区域规划大气环境影响评价的空间尺度效应

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尺度效应和粒度效应

尺度效应和粒度效应一、引言尺度效应和粒度效应是地理学中常用的概念，用于描述地理现象在不同尺度或粒度下的变化规律。

尺度效应和粒度效应的研究对于我们深入理解地理现象的本质和规律具有重要意义。

本文将从概念的解释、影响因素、应用案例等方面对尺度效应和粒度效应进行全面、详细、完整且深入地探讨。

二、尺度效应的概念尺度效应是指地理现象在不同尺度下的表现形式和变化规律。

地理现象具有多个尺度，从微观到宏观，从小区域到全球范围，都会呈现出不同的特征。

尺度效应研究的核心问题是在不同尺度下地理现象的变化规律以及尺度变化对地理现象的影响。

1. 尺度效应的类型尺度效应可以分为空间尺度效应和时间尺度效应两种类型。

空间尺度效应是指地理现象在不同空间尺度下的变化规律，例如城市人口密度在不同城市规模下的变化规律；时间尺度效应是指地理现象随时间变化的规律，例如气候变化对植被分布的影响。

2. 尺度效应的机制尺度效应的产生机制是多样的，主要包括尺度依赖性、尺度冲突和尺度转换三种机制。

尺度依赖性是指地理现象在不同尺度下的相互依赖关系，例如城市发展对周边乡村的影响；尺度冲突是指地理现象在不同尺度下表现出的矛盾和冲突，例如全球环境保护与国家经济发展之间的矛盾；尺度转换是指地理现象在不同尺度下表现出的转换关系，例如城市的空间扩张与人口增长之间的转换关系。

三、粒度效应的概念粒度效应是指地理现象在不同粒度下的表现形式和变化规律。

粒度是指地理现象观测和分析的单位大小，可以是空间上的单元大小，也可以是时间上的观测间隔。

粒度效应研究的核心问题是在不同粒度下地理现象的变化规律以及粒度变化对地理现象的影响。

1. 粒度效应的类型粒度效应可以分为空间粒度效应和时间粒度效应两种类型。

空间粒度效应是指地理现象在不同空间粒度下的变化规律，例如土地利用在不同空间分辨率下的变化规律；时间粒度效应是指地理现象在不同时间粒度下的变化规律，例如气候变化对农作物产量的影响。

2. 粒度效应的机制粒度效应的产生机制也是多样的，主要包括粒度依赖性、粒度冲突和粒度转换三种机制。

大气环境影响评价(环境影响评价)

第四章大气环境影响评价本章介绍了大气环境影响评价工作分级和评价范围确实定方法，环境空气质量现状调查内容与要求，气象观测资料调查内容与要求，大气环境影响推想与评价方法及要求，大气环境影响推想推举模式等从事大气环评工作必需把握的根本学问。

第一节概述一、术语和定义1.环境空气敏感区指评价范围内按《环境空气质量标准》〔GB3095〕规定划分为一类功能区的自然保护区、风景名胜区和其他需要特别保护的地区，二类功能区中的居民区、文化区等人群较集中的环境空气保护目标，以及对工程排放大气污染物敏感的区域。

2.常规污染物常规污染物指GB3095 中所规定的二氧化硫、颗粒物、二氧化氮、一氧化碳等污染物。

3.特征污染物指工程排放的污染物中除常规污染物以外的特有污染物。

4.大气污染源分类点源：通过某种装置集中排放的固定点状源。

面源：在确定区域范围内，以低矮密集的方式自地面或近地面的高度排放污染物的源。

线源：污染物呈线状排放或者由移动源构成线状排放源。

体源：由源本身或四周建筑物的空气动力学作用使污染物呈确定体积向大气排放的源。

5.大气污染物分类按存在形态分为颗粒物污染物和气态污染物，其中粒径小于15 m 的污染物可划为气态污染物。

6.排气筒指通过有组织形式排放大气污染物的各类型装置。

7.简洁地形距污染源中心点 5km 内的地形高度〔不含建筑物〕低于排气筒高度时，定义为简洁地形。

8.简洁地形距污染源中心点 5km 内的地形高度〔不含建筑物〕等于或超过排气筒高度时，定义为简洁地形。

9.推举模式指大气环境影响推想模式，包括估算模式、进一步推想模式和大气环境防护距离计算模式。

10.大气环境防护距离为保护人群安康，削减正常排放条件下大气污染物对居民区的环境影响，在工程厂界以外设置的环境防护距离。

二、大气环境影响评价的根本任务通过调查、推想等手段，分析、推断建设工程在建设施工期和建成后生产期所排放的大气污染物对大气环境质量影响的程度和范围，为建设工程的厂址选择、污染源设置、制定大气污染防治措施以及其他有关的工程设计供给科学依据或指导性意见。

06大气环境影响评价

WNW 2.0 1.0 2.9 2.0 1.5 2.5 2.4 2.3 0.0 0.0 1.0 1.0 2.2
NW 2.2 2.0 3.3 1.0 2.0 2.7 2.1 3.0 2.5 2.5 1.5 1.5 2.3
NNW 3.4 2.9 3.5 2.4 2.8 2.8 3.6 2.7 3.2 3.2 2.8 2.7 3.0
污染物的等标污染负荷
Pij
cij coi
Qij
污染源j有n种污染物参与评价，则污染源j的等标污染负荷Pi为各污染物等标污染负荷Pij之和；
气象要素——对大气状态和物理现象给
予定性或定量描述的物理量
气温：离地面1.5m高处的百叶箱中观测到的空气温度。
气压：大气作用在单位面积上的作用力。
湿度：相对湿度、露点。
百叶箱
百叶箱是安置测定温度、湿度仪器用的防护设备。它的作用是防止太阳对仪器的直接辐射和地面对仪器的反射辐射，保护仪器免受强风、雨、雪等的影响，并使仪器感应部分有适当的通风，能真实地感应外界空气温度和湿度的变化。
气象要素
云：云高、云量等（用于确定大气稳定度）。能见度：反映大气的混浊程度。降水量、蒸发量日照时数太阳辐射地面辐射大气辐射等
各种气象要素星边界层）：受下垫面影响的低层大气，厚度1~2km
近地层（摩擦边界层）：下垫面以上100m左右的一层大气
逆温
辐射逆温：由于地面强烈辐射冷却而形成的逆温；
下沉逆温：又称为压缩逆温，由气团下沉，顶部绝热增温比低部多形成；
湍流逆温：由低层空气的湍流混合而形成的逆温；
逆温
锋面逆温：多在对流层中，暖气流受地球旋转作用力而与相邻的低温气流相遇时，形成一冷暖气流交界面，当暖气流在冷空气之上时且温差较大时，即出现锋面逆温；

