大气污染物扩散模式
第04章大气污染扩散模型环境保护概论ppt课件
第六节 区域大气环境质量模型
多源大气环境质量模型 区域内大气中某一点的污染物浓度等于背景浓度和各
污染源对该点浓度的贡献值之和：
《制定地方大气污染物排放标准的技术方法》中排放总量 限值的计算方法
第七节 厂址的选择和烟囱的设计
如果用y0表示烟流半宽度，z0表 示烟流半高度，则有：
封闭型扩散模式
计算简化：
熏烟型扩散模式
假设： D 换成hf（垂向均匀分布）；q只包括进入混合层部分，
则仍可用上面公式
熏烟型扩散模式
第五节 城市及山区扩散模式
城市大气扩散模式
1.线源扩散模式
风向与线源垂直时
边缘效应
城市大气扩散模式
2.面源扩散模式
城市大气扩散模式
2. 面源扩散模式（续）
简化为点源的面源扩散模式（续） 形心上风向距x0处有一虚拟点源，其烟流在形心处宽度正好
与正方形宽度相等
烟流宽度：中心线到浓度为中心处距离的两倍
（正态分布：
）
确定 、 之后即可按点源计算面源浓度
城市大气扩散模式
2. 面源扩散模式（续）
窄烟流模式
某点的污染物浓度主要取决于上风向面单元的源强，上风向 两侧单元对其影响很小
定状态，σ较大，即σ与稳定度密切相关。
扩散参数的确定
P－G曲线法
P－G曲线:Pasquill常规气象资料估算；Gifford制成图表
方法要点
将大气稳定度分为6个等级： A — 极不稳定，B —不稳定，C — 弱不稳定， D — 中性，E — 弱稳定，F —稳定。
太阳辐射
稳定级别 下风距离
P-G曲线图 P-G 表
Eutrophication)
Acid Rain
大气污染物气象扩散模型研究
大气污染物气象扩散模型研究引言:大气污染对人类健康和环境造成了严重的影响。
如何准确预测和评估大气污染物的扩散过程成为了环境科学领域的重要研究问题之一。
为了更好地理解和解决这一问题，科学家们开展了大量的研究工作，其中包括大气污染物气象扩散模型的研究。
本文将介绍大气污染物气象扩散模型的研究现状、主要的模型及其应用领域。
一、大气污染物气象扩散模型的研究现状大气污染物气象扩散模型是通过建立数学模型，模拟和预测大气污染物在大气中的传输、扩散和沉降过程。
这些模型基于大气环流、物理过程和化学反应等因素进行计算，以提供精确的大气污染物浓度和传播方向等信息。
目前，大气污染物气象扩散模型研究主要集中在以下几个方面：1.物理参量模型：物理参量模型通过对大气层的物理特性和过程进行建模，如大气环流、湍流扩散和大气边界层等，来描述大气污染物的传输和扩散行为。
常见的物理参量模型包括Gaussian模型、Box模型和Lagrangian模型等。
这些模型基于物理方程和统计学原理，能够较好地模拟大气污染物的传输和扩散过程。
2.数值模拟模型：数值模拟模型是通过将大气分为网格单元，利用数值方法求解运动方程和污染物浓度的方程，来模拟大气污染物的传输和扩散过程。
常见的数值模拟模型包括Eulerian模型、Lagrangian模型和Hybrid模型等。
这些模型基于数值计算方法，能够更加精细地模拟大气污染物的传输和扩散过程。
3.数据驱动模型：数据驱动模型是通过利用大量的观测数据和统计方法，来建立大气污染物的传输和扩散模型。
常见的数据驱动模型包括回归模型、神经网络模型和支持向量机模型等。
这些模型基于数据分析和统计学方法，能够从观测数据中发现污染物的扩散规律，对大气污染进行预测和评估。
二、主要的大气污染物气象扩散模型1. Gaussian模型：Gaussian模型是一种基于统计学原理的物理参量模型，常用于描述大气污染物的传输和扩散过程。
