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1、yAAA环境影响评价 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望第五章第五章 大气环境影响评价大气环境影响评价第一节第一节 大气环境污染与大气扩散大气环境污染与大气扩散一、大气环境污染一、大气环境污染1、大气污染源（种类、污染物排放量与源强）、大气污染源（种类、污染物排放量与源强）2、大气污染物（种类、大气组成与空气污染物、大气污染物（种类、大气组成与空气污染物成分）成分）二、大气扩散过程二、大气扩散过程1、大气湍流、大气湍流2、大气稳定度与污染、大气稳定度与
2、污染3、影响大气污染的其他因素、影响大气污染的其他因素一、大气扩散基本公式一、大气扩散基本公式 在大气环境影响评价的实际工作中，大气在大气环境影响评价的实际工作中，大气扩散计算通常以高斯大气扩散公式为主。扩散计算通常以高斯大气扩散公式为主。高斯模式是一类简单实用的大气扩散模式。高斯模式是一类简单实用的大气扩散模式。在均匀、定常的湍流大气中污染物浓度满足正在均匀、定常的湍流大气中污染物浓度满足正态分布，由此可导出一系列高斯型扩散公式。态分布，由此可导出一系列高斯型扩散公式。实际大气不满足均匀、定常条件，因此一实际大气不满足均匀、定常条件，因此一般的高斯扩散公式应用于下垫面均匀平坦、气般的高斯扩散
3、公式应用于下垫面均匀平坦、气流稳定的小尺度扩散问题更为有效流稳定的小尺度扩散问题更为有效。1连续点源烟流扩散公式连续点源烟流扩散公式 所有连续点源公式，包括应用于各种特殊所有连续点源公式，包括应用于各种特殊条件下的变形公式，仅适合于连续排放扩散物条件下的变形公式，仅适合于连续排放扩散物质且源强恒定的源。质且源强恒定的源。当有风时当有风时(u1.5ms)，可采用烟流扩散，可采用烟流扩散公式。设地面为全反射体：公式。设地面为全反射体：扩散参数扩散参数y、z通常表示成如下形式：通常表示成如下形式：最大地面浓度最大地面浓度Cmax及出现距离：及出现距离：当，当，当，当，且且则，则，2有混合层反射的扩散
4、公式有混合层反射的扩散公式 大气边界层常常出现这样的铅直温度分大气边界层常常出现这样的铅直温度分布：低层是中性层结或不稳定层结，在离地布：低层是中性层结或不稳定层结，在离地面几百米到面几百米到 12 km 的高度中存在一个稳定的高度中存在一个稳定的逆温层，即的逆温层，即上部逆温上部逆温，它，它使污染物的铅直使污染物的铅直扩散受到抑制扩散受到抑制。观测表明，逆温层底上下两。观测表明，逆温层底上下两侧的浓度通常相差侧的浓度通常相差 510倍，倍，污染物的扩散污染物的扩散实际上被限制在地面和逆温层底之间实际上被限制在地面和逆温层底之间。上部上部逆温层或稳定层底的高度称为混合层高度逆温层或稳定层底的高
5、度称为混合层高度（或厚度），用或厚度），用h表示。表示。设地面及混合层全反射，连续点源的烟设地面及混合层全反射，连续点源的烟流扩散公式如下：流扩散公式如下：（1）当）当z1.6h浓度在铅直方向已接近均匀分布，可按下式计浓度在铅直方向已接近均匀分布，可按下式计算：算：3熏烟扩散公式熏烟扩散公式 高架连续点源排入稳定大气层中的烟流，高架连续点源排入稳定大气层中的烟流，在下风向有效源高度上形成狭长的高浓度带。在下风向有效源高度上形成狭长的高浓度带。当低层增温使稳定气层自下而上转变成中性，当低层增温使稳定气层自下而上转变成中性，或不稳定层结扩展到烟流高度时，使烟流向下或不稳定层结扩展到烟流高度时，使烟
6、流向下扩散产生熏烟过程，造成地面高浓度。此时在扩散产生熏烟过程，造成地面高浓度。此时在熏烟高度熏烟高度zf以下浓度在铅直方向接近均匀分布，以下浓度在铅直方向接近均匀分布，地面浓度计算公式为：地面浓度计算公式为：式中：式中：当稳定气层消退到烟流顶高度当稳定气层消退到烟流顶高度 hf 时，全部时，全部扩散物质已经向下混合，地面浓度公式为：扩散物质已经向下混合，地面浓度公式为：例题：例题：4连续线源公式连续线源公式 连续线源是指连续排放扩散物质的线状源，连续线源是指连续排放扩散物质的线状源，其源强处处相等且不随时间变化其源强处处相等且不随时间变化。在高斯型模。在高斯型模式中，连续线源等于连续点源在线
