第五章大气污染与扩散
大气污染物的传输与扩散模拟
大气污染物的传输与扩散模拟在现代城市中，大气污染已经成为一项严峻的问题。
空气中的污染物对人类健康和生态环境造成了极大的影响。
为了解决这一问题，科学家们开始研究大气污染物的传输与扩散规律，并开展各类模拟研究。
大气污染物的传输与扩散受到多种因素的影响。
首先，气象条件是影响大气污染物传播的重要因素之一。
风速、气温和湿度等因素会直接影响大气污染物的传输速度和方向。
风速越大，污染物的传播范围就越广；湿度越高，污染物的浓度就越易被稀释。
其次，地理条件也会对大气污染物的传输与扩散产生重要影响。
城市的地形、高楼大厦等建筑物会影响风的流动，从而影响污染物的扩散。
此外，道路交通、工业排放等人为因素也是大气污染的重要来源，它们直接影响着大气污染物在城市中的传播。
为了研究大气污染物的传输与扩散规律，科学家们利用模型进行模拟研究。
这些模型根据气象条件、地理条件和人为因素等多个因素进行建模，并通过数学计算得出污染物的传输与扩散情况。
这些模型在实际应用中发挥了重要的作用。
例如，在环境保护部门，模型的使用可以帮助监测和评估大气污染物的扩散情况，为制定管控措施提供依据。
在城市规划领域，模型也可以用于预测新建项目对周边环境的影响，从而提前做好环境保护措施。
同时，模型也可以用于指导医疗健康领域的研究，帮助科学家们了解大气污染物对人体健康的潜在危害。
在模拟研究中，科学家们还遇到了一些挑战。
首先，建模需要大量的数据支持，而且这些数据往往来自不同来源，质量和准确性各不相同。
科学家们需要对数据进行采集、整理和校正，以保证模型的可靠性。
其次，建模过程中的参数选择也是一个关键问题。
不同参数的选择可能导致不同的结果，科学家们需要仔细考量，确保模型的准确性和可靠性。
最后，模型的运算也需要消耗大量的时间和计算资源，科学家们需要采用高效的算法和计算平台，以完成模拟研究。
尽管面临诸多挑战，科学家们在大气污染物传输与扩散模拟研究方面取得了重要进展。
他们不断改进和优化模型，提高模拟的准确性和可靠性。
空气污染学 第五章 大气扩散参数
1952—1953年任英国皇家军事科学院教务长。1953年任皇家气象学会主席。
1953—1956年任世界气象组织常务理事。 1960—1966年任英国大地测量及地球物理学全国委员会主席。 1965—1971年任英国自然环境研究委员会主席。
基本高斯扩散公式中，欲计算得出污染物浓度 及其分布则必须知道源强Q，平均风速 u，有效
源高H和大气扩散参数 y , z ，Q, u往往是通过测
量获得或者由工程设计给出。于是，问题归之于
如何给出有效源高和大气扩散参数。
大气扩散参数与稳定度、地形、地面粗糙度等 有关。
2
高斯扩散公式中，风速不太小（>1-2m/s）， x向湍流扩散可忽略不计，仅考虑y向和z向。
（1）风向脉动标准差（EPA，1990）
29
对不稳定类A, B， C, 随风速增加向 中性类移；
对稳定类E, F, 随 风速增加向中性 类移；
30
31
以风速做细致调整，观测数据在粗糙度z0=15cm， 10m高度处测量得到。采样时间为15min。 如果风向发生转折，为了尽量减小风向转折的影响， 应该将长时间段分成小段进行计算，例如将60min的 时间划分为15min一段，最终小时量值：
水平扩散参数
图3.10
垂直扩散参数
曲线的制作依据实测资料和理论原理，对σy采用统计理论 成果，σz采用梯度输送理论成果
20
21
用P—G扩散曲线方法确定扩散参数的步骤是：
根据太阳高度角和云量确定日射等级(见表3.6) ； 根据日射等级和地面风速确定稳定度等级（见 表3.7) ；
环境学概论 第5章 大气污染及防治
本章内容
1 大气中的主要污染物以及危害 2 影响大气污染的主要气象因素 3 除尘装置的种类以及除尘原理、特性
第一节 大气污染及主要污染物
15:34
一、大气圈组成
大气圈约10 000km， 大气物理学和污染物气象学中，大气圈
层的上界为1 200 ~ 1 400km
② 可吸入颗粒物（ PM2.5）：悬浮在空气中，空 气动力学直径小于2.5um的颗粒物
③ PM0.5数量浓度比在 PM2.5中接近90%。PM0.5浓 度与居民健康危害的关系最为显著
15:34
（2）飘尘特点
粒径小，比重也小，可长期漂浮在大气中 易随呼吸进入人体，危害健康 吸附多种污染物，在大气中为化学反应提供
地球大气圈的总质量约6 000×1012t，占地 球总质量的0.0001%左右 大气质量50％集中在下部5km
大气质量75％集中在下部10km 大气质量90％集中在下部30km
外层：大气层的最外层 暖层：又称电离层，顶界约 800~1000km,下部主要由分子氮 组成，上部主要由原子氧组成
1985-1995 酸雨研究