规划环境影响评价时间尺度的问题与对策

文章编号:1007-7596(2008)06-0151-02规划环境影响评价时间尺度的问题与对策刘艳艳,东迎欣,韩守江(黑龙江省水利水电勘测设计研究院,哈尔滨150080)摘　要:规划一般具有较长的时间跨度,规划环境影响评价要对较长时间以后即将实施的规划行为可能产生的环境影响进行评价,不仅增加了评价的难度,也可能使预测、评估的结论产生很大的偏差和不确定性。

依据规划环境影响评价的理论和规划环境影响评价实践中得到启示,在论述规划环境影响评价考虑时间跨度的必要性的基础上,探讨规划环境影响评价中时间尺度以及大时间尺度下环境影响评价可能产生的问题,并针对可能产生的问题研究解决的思路和对策。

关键词:规划;环境;环境影响;评价;时间尺度中图分类号:X82013 文献标识码:A [收稿日期]2008-05-12　[作者简介]刘艳艳(1981-),女,辽宁新民人,助理工程师;东迎欣(1971-),女,吉林白城人,高级工程师;韩守江(1955-),男,黑龙江哈尔滨人,教授级高级工程师。

规划环境影响评价也称为战略环境影响评价(SE A ),是对政府部门的政策、计划、规划的可供选择方案对环境的影响进行系统、综合评价的过程,在决策方案的选择中采取避免、消除和减轻影响的措施等方面提供原理、方法和技术支持。

中长期规划的时间尺度一般至少在5a 以上,远期规划可能是10a,甚至20a 才能实施。

因此,任何一个规划,不论它的类型如何不同,还是内容如何变化,都在规划的制定中明确界定了该规划的空间和时间尺度。

规划环境影响评价的评价对象是较长时间以后即将实施的规划行为,因此对规划实施前一段时间内的自然和社会环境因素变化,不可能估计的十分准确,评价对象充满了变数,不仅增加了评价的难度,也可能使评价的结论产生很大的偏差和不确定性。

对大时间尺度下的规划环境影响评价,这样的问题将更加突出,探讨大时间尺度下规划环境影响评价可能出现的问题,提出解决这些问题的思路和对策将有助于提高规划环境影响评价的精度和质量。

第五章大气环境影响评价

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、气流稳定的小尺度扩散问题更为有效。
高斯模式
• 基本假设：
• 烟羽的扩散在水平和垂直方向都是正态分布； • 在扩散的整个空间风速是均匀、稳定的； • 污染源排放是连续、均匀的； • 污染物在扩散过程中没有衰减和增生； • x方向，平流作用远大于扩散作用； • 下垫面平坦。

4．连续线源公式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。在高斯型模式中，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：
L Q L C fd l x, y,z u 0
式中： Ql——线源源强，其单位为单位时间单位长度排放的物质量； f——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。
2、大气污染物的分类
总悬浮颗粒物粒径飘尘降尘
气溶胶状态污染物
相态
来源、物理性质
粉尘烟飞灰黑烟雾
气体状态污染物
含硫化合物含氮化合物 COx 碳氢化合物与卤代化合物放射性物质和其他有毒物质
气体状态污染物按形成的方式：一次污染物和二次污染物。
二、大气扩散过程 1、大气湍流
流体的运动主要分为层流和湍流，层流属于规则运动，湍流则属于不规则运动。大气湍流是大气中一种不规则的随机运动，湍流每一点上的压强、速度、温度等物理特性等随机涨落。大气湍流最常发生的3个区域是：大气底层的边界层内，对流云的云体内部，大气对流层上部的急流区内。大气湍流的发生需具备一定的动力学和热力学条件：其动力学条件是空气层中具有明显的风速切变；热力学条件是空气层必须具有一定的不稳定性，其中最有利的条件是上层空气温度低于下层的对流条件。大气湍流运动是由各种尺度的旋涡连续分布叠加而成，旋涡尺度大的可达数百米，最小尺度约为1毫米。

第三章大气环境影响评价

四、联合频率
是由风向、风速、大气稳定度构成的组合频率。即统计不同风速、风向和大气稳定度出现几率。通常风向取17个方位；稳定度6级；风速段5档：＜1.5m/s，1.5-3m/s，3.1-5m/s，5.1-7m/s，＞7m/s。
五、风场
1.风速：空气在单位时间内移动的水平距离； 2.风向：风的来向，用16个方位表示； 3.风频：吹某一风向的风的次数，占总的观测
低空探测：距地1.5km高度以下的风速、风向随高度的变化关系，并按大气稳定度分类；逆温的状况。
U2
U1
Z2 Z1
P
U
U10
Z 10
P
U1：距地面Z1m处的平均风速，m/s; U10：距地面10m处的平均风速，m/s; U2：距地面Z2m处的平均风速，m/s; U：距地面Zm处的平均风速，m/s; P：风速高度指数，与大气稳定度和地形条件有关，按表4-4查。
Qi：单位时间污染物的排放量，t/h；
C0i：环境空气质量标准（GB3095—1996）中的二级标准的1h平均浓度限值，mg/m3。
等标排放量与等标污染负荷有何异同点？所排放的主要污染物多于一种，如何确定评价等级？
Pi（m3/h）
地形
Pi≥2.5
×109
2.5×109＞ Pi≥2.5×108
Pasquill稳定度分级法（简记P·S）分为六类，即强不稳定、不稳定、弱不稳定、中性、较稳定和稳定，分别表示为A、B、C、D、E、F。
二、熏烟
晴朗夜间，由于下垫面的辐射冷却形成贴地逆温层，日出后，地面受太阳照射增温，逆温层自下而上逐渐消失，转变成中性或不稳定层结，原滞留在逆温层内的污染物向下蔓延，地面形成高浓度，即为熏烟污染。

