斯奎奎尔尔划划分分大大气气稳稳定定度度的的方方法法来来确确定定大大气气稳稳定定度度级级别别；然然后后从从图图3-21和和图图3-22中中查查得得对对应应的的扩扩散散参参数数y和和z；

46、最最后后将将y、z代代入入前前面面介介绍绍的的一一系系列列扩扩散散模模式式中中，就就可可估估计计出出各各种种情况下的浓度值。情况下的浓度值。须指出须指出：为为防防止止各各种种书书籍籍中中扩扩散散参参数数曲曲线线的的复复制制误误差差，英英国国伦伦敦敦气气象象局局在在此此基基础础上上制制成成表表格格，见见书书P79表表3-9直直接接列列出出了了不不同同稳稳定定度度时时，一一些些y与与z的的具具体体数数值值，用用内内插插法法可可求求出出20Km距距离离内内y、z的的值值。当当估估算算地地面面最最大大浓浓度度Cmax和和它它出出现现的的距距离离XCmax时时先先按按 计计算算出出 ，结结合合当当时时的

47、的大大气气稳稳定定度度级级别别由由图图3-22上上查查出出对对应应的的x值值，此此即即该该稳稳定定度度下下的的XCmax.。然然后后从从图图3-21上上查查出出与与XCmax.对对应应的的值值，代代入入本本章章节节公公式式3.33即即可可算算出出Cmax值。值。适适用用条条件件：该该法法在在D、C级级稳稳定定度度下下误误差差较较小小；在在E、F级级稳稳定定度下误差较大；度下误差较大；H越大，误差越小。越大，误差越小。4、帕斯奎尔曲线法的发展帕斯奎尔曲线法的发展 P-G扩扩散散曲曲线线法法的的缺缺点点：稳稳定定度度的的划划分分比比较较粗粗糙糙，难难以以准准确确确确定定其其级级别别。因因此此，19

48、64年年，特特纳纳尔尔（）对对其其进进行行改改进进，提提出出先先根根据据太太阳阳高高度度角角、云云高高和和云云量量确确定定辐辐射射等等级级，再再根根据据辐辐射射等等级级和和地地面面风风速速来来划分稳定度级别划分稳定度级别。P-G扩扩散散曲曲线线法法比比较较适适用用于于开开阔阔平平坦坦的的下下垫垫面面(如如平平原原地地区区),对对于于粗糙度较大的地区，则应向不稳定方向提高粗糙度较大的地区，则应向不稳定方向提高1-2级后再查表或图。级后再查表或图。5、布里吉斯扩散参数、布里吉斯扩散参数布布里里吉吉斯斯根根据据大大量量实实验验资资料料，考考虑虑到到下下垫垫面面和和烟烟囱囱高高度度的的影影响响，提提出

49、出了了适适用用于于估估算算平平原原地地区区和和城城市市地地区区的的扩扩散散参参数数公公式式。适适用用于于高高烟烟囱排放下风向囱排放下风向2030Km左右的范围。左右的范围。表表3-13和表和表3-14分别列出了估算分别列出了估算y、z的公式。的公式。6、“国标国标”推荐的扩散参数推荐的扩散参数在在我我国国国国标标制制定定地地方方大大气气污污染染物物排排放放标标准准的的技技术术方方法法（GB/T13021-91）中中规规定定，取取样样时时间间在在30min时时，扩扩散散参参数数按按下下原原则选取。则选取。（1）平原、农村地区及城市远郊区的扩散参数的选取）平原、农村地区及城市远郊区的扩散参数的选取

50、：A、B、C级稳定度直接由表3-15和表3-16查出y、z幂函数；D、E、F级稳定度则需向不稳定方向提半级后查算。（2）工业区或城区中点源的扩散参数选取工业区或城区中点源的扩散参数选取：工工业业区区：A、B级不提级；C级提到B级；D、E、F级向不稳定方向提一级半；然后查算。非非工工业业区区的的城城区区：A、B级不提级；C级提到BC级；D、E、F级向不稳定方向提一级；然后查算。（3）丘陵山区的农村或城市丘陵山区的农村或城市：同城市工业区。（4）大于大于30min的取样时间，的取样时间，z不变，不变，y按下式计算按下式计算：式中：y 2取样时间为 2时的横向扩散参数，m；y 1取样时间为 1时的横