1990-1995 平流层臭氧损耗机制的模拟和模式，编制ODS淘 汰国家方案，微量气体源汇（CH4, DMS, VOC, NH3, N2O）
1996-
机动车排放污染，区域空气质量（O3，PM2.5）
六、我国空气质量日报
空气质量日报的组成：
空气质量指数AQI
首要污染物 ，阿拉斯加火山爆发，使得太阳 辐射量减少10％～20％，
1963年，阿贡火山爆发后，火山灰绕地 球四周，使气温下降，气候异常。
1991年，菲律宾皮纳图博火山两度爆发， 推测火山爆发使得全球降温0.5华氏度。
大气环境污染物的迁移与扩散
大气环境污染物的迁移与扩散大气环境污染物是指在大气中存在的并对环境和人类健康造成负面影响的物质，包括但不限于颗粒物、二氧化硫、氮氧化物、挥发性有机物和重金属等。
这些污染物的迁移与扩散过程对于评估和治理大气污染至关重要。
本文将探讨大气环境污染物的迁移与扩散机制、影响因素及相关治理措施。
一、迁移与扩散机制1.湍流扩散湍流扩散是大气污染物迁移与扩散的主要机制之一。
大气中存在着各种气流运动，如对流和湍流。
污染物的扩散过程会受到这些气流运动的影响，形成不同尺度上的湍流涡旋，使得污染物在大气中的传输产生随机性。
2.稳定层限制稳定层限制是另一个影响大气污染物扩散的重要因素。
稳定层限制时，大气中的温度垂直分布呈现逆温趋势，导致污染物在较低的空间高度上聚集，难以扩散到更高空间层次。
3.地理地形地理地形对大气污染物的迁移与扩散也有显著影响。
山脉、山谷和海洋等地形特征会改变风向和风速，影响大气污染物的传输路径和速度。
二、影响因素1.气象条件气象条件是影响大气污染物迁移与扩散的关键因素之一。
风向、风速、温度和湿度等气象要素都会对污染物的传输路径和速度产生重要影响。
2.排放源强度和位置污染物的排放强度和位置直接决定了污染物释放到大气中的数量和速率。
高排放源和密集排放源会导致周围地区的浓度升高，使得污染物在迁移和扩散过程中产生更大的影响。
3.化学性质不同污染物的化学性质有所不同，这会影响它们的迁移与扩散行为。
一些污染物在不同环境条件下会发生化学反应，形成新的物种，进而影响它们的迁移和扩散特性。
三、治理措施1.源头治理源头治理是最为有效的大气污染物治理措施之一。
通过控制工业排放、交通尾气和机动车污染等措施，减少大气污染物的排放量，从根本上降低污染物的迁移与扩散程度。
2.空气净化技术空气净化技术可以有效去除大气中的污染物，改善空气质量。
常见的空气净化技术包括静电吸附、活性炭吸附和光催化等方法。
3.政策与法规完善的政策与法规对于大气污染物的治理至关重要。
大气污染物扩散模式
扩散参数的确定－P－G曲线法
P－G曲线的应用 根据常规资料确定稳定度级别
*
扩散参数的确定－P－G曲线法
P－G曲线的应用 利用扩散曲线确定 和
*
扩散参数的确定－P－G曲线法
P－G曲线的应用 地面最大浓度估算
*
扩散参数的确定－中国国家标准规定的方法
我国在修订P-T法基础上产生了国家标准法(GB/T 13201-91)。
*
（3）我国“制订地方大气污染物排放标准的技术方法” (GB/T13201-91)中的公式——在没有特别要求时，应优先使用国家标准规定的方法。
*
例：某市远郊区电厂烟囱高160m，烟囱排出口内径5m，排烟速度12m/s。烟气温度135℃，周围大气温度15 ℃。大气稳定度C级，源高处风速6 12m/s。 试分别用霍兰德、布里格斯、国家标准公式计算烟气抬升高度（假设下风向距离x=2km）
*
例：某冶炼厂烟囱高150m，烟气抬升高度75m，SO2排放量1000g/s 。估算风速3m/s，大气稳定度C级时地面最大浓度是多少？发生在什么位置？ （分别用P-G法和国家标准方法计算）
第二步：确定出现地面最大浓度的下风向距离。
第一步：确定出现地面最大浓度的Z向扩散参数。
第三步：确定出现地面最大浓度的y向扩散参数。
*
*
公式中与气象有关的参数取值方法： ū的取值：①取多年平均值；②取某一保证率的值：如已知ū＞3m/s的频率为80%，取3m/s可保证有80%不超标，而地面平均最大浓度可能比规定标准更低。
烟囱出口直径的计算：
*
例：地处丘陵的某炼油厂进行扩建，拟新建一烟囱排放污染物。烟囱排放条件为：出口内径3m，出口速度15m/s，烟温140 ℃ ，大气温度17 ℃ ， H2S排放量7.2kg/h。离该厂2500m处有一城镇，大气中H2S现状浓度是0.5μg/m3，为使该城镇H2S的浓度低于10 μg/m3 ，问要建多高的烟囱才能满足要求？设计风速取3m/s。
大气污染物的垂直分布与扩散特征分析
大气污染物的垂直分布与扩散特征分析大气污染物是当今社会亟需关注和解决的环境问题之一。
城市化和工业化发展迅猛，特别是汽车尾气、工厂废气的排放，导致大量污染物排放到大气中。
了解大气污染物的垂直分布与扩散特征，对于制定有效的治理措施具有重要意义。
大气污染物分布的垂直特征主要受到大气层结的影响。