区域规划环评中大气环境监测点位布设分析

区域规划环评中大气环境监测点位布设分析摘要：在进行区域规划大气环境影响评价时，利用对大气环境监测点的布设来有效监测污染程度。

在实际布设监测点位的过程中，还要求严格控制该区域的气象特征，以此确保监测点位可以有效反馈环境质量。

与此同时，还要结合科学合理的布设方法，在保障布设点位的科学合理的同时保障了该区域规划的环保功能。

关键词：区域规划；大气环境监测；点位布设随着我国工业的快速发展，大气污染问题也随之而来。

因此，大气环境监测布点就成为目前城市规划中需要注重考虑的问题之一，通常需要与区域环境情况相结合，例如区域内的气象特点、大气污染来源等。

通过大气环境监测布点，可以使该区域内的环境质量情况具体的体现出来，为完善区域化建设提供有效意见。

尽管最近几年来区域化建设中大气环境监测点位布设有许多方法，例如文章中介绍的扇形布设法、网格布设法、同心圆布设法以及功能区布设法等，均获取相应的成果，但不管哪种布设方法都有使用限制，必须结合监测区域实际状况设计相应方案。

1.大气环境监测点位布设原则1.代表性原则代表性原则是大气环境监测点位布设的基本原则，其本质是使选择的点位真实有效的体现出监测区域实际情况，重点检测该区域内污染程度，并对该区域的未来发展状况进行准确判断[1]。

1.一致性原则一致性原则要求监测区域点位污染程度、种类等均要与周边环境保持一致，对于区域内气象、地形的监测而言，一致性原则是科学断定与监测结果分析的基础。

1.经济性原则在确保监测结果真是有效的基础下，合理的分配监测点位，尽可能在污染情况严重的区域进行点位布设。

对于工业化建设较少的区域，可以较少布设监测点位，科学合理的分配有效资源，提高资源使用率，保障布设点位的经济性。

1.科学性原则在进行布设监测点位时，应根据污染物的类型选取合适的监测方法。

进行监测高危险污染源过程中，要保证监测点位标准高度在1.5米到2.0米范围内，也可以将监测点高度保持在1.7米左右。

大气环境影响预测与评价

如：我国《环境影响评价技术导则——大气环境（HJ 2.2-2008）推荐模式
香港特别行政区推荐的模式美国EPA所推荐的一系列模式目前，大多数法规大气环境影响预测模型属于正态模式
第6章大气环境影响预测与评价
4．大气环境影响预测模型选用的一般步骤
确定预测因子
确定预测范围及计算点
确定污染源参数
⑻其他相关参数的确定
• 计算1小时平均浓度时，可不考虑SO2的转化，其他情况应考虑SO2转化为H2SO4
• SO2转化可取半衰期为4小时。 • 对于一般燃烧设备，计算小时或日平均浓
度时，可以假定NO2/NOx=0.9；在计算年平均浓度时，可以假定NO2/NOx=0.75。
第6章大气环境影响预测与评价
排气筒高度 h
排气筒基底
Y
排气筒
0
X 主导风向
z
实源
U
He 地面
He
虚源
第6章大气环境影响预测与评价
6.2.2 有风点源正态烟羽扩散模式
预测点到源口距离
实源作用
c(x,y,z)2 U Q yzexp[2 yy 2 2 (z2 H z 2e)2]
z 实源
U
虚源作用
c(x,y,z)2 U Q yzexp[2 yy 2 2 (z2 H z 2e)2]
第6章大气环境影响预测与评价
2．大气环境影响预测内容
对于一、二级评价，应当包括： ①全年逐时或逐次小时气象条件下，环境空气保护目标、网格点处的地面浓度；评价范围内的最大地面小时浓度。 ②全年逐日气象条件下，环境空气保护目标、网格点处的地面浓度；
评价范围内的最大地面日平均浓度。 ③长期气象条件下，环境空气保护目标、网格点处的地面浓度；

区域大气污染物浓度贡献的空间尺度效应

区域大气污染物浓度贡献的空间尺度效应作者：陈欣锐张艳马蔚纯来源：《环境影响评价》2016年第06期摘要：区域大气污染物浓度贡献的定量分析是污染物来源分析的一个重要方面，在区域环境评价中具有重要的实际意义。

采用WRF/CALPUFF模式系统，以上海市宝山区、月浦镇和月盛社区三个地理空间尺度由大到小的区域为例，从月均浓度和年均浓度贡献两个角度，运用“强力法”模拟计算宝山区各大点源对上述三个区域NOx浓度贡献率。

研究表明，区域大气污染物浓度贡献存在显著的空间尺度效应。

无论是月均还是年均浓度，各大点源对整个宝山区、月浦镇和月盛社区的污染物浓度累积贡献率均呈现递增趋势。

此外，在一定的空间尺度上，各污染源的浓度贡献也表现出一定的季节差异。

关键词：区域大气污染；浓度贡献；空间尺度效应；上海宝山DOI： 10.14068/j.ceia.2016.06.016中图分类号：X51 文献标识码：A 文章编号：2095-6444（2016）06-0061-05区域大气污染物浓度贡献的定量分析是区域污染源解析的一个重要方面。

通过定量计算不同地区、不同类型的大气污染源对大气污染的浓度贡献，可以识别造成区域污染的主要来源，为区域大气污染管控和制定有针对性的对策措施提供重要的技术和数据支撑[1-2]。

采用数值模拟的方法研究区域大气污染物浓度贡献是一种重要的、有效的技术手段[3-4]。

李勤等采用三维欧拉数值模式对重庆城区各类大气污染源对区域SO2 浓度的贡献进行分析[5]；马雁军等采用三维平流扩散多源模式计算不同类别高度的污染源对沈阳市各监测点的浓度贡献[6]；方力采用ADMSUrban模型软件计算了鞍山市低架源和高架源对地面TSP和SO2浓度的贡献[7]；王格采用AERMOD模式，模拟铁岭市各类大气污染源对区域PM10和SO2的浓度贡献[8]；宋宇等采用美国EPA推荐的政策法规模式CALPUFF模拟计算石景山工业区对北京市PM10污染的影响[9]；任永建等采用中尺度气象模式MM5耦合大气污染模式CALPUFF，研究了山西省阳泉市本地点源和外地点源对城市环境空气质量的影响[10]；王繁强等也利用MM5/CALPUFF模式系统，研究了黄河中上游地区19个城市SO2排放在上述城市之間的相互影响以及对北京城市大气环境的影响[11]；王书肖等采用MM5CMAQ模型计算了北京各区县、各行业燃煤对北京市各监测点空气质量的影响[12]。