7、源长度上的式中，连续线源等于连续点源在线源长度上的积分，其浓度公式为：积分，其浓度公式为：式中：式中：Ql线源源强，其单位为单位时间单位长度线源源强，其单位为单位时间单位长度排放的物质量；排放的物质量；f表示连续点源浓度的函数，可根据源高及表示连续点源浓度的函数，可根据源高及有无混合层反射等情况选择适当的表达式。有无混合层反射等情况选择适当的表达式。对直线型线源等简单的情形则有：对直线型线源等简单的情形则有：(1)线源与风向垂直：取线源与风向垂直：取 x 轴与风向一致，坐标轴与风向一致，坐标原点设于线源中点，线源在原点设于线源中点，线源在 y轴上的长度为轴上的长度为2y0。有地面全反射的浓度公
8、式为：有地面全反射的浓度公式为：(2)无限长线源（线源与风成大于无限长线源（线源与风成大于45度角）的度角）的地面浓度公式为：地面浓度公式为：为线源与风的夹角为线源与风的夹角5连续面源公式连续面源公式 源强恒定的面源称为连续面源。对面源扩散源强恒定的面源称为连续面源。对面源扩散的处理方法主要有虚点源法和积分法等。的处理方法主要有虚点源法和积分法等。虚点源法虚点源法：设想每个面源单元上风向有一个：设想每个面源单元上风向有一个“虚点虚点源源”，它所造成的浓度效果与对应的面源单元相当。，它所造成的浓度效果与对应的面源单元相当。于是，可以用虚点源的浓度公式计算面源的浓度：于是，可以用虚点源的浓度公式计
9、算面源的浓度：式中：式中：QA某面源单元的源强，在虚点源法中，其某面源单元的源强，在虚点源法中，其单位与连续点源相同；单位与连续点源相同；x,y,z计算点的坐标，坐标原点位于面源中计算点的坐标，坐标原点位于面源中心在地面的垂直投影点上；心在地面的垂直投影点上；xy,xz虚点源向上风向的后退距离。虚点源向上风向的后退距离。若有：若有：L为面源单元的边长。应用同样的原理，为面源单元的边长。应用同样的原理，也可以用虚点源计算线源、体源造成的浓度。也可以用虚点源计算线源、体源造成的浓度。6长期平均浓度公式长期平均浓度公式长期平均浓度长期平均浓度：在几天、几月或一年的长时段内，各：在几天、几月或一年的长
10、时段内，各种风向均可能出现。此时表示短时间烟流横向散布的种风向均可能出现。此时表示短时间烟流横向散布的y已不重要，可以用风向频率计算水平浓度公式。已不重要，可以用风向频率计算水平浓度公式。(1)简单的扇形公式：在任意角宽度为简单的扇形公式：在任意角宽度为2n 的扇形的扇形区内，连续点源的地面公式是：区内，连续点源的地面公式是：式中：式中：f在所平均的时段内该扇形区风向所占的成在所平均的时段内该扇形区风向所占的成数。数。u，z应取平均时段内平均风速和铅直应取平均时段内平均风速和铅直扩散参数的平均值扩散参数的平均值(例如，取例如，取D类稳定度的类稳定度的z)。(2)联合频率计算公式：在长时间内，不
11、同风速和联合频率计算公式：在长时间内，不同风速和稳定度影响浓度的权重并不相等。更精确的计算，稳定度影响浓度的权重并不相等。更精确的计算，应该按照每一种风向、风速和稳定度的频率加权平应该按照每一种风向、风速和稳定度的频率加权平均，此时的浓度公式为：均，此时的浓度公式为：式中：式中：k、m、l风向、稳定度和风速等级的下风向、稳定度和风速等级的下标；标；ck、m、l在每一个给定风向、稳定度和风在每一个给定风向、稳定度和风速时的浓度，可取相应的高斯扩散公式计算；速时的浓度，可取相应的高斯扩散公式计算；k、m、l 风向、稳定度和风速的相对联合风向、稳定度和风速的相对联合频率，即有：频率，即有：二、实用模
12、拟预测方法二、实用模拟预测方法1模式构成模式构成 空气质量模式是以数学方法定量描述大气空气质量模式是以数学方法定量描述大气污染物从源地到接受地所经历的全过程的一种污染物从源地到接受地所经历的全过程的一种手段或工具，其核心部分为大气扩散模式，主手段或工具，其核心部分为大气扩散模式，主要描写大气对污染物输送、扩散和稀释作用。要描写大气对污染物输送、扩散和稀释作用。污染物在大气中所经历的其他过程，诸如污染物在大气中所经历的其他过程，诸如烟气抬烟气抬升升，干、湿沉积干、湿沉积和和化学转化过程化学转化过程等，则常以某种形式等，则常以某种形式的过程参数、确定参数的方法或计算公式，以及子模的过程参数、确定参