大气层结指的是大气垂直方向上温度和湿度的变化规律。
一般情况下，大气层结表现为温度随着高度的增加而递减，但在特定的边界层中，可能会发生逆温、层云等现象，从而影响污染物的传输和分布。
根据大气污染物垂直分布的特点，可将大气分为地表层、对流层和平流层。
地表层是指地面接触的那一层大气，人类活动产生的污染物主要分布在这一层。
对流层是指从地表层向上到平流层顶部的那一层大气，这一层大气的物理性质和温度梯度对污染物的传输和扩散起着重要作用。
平流层是指在对流层之上的大气层，这一层的风向风速变化较小，污染物传输较为稳定。
在地表层，大气污染物的分布主要受到局地排放源的影响。
车辆尾气、工厂废气等排放源直接将大量污染物排放到地表层，导致地表层的空气质量下降。
根据气象条件和排放源的位置，地表层污染物的浓度分布呈现出明显的空间不均匀性。
例如，在城市中心区域和交通繁忙地段，污染物的浓度相对较高。
同时，地表摩擦对空气的垂直混合也具有一定的影响，污染物往往呈现较强的局地性分布。
在对流层中，大气层结的变化会对污染物的垂直分布产生重要影响。
一般情况下，对流层的温度随着高度的增加递减，湿度则相对较低。
这种温度梯度使得污染物能够在对流层中上升和下沉，产生垂直混合。
当温度梯度较大时，污染物的垂直分布会较为均匀；而温度梯度较小时，污染物往往会在较低的高度范围内累积，导致污染物容易积聚并对人体健康造成威胁。
在平流层中，污染物的传输受到风向、风速等因素的影响。
平流层具有较为稳定的气象条件，层内大气上升和下沉的速率相对较慢，从而使得污染物有更长的传输距离和时间。
因此，平流层中的污染物往往具有较为广泛的空间分布。
大气污染课后答案5章
第五章 颗粒污染物控制技术基础5.1 根据以往的分析知道，由破碎过程产生的粉尘的粒径分布符合对数正态分布，为此在对该粉尘进行粒径分布测定时只取了四组数据（见下表），试确定：1）几何平均直径和几何标准差；2）绘制频率密度分布曲线。
解：在对数概率坐标纸上作出对数正态分布的质量累积频率分布曲线， 读出d 84.1=61.0m μ、d 50=16.0m μ、d 15。
9=4.2m μ。
81.3501.84==d d g σ。
作图略。
5.2 根据下列四种污染源排放的烟尘的对数正态分布数据，在对数概率坐标纸上绘出它们的筛下累积频率曲线。
污染源 质量中位直径 集合标准差 平炉 0.36 2.14 飞灰6.8 4.54 水泥窑 16.5 2.35 化铁炉 60.0 17.65 解：5.3 已知某粉尘粒径分布数据（见下表），1）判断该粉尘的粒径分布是否符合对数正态分布；2）如果符合，求其几何标准差、质量中位直径、个数中位直径、算数平均直径及表面积－解：在对数概率坐标纸上作出对数正态分布的质量累积频率分布曲线，读出质量中位直径d 50（MMD ）=10.3m μ、d 84.1=19.1m μ、d 15。
9=5.6m μ。
85.1501.84==d d g σ。
按《大气污染控制工程》P129（5－24）m NMD NMD MMD g μσ31.3ln 3ln ln 2=⇒+=；P129（5－26）m d NMD d L g L μσ00.4ln 21ln ln 2=⇒+=； P129（5－29）m d NMD d sv g svμσ53.8ln 25ln ln 2=⇒+=。
5.4 对于题5.3中的粉尘，已知真密度为1900kg/m 3，填充空隙率0.7，试确定其比表面积（分别以质量、净体积和堆积体积表示）。
解：《大气污染控制工程》P135（5－39）按质量表示g cm d S Psv m /107.3623⨯==ρP135（5－38）按净体积表示323/1003.76cm cm d S svV ⨯==P135（5－40）按堆积体积表示323/1011.2)1(6cm cm d S svb ⨯=-=ε。
第五章 大气环评
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热力湍流：温度分布不均引起 机械湍流：风速分布不均及地面粗糙度引 起
2、大气环境预测所需污染气象资料
常规气象资料：年季地面温度、降雨量； 风玫瑰图；月平均风速变化图；小时平均风 速日变化；年季风向、风速、大气稳定度联 合频率图。。。。。。
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低空探空资料：1500m以下的风和气温 资料、逆温情况；风向、风速随高度的变 化；各级稳定度的混合层高度；日混合层 最大高度及对应的大气稳定
18
5
统计分析之前应对监测数据进行严格的审核， 对少数极大、极小值要作科学认真的分析，剔除异 常值，保留真实值， 按照表征大气环境质量特征的指标要求，大气 环境质量现状监测一般须统计时平均浓度 、日均 浓度、年日平均浓度及其相应的超标率、最大超标 倍数等，根据建设项目性质及评价 对象的需要， 可增加季日平均浓度及超标率的统计分析。