大气环境影响评价

放量，以及现有工程经改造后的污染物预测削减量，并按上述三个量计算最终排放量；
c) 对于毒性较大的污染物还应估计其非正常排放量；
d) 对于周期性排放的污染源，还应给出周期性排放系数。
二、污染源调查内容
一级评价项目污染源调查内容
2. 点源调查内容
a) 排气筒底部中心坐标，以及排气筒底部的海拔高度（ m）；
测资料，且其监测数据有效性符合本导则有关规定，并能满足项
目评价要求的，可不再进行现状监测，否则，应设臵2～4 个监测点。
四、大气环境质量监测
监测采样环境空气监测中的采样点、采样环境、采样高度及采样频率的要求，按相关环境监测技术规范执行。同步气象资料要求应同步收集项目位臵附近有代表性的，且与各环境空气质量现状监测时间相对应的常规地面气象观测资料。
四、大气环境质量监测
监测结果统计分析 a) 以列表的方式给出各监测点大气污染物的不同取值时间的质量浓度变化范围，计算并列表给出各取值时间最大质量浓度值占相应标准质量浓度限值的百分比和超标率，并评价达标情况。 b) 分析大气污染物质量浓度的日变化规律以及大气污染物质量浓度与地面风向、风速等气象因素及污染源排放的关系。 c) 分析重污染时间分布情况及其影响因素。
价文件的拟建项目等污染源。如有区域替代方案，还应调
查评价范围内所有的拟替代的污染源。对于三级评价项目可只调查分析项目污染源。
二、污染源调查内容
一级评价项目污染源调查内容
1. 污染源排污概况调查
a) 在满负荷排放下，按分厂或车间逐一统计各有组织排放源和无组织排放源的主要污染物排放量；
b) 对改、扩建项目应给出：现有工程排放量、扩建工程排
3. 面源调查内容
a) 面源起始点坐标，以及面源所在位臵的海拔高度（m）；