该模型假设污染物浓度服从高斯分布，并考虑大气环流、湍流扩散和大气边界层等因素，能够较好地模拟污染物的传输过程。
大气污染扩散及浓度估算模式概述
大气污染扩散及浓度估算模式概述大气污染是指空气中某些物质或能量的浓度超过了一定的标准，对人类健康、生态系统和环境产生一定危害的现象。
而大气污染扩散及浓度估算模式则是一种基于数学、物理学原理的模拟工具，用来描述和预测大气污染物在大气中的扩散传播过程及其浓度分布情况。
扩散模式的基本原理大气污染物的扩散传播是受到气象条件、地形地貌、大气污染物排放源等多种因素的影响。
因此，扩散模式一般包括了以下几个基本原理：1.对流扩散：大气中的对流运动是造成大气污染物扩散的主要因素之一。
通过对流运动，大气中的污染物会随着空气的流动在近地层逐渐扩散。
2.湍流扩散：湍流是大气中涡动和乱流的运动形式，对大气污染物的扩散传播起着重要作用。
湍流扩散模式一般基于大气边界层内的湍流动力学理论建立。
3.稳定度影响：大气的稳定度会影响大气污染物的扩散情况。
在稳定的大气层中，扩散较小，而不稳定的大气层则容易形成污染物下沉和较大范围的扩散。
4.地形地貌影响：地形地貌会对大气污染物的扩散产生重要的影响，如山脉、山谷等地形特征会对污染物传播产生局部影响。
浓度估算模式的发展随着大气环境科学的发展和计算机技术的进步，大气污染扩散及浓度估算模式得到了长足的发展。
目前，常用的大气污染扩散及浓度估算模式主要包括了以下几种：1.高斯模型：高斯模型是最简单的扩散模型之一，假设大气污染物的传播呈现高斯分布。
其适用于平坦地形、均匀排放源的情况。
2.拉格朗日模型：拉格朗日模型是一种基于粒子运动轨迹的扩散模式，可以更准确地描述污染物的扩散传播路径。
3.欧拉模型：欧拉模型是一种基于流体动力学方程的扩散模型，适用于描述大气边界层内的湍流扩散过程。
4.数值模拟模型：数值模拟模型是最常用的大气污染扩散及浓度估算模式之一，利用数值计算方法对复杂的大气扩散传播过程进行模拟。
应用及展望大气污染扩散及浓度估算模式在环境保护、城市规划、应急响应等领域具有重要的应用意义。
通过对大气污染物的扩散传播过程进行模拟和预测，可以帮助政府及相关部门制定合理的环境政策和控制措施。
大气污染物扩散模式
四、烟流型与大气稳定度的关系
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）
第二节 高斯扩散模式
一、高斯模式的有关假定
（一）坐标系 原点为排放点或高架源排放点在地面上的
三、高架连续点源扩散模式
（一）实际浓度
镜像全反射---->像源法
实源： c(x, y, z, H z)
像源： c(x, y, z, H z)
实源的贡献
c(x, y, z, H ) Qq exp( y2 ) exp[ (z H )2 ]
2 u y z
2
2 y
2
2 y
像源的贡献
c(x,
车流量 Ql = 平均车速 ×每辆车单位时间污染物排放量
c(x,0,0)
2Ql
2 u
z
• exp
H
2 e
2
2 z
（三）形成原因与两种形式 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
二、大气稳定度
（一）概念
指气层的稳定度，即大气中某一高度上的气团在垂直方 向上相对稳定的程度。
受密度层结和温度层结共同作用。
外力使气块上升或下降 气块去掉外力
气块减速，有返回趋势，稳定 气块加速上升或下降，不稳定 气块停在外力去掉处，中性
H
2 2
1
2
（五）地面连续点源扩散模式（令H＝0）：
c(x,
y, z, 0)
u y z
exp[(
y2
2
2 y
大气污染物传输与扩散模型研究方法探索