13、数的方法或计算公式，以及子模式的形式从属于大气扩散模式；式的形式从属于大气扩散模式；另一方面，除大气以外，另一方面，除大气以外，污染源污染源和和下垫面下垫面的状况的状况也会影响污染物在大气中的变化和分布，这些因素及也会影响污染物在大气中的变化和分布，这些因素及其影响规律亦必须在空气质量模式中得到恰如其分的其影响规律亦必须在空气质量模式中得到恰如其分的反映。反映。通常，一个空气质量模式应包括一组以大通常，一个空气质量模式应包括一组以大气扩散公式为主体的描写各种过程的数学表达气扩散公式为主体的描写各种过程的数学表达式，一套模式输入参数和确定参数方法，以及式，一套模式输入参数和确定参数方法，以及为完
14、成模式计算所需的计算方法和程序：为完成模式计算所需的计算方法和程序：2模式类型模式类型 按照发展模式的理论途径划分，可将空气质量模式按照发展模式的理论途径划分，可将空气质量模式分为：分为：统计理论模式、统计理论模式、K理论理论(包括高阶闭合包括高阶闭合)模式和相模式和相似理论模式；似理论模式；按模拟区的范围可分：按模拟区的范围可分：微尺度微尺度(建筑物尺度建筑物尺度)模式、模式、局地尺度局地尺度(103104m)模式及中、远距离模式及中、远距离(10sm以上以上)输输送模式。送模式。按照模式的时间尺度划分：按照模式的时间尺度划分：短期短期(124h)平均及长平均及长期期(月、季、年月、季、年)
15、平均模式。平均模式。按照污染源的形态划分：按照污染源的形态划分：点源、线源、面源、体点源、线源、面源、体源及多源或复合源模式。源及多源或复合源模式。着重模拟除了大气的输送和扩散稀释过程以外另着重模拟除了大气的输送和扩散稀释过程以外另一种过程的模式：一种过程的模式：如酸雨模式、光化学烟雾模式和干沉如酸雨模式、光化学烟雾模式和干沉积模式等等积模式等等。还有一些则是针对某种特殊气象条件导出。还有一些则是针对某种特殊气象条件导出的，像的，像熏烟型扩散模式熏烟型扩散模式和和热力内边界层扩散模式热力内边界层扩散模式等。等。实际上大多数模式都可以归入高斯型和数值实际上大多数模式都可以归入高斯型和数值(K模模
16、式式)型两大类，许多模式是它们应用于不同场合的变型。型两大类，许多模式是它们应用于不同场合的变型。有些模式之间的唯一的实质性差异仅仅在模式输入和有些模式之间的唯一的实质性差异仅仅在模式输入和输出方面考虑的细致程度不同而已输出方面考虑的细致程度不同而已。从对模式的应用需要出发：从对模式的应用需要出发：“法规应用级法规应用级”和和“研究级研究级”模式模式。“法规应用级法规应用级”模式模式：指已被国家环境保护管理部门指已被国家环境保护管理部门推荐应用于污染物浓度预测计算的模式。按其精密的推荐应用于污染物浓度预测计算的模式。按其精密的程度程度 分成两级：分成两级：“筛选模式筛选模式”和和“精细模式精细
17、模式”。“筛选模式筛选模式”：可以用它对某个或某类：可以用它对某个或某类 特定污染源对特定污染源对空气质量的影响作偏保守的评价；空气质量的影响作偏保守的评价；“精细模式精细模式”：由那些：由那些 能够对大气物理和化学过程作能够对大气物理和化学过程作比较精细处理的方法形成。比较精细处理的方法形成。“研究级研究级”模式模式：是指正在进行探索和研究的模式。是指正在进行探索和研究的模式。模式通常都比较复杂，大多为复杂的数值模式。模式通常都比较复杂，大多为复杂的数值模式。就目前空气质量模式的研究和应用状况来看，就目前空气质量模式的研究和应用状况来看，“法规应用级法规应用级”模式大多数仍是高斯型模式，复杂
18、的数模式大多数仍是高斯型模式，复杂的数值模式多属值模式多属“研究级研究级”模式。模式。3模式选择模式选择 选用空气质量模式通常应当考虑以下几方面的问选用空气质量模式通常应当考虑以下几方面的问题。题。(1)污染源及污染物污染源及污染物污染源的类型：污染源的形态有点源、线源、面源、污染源的类型：污染源的形态有点源、线源、面源、体源和它们组成的复合源；按其排放方式可分为瞬时体源和它们组成的复合源；按其排放方式可分为瞬时源、间断源和连续源；其中，又可按排放温度分为热源、间断源和连续源；其中，又可按排放温度分为热源和冷源。源和冷源。污染物的性质：可分为气态污染物或颗粒物。对后污染物的性质：可分为气态污染
19、物或颗粒物。对后者，还需了解其粒径分布，估计重力沉降、干沉积与者，还需了解其粒径分布，估计重力沉降、干沉积与扩散的相对重要性。此外，还应考虑是保守的或是反扩散的相对重要性。此外，还应考虑是保守的或是反应性污染物、化学转化的重要性等等。应性污染物、化学转化的重要性等等。(2)模拟的时空范围及分辨率模拟的时空范围及分辨率模式区的范围：通常局地空气污染问题以采用高斯模式区的范围：通常局地空气污染问题以采用高斯型模式比较适当，即使在复杂下垫面，亦可用它的变型模式比较适当，即使在复杂下垫面，亦可用它的变形作为筛选模式使用。形作为筛选模式使用。模拟的时间尺度：大气扩散模式计算的基准时间尺模拟的时间尺度：大