城市规划大气环境影响多尺度评估技术体系的研究与应用_汪光焘

中国科学 D 辑地球科学 2005, 35 (增刊Ⅰ): 145~155 145城市规划大气环境影响多尺度评估技术体系的研究与应用*汪光焘①②王晓云①③⑥苗世光④**蒋维楣⑤ 郭文利③ 季崇萍③ 陈鲜艳④(① 清华大学建筑学院, 北京 100084; ② 中国建设部, 北京 100044; ③ 北京市气象局, 北京 100089; ④ 中国气象局北京城市气象研究所, 北京 100089; ⑤ 南京大学大气科学系, 南京 210093; ⑥ 中国气象局大气探测技术中心, 北京 100081)摘要实施城市的可持续发展应当首先从城市规划着手, 城市大气环境是实现城市可持续发展的重要课题. 从规划部门对不同尺度的设计方案进行分析比较、定量评估的需求出发, 在高分辨地理信息数据的基础上, 建立了城市规划大气环境影响多尺度数值模拟系统, 提出了多尺度评估指标体系, 构成了城市规划大气环境影响多尺度评估技术体系, 并在城市规划编制(北京城市化发展)及奥林匹克公园两种规划方案优选工作中进行了应用. 从而在城市规划实施之前对其进行不同尺度大气环境影响的定量评估, 为优化城市整体规划和局部布局提供了科学依据. 关键词城市规划大气环境多尺度数值模拟评估指标体系2005-02-05收稿, 2005-05-24收修改稿* 国家重点基础研究发展规划项目(编号: TG1999045700)、国家科学技术部国际科技合作重点项目(编号: 2004DFA06100)、中国农村技术开发中心科技攻关计划、北京市自然科学基金项目(批准号: 8051002)和国家自然科学基金项目(批准号: 40333027)共同资助 ** Correspondence should be addressed to Shiguang Miao (Email: sgmiao@)城市建筑林立、人口结聚, 经济、社会和人类活动改变了市区和周围地区的生态环境. 随着城市化进程的发展和加速, 有许多需要新建、重建, 再生与修复的环境问题. 城市对局地气象条件以及污染物扩散的影响主要有: 建筑物对气流有摩擦阻力作用、阻止作用; 城区风速明显低于周围郊区. 城区风速的降低与城市建成区的范围、建筑物的高度和密度、街道的宽度和走向、绿地和空地的面积和分布等因素有关. 研究表明在排放量一定的情况下, 污染物浓度与风速大小成反比. 城区通风能力的降低会使大气污染的浓度成倍地增加. 城市热岛将使大气污染加重: 由于城市下垫面的热力性质和人类活动的影响, 形成城市热岛, 导致在小风情况下, 气流向市中心汇集, 从而引起城区内大气污染物的积累[1]. 另外, 除了对城市整体气候的影响外, 在较小范围内, 例如街道居民小区广场等建筑设施附近的局地气候变化也应引起重视. 街道的宽度和走向、街道两侧及附近的建筑物的形式、高度间隔等会影响街道的通风. 在街道小区规划中要避免小风时气流阻塞引起的交通尾气污染, 还要避免强风时, 高层建筑间狭管风引起人的不146中国科学D辑地球科学第35卷舒服. 城市中无植被的广场空地也会形成特定的微气候. 因此, 从城市整体规划到街道、小区以及单个建筑设施的设计, 都将对城市生态环境和局地气候有所影响, 进而影响到城市的大气环境.城市发展对大气环境产生的影响主要有以下几个方面:(1) 通风能力不断降低. 北京旧城中心区是故宫、中南海等皇家园林. 为了保持古都风貌, 在现有的规划中原则规定在旧城范围内不发展高层建筑,高层建筑都向二环外、三环及四环发展, 并有明显增高、加密的趋势. 未来北京城将形成近郊环形的高层建筑包围旧城区的格局, 类似地形上的盆地, 这将严重影响城区气流运动, 增加静风、小风频率, 空气质量也将面临严峻的问题. 统计表明, 城区年平均风速比郊区低43%(图1). 如果郊区风速为3.4 m/s, (相当三级风), 则城区内只有1.9 m/s(相当二级风). 目前在城市规划中对城市发展导致城区的通风能力降低,进而加重大气污染的问题考虑较少.(2) 热岛强度增加. 上述城市格局会使城区面积扩大. 高层建筑的能耗和对热辐射的多次反射能力都超过低矮的建筑. 城市热岛效应将会范围扩大,强度增加. 热岛会使城市流场复杂化, 降低城市整体图1 北京城区1965~2003年逐年平均风速变化曲线的通风能力. 由图2可见, 北京城市存在着较大范围的城市热岛现象.图2 2000年7月31日5时32分北京城近郊区热状况卫星遥感监测图从北京城郊1960年以来每5a城郊平均温差变化趋势看(表1), 温差呈上升态势, 表明城市热岛现象有增强的趋势. 2000年以来, 略有好转.(3) 能见度降低. 由表1可见, 随着城市的发展,城市大气水平能见度呈递减趋势. 这一现象说明城市大气污染导致了城市气象环境的恶化、能见度下降.2000年以来, 有所好转.由此可见, 城市发展直接影响着城市气象条件,进而影响空气质量和大气环境. 如何通过科学、合理的规划布局改善大气环境? 这就迫切需要科学、客观、系统的研究城市规划对气象及大气环境的影响,并对其影响进行定性和定量的评估. 该评估既是提高和改善人居环境的需要, 又体现了绿色奥运和科技奥运的理念, 并将有助于城市的健康、可持续发展[2].国内外均开展了一些城市边界层的观测及模拟研究. 美国能源部从2000年起开展了化学生物国家安全(CBNP)计划, 在此计划和其它相关项目的联合资助下,分别在盐湖城和俄克拉荷马市开展了URBAN 2000[3]和Joint Urban 2003[4]城市大气多尺度表1 北京城市热岛强度(城、郊温差)、城区能见度5a平均值的变化趋势年代1960~1964 1965~1969 1970~19741975~19791980~19841985~19891990~1994 1995~19992000~2003热岛强度/℃0.94 1.08 1.10 1.34 1.58 1.70 1.82 1.86 1.80 能见度/1000m 20.1 18.4 18.1 15.9 12.0 11.0 12.0 11.7 13.9增刊Ⅰ汪光焘等: 城市规划大气环境影响多尺度评估技术体系的研究与应用 147野外观测试验, 研究城市地区的气象条件特征和污染扩散规律. 欧洲地区以英国一些著名大学牵头, 在自然环境研究基金资助的城市重建与环境计划(URGENT)中实施了一项城市气象计划(UWERN) (1999~2006)[5], 重点研究城市边界层三维结构特征、城市下垫面的多尺度非均匀性及其陆面过程对天气与气候的影响. 在由中国气象科学研究院徐祥德研究员主持的以首都及周边地区大气-水-土污染机理为背景的国家重点基础研究中[6], 北京城市大气边界层结构特征及其对大气穹隆形成影响研究占了显著的基础研究地位. 这些都反映了学术界对城市气象条件及大气环境研究的重视. 但是, 城市规划对气象条件及大气环境的影响及其评估研究却开展的较少.本文从这一需求出发, 首先在高分辨地理信息数据的基础上, 建立了城市规划大气环境影响多尺度数值模拟系统, 提出了多尺度评估指标体系, 由此构成了城市规划大气环境影响多尺度评估技术体系, 并在城市规划编制(北京城市化发展)及奥林匹克公园两种规划方案优选工作中进行了应用.1 城市规划大气环境影响多尺度数值模拟系统的建立针对城市下垫面的多尺度非均匀特征, 建立了由以下3组模式构成的模拟系统(如图3所示).1.1 城市尺度模拟分系统模式[7~8]可供200 km×200 km 区域(北京市域)范围和45 km×45 km 北京市区范围使用, 网格距可变, 水平格距小至0.5~4.0 km 可分辨. 模式由一个三维非静力精细PBL 模式和一个区域中β尺度气象模式及空气污染物输送扩散模式组成, 是一个具有诊断和预报功能的城市数值模拟系统. 模式中针对城市的具体特点作了以下3点特殊考虑:(1) 用城市建筑物对风场的拖曳力(拖曳因子)替代常用的粗糙度(z 0)处理方案, 以精确考虑城市建筑物对风场的拖曳作用. 