•
根据有关原则和方法，论证排气筒设计高度的合理性；
• 以环境效益、经济效益、社会效益相统一为前提，作环 境经济损益分析；
• 根 据以上分析，对厂址选择、建设规模、总图布置等 作合理性分析，提出污染防治措施。
8
一、大气环境影响评价等级划分
1、大气环境影响评价基本过程
大气现状监测 评价区气象条件 评价区地形条件 污染源条件 模 式 计 算 浓度影响值
大气污染扩散
此线源造成的下风向浓度分布是所有点源浓 度贡献之和，等于上式在线源长度上的积分：
（二）风向与线源平行
仍取x轴与平均风向平行，这时，线源作为 地面源的x轴上，设线源源长2x0，坐标原点 与线源中心一致，线源源强为QL，在线源上 取dx→0，dx在下风向的浓度分布为：
那么该线源在下风向的浓度分布为
①首先计算太阳高度角h0
h0＝arcsin［sinφsinδ+cosφcosδcos（15t+λ—300）］
式中 φ为当地的地理纬度； δ为太阳倾角（也称赤纬），可查附表二得到； t为观测时的地方时。 λ为当地经度。
②太阳高度角确定后，参照云量、云高利用下面表 （4－2）确定太阳辐射等级。 ③根据太阳辐射等级和风速，利用下面表（4—3）确 定大气层结稳定度级别。
此标准中对大气扩散稳定度级别的划分采用特纳尔法 （Turner），同时还考虑下垫面状况对扩散的影响，作了 如下规定：
①平原地区的农村及城市远郊区：A、B、C级稳定度直接 由附表二（a）附表二（b）扩散参数幂函数值查算。D、 E、F级稳定度则需要向不稳定方向提半级后查算。
②工业区的城区：A、B级不提，C级提到B级，D、E、F 向不稳定方向提一级半，再按附表二（a）、（b）查算。
⒉ GB3840－83法
我国国家标准《制定地方大气污染物排放标准的技 术原则和方法》（代号GB3840—
83）中，为了便于计算机计算，扩散参数曲线用幂
函数形式表示为：
式中α1、α2，r1、r2是大气层结稳定度函数。对应于 30分钟采样时间的α1、α2，r1、r2值可查附表三（a）、 附表三（b）。
这种湍流混合和交换的结果造成污染物质从 高浓度区向低浓度区输送，使它们逐渐被分 散、稀释，我们称这样的过程为大气污染扩 散过程。下面图（4－1）表示一个烟团在大 小不同的湍涡中的扩散情况。
大气污染物传输与扩散规律研究
大气污染物传输与扩散规律研究一、引言大气污染是一个严重的环境问题，不仅对人类健康产生危害，还对生态系统造成严重破坏。
为了有效应对大气污染问题，研究大气污染物的传输与扩散规律至关重要。
本文将探讨大气污染物的传输路径、主要影响因素以及对环境的影响，旨在为大气污染治理提供一定的参考。
二、大气污染物的传输路径大气污染物的传输路径主要有两种：水平传输和垂直传输。
水平传输指污染物在地表大气中的横向扩散，通常由气流和风向决定。
气流的强弱以及风向的变化会对污染物的浓度分布产生重要影响。
垂直传输则是指污染物在大气中的上下扩散，通常由气流的垂直运动、太阳辐射以及地表条件等因素共同作用。
三、大气污染物传输与气候因素的关系大气污染物的传输与扩散规律与气候因素密切相关。
气温、湿度、气压以及降水等因素对大气污染物的传输和化学反应产生直接影响。
例如，高温天气下，大气中的湿度较低，污染物的扩散能力会增强，浓度较低。
而在潮湿的环境中，大气污染物更容易附着在气溶胶颗粒上，形成雾霾等有害物质。
四、大气污染物传输与地理因素的关系地理因素也是影响大气污染物传输与扩散规律的重要因素之一。
城市化程度、地形地貌、地表覆盖等都会对大气污染物的传播和沉积产生影响。
例如，山脉等地形障碍会阻碍污染物的扩散，导致山区地区的大气污染问题加剧。
而城市中的高楼大厦等建筑物也会影响气流的流动，进一步加重污染物的积累。
五、大气污染物传输与人类活动的关系人类活动是造成大气污染的主要原因之一，同时也是影响大气污染物传输与扩散的重要因素。
工业排放、交通尾气以及农业活动等都会释放大量的污染物，进而对大气环境造成污染。
近年来，伴随着人口增长和经济发展，人类活动对大气污染的影响愈发显著。
六、大气污染物的环境影响大气污染物的传输与扩散规律对环境产生重要影响，不仅影响着空气质量，还会对生态系统和人类健康造成威胁。
大气污染物附着在植被表面会破坏叶片结构，干扰光合作用；沉积在土壤中则会影响土壤的肥力和生物多样性。
第五章 大气环境影响评价
第五章大气环境影响评价1.大气污染：大气因某种物质的介入而导致化学、物理、生物或者放射性等方面的特性改变，从而影响大气的有效利用，危害人体健康或者破坏生态，造成大气质量恶化的现象。
即由于人类活动而使空气环境质量变坏的现象。
2.大气污染源：一个能够释放污染物到大气中的装置。