20、气扩散模式计算的基准时间尺度为小时平均，其他时段的平均浓度可在小时平均浓度为小时平均，其他时段的平均浓度可在小时平均浓度的基础上逐时度的基础上逐时(或按一定的采样间隔或按一定的采样间隔)求和计求和计 算，也算，也可选用专门的长期平均模式，这类模式包含了按频率可选用专门的长期平均模式，这类模式包含了按频率加权的计算方法，通常都是计算效率高的高斯型模式。加权的计算方法，通常都是计算效率高的高斯型模式。要求的空间分辨率：模式计算浓度的空间分辨率是要求的空间分辨率：模式计算浓度的空间分辨率是一项重要和敏感的指标。在一个孤立点源的下风区，一项重要和敏感的指标。在一个孤立点源的下风区，相距数百米两个接受点
21、的污染物浓度可以有数量级的相距数百米两个接受点的污染物浓度可以有数量级的差异，即使在污染源分布比较均匀的城市，相距差异，即使在污染源分布比较均匀的城市，相距1 km监测浓度的差异也常常很大。监测浓度的差异也常常很大。(3)模拟区的下垫面特征：下垫面可分为平原乡村、城模拟区的下垫面特征：下垫面可分为平原乡村、城市、山区及水陆交界地区等。复杂下垫面上气流复杂，市、山区及水陆交界地区等。复杂下垫面上气流复杂，复杂地形上污染物浓度的空间分布更不均匀，起伏更复杂地形上污染物浓度的空间分布更不均匀，起伏更大。一般来说，由均匀定常假定导出的高斯模式不再大。一般来说，由均匀定常假定导出的高斯模式不再适用。适用
22、。(4)对模式效能的要求：空气质量模式应当具备的效能对模式效能的要求：空气质量模式应当具备的效能与前述三方面的条件及要求有密切关系。例如，对局与前述三方面的条件及要求有密切关系。例如，对局地空气污染，通常仅需考虑大气的扩散稀释作用，而地空气污染，通常仅需考虑大气的扩散稀释作用，而对中、远距离问题则还必须考虑污染物的化学转化和对中、远距离问题则还必须考虑污染物的化学转化和干湿沉积等其他物理化学过程，此时对模式效能将提干湿沉积等其他物理化学过程，此时对模式效能将提出不同的要求。但是，即使对相同的模拟对象，出不同的要求。但是，即使对相同的模拟对象，也可也可以用简单的参数化方法，给出化学转化速率的方法
23、来以用简单的参数化方法，给出化学转化速率的方法来解决，模式使用者仍有一定的选择余地。解决，模式使用者仍有一定的选择余地。总之，由于空气污染问题的复杂性，迫使人们不总之，由于空气污染问题的复杂性，迫使人们不得不通过多种途径和手段来研究并建立适合各种特定得不通过多种途径和手段来研究并建立适合各种特定条件的空气质量模式。它们的针对性很强，选用时需条件的空气质量模式。它们的针对性很强，选用时需 要认真加以鉴别。除了以上四方面的问题以外，还应要认真加以鉴别。除了以上四方面的问题以外，还应根据各自的应用目的和条件作更加具体的分析。根据各自的应用目的和条件作更加具体的分析。模式选择是一个关键的阶段，它常常同
24、时决定了模式选择是一个关键的阶段，它常常同时决定了资料搜集、外场测试等工作的规模，以至总的工作方资料搜集、外场测试等工作的规模，以至总的工作方向。向。4模式性能评价模式性能评价 实践表明，模式计算结果存在着误差和所谓的实践表明，模式计算结果存在着误差和所谓的“不确定性不确定性”，其中，一部分称为，其中，一部分称为“固有的固有的”，另一部，另一部分称作是分称作是“可约束的可约束的”。固有的误差：固有的误差：是指由于湍流活动等不可分辨的细节引是指由于湍流活动等不可分辨的细节引起的不可重复性，进而造成的对总体的平均偏差。起的不可重复性，进而造成的对总体的平均偏差。另一类可约束误差则由以下原因造成：另
25、一类可约束误差则由以下原因造成：模式使用的排放源、气象和地形资料的误差；模式使用的排放源、气象和地形资料的误差；模式包括的所有计算公式和参数不合适引起的误模式包括的所有计算公式和参数不合适引起的误差；差；用来检验模式的浓度实测资料的误差。用来检验模式的浓度实测资料的误差。由此可见，由此可见，通过模式选择阶段的各项分析以后只通过模式选择阶段的各项分析以后只是选定了是选定了“拟用模式拟用模式”。这个模式对特定的地区和应。这个模式对特定的地区和应用目的是否真正适用，还要经过模式性能评价这一必用目的是否真正适用，还要经过模式性能评价这一必不可少的工作程序。当模式预测的结果将直接被用作不可少的工作程序。