即在水平风速分量u , v 和湍流动能E 的方程中分别加入由建筑物引起的拖曳力项, 以考虑次网格建筑物对风速和湍流动能的面积平均影响, 如方程(1)~(3)所示. 其它模式方程及求解方法不变.(),u d DuF C A z u u Dt=− (1) (),v d DvF C A z v v Dt=− (2)33(),E d DE F C A z u v Dt⎡⎤=++⎢⎥⎣⎦ (3)这里, F u , F v , F E 分布代表相应方程中原来的右端项. C d 为拖曳系数, A (z )为建筑物表面积密度, 即垂直于风向的建筑物表面积与网格体积之比. 由方程(1)~(3)可以看出, 动量方程中的拖曳力和湍能方程中的湍能产生项线性地依赖于拖曳系数C d 的大小, 所以拖曳系数的取值就至关重要. Brown 等研究表明[9]: 拖曳系数的值与次网格建筑物的数量、间距、高度、形状以及来流角度等多种因素有关, 取值范围在0.7~1.5之间. 本项研究参照Brown 等[9]在其模拟研究中取C d = 1.0的做法, 效果良好. 由以上方程可以看出, 在位于建筑物高度以下的网格点上, A (z ) > 0, 次图3 城市大气多尺度数值模拟系统示意图148中国科学D辑地球科学第35卷网格建筑物对风速的拖曳力与风速方向相反, 使风速减小; 湍能产生项为正, 即次网格建筑物使湍能增大. 在位于建筑物高度以上的网格点上, A(z) = 0, 故方程与原来相同. 由此可见, 用拖曳力法考虑城市建筑物影响的处理从原理上是合理的, 并且不象粗糙长度方法那样只是把次网格建筑物的影响作为边界条件, 而是将其影响加入到大气内部. 所以这种方法在大气近地层有较高的分辨率, 可以求解建筑物高度以下的流场及湍流场, 以满足高时空分辨率的空气污染预报的需求.(2) 引入城市人为热源, 以考虑城市的特殊热力影响. 在地面温度的预报方程中加入人为热源项Q anth = (N cηc+ N EηE )/Δs, 其中Δs是网格面积, N c, N E分别是网格中单位时间消耗的煤和电的量, ηc, ηE分别是网格中单位量的煤和电所产生的释放到大气的热量, 并假定这部分热量只加到地面温度的预报方程, 而对周围空气没有加热作用.(3) 应用由地理信息系统(GIS)取得的城市环境含建筑物等方面的参数, 提高了模拟需要的基础资料的精细高效能.1.2 小区尺度模拟分系统该模式[10~11]具有三维非静力高分辨特性, 取E-ε湍流闭合方案. 除考虑空气动力学作用外, 还引入了作为城市特征的街区建筑物布局及其高度、朝向和对短波辐射的遮蔽以及不同地表利用类型等特征影响,用强迫-恢复法计算地面温度, 同时加入了污染物平流扩散方程. 模式适用于约1 km×1 km或2 km×2 km区域范围, 网格距可变, 水平格距小至10 m可分辨.模式针对城市小区的特点, 作了以下4点特殊处理:(1) 短波辐射方案. 模式中采用一种虚拟的次网格二维差分格式计算由建筑物的高度、朝向造成的太阳辐射遮蔽. 建筑物朝向β =π −arctgH Hx y⎛⎞∂∂⎟⎜⎟⎜⎟⎟⎜∂∂⎝⎠,式中H是建筑物高度(m). 对建筑物遮蔽处理的基本思路是: 根据某时刻的太阳高度角和时角求得该时刻的太阳方位角, 然后求得此方位角上的遮蔽角, 将求得的遮蔽角与该时刻的太阳高度角相比较, 若遮蔽角大于此时的太阳高度角, 则判断被遮蔽. 对于城市小区地面, 在某方位上周围建筑物的遮蔽角即为该方位上的射线与横、纵网格线交点处的建筑物高度对计算点形成的仰角的最大值. 若地面被建筑物遮蔽, 或建筑物被自身遮蔽, 则其太阳辐射量取为没有被遮蔽处到达地面的短波辐射的0.6倍, 即认为被遮蔽处所得到的散射辐射和反射辐射为短波辐射的0.6倍.(2) 地面温度的计算. 模式采用强迫-恢复法计算地面温度. 为了更确切地处理不同下垫面性质对热量平衡的影响, 根据土地的利用状况, 将下垫面划分成5种类型: 混凝土(包括柏油路面)、水面、草地、树木、裸土, 分别给定不同的下垫面参数.(3) 对建筑物表面热力状况分布(温度)的处理. 模式中对建筑物表面温度作了简化处理, 在计算地面温度时计算建筑物温度. 基本思路是: 把建筑物垂直投影到地面, 作为一种特殊的混凝土下垫面来处理. 根据屋顶材料, 将屋顶(建筑物混凝土)下垫面分成3种类型: 混凝土、玻璃、瓷砖.(4) 高分辨资料的应用. 模式中用到4种资料: 建筑物高度、地表利用类型、屋顶材料及空气污染物的排放源资料, 均由高分辨的地理信息系统(GIS)资料及车流量资料处理得到. 并考虑了不同地表利用类型的处理.1.3 街道单体建筑物尺度模拟分系统本模式可用来模拟由城市建筑物单体或其他典型构造的建筑物构成的实际街渠中的气流结构,并进而为计算污染物的扩散提供有效的气流场数据. 模式模拟的水平格距分辨率可达2~5 m, 垂直格距分辨率最小可达1 m[12].2 城市规划大气环境影响多尺度评估指标体系的建立建立城市规划大气环境影响多尺度评估指标体系(以下简称“评估指标体系”)的目的是要提供一个科学的、可操作的评估手段, 以便能对城市规划建设对气象条件及大气环境带来的影响有效地进行多层次多因素的综合评估.由于城市规划建设对气象条件及大气环境的影响是一个复杂的系统和过程, 因此其相应的评估指增刊Ⅰ汪光焘等: 城市规划大气环境影响多尺度评估技术体系的研究与应用149标体系呈现出多目标性和多层次性, 必须采用相应结构来建立.2.1 评估指标体系的构建原则衡量城市规划建设大气环境影响的评估指标体系, 不仅应遵循客观性、科学性、完整性、有效性等普遍原则, 还应满足以人为本、层次性、区域性、可操作性等原则.(1) 以人为本. 城市规划状况、气象条件及大气质量都是与人的生活息息相关的, 是人居环境的一个主要部分, 人在这个大环境中应居于首要地位.(2) 层次性. 指标体系应根据研究系统的结构层次, 由宏观到微观, 由抽象到具体, 如构建目标层－影响层－指标层结构, 在此基础上进行指标分析可以使指标体系结构清晰, 易于使用.(3) 区域性. 不同城市所在的气候区域不同, 不同城市又有不同的具体特点, 因此评估指标体系也应因地制宜, 根据所研究区域的城市特点、气候特点和环境特点, 建立相应的指标体系.(4) 可操作性的原则. 确定评估指标时, 要在尽可能简单的前提下, 采用一些可操作性强的、易于量化计算的、容易获取的、可靠性强的并且能真正反映城市规划对气象条件及大气环境影响的定量指标. 减少难以精确计算或数据取得极为困难的定量指标, 尽量不使用或少使用定性指标.2.2 评估指标体系的总体框架参照层次分析法[13]并遵循上述构建原则, 可以把城市规划-气象条件-大气环境归结成一个层次体系, 该体系由目标层、影响层、指标层3个层次构成. 最高层的综合评估指标表明了城市规划对气象条件及大气环境的影响程度, 综合评估指标向下分解为具体体现该项指标的亚指标, 再向下是最低层的单项评估分指标. 评估指标体系的总体框架如图4所示.(1) 城市尺度评估指标. 针对城市尺度评估范围的特点, 从环境气象条件和污染物扩散两个方面, 确定了热岛强度(I1: <2.5, 2.5~3.5, 3.5~4.5, 4.5~5.5, >5.5℃分别对应5至1级)、混合层高度(I2: <150, 150~350, 350~600, 600~900, >900 m分别对应1至5级)、逆温层持续时间(I3: <2, 2~6, 6~10, 10~12, >12 h 分别对应5至1级)、小风区分布(I4: 风速小于1 m·s−1区域所占的面积百分比<20%, 20%~40%, 40%~60%, 60%~80%, >80%分别对应5至1级)、自净时间(I5: 污染物瞬时排放扩散到小于一定浓度(如初始源强浓度的1%)所需的时间<30, 30~40, 40~50, 50~60, >60 min 分别对应5至1级)等5个评估分指标, 将以上分指标进行加权, 获得城市尺度的综合评估指标:I = 0.3×I1 + 0.1×I2 + 0.1×I3 + 0.1×I4 + 0.4×I5.(2) 小区尺度评估指标. 