按来源分为自然和认为污染源，人为污染源又分为工业、交通、农业和生活污染源。
按污染源的几何形状：点、线、面、体源。
按污染物排放时间分：连续、瞬时、间歇源。
按排放形式分：有组织排放，无组织排放。
按几何高度：高架源、地面源。
无组织排放：凡不通过排气筒或通过15m以下的排气筒的排放。
连续点源源强：以单位时间内排放的物质或体积表示。
瞬时源源恰：以排放的总质量或总体积表示。
3.大气污染物：污染源排放到大气中的有害物质。
根据其形成过程，可将其分为一次、二次污染物；根据存在形态，可分为颗粒污染物和气态污染物。
按污染物的种类，分粉尘类，有害气体类，湿雾类，放射性污染，酸雨。
按烟雾分伦敦、光化学烟雾。
颗粒物按粒径分：TSP ≤ 100微米。
PM10≤10微米。
降尘＞10微米。
粉尘＞0.5微米。
4.综合性排放标准和行业性排放标准不交叉执行，先行业，后地方，国家顺序执行。
5.发布空气质量预报的因子：SO2，TSP，PM10。
6.一次污染物：指直接从各种排放源进入大气，在大气中保持其原有的化学性质。
如TSP，NO X，SO2。
7.二次污染物：指在一次污染物之间或大气中非污染物之间发生化学反应。
如光化学烟雾，酸性沉积物，O3。
8.环境空气质量功能区分类：一类区为自然保护区、风景名胜区和其他需要特殊保护的地区；二类区为城镇规划中确定的居住区、商业交通居民混合区、文化区、一般工业区和农村地区。
三类区为特定工业区。
9.《大气污染物综合排放标准》规定了33种大气污染物排放限值，其指标体系为最高允许排放浓度、最高允许排放速率和无组织监控浓度限值。
10.大气环境影响评价：对项目实施的大气环境影响的程度、范围和几率进行分析、预测和评估，提出大气污染防治措施和对项目实施环境监测的建议。
第五章 大气污染扩散
第五章大气污染扩散第一节大气结构与气象有效地防止大气污染的途径，除了采用除尘及废气净化装置等各种工程技术手段外，还需充分利用大气的湍流混合作用对污染物的扩散稀释能力，即大气的自净能力。
污染物从污染源排放到大气中的扩散过程及其危害程度，主要决定于气象因素，此外还与污染物的特征和排放特性，以及排放区的地形地貌状况有关。
下面简要介绍大气结构以及气象条件的一些基本概念。
一、大气的结构气象学中的大气是指地球引力作用下包围地球的空气层，其最外层的界限难以确定。
通常把自地面至1200 km左右范围内的空气层称做大气圈或大气层，而空气总质量的98．2％集中在距离地球表面30 km以下。
超过1200 km的范围，由于空气极其稀薄，一般视为宇宙空间。
自然状态的大气由多种气体的混合物、水蒸气和悬浮微粒组成。
其中，纯净干空气中的氧气、氮气和氩气三种主要成分的总和占空气体积的99.97％，它们之间的比例从地面直到90km高空基本不变，为大气的恒定的组分；二氧化碳由于燃料燃烧和动物的呼吸，陆地的含量比海上多，臭氧主要集中在55～60km高空，水蒸气含量在4％以下，在极地或沙漠区的体积分数接近于零，这些为大气的可变的组分；而来源于人类社会生产和火山爆发、森林火灾、海啸、地震等暂时性的灾害排放的煤烟、粉尘、氯化氢、硫化氢、硫氧化物、氮氧化物、碳氧化物为大气的不定的组分。
大气的结构是指垂直（即竖直）方向上大气的密度、温度及其组成的分布状况。
根据大气温度在垂直方向上的分布规律，可将大气划分为四层：对流层、平流层、中间层和暖层，如图5－1所示。
1. 对流层对流层是大气圈最靠近地面的一层，集中了大气质量的75％和几乎全部的水蒸气、微尘杂质。
受太阳辐射与大气环流的影响，对流层中空气的湍流运动和垂直方向混合比较强烈，主要的天气现象云雨风雪等都发生在这一层，有可能形成污染物易于扩散的气象条件，也可能生成对环境产生有危害的逆温气象条件。
因此，该层对大气污染物的扩散、输送和转化影响最大。
大气中污染物的扩散
五 绿化造林
绿色植物除有调节气候、吸尘、降噪的功效外,还可 吸取大气中的有害的污染物,起到净化大气污染的作 用。针对大气污染区的特点,结合多个绿色植物的特 性,筛选多个对大气污染物有较强的抵抗和吸取能力 的绿色植物,努力扩大绿化面积,既能美化居室环境, 又能大大减少大气污染的危害,是进一步改善大气环 境质量的重要方法。
1．地形和地物的影响 2．山沟风 3．海陆风 4．都市热岛环流
一、重要大气污染物控制技术： （一）烟尘 1.机械式除尘装置 2.袋式除尘装置 3.湿式除尘装置 4.电除尘装置
（二）SO2 1.燃料脱硫
2.燃烧脱硫
3.流化床燃烧脱硫
全方面规划、合理布局 选择有利污染物扩散的排放方式 区域集中供暖、供热 变化燃料构成 绿化造林 大气污染控制技术
对气温垂直递减率与干绝热垂直递减率进行比较 能够判断大气与否稳定。
在对流层中，普通状况下气温随高度的增加而递 减，每上升单位高度气温减少的度数称为气温直 减率，以r表达 。在对流层中，气温直减率平均是 0.65℃/100m，但有时在局部地区气温随高度的增 加而逐步升高，即出现逆温。也有时在局部地区 气温随高度的增加而递减很快。