26、当模式预测的结果将直接被用作环境保护的决策、规划和工程设计的依据时，这项工环境保护的决策、规划和工程设计的依据时，这项工作就更加重要，应该通过模式性能评价向环境保护机作就更加重要，应该通过模式性能评价向环境保护机构提供模式不确切性的定量分析。构提供模式不确切性的定量分析。模式性能评价主要模式性能评价主要包括模式的合理性、保真性和灵敏性分析几个方面的包括模式的合理性、保真性和灵敏性分析几个方面的内容。内容。(1)合理性分析合理性分析：在进行模式性能评价时，可考虑选取：在进行模式性能评价时，可考虑选取一个一个参考模式参考模式，用以校核拟用模式，进一步考核其物，用以校核拟用模式，进一步考核其物理模型
27、和参数化方案等的合理性，必要时还可作一些理模型和参数化方案等的合理性，必要时还可作一些对比性的计算经验。对比性的计算经验。(2)模式检验模式检验：主要目的是检查模式的：主要目的是检查模式的“保真性保真性”。一一般应使用同步的排放源、气象和浓度监测资料，检验般应使用同步的排放源、气象和浓度监测资料，检验模式计算值与实测值的符合程度模式计算值与实测值的符合程度。这是模式性能评价。这是模式性能评价的最主要的内容。的最主要的内容。检验模式所使用的资料应满足以下标准：检验模式所使用的资料应满足以下标准：排放源、气象与浓度资料的同时性；排放源、气象与浓度资料的同时性；对所要求的时间和空间分辨率具有代表性；
28、对所要求的时间和空间分辨率具有代表性；必须是不同于建立模式所使用过的独立的数据；必须是不同于建立模式所使用过的独立的数据；数据的平均时段与环境保护法规的规定数据的平均时段与环境保护法规的规定致。致。浓度计算值与实测值的比较是通过计算一系列的统计浓度计算值与实测值的比较是通过计算一系列的统计特征量来实现的，常用的检验项目有以下几类：特征量来实现的，常用的检验项目有以下几类：浓度差分析：以相同时间、地点的观测值和计算值浓度差分析：以相同时间、地点的观测值和计算值为数据对，求其差值：为数据对，求其差值：下标下标o，p分别表示观测值与模式预测值。分别表示观测值与模式预测值。最大浓度分析：在空气污染分析
29、中，地面最大浓度最大浓度分析：在空气污染分析中，地面最大浓度常是人们最关心的。常是人们最关心的。最大浓度差：最大浓度差：式中：式中：分别表示观测和预测的地面最分别表示观测和预测的地面最大浓度。大浓度。浓度比值分析：计算每一对浓度计算值与观测值的浓度比值分析：计算每一对浓度计算值与观测值的比值比值 K=p/o 至今仍将至今仍将K值落在值落在052范围内作为模式精度是范围内作为模式精度是否可取的指标。通常较佳模式否可取的指标。通常较佳模式K值落在上述范围内的成值落在上述范围内的成数应超过数应超过50。相关分析：计算由浓度观测值和计算值组成的数据相关分析：计算由浓度观测值和计算值组成的数据对序列的相
30、关系数对序列的相关系数 上式可用来分别计算时间相关、空间相关和时空相关。上式可用来分别计算时间相关、空间相关和时空相关。它是表征预测与实际情况一致性的重要指标。但是它它是表征预测与实际情况一致性的重要指标。但是它不能描述浓度的差值或比值所反映的信息，即不能表不能描述浓度的差值或比值所反映的信息，即不能表示模式计算值在总体上是否过高或过低，故应与示模式计算值在总体上是否过高或过低，故应与d或或K值配合分析。值配合分析。如果如果r值较高，但差值指标不好，则只要对模式作值较高，但差值指标不好，则只要对模式作线性订正即可大大改善精度。值得注意的是厂只能反线性订正即可大大改善精度。值得注意的是厂只能反映
31、计算值与观测值之间的线性相关，而不能从中发现映计算值与观测值之间的线性相关，而不能从中发现它们之间的非线性关系。它们之间的非线性关系。浓度分布比较：为了更直观地考察模式的预测效能，浓度分布比较：为了更直观地考察模式的预测效能，还可以绘制计算浓还可以绘制计算浓 度和观测浓度的等值线图，比较它度和观测浓度的等值线图，比较它们高、低中心区的位置、数值以及分布图形是否一致。们高、低中心区的位置、数值以及分布图形是否一致。(3)灵敏度分析：灵敏度的定义是模式输出灵敏度分析：灵敏度的定义是模式输出(计算浓计算浓度度)对输入变量的偏导数。通过此项分析，可以定量判对输入变量的偏导数。通过此项分析，可以定量判别