针对小区尺度评估范围的特点, 充分考虑环境气象条件和污染物扩散等对人类活动的影响, 确定了人体舒适度(I1: 人体感受为“较舒适”(如舒适度指数在30~90)的区域所占的面积百分比<20%, 20%~40%, 40%~60%, 60%~80%, >80%分别对应1至5级)、行人舒适度(I2: 由行人感受为“较舒适”(如风压<0.039 kg·m−1·s−2)的区域所占的面积百分比来衡量, 分级标准同I1)、地面污染物浓度(I3: 由地面大气污染级别为“优”和“良”(如SO2, 即浓度小于0.15 mg/m3)的区域所占的面积百分比来衡量, 分级标准同I1)、最高建筑高度以下污染物浓度(I4: 由最高建筑物高度以下立体空间中大气污染级别为“优”及“良”的区域所占的体积百分比来衡量, 分级标准同I1)、建筑物表面污染物浓度(I5: 由建筑物表面大气污染级别为“优”及“良”的区域所占的面积百分比来衡量, 分级标准同I1)、自净时间(I6: 与城市尺度评估指标的I5类似)等6个评估分指标, 将以上各个分指标进行加权, 获得小区尺度的综合评估指标:I = 0.2×I1 + 0.1×I2 + 0.1×I3 + 0.1×I4 + 0.1×I5 + 0.4×I6.(3) 单体尺度评估指标. 针对单体尺度评估范围的特点, 从环境气象条件和污染物扩散两个方面, 确定了建筑物对风场影响度(I1: 用建筑物高度以下部分区域中风速小于初始风速80%区域所占的比例来衡量, 分级标准同小区尺度评估指标I1)、建筑物表面污染物浓度(I2: 同小区尺度评估指标I5)、污染物总量(I3: 由评估区域内污染物总量与单位时间污染物排放量之比来衡量. 根据各方案该指标的计算值, 由好到差分为5至1级)等3个评估分指标, 将以上各个分指标进行加权, 获得单体尺度的综合评估指标:I = 0.2×I1 + 0.4×I2 + 0.4×I3.150中国科学 D 辑地球科学第35卷图4 城市规划对气象条件及大气环境影响评估指标体系3 城市规划大气环境影响多尺度评估技术体系的应用“城市规划建设大气环境影响评估系统”的建成在解决城市规划、污染控制问题上进行了积极探索. 在城市规划中充分体现以人为本的理念, 使对人居环境的综合评价既在宏观-规划建设总体布局又在微观-单体建筑物布局两个方面都有切实可信的科学依据; 对传统规划观念也带来了冲击, 从而为不断更新规划观念、优化城市规划布局、创建良好生态环境、提高城市污染控制能力提供了技术手段, 因此本项目的推广应用将有助于改变原有的传统观念, 使城市规划大气环境影响评估工作在科学性、定量化等方面上一个新台阶.在课题研究过程中已进行了应用, 如奥运场馆、增刊Ⅰ汪光焘等: 城市规划大气环境影响多尺度评估技术体系的研究与应用 151前三门地区改造等, 在这些重大项目的规划设计方案对大气环境影响的评估和污染控制等方面提出了科学、客观、量化的评价. 课题完成后又进行了珠江三角洲城市群协调发展规划、大连市开发区战略规划、江门市战略规划、云南曲靖市规划等项目中进行大气环境影响评估工作. 下面以北京城市发展和奥林匹克公园两种规划方案的评估为例说明城市规划大气环境影响多尺度评估技术体系的应用.3.1 北京城市发展大气环境影响评估利用城市尺度模式, 分别对1980, 2000年北京市现状和2020年北京市总体规划方案进行大气环境影响模拟试验, 并对各年代的模拟结果进行了分析比较与评估. 其中在污染物扩散模拟试验中分别在首钢、垡头设立了两个典型污染源.3.1.1 数值模拟试验方案在挑选试验个例时, 我们最为关心的是易形成严重污染的天气条件, 因而从2000年1和7月份不利于污染物扩散的典型日中各选一天, 作为模拟试验的初始天气条件. 模拟所需的三维初始资料是由北京地区20个测站的实测地面气象资料和观象台测站的探空资料经过BARNES 客观分析后得到.对1980, 2000, 2020三个年代用市域范围(200 km×200 km 范围、4 km×4 km 水平网格)分别作24小时预报模拟对比试验(1月27日8: 00~1月28日8:00和7月6日8:00~7月7日8:00). 试验中, 市区范围模拟每小时预报的气象场作为市区范围(40 km×40km 范围、500 m×500 m 水平网格)模拟的初始场, 做诊断模拟, 主要分析了近地层的温度场、风场、污染物浓度场及污染扩散自净时间.3.1.2 冬季模拟结果分析(1) 气温. 3个年代热岛(高温区)范围与城区范围基本吻合(图5). 热岛面积(图中266K 包围区域) 2000年最大(33%), 1980年其次(23%), 2020年(22%)比1980年略小.(2) 混合层高度. 在边界层大气中, 逆温层下湍流混合强烈, 可以把混合层高度视作污染物可能被大气湍流稀释、扩散所能影响的垂直范围. 混合层高度越高, 大气的湍流稀释作用越强, 污染浓度越低. 表2结果显示, 2000年混合层高度最低(154 m), 2020年和1980年较高一些.(3) 逆温层持续时间. 3个年代之间差异在一小时之内(表2), 其中2000年的逆温层持续时间较长, 2020年持续时间较短.(4) 风速. 风速是影响污染物扩散快慢最重要的因子, 小风区(小于1m/s)范围的大小在一定程度上反映了区域对污染物扩散的影响能力, 风速越大越有利于污染物的扩散, 反之则容易形成污染物的堆积. 从小风区范围来看(用其占整个区域的面积百分比表示, 图略), 1980年最大, 为44%, 2000年最小, 为36%.(5) 污染物. 污染物影响范围2000年最大(11%),1980年次之, 2020年最小.(6) 自净能力. 在3个年代中, 2000年的自净时图5 3个年代冬季2 m 高度气温分布图从左至右依次为1980, 2000, 2020年, 单位: K152中国科学 D 辑地球科学第35卷表2 不同年代冬季模拟结果比较热岛年代强度/℃面积/%混合层高度/m逆温层持续时间/h小风区范围/%污染物影响范围/%自净时间/min1980 3.26 23 197 10.2 44 9 32 2000 3.64 33 154 10.7 36 11 36 2020 3.1022 20410.140830间最长, 2020年最短.3.1.3 夏季模拟结果分析(1) 气温. 与1980年比, 2000年城区热岛面积略有扩大. 2020年城区热岛面积则比2000年有所缩小(图6).(2) 混合层高度. 1980年和2020年较高, 2000年略低.(3) 风速. 与冬季不同, 夏季大部地区风均较小, 2020年小风区范围最大.(4) 污染物. 各年代污染物影响范围与冬季情况类似, 2000年最大, 2020年最小(见表3).3.1.4 综合评估利用城市规划大气环境影响评估系统, 计算了3个年代不同季节的评估指标(表4). 结果表明: 综合考虑两个季节的评估指标, 2020年规划方案的评分最高, 达4.1; 其次是1980年; 2000年的评分比1980年略低.(1) 在冬季不利于污染物扩散的典型天气条件下, 与1980年相比, 2000年的热岛强度和面积、自净能力、逆温层持续时间均普遍偏高, 混合层高度偏低, 其冬季综合指标(3.3)要小于1980年(3.5). 因此, 2000年的气象条件较1980年更加不利于污染物的扩散, 对污染物扩散的模拟也得出了同样的结论. 与2000年相比, 2020年的热岛强度和面积、自净能力、小风区范围、污染物影响范围及逆温层持续时间普遍偏低, 混合层高度偏高, 其冬季综合指标为 4.0(大于2000年的值). 因此, 相对于2000年, 2020年的气象环境条件更有利于污染物的扩散.图6 3个年代夏季2 m 高度气温分布图从左至右依次为1980, 2000, 2020年, 单位: K表3 不同年代夏季模拟结果比较热岛年代强度/℃面积/%混合层高度/m小风区范围/%污染物影响范围/%1980 2.88 26 515 88 10 2000 2.77 26 500 88 12 2020 2.3823 553 959。