一、天然水在环境中的循环：
（一）地球上天然水资源的分布
（二）天然水在环境中的循环。
海洋：2500年，深层地下水：1400年，湖泊：17年， 土壤水：1年，河川水：16天，大气水：8天，生物 水：几小时。
二、天然水的水质：
（一）天然水水接触的物质的成分和溶解度；另首先取决于 这一作用进行的条件。
（一）气温垂直递减率 （二）大气稳定度 （三）逆温 （四）影响大气污染物扩散的气象因素
(一)气温垂直递减率
干空气块或未饱和的湿空气块在绝热条
《大气环境学》第五章 特殊条件下的大气扩散
粒径越大，沉降越明显，反射系数越小。
综合修正模式：
C(x,
y, z)
Q 2 u y z
exp
y2
2
2 y
exp
(z
H
vs
2
2 z
x
/
u)
2
exp
(z
H
vs
2
2 z
x
/
u)2
Z
四、最高地面浓度Cm,abs与临界风速 uc
Cm
2Q
e uH 2
z y
u 对Cm有双重影响，在某一风速下会出现最高的地面最大浓度， 此时的风速称为临界风速 uc ，亦称危险风速。
定义：△H = B/u （B为与风速无关的常数）
Cm
e u
2Q Hs
B
/
u
2
z y
Cm u
0
2B u(Hs B / u)
1
Hs
B u
即H c Hs
临界风速
uc
B Hs
Cm,abs
Q
2e ucHs y
Q
2eB y
第五章 特殊条件下的大气扩散
一、颗粒物扩散模式
粒径d＜15μm —— Gauss模式 d＞15μ m —— 倾斜烟羽模式（考虑重力沉降、地面反射）
10 6D+∶(Z+H)
13 6D+(Z+H) ∶
2nD+(Z+H) n=-∞~+∞
污染物在大气中的迁移和扩散
污染物在大气中的扩散与大气稳定度有密切的关系，大气稳定度是指在垂直方向上大气稳定的程 度。假如一空气块由于某种原因受到外力的作用，产生了上升或下降运动后，可能发生三种情况： （ 1 ）当外力去除后，气块就减速并有返回原来高度的趋势，称这种大气是稳定的；（ 2 ）当外力 去除后，气块加速上升或下降，称这种大气是不稳定的；（ 3 ）当外力去除后，气块静止或作等速运 动，称这种大气是中性的。这种大气静力稳定度和大气中污染物的扩散有密切的关系，当大气处于不 稳定状态时，对排放到大气中的污染物扩散作用强烈。反之，大气处于稳定状态时，扩散作用微弱。 大气静力稳定度可根据气温垂直递减率γ和干绝热垂直递减率来判断（图 5 － 3 ）。 当γ > γd时，大气处于不稳定状态 当γ = γd时，大气处于中性平衡状态 当γ < γd时，大气处于稳定平衡状态 逆温时γ <0 ，因此，γ < γd，这种大气处于非常稳定状态，是一种最不利于污染物扩散的温度层 结，在大气污染问题研究中特别引人注目，对流层逆温按其形成原因可分为以下几类。 （ 1 ）辐射逆温：辐射逆温经常发生在睛朗无风或小风的夜晚，由于强烈的有效辐射，使地面和 近地层大气强烈冷却降温，上层降温较慢而形成上暖下冷的逆温现象，辐射逆温全年都可出现，但
在白天由于太阳辐射陆地升温比海洋快在海陆大气之间产生了温度差气压差使低空大气由海洋流向陆地形成海风高空大气从陆地流向海洋形成反海风它们和陆地上的上升气流和海洋上的下降气流一起形成了海陆风局部环流
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第四节 污染物在大气中的迁移和扩散
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2009-12-18
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第五章大气污染扩散第一节大气结构与气象有效地防止大气污染的途径，除了采用除尘及废气净化装置等各种工程技术手段外，还需充分利用大气的湍流混合作用对污染物的扩散稀释能力，即大气的自净能力。
污染物从污染源排放到大气中的扩散过程及其危害程度，主要决定于气象因素，此外还与污染物的特征和排放特性，以及排放区的地形地貌状况有关。
下面简要介绍大气结构以及气象条件的一些基本概念。
一、大气的结构气象学中的大气是指地球引力作用下包围地球的空气层，其最外层的界限难以确定。
通常把自地面至1200 km左右范围内的空气层称做大气圈或大气层，而空气总质量的98．2％集中在距离地球表面30 km以下。
超过1200 km的范围，由于空气极其稀薄，一般视为宇宙空间。
自然状态的大气由多种气体的混合物、水蒸气和悬浮微粒组成。