32、影响空气质量的各个因子的相对重要性，确定它们别影响空气质量的各个因子的相对重要性，确定它们的误差和不确切性对模式输出的影响。这项工作至少的误差和不确切性对模式输出的影响。这项工作至少有以下几方面的意义：有以下几方面的意义：分析模式输入一输出响应关系的合理性，为改进分析模式输入一输出响应关系的合理性，为改进模式提供依据。模式提供依据。明确模式所依据的各项基础资料的相对重要性以明确模式所依据的各项基础资料的相对重要性以及对它们的精度和分辨率要求，以便改进观测和搜集及对它们的精度和分辨率要求，以便改进观测和搜集方案，以及确定模式输入参数的方法。方案，以及确定模式输入参数的方法。为评价控制空气污染的策
33、略提供可靠性分析和环为评价控制空气污染的策略提供可靠性分析和环境效益分析。境效益分析。综上所述，不论是为了改进或建立一个新的空气综上所述，不论是为了改进或建立一个新的空气质量模式，还是将现有的模式应用于某个实际问题，质量模式，还是将现有的模式应用于某个实际问题，对模式的合理性、保真性和灵敏度检验都是一个重要对模式的合理性、保真性和灵敏度检验都是一个重要的环节的环节,它将提高模式的质量和应用结论的可靠程度。它将提高模式的质量和应用结论的可靠程度。三、平原局地空气质量模式三、平原局地空气质量模式局地空气质量模式应用范围：污染物的输送距局地空气质量模式应用范围：污染物的输送距离小于离小于 20 km
34、的场合，在均匀平坦的下垫面最多的场合，在均匀平坦的下垫面最多不超过不超过 50 km。常用局地空气质量模式：高斯型扩散公式。常用局地空气质量模式：高斯型扩散公式。视污染源的状况和应用的需要，视污染源的状况和应用的需要，局地空气局地空气质量模式可以采用风向坐标系或者地理坐标系质量模式可以采用风向坐标系或者地理坐标系。此外，为满足法规应用的要求，此外，为满足法规应用的要求，应能计算几种应能计算几种不同平均时间的污染物浓度。不同平均时间的污染物浓度。1坐标系坐标系 基本的高斯扩散公式都采用风向坐标系，基本的高斯扩散公式都采用风向坐标系，但在以下情况下还需建立地理坐标系：但在以下情况下还需建立地理坐标
35、系：需要计算多源迭加浓度；需要计算多源迭加浓度；需要计算不同风向迭加的时间平均浓度；需要计算不同风向迭加的时间平均浓度；以高斯公式为计算核的数值积分模式（例如以高斯公式为计算核的数值积分模式（例如线源积分模式、烟团轨迹模式等）。线源积分模式、烟团轨迹模式等）。(1)风向坐标系风向坐标系：取：取 x 轴与平均风向一致，轴与平均风向一致，y 轴轴在水平面上与风向垂直，在水平面上与风向垂直，z 轴指向天顶的直角轴指向天顶的直角坐标系，坐标原点设在污染源在地面的垂直投坐标系，坐标原点设在污染源在地面的垂直投影点上。它是随平均风向改变的坐标系。影点上。它是随平均风向改变的坐标系。(2)地理坐标系地理坐标
36、系：是固定在某个地理位置上的：是固定在某个地理位置上的直角坐标系。为了方便，通常将坐标原点设在直角坐标系。为了方便，通常将坐标原点设在模拟区下垫面的西南端点，模拟区下垫面的西南端点，x轴指向东，轴指向东，y轴指轴指向北，向北，z轴指向天顶。所有污染源和浓度计算轴指向天顶。所有污染源和浓度计算点的位置用它们在地理坐标系中的坐标来确定，点的位置用它们在地理坐标系中的坐标来确定，坐标系中的计算网络根据所要求的空间分辨率坐标系中的计算网络根据所要求的空间分辨率来设计。来设计。两种坐标系的转换：两种坐标系的转换：设地理坐标系为设地理坐标系为EON，风向坐标系为，风向坐标系为xoy，它们之间的转换公式为：
37、，它们之间的转换公式为：x(NpNr)cos(EpEr)sin y(NpNr)sin(EpEr)cos 式中：式中：x，y 高斯公式中使用的坐标变量；高斯公式中使用的坐标变量；(Ep，Np)、(Er，Nr)分别表示污染源和计分别表示污染源和计算点在地理坐标系中的坐算点在地理坐标系中的坐 标，标，为风向方位角。为风向方位角。若下垫面十分平坦，可将风向坐标系和地若下垫面十分平坦，可将风向坐标系和地理坐标系的原点设在同一个水平面上，计算中理坐标系的原点设在同一个水平面上，计算中不需要作不需要作 z 坐标的换算，否则应考虑每一对计坐标的换算，否则应考虑每一对计算点和污染源所在位置在地理坐标系中的高度算
