第10章 大气扩散与污染控制(1)

• 辐射逆温层描述中不正确的一项为(4) 1.辐射逆温层的厚度，一般为200M一下 2.辐射逆温层中，100M以下的低位污染源的 污染物地面浓度高 3.辐射逆温层容易发生在晴天的夜晚 4.辐射逆温层的位温随高度而下降
q

实际浓度
y2 ( z H )2 ( z H )2 c( x, y , z, H ) exp( ){exp[ ] exp[ ]} 2 2 2 y 2 y 2 z2 2π u y z
高架连续点源扩散模式
地面最大浓度模式（续）：
设
y
（实际中成立） z d c ( x , 0, 0, H ) 0 d z
地面反射系数
知识点回顾
选择对湍流扩散描述正确的项为(1,2,4) 1.大气中烟流的扩散，有大小不同的涡不规 则的运动产生的。 2. 大气中的扩散，比静止空气中分子扩散快 3.湍流扩散随气象条件，变化很大 4.烟流的浓度可以近似为正态分布
• 地上1.5，上空101.5m的地点空气温度为 25，26度时，位温梯度为多少？(2) 1. -0.02 2. -0.01 3. 0.04 4. 0.01 5. 0.02
大气扩散理论的基础
湍流的概念 • 湍流 大气的无规则运动；风速的脉动和风向的 摆动时湍流作用的结果
• 湍流的形成原因 热力湍流， 机械湍流
湍流扩散理论
• 主要阐述湍流与烟流传播及湍流与物质浓度衰减的关系 1.梯度输送理论
类比于分子扩散，污染物的扩散速率与负浓度梯度成正比
2.湍流统计理论
泰勒－>图4-1，正态分布 萨顿实用模式
判断条件 大气稳定 大气中性
烟流形状与大气稳定度
典型的烟流形状
• • • • • 波浪型（不稳） 锥型（中性or弱稳） 扇型（逆温） 爬升型（下稳，上不稳） 漫烟型（上逆、下不稳）
逆温层的种类和特征
1.辐射逆温 2.下沉逆温
3.平流逆温
4.湍流逆温 5.锋面逆温
• 扩散的要素 – 风：平流输送为主，风大则湍流大 –湍流：扩散比分子扩散快105～106倍 • 湍流的基本概念 – 湍流——大气的无规则运动 • 风速的脉动 • 风向的摆动 • 起因与两种形式 – 热力：温度垂直分布不均（不稳定） – 机械：垂直方向风速分布不均匀及地面粗糙度
颗粒物扩散模式
• 粒径小于15μm的颗粒物可按气体扩散计算 • 大于15μm的颗粒物：倾斜烟流模式
y2 ( H vt x / u ) 2 c ( x , y , 0, H ) exp( ) exp[ ] 2 2 2 y 2 z 2π u y z d p2 p g vt 18 (1 a ) q
c( x, y , z ) A( x )e
ay 2
e
bz 2
• 方差的表达式
2 y


0
y 2 cdy


z2


0
z 2 cdz

0
cdy

0
cdz

• 由假定d
源强积分式
q
（单位时间物料守恒）



ucdydz
y2 z2 c( x, y , z ) exp[ ( 2 )] 2 2 y 2 z 2π u y z q
定义：大气在垂直方向上稳定的程度；反映其是否容易对流
定性描述：
气块减速，有返回趋势，稳定 外力使气块上升或下降 气块去掉外力 气块加速上升或下降，不稳定
气块停在外力去掉处，中性
不稳定条件下有利于扩散
干绝热直减率与大气稳定度
比较气温直减率与干绝热直减率的大小可以判断大气稳定度
( d ) a g z T

实源的贡献
y2 ( z H )2 c( x, y, z, H ) exp[ ( 2 )] 2 2 y 2 y 2π u y z q
q

像源的贡献
y2 ( z H )2 c( x, y, z, H ) exp[ ( )] 2 2 y 2 z2 2π u y z
高斯模式
3.相似理论
• 高斯模式的有关假定
– 坐标系
右手坐标，y为横风向，z为垂直向
–四点假设
• a．污染物浓度在y、z风向上分布为正态分布
• b．全部高度风速均匀稳定
• c．源强是连续均匀稳定的 • d．扩散中污染物是守恒的（不考虑转化）
高斯扩散模式的坐标系
无界空间连续点源扩散模式
• 由正态分布假定，得下风向任一点的浓度分布
高斯烟流的形态
y2 z2 c( x, y , z ) exp[ ( 2 )] 2 2 y 2 z 2π u y z q
高斯烟流的浓度分布
高斯烟流中心线上的浓度分布
高架连续点源扩散模式
• 镜像全反射---->像源法 –实源： c ( x, y , z , H z ) –像源： c ( x , y , z , H z )
混合层 中性层 稳定层
d >0, a>0 d <0, a<0 d ＝0，a=0
不稳定 稳定 中性 逆温，非常稳定

<0 ， a<0
位温与大气稳定度
• 位温 干空气块绝热升降到标准气压（1000hPa）处具有的温度 • 位温梯度与气温直减率关系
• 稳定度判断条件
大气不稳定
• 浓度的空间变动
环境背景浓度
• 定义 除关注污染源以外的污染源产生的浓度 人为污染源 自然污染源 环境背景浓度
影响大气环境浓度因数
气象条件 大气稳定度 风的乱流
风向风速
大气污染浓度 排放状态 （烟囱的高度） 污染源条件 污染物垂直变化 -干绝热直减率与大气稳定度 -位温与大气稳定度 -烟流形状与大气稳定度 -大气边界层 -逆温层种类和特征
大气污染浓度
浓度预测的必要性
污染物排放量 控制对策 排放标准 排放量 环境浓度
传播途径 （移动、扩散、反应、除去）
数学模型
污染物的环境浓度
影响
环境行政与环境管理
浓度的表示方法
• 浓度的表示方法 质量浓度 体积浓度 个数浓度
浓度的特征
• 浓度的时空间范围 浓度随地点、时间而变化。议论某地点环境浓度是否符合 环境标准，需要考虑该浓度是何地何时。也就是所要明确 时间范围的平均值，空间范围的平均值。 • 浓度的时间变动
气温的垂直变化
• 气温直减率

T z
（大气）
• 干空气绝热垂直温度递减率－ 干绝热直减率
i d （空气块） dz
dT
• 气温的垂直分布—温度层结
>0， ＝ d ， ＝0 ， <0 ，
正常分布层结 中性层结（绝热直减率） 等温层结 逆温层结

T z
大气稳定度
z π uH 2 e y
2q
const
由此求得
c max
z |x x
cmax

H 2
地面源高斯模式（令 H ＝0）：
y2 z2 c ( x , y , z , 0) exp[ ( 2 )] 2 2 y 2 z π u y z q
相当于无界源的2倍（镜像垂直于地面，源强加倍）
大气环境污染预测
11月4日
本单元内容
• • • • • • • • 大气污染物的浓度 大气污染气象学 大气污染扩散理论 烟气上升模式 面源扩散模型 自动车尾气扩散模型 浮游颗粒物预测模型 最近模型的发展及方向
导论
• 为什么需要预测大气环境污染？ 保护我们的生存环境 人类自身健康需要 政府进行环境管理的需要 • 分析评价大气环境污染程度，评价方法？