其中，纯净干空气中的氧气、氮气和氩气三种主要成分的总和占空气体积的99.97％，它们之间的比例从地面直到90km高空基本不变，为大气的恒定的组分；二氧化碳由于燃料燃烧和动物的呼吸，陆地的含量比海上多，臭氧主要集中在55～60km高空，水蒸气含量在4％以下，在极地或沙漠区的体积分数接近于零，这些为大气的可变的组分；而来源于人类社会生产和火山爆发、森林火灾、海啸、地震等暂时性的灾害排放的煤烟、粉尘、氯化氢、硫化氢、硫氧化物、氮氧化物、碳氧化物为大气的不定的组分。
大气的结构是指垂直（即竖直）方向上大气的密度、温度及其组成的分布状况。
根据大气温度在垂直方向上的分布规律，可将大气划分为四层：对流层、平流层、中间层和暖层，如图5－1所示。
1. 对流层对流层是大气圈最靠近地面的一层，集中了大气质量的75％和几乎全部的水蒸气、微尘杂质。
受太阳辐射与大气环流的影响，对流层中空气的湍流运动和垂直方向混合比较强烈，主要的天气现象云雨风雪等都发生在这一层，有可能形成污染物易于扩散的气象条件，也可能生成对环境产生有危害的逆温气象条件。
因此，该层对大气污染物的扩散、输送和转化影响最大。
大气对流层的厚度不恒定，随地球纬度增高而降低，且与季节的变化有关，赤道附近约为15km,中纬度地区约为10～12 km，两极地区约为8km；同一地区，夏季比冬季厚。
一般情况下，对流层中的气温沿垂直高度自下而上递减，约每升高100m平均降低0．65℃。
从地面向上至1～1.5 km高度范围内的对流层称为大气边界层，该层空气流动受地表影响最大。
由于气流受地面阻滞和摩擦作用的的影响，风速随高度的增加而增大，因此又称为摩擦层。
地表面冷热的变化使气温在昼夜之间有明显的差异，可相差十几乃至几十度。
由于从地面到lOOm左右的近地层在垂直方向上热量和动量的交换甚微，所以上下气温之差可达1～2℃。
大气边界层对人类生产和生活的影响最大，污染物的迁移扩散和稀释转化也主要在这一层进行。
边界层以上的气流受地面摩擦作用的影响越来越小，可以忽略不计，因此称为自由大气。
2. 平流层平流层是指从对流层顶到离地高度约55 km范围的大气层，该层和对流层包含了大气质量的99.9 ％。
平流层内空气稀薄，比较干燥，几乎没有水汽和尘埃。
平流层的温度分布是：从对流层顶到离地约22km的高度范围为同温层，气温几乎不随高度变化，约为－55℃。
从22km继续向上进入臭氧带，在这里太阳的紫外辐射被吸收，转化为热能，导致气温随高度增加而上升，到达层顶时气温升高到－3℃左右。
平流层内气温下低上高的分布规律，使得该层空气的竖直对流混合微弱，大气基本处于平流运动。
因此，该层大气的透明度较好，气流稳定，很少出现云雨及风暴等天气现象。
平流层中的臭氧层是80～100km处的氧分子在太阳紫外辐射作用下光解为氧原子，再与其它氧分子化合成臭氧而形成的，其化合作用主要在30～60km处。
从对流层顶向上，臭氧浓度逐渐增大，在22～25km处达最大值，往后逐渐减小，到平流层顶臭氧含量极其微小。
因为40km以上，在光化作用下，由氧化合为臭氧和由臭氧光解成氧的过程几乎保持平衡状态。
在某种环流作用下，臭氧被送到很少光解的高度以下积聚，集中在15～35km高度之间。
通常将22～25km 处称为臭氧层。
3. 中间层中间层是指从平流层顶到高度80km左右范围内的大气层，其空气质量仅占大气质量的10－3。
该层内温度随高度的增加而下降，层顶的温度可降到－93℃左右。
因此，空气的对流运动强烈，垂直方向混合明显。
4. 暖层暖层为中层顶延伸到800km高空的大气层，该层的空气质量只有大气质量的10－5。
暖层在强烈的太阳紫外线和宇宙射线作用下，其气温随高度上升而迅速增高，暖层顶部温度可高达500～2000K，且昼夜温度变化很大。
暖层的空气处于高度电离状态，因此存在着大量的离子和电子，故又称为电离层。
二、气象要素气象条件是影响大气中污染物扩散的主要因素。
历史上发生过的重大空气污染危害事件，都是在不利于污染物扩散的气象条件下发生的。
为了掌握污染物的扩散规律，以便采取有效措施防治大气污染的形成，必须了解气象条件对大气扩散的影响，以及局部气象因素与地形地貌状况之间的关系。
在气象学中，气象要素是指用于描述的物理状态与现象的物理量，包括气压、气温、气湿、云、风、能见度以及太阳辐射等。
这些要素都能从观测直接获得，并随着时间经常变化，彼此之间相互制约。
不同的气象要素组合呈现不同的气象特征，因此对污染物在大气中的输送扩散产生不同的影响。
其中风和大气不规则的湍流运动是直接影响大气污染物扩散的气象特征，而气温的垂直分布又制约着风场与湍流结构。
下面介绍主要的气象要素：1. 气压气压是指大气的压强，即单位面积上所承受的大气柱的重力。
气压的单位为Pa，气象学中常用毫巴(mbar)或百帕（hPa）表示。
定义温度为273K时，位于纬度45o平均海平面上的气压值为1013.25hPa，称为标准大气压。
对于任一地区，气压的变化总是随着高度的增加而降低。
空气在静止状态下，可以用下式表示:(5－1)式中p—气压，Pa；Z—大气的竖直高度，m；ρ—大气密度，kg/m3。
2. 气温气温是指离地面1.5 m高处的百叶箱内测量到的大气温度。
气温的单位一般为℃，理论计算中则用绝对温度K表示。
3. 气湿气湿即为大气的湿度，用以表示空气中的水蒸气含量，气象学中常用绝对湿度、水蒸气分压、露点、相对湿度和比湿等量来表示。
绝对湿度就是单位体积湿空气中所含水蒸气质量，单位为g/m3，其数值为湿空气中水蒸气的密度，表明了湿空气中实际的水蒸气含量。
水蒸气分压是指湿空气温度下水蒸气的压力，它随空气的湿度增加而增大。
当空气温度不变时，空气中的水蒸气含量达到最大值时的分压力称为饱和水蒸气压，此时的空气称为饱和空气，温度即称为露点。
饱和水蒸气压随温度降低而下降，若降低饱和空气的温度，则空气中的一部分水蒸气将凝结下来，即结露。
相对湿度是湿空气中实际的水蒸气含量与同温下最大可能含有的水蒸气含量的比值，也即实际的水蒸气分压与饱和水蒸气压之比，表明了湿空气吸收水蒸气的能力及其潮湿程度。
相对湿度愈小，空气愈干燥，反之则表示空气潮湿。
比湿是指单位质量干空气含有的水蒸气质量，单位是g/kg。
4. 云云是指漂浮在大气中的微小水滴或冰晶构成的汇集物质。
云吸收或反射太阳的辐射，反映了气象要素的变化和大气运动的状况，其形成、数量、分布及演变也预示着天气的变化趋势，可用云量和云高来描述。
云遮蔽天空的份额称为云量。
我国规定将视野内的天空分为10等分，云遮蔽的成数即为云量。
例如：云密布的阴天时的云量为10；云遮蔽天空3成时云量为3；当碧空无云的晴天时，云量则为0。
而国外是把天空分为8等分来，仍按云遮蔽的成数来计算云量。
云底距地面的高度称为云高。
按云高的不同范围分为：云底高度在2500m以下称为低云；云底高度在2500～5000m之间称为中云；而云底高度大于5000m之上称为高云。
5. 能见度能见度是指正常视力的人在当时的天气条件下，从水平方向中能够看到或辨认出目标物的最大距离，单位是m或km。
能见度的大小反映了大气混浊或透明的程度，一般分为十个级别，0级的白日视程为最小，50m以下，9级的白日视程为最大，大于50km。
6. 风风是指空气在水平方向的运动。
风的运动规律可用风向和风速描述。
风向是指风的来向，通常可用16个或8个方位表示，如西北风指风从西北方来。
此外也可用角度表示，以北风为0o，8个方位中相邻两方位的夹角为45o，正北与风向的反方向的顺时针方向夹角称为风向角，如东南风的风向角为135o。
风速是指空气在单位时间内水平运动的距离。
气象预报的风向和风速指的是距地面10m高处在一定时间内观测到的平均风速。
在自由大气中，风受地面摩擦力的影响很小，一般可以忽略不计，风的运动处于水平的匀速运动。
但在大气边界层中，空气运动受到地面摩擦力的影响，使风速随高度升高而增大。
在离地面几米以上的大气层中，平均风速与高度之间关系一般可以利用迪肯(Deacon)的幂定律描述：（5－2）式中u及u1—在高度Z及已知高度Z1处的平均风速，m/s；n—与大气稳定度有关的指数。
在中性层结条件下，且地形开阔平坦只有少量地表覆盖物时，n＝1/7。
空气的大规模运动形成风。
地球两极和赤道之间大气的温差，陆地与海洋之间的温差以及陆地上局部地貌不同之间的温差，从而对空气产生的热力作用，形成各种类型风，如海陆风、季风、山谷风、峡谷风等。
当气压基本不变时，日出后由于地面吸收太阳的辐射，由底部气层开始的热涡流上升运动逐渐增强，使大气上下混合强度增大，因此下层风速渐大，一般在午后达到最大值；而夜间在地面的冷却作用下，湍流活动减弱直至停止，使下层风速减小，乃至静止。
反之，高层大气的白天风速最小，夜间风速最大。
海陆风出现在沿海地区，是由于海陆接壤区域的地理差异产生的热力效应，形成以一天为周期而变化的大气局部环流。
在吸收相同热量的条件下，由于陆地的热容量小于海水，因此地表温度的升降变化比海水快。
白天，阳光照射下的陆地温升比海洋快，近地层陆地上空的气温高于海面上空，空气密度小而上升，因此产生水平气压梯度，低层气压低于海上，于是下层空气从海面上流向陆地，称为海风；而陆地高层空间的气压高于海上，气流由陆地流向海洋，从而在这一区域形成空气的闭合环流。
夜间，陆地温降又比海洋快，近地气层的气温低于海面上的气温，形成了高于海面上的气压，于是下层空气从陆地流向海上，称为陆风，并与高空的逆向气流形成闭合环流。
海陆风的流动示意图如图5-2所示。
海陆风的影响区域有限。
海风高约1000m，一般深入到陆地20～40km处，最大风力为5～6级；陆风高约100～300m，延伸到海上8～lOkm处，风力不过3级。
在内陆的江河湖泊岸边，也会出现类似的环流，但强度和活动范围均较小。
季风也是由于陆地和海洋的地理差异产生的热力效应，形成以一年四季为周期而变化的大气环流，但影响的范围比海陆风大得多。