38、点和污染源所在位置在地理坐标系中的高度差。差。2小时平均浓度的计算小时平均浓度的计算 局地大气扩散模式所代表的平均时间为数局地大气扩散模式所代表的平均时间为数十分钟，通常把它计算得浓度定为小时平均浓十分钟，通常把它计算得浓度定为小时平均浓度度(过去，习惯上称为过去，习惯上称为“一次一次”浓度浓度)。局地空。局地空气污染计算中最关心的是如何求出最大的气污染计算中最关心的是如何求出最大的“一一次次”浓度，通常有以下几种方法：浓度，通常有以下几种方法：(1)逐时计算法：有的国家规定至少要逐时计算逐时计算法：有的国家规定至少要逐时计算一年的小时平均浓度，然后用平均的方法求取一年的小时平均浓度，然后用平
39、均的方法求取其他时段的平均浓度并与空气质量标准相比较。其他时段的平均浓度并与空气质量标准相比较。这种方法当然不会漏算那些很少出现的最大值。这种方法当然不会漏算那些很少出现的最大值。但是这样做至少需要输入一年逐时的气象参数但是这样做至少需要输入一年逐时的气象参数(可利用气象台站的常规观测资料求取可利用气象台站的常规观测资料求取)。(2)分类计算法：按气象条件分类计算分类计算法：按气象条件分类计算“一次一次”浓度，特别是计算各类条件下可能出现的最大浓度，特别是计算各类条件下可能出现的最大地面浓度和它离源的距离。通常是将大气稳定地面浓度和它离源的距离。通常是将大气稳定度分为度分为6类或类或4类，输入
40、模式计算的扩散参数和类，输入模式计算的扩散参数和抬升高度公式应与各自的稳定度类别一致，风抬升高度公式应与各自的稳定度类别一致，风速和混合层高度亦取每一类别的平均值。速和混合层高度亦取每一类别的平均值。(3)保证率计算法：保证率计算法：按一定的保证率设计计算条按一定的保证率设计计算条件，使实际可能出现的污染物浓度小于计算值件，使实际可能出现的污染物浓度小于计算值的概率等于所规定的保证率。的概率等于所规定的保证率。目前这种方法仅在少数专门的课题中研究目前这种方法仅在少数专门的课题中研究采用。采用。在有些环境影响评价工作中，能够给出在有些环境影响评价工作中，能够给出可造成浓度超标的不利气象条件可能出
41、现的概可造成浓度超标的不利气象条件可能出现的概率，率，这是值得提倡的，这是值得提倡的，通常可根据风向、风速通常可根据风向、风速和大气稳定度的联合频率确定和大气稳定度的联合频率确定。此时应注意不此时应注意不同的气象条件组合可能对应相同的浓度值，特同的气象条件组合可能对应相同的浓度值，特别是有抬升的源，要注意风速对浓度的双重影别是有抬升的源，要注意风速对浓度的双重影响。响。应当指出，我国目前普遍采用的计算一次应当指出，我国目前普遍采用的计算一次浓度的方法与大气环境质量标准之间还不能完浓度的方法与大气环境质量标准之间还不能完全协调一致。后者规定的全协调一致。后者规定的“一次一次”最大允许浓最大允许浓
42、度是指任何一次均不得超过的数值，而前述分度是指任何一次均不得超过的数值，而前述分类计算法充其量只能求得分类的平均值。从这类计算法充其量只能求得分类的平均值。从这个意义来说，前述逐时计算法相对更合理。事个意义来说，前述逐时计算法相对更合理。事实上，对平原地区的一般污染源，利用常规气实上，对平原地区的一般污染源，利用常规气象资料按照一定的法规模式逐时计算全年的污象资料按照一定的法规模式逐时计算全年的污染物浓度，不失为一种既经济又比较可靠的方染物浓度，不失为一种既经济又比较可靠的方法。法。3日均浓度计算日均浓度计算 日均浓度通常是取一日内若干个等间隔的日均浓度通常是取一日内若干个等间隔的一次浓度求平
43、均。风向在一日内是会改变的，一次浓度求平均。风向在一日内是会改变的，所以应采用地理坐标系，以便计算不同风向浓所以应采用地理坐标系，以便计算不同风向浓度的迭加和平均。对任意给定的计算点：度的迭加和平均。对任意给定的计算点：为保证日均值有代表性，一般取为保证日均值有代表性，一般取N8，即，即至少需要输入至少需要输入8个不同时次一次浓度所需的模式个不同时次一次浓度所需的模式输入参数。所不同的是，还需输入所有污染源输入参数。所不同的是，还需输入所有污染源和计算点的坐标和每个计算时次的风向值。和计算点的坐标和每个计算时次的风向值。计算日均浓度的关键在于如何用比较简单计算日均浓度的关键在于如何用比较简单的
44、方法求取对各种典型气象条件具有代表性的的方法求取对各种典型气象条件具有代表性的值，以及如何求得法规需要的最大日均浓度。值，以及如何求得法规需要的最大日均浓度。(1)逐日计算法：逐日计算法：在逐时计算法的基础上可以得在逐时计算法的基础上可以得到一年内任意到一年内任意24小时的平均浓度。小时的平均浓度。这种方法的这种方法的优点是信息量大，可以得到每个计算点最大的优点是信息量大，可以得到每个计算点最大的日均浓度和日均浓度的概念分布等对大气环境日均浓度和日均浓度的概念分布等对大气环境规划和排污总量控制等非常有价值的信息。当规划和排污总量控制等非常有价值的信息。当然，它需要的基础数据量和计算量都比较大，