5 大气环境影响评价分析

大气环境影响评价则以数学模型的预测结果为依据进行分析与评价。本章在对大气环境影响评价基础理论进行概述的基础上,重点介绍了依据环境影响评价技术导则对大气环境质量进行的现状调查和评价的方法与要求,依据大气环境影响评价工作等级合理应用估算模型 (AERSCREEN)以及进一步预测模型 (AERMOD、 ADMS、CALPUFF、Austal2000、光化学网格模型)进行预测评价等内容。
5.1 基础知识
5.1.5大气污染物扩散预测基本模型
式中, C 为污染物浓度,mg/m3; Q 为单位时间的排放量 (即排放率或源强),mg/s; σy 为y 轴水平方向扩散参数,m; σz 为z 轴垂直方向扩散参数,m; u 为平均风速,m/s,一般取烟囱出口处的平均风速。值得注意的是σy,σz 都是x是x 的函数。通常表示成如下形式:σy =γ1xα1 ,σz =γ2xα2 , γ1、γ2、α1、α2 是与大气稳定度等有关的常数。
5.1 基础知识
5.1.5大气污染物扩散预测基本模型
5.1.5.1高斯扩散模型
在大气环境影响评价的实际工作中最普遍应用的是高斯扩散模型,也称高斯烟团或烟流模型、高斯正态扩散模型,简称高斯模型。其采用非网格、简化的输送扩散算法,没有复杂化学机理,一般用于模拟一次污染物的输送与扩散,或通过简单的化学反应机理模拟二次污染物。
5 大气环境影响评价
大气污染物在环境影响评价技术导则中分为基本污染物与其他污染物。污染物在大气中的分布水平与释放源的排放方式和排放强度有关,同时受制于大气的输送和扩散过程。大气环境评价工作的内容与深度取决于评价等级,而评价等级的确定主要依据于建设项目的排放工况、环境因素以及环境管理要求,目前主要是通过估算模式计算的最大地面质量浓度增量占标率确定。

环境管理-第五章大气环境影响评价精品

第五章大气环境影响评价
第一节大气环境污染与大气扩散第二节开发行为对大气环境的影响识别第三节大气环境影响评价
第五章大气环境影响评价
第一节大气环境污染与大气扩散
一、大气环境污染
概念：所谓大气污染，是指大气中有害物质的数量、浓度和存留时间超过了大气环境所允许的范围。即超过了空气的稀释、扩散的能力，使大气质量恶化，给人类和生态环境带来了直接或间接的不良影响。
11）放射性物质人为排放源有：核反应堆、核废料储藏库
12）温室气体（如：二氧化碳、甲烷、氯氟烃）人为排放源有：二氧化碳：燃料燃烧、尤其是使用煤炭、石油和天然气的发电厂甲烷：采煤、气体泄漏、垃圾填埋场氯氟烃：制冷设备在生产、使用和废弃时气体泄漏
二、大气扩散过程
大气湍流大气湍流指的是大气的无规则运动，是大气污染物稀
的源，如工艺过程中的无组织排放、储存堆、渣场等排放源；线源：污染物呈线状排放或者由移动源构成线状排放的源，如城市道路的机动车
排放源等。
体源：由源本身或附近建筑物的空气动力学作用使污染物呈一定体积向大气排放
的源，如焦炉炉体、屋顶天窗等。
大气污染源分类
一、大气环境污染（三）大气污染物
指分散在气体介质中，以液体或固体微粒为分散相，粒径大部分小于lμm的微粒。它具有胶体性质，对光线有散射作用。根据气溶胶物理状态的不同可分为粉尘、烟、雾等。
大气的污染具有量微和易变的特点。空气的总量是很大的，但其中
污染物质的含量甚微，常用mg／m3，或 ppm 来表示，大气中污染物质
的量随着时间、空间的变化而变化。
※※※补充资料：常见12种大气污染物的人为排放源
1）二氧化硫 SO2：人为排放源有：以煤和石油为燃料的火力发电厂、工业锅炉、垃圾焚烧、生活取暖、柴油发动机、金属冶炼厂、造纸厂等