大气污染物传输与扩散模型研究方法探索大气污染物传输与扩散模型是一种重要的研究手段，用于分析大气中污染物的传输和扩散规律。
它可以通过数学模型和计算方法定量地描述大气中污染物的传播过程，以及对环境和人体健康的影响。
在环境管理和空气质量改善方面，大气污染物传输与扩散模型的研究具有重要的理论意义和实践应用价值。
大气污染物传输与扩散模型的研究方法主要可以分为以下几个方面：1. 模型类型大气污染物传输与扩散模型可以分为统计模型和物理模型两种类型。
统计模型是利用历史监测数据和统计方法建立的数学模型，通过分析数据的空间分布和时间变化特征，建立起大气污染物的传输规律模式。
物理模型是基于物理原理的模型，通过考虑大气的动力学过程和污染物的源排放、输送、转化、沉降等因素，建立了描述大气污染物传输与扩散的方程式。
2. 模型参数大气污染物传输与扩散模型中的参数是模型的基础和关键。
模型参数的确定对模型的准确性和可靠性具有重要影响。
模型参数分为两类：外部条件参数和内部条件参数。
外部条件参数是指影响大气污染物传输与扩散的环境条件，如地形、气象、排放源的特征等。
这些参数可以通过实测数据或者气象模型等途径确定。
内部条件参数是指与大气污染物自身性质相关的参数，如氧化反应速率、湍流强度等。
这些参数一般需要通过实验数据或者文献资料确定。
3. 模型验证模型验证是评估模型准确性的重要手段，也是模型研究的必要环节。
模型验证主要通过与实测数据的比较来进行。
通过与实测数据的对比，可以验证模型的预测能力，并对模型进行修改和改进。
模型验证可以分为定性验证和定量验证两种方式。
定性验证是对模型结果与实测数据进行一致性判断，而定量验证则是通过一些统计指标来评估模型的准确性。
4. 模型应用大气污染物传输与扩散模型的研究应用广泛，涵盖了多个领域。
在环境管理领域，大气污染物传输与扩散模型可以预测和评估大气污染物的潜在风险，为环境规划和决策提供科学依据。
在空气质量改善方面，大气污染物传输与扩散模型可以模拟不同污染源排放情景下的污染物浓度分布，为制定合理的减排措施和制定空气质量标准提供参考。
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。
第三章 第四节大气扩散模式
大气环境污染的扩散
大气环境污染的程度，首先决定于污染源
排放的污染物特性和排放总量，其次还与
气象要素、地形等因素有关，其中以气象
要素的影响最为突出。
一、影响大气污染扩散的气象因素 影响污染物在大气中运动的气象 因素主要有风、湍流、逆温和大 气稳定度等。
1、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。风向是指风吹来的方向。可
用8个方位或16方位表示。风速是指空气在单位时 间内水平运动的距离。 排入大气中的污染物在风的作用下，会沿着下风 向迁移、输送、扩散和稀释，风速越大，污染物 被输送的距离越远，其浓度越低。 大气污染不仅受风向，也受风速的影响。
某一风向频率越大，其下风向受污染的机 率就越高；反之机率越低。也就是说，大 气污染程度与风向频率成正比。 某一风向的风速越大，则下风向的污染程 度越小，因为来自上风向的污染物输送、 扩散和稀释能力加大，使大气中污染物浓 度降低，即大气污染程度与风速成反比。
逆温又静风的条件下。
根据逆温生成的过程，可将逆温分为：
辐射逆温 下沉逆温 平流逆温 锋面逆温
湍流逆温
（1）辐射逆温
在晴空无云（或少云）的夜晚，当风速较小（小于3
米/s）时，地面因强烈的有效辐射而很快冷却，近
地面的气温也随之下降。越接近地面的空气降温越 大，而远离地面的空气降温较小，因而形成了自地 面开始向上的逆温层，如图所示，称作辐射逆温。 随着地面辐射冷却的加剧，逆温逐渐向上扩展，黎
明时达最强。一般日出后，太阳辐射逐渐增强，地
面很快增温，逆温便逐渐自下而上消失。
辐射逆温的生消过程
图为辐射逆温在一昼夜间从生成到消失的过程。 (a)是下午时递 减温度层结；(b)是日落前1h逆温开始生成的情况；随着地面辐 射的增强，地面迅速冷却，逆温逐渐向上发展，黎明时达到最强 (图c)；日出后太阳辐射逐渐增强，地面逐渐增温，空气也随之自 下而上增温，逆温便自下而上的逐渐消失(图d)；大约在上午10 点钟左右逆温层完全消失(图e)。
污染物大气扩散模型构建与应用教程
污染物大气扩散模型构建与应用教程大气污染是全球面临的一项严重问题，其不仅对人类健康和生态环境造成威胁，还对气候和全球变暖产生负面影响。
为了了解和研究污染物在大气中的传输和扩散规律，科学家们发展了各种大气扩散模型。
本篇文章将针对污染物大气扩散模型构建与应用进行详细介绍。
1. 污染物大气扩散模型的基本原理污染物大气扩散模型是建立在大气动力学和污染物输送理论基础上的数学模型。
它通过模拟大气环境中的污染物传输过程，预测和评估污染物浓度分布和扩散范围。
一般而言，污染物大气扩散模型可分为随机模型和确定性模型两类。
随机模型基于概率统计理论，通过考虑风速、大气不稳定度、地形、排放源和污染物本身的特性等因素，采用概率分布函数描述污染物的扩散过程。
其中，最常用的随机模型是高斯扩散模型，它基于高斯曲线假设，将传输过程简化为了扩散、平流等过程。
确定性模型则基于物理和数学原理，通过求解一系列大气动力学方程和污染物传输方程，来模拟污染物的扩散过程。
常见的确定性模型有Box模型、Eulerian模型和Lagrangian模型等。
2. 污染物大气扩散模型的构建与参数选择构建可靠的污染物大气扩散模型需要准确选择和确定一系列关键参数。
首先，要考虑大气条件，包括风速、风向、大气稳定度和地形等因素。
这些参数直接影响污染物传输过程中的平流和湍流扩散效应。
根据实际情况和需求，可以采用风速计、气象站等设备获取风速和风向数据，并通过测站数据、气象预报模型或卫星数据获取大气稳定度等信息。
其次，需要考虑污染物特性和排放源的参数。
不同的污染物具有不同的化学和物理特性，例如挥发性有机物（VOCs）、颗粒物（PM2.5、PM10）等。
确定污染物的溶解度、迁移速率等参数，有助于准确模拟污染物的传输过程。
排放源的位置、排放速率和时间等参数也是模型构建的重要输入。
可以通过实地调查、监测数据或排放源模型来获取相关信息。
最后，还需要确定模型的空间和时间分辨率。
空间分辨率决定了模型的空间尺度和网格精度。
大气污染物迁移与扩散模型的建立与应用
大气污染物迁移与扩散模型的建立与应用大气污染对环境和人类健康带来的威胁日益凸显，因此大气污染物的迁移与扩散模型的建立与应用成为了重要的研究课题。
本文将探讨大气污染物迁移与扩散模型的建立和应用，以期对于解决大气污染问题起到一定的借鉴作用。
1. 大气污染物的来源与影响大气污染物的来源主要包括工业排放、机动车尾气、生物质燃烧等。
这些污染物主要包括PM2.5、二氧化硫、氮氧化物等，对空气质量和人们的健康产生了严重影响。
因此，建立大气污染物迁移与扩散模型，对于准确评估污染源对周围环境的影响具有重要意义。
2. 大气污染物迁移与扩散模型的建立大气污染物迁移与扩散模型的建立需要考虑多种因素，如气象条件、污染源排放量、环境背景等。
其中，气象条件是模型建立的重要参数。
大气污染物的扩散受气象条件的影响较大，包括风速、风向、湍流强度等。
因此，建立一个真实可靠的气象监测系统是模型建立的前提。
此外，污染源的排放量也是模型建立中需要考虑的重要因素。
通过对污染源排放的监测与分析，可以得到准确的排放数据，为模型的建立提供数据支持。
3. 大气污染物迁移与扩散模型的应用大气污染物迁移与扩散模型的应用可以用于估算污染源对周围环境的影响范围和程度。
通过模型的预测，可以了解污染物对不同地区的影响，并根据预测结果采取相应的控制措施。
例如，针对某一工业区的大气污染问题，可以通过模型的分析，确定合理的管控措施，从而减少污染物的排放，提高空气质量。
此外，大气污染物迁移与扩散模型的应用也可以用于评估环境风险。
通过模型的分析，可以评估潜在污染源对周围环境的影响，为环境管理提供科学参考。
例如，在选址某一工厂或厂区时，可以通过模型的计算，评估污染物的迁移与扩散情况，以判断选址是否合理。
4. 大气污染物迁移与扩散模型的局限性与挑战尽管大气污染物迁移与扩散模型具有一定的应用前景，但也面临一些局限性和挑战。
首先，模型建立需要大量的监测数据，而某些监测数据可能存在不完善或缺失的情况，这会影响模型的准确性。
AE大气扩散模型算法
3高斯计算公式
对于在恒定气象条件（指风向、风速、大气稳定度不随时间而变）下的高架点源的连续排放，在 考虑了烟羽在地面的全反射后，下风向任一点的污染物浓度C(x,y,z)可由下式计算：
C(x,
y, z)
Q
1 相关菜单的添加
在空间分析主菜单中添加如下图所示菜单项。
2 大气污染扩散分析窗口的设计
设计一个大气污染扩散分析窗口。
这些Label的 AutoSize属 性设置为： False BorderStyle 属性设置为： Fixed3D
一些主要控件的属性设置如下：
控件编号
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
diffusedParameter50[2].Qz = 0.996;
diffusedParameter50[3].Py = 0.640;
y Py X qy 、 z Pz X qz 是下风距离X及大气稳定度的函数，而下风方向的 距离X是一变量，它是风速和时间的函数。高架电源烟气扩散是三维 扩散过程，x方向上风速较大，以对流扩散为主，y方向和z方向则以弥 散扩散为主。本实例编程只是实现了二维扩散模型。即只是实现了xy 方向上的扩散模拟。
1>大气稳定度的确定
Pasquill根据五类地面风速、三类日间的日射和两类夜间 云量把扩散天气分为6类，即强不稳定、不稳定、弱不稳 定、中性、较稳定和稳定。分别用英文字母A、B、C、D、 E和F表示。
在国标“制订地方大气污染排放标准的技术原则和方法” （GB3840-83）与“环境影响评价技术原则”(HJ/T2.1-93) 中，建议采用下属修订的帕斯奎尔稳定度分类方法。首先 由云量与太阳高度角按表1查出太阳辐射等级数，再由太 阳辐射等级数与地面风速按表2查找稳定度等级。
大气污染物扩散模式
第四章大气扩散浓度估算模式第一节湍流扩散的基本理论一湍流1定义：大气的无规则运动风速的脉动风向的摆动2•类型：按形成原因热力湍流：温度垂直分布不均（不稳定）引起，取决于大气稳定度“匚机械湍流：垂直方向风速分布不均匀及地面粗糙度引起3 •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倍二湍流扩散理论（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•梯度输送理论通过与菲克扩散理论类比建立起来的（菲克定律：单位时间内通过单位断面上的物质的数量与浓度梯度呈正比）类比于分子扩散，污染物的扩散速率与负浓度梯度成正