45、然，它需要的基础数据量和计算量都比较大，一般不易办到。一般不易办到。(2)典型日典型日(控制日控制日)法：法：所谓所谓“典型日典型日”，是指，是指与模拟区典型空气质量状况相对应的有代表性与模拟区典型空气质量状况相对应的有代表性的的“气象日气象日”。若能通过某种方法找出若干组若能通过某种方法找出若干组典型日的气象条件，则能避免逐时、逐日计算典型日的气象条件，则能避免逐时、逐日计算之苦。之苦。气象分析法：气象分析法：这是单纯利用气象资料寻求这是单纯利用气象资料寻求“典型日典型日”气象参数的方法，并不考虑污染源气象参数的方法，并不考虑污染源的状况，甚至不考虑污染源是否存在。它仅的状况，甚至不考虑污染
46、源是否存在。它仅根根据模拟区的气象资料和大气扩散规律，分析并据模拟区的气象资料和大气扩散规律，分析并归纳出代表该地区一般的、有利和不利的日均归纳出代表该地区一般的、有利和不利的日均大气扩散稀释条件，必要时可作一些计算试验，大气扩散稀释条件，必要时可作一些计算试验，以确定各种典型日的模式输入参数。以确定各种典型日的模式输入参数。孤立源与孤立源与浓度场的响应关系最简单，用这种方法更有效，浓度场的响应关系最简单，用这种方法更有效，对于拟建项目的预测计算则是必由之路。对于拟建项目的预测计算则是必由之路。综合分析法：综合分析法：这是利用平行观测的这是利用平行观测的气象气象和和浓浓度资料度资料综合确定典型
47、日计算条件的方法综合确定典型日计算条件的方法。在多。在多源情况下，模拟区的空气质量不仅取决于气象源情况下，模拟区的空气质量不仅取决于气象条件，还和污染条件，还和污染 源的布局以及二者的相互关系源的布局以及二者的相互关系有关。一般需要积累二年以上的平行观测资料有关。一般需要积累二年以上的平行观测资料才能总结出比较可靠的典型日条件。才能总结出比较可靠的典型日条件。(3)保证率法：保证率法：由于日均浓度的计算条件由由于日均浓度的计算条件由 8 个以上的一次浓度计算条件所组成，此时可能个以上的一次浓度计算条件所组成，此时可能的气象条件组合数多不胜数，要求出与浓度相的气象条件组合数多不胜数，要求出与浓度
48、相对应的概率分布将十分困难，同时还要考虑污对应的概率分布将十分困难，同时还要考虑污染源分布的影响，难度就更大，我国已有这方染源分布的影响，难度就更大，我国已有这方面的探索和研究。面的探索和研究。4长期平均浓度计算长期平均浓度计算 平均时间超过平均时间超过24h的浓度称为长期平均浓度。的浓度称为长期平均浓度。在已计算逐时、逐日平均浓度的情况下，在已计算逐时、逐日平均浓度的情况下，可以进一步求取一年内任意时段的长期平均浓可以进一步求取一年内任意时段的长期平均浓度，除此之外，一般都采用联合频率法计算长度，除此之外，一般都采用联合频率法计算长期于均浓度，其要点是：期于均浓度，其要点是：需要用地理坐标系
49、以便计算不同风向浓度分需要用地理坐标系以便计算不同风向浓度分布的迭加；布的迭加；长期平均浓度公式代表每一对源和计算点之长期平均浓度公式代表每一对源和计算点之间的相应关系，每一个计算点上的浓度等于所间的相应关系，每一个计算点上的浓度等于所有源在该点长期平均浓度之和；有源在该点长期平均浓度之和；利用一年以上的资料可以统计模拟区大气稳利用一年以上的资料可以统计模拟区大气稳定度、风速和风向的联合频率。定度、风速和风向的联合频率。我国过去的一些环境影响评价工作中，用我国过去的一些环境影响评价工作中，用一日一日4次次(02，08，14及及20时时)的的 气象观测资料气象观测资料统计联合频率，有些研究者发现
50、统计联合频率，有些研究者发现08及及20时较易时较易定为定为D类稳定类稳定 度，即人为加大了中性的权重。度，即人为加大了中性的权重。另一方面，每天另一方面，每天4次资料确实太少。为此，建议次资料确实太少。为此，建议 改为用每天至少改为用每天至少8次观测资料统计联合频率。从次观测资料统计联合频率。从气象部门可获得每小时的风气象部门可获得每小时的风 向、风速。为确定向、风速。为确定05，11，17，23各时的大气稳定度，所缺少的各时的大气稳定度，所缺少的云的观测数据可以云的观测数据可以 用已有的用已有的4次数据内插推算。次数据内插推算。第三节第三节 开发行为对大气环境的影响识别开发行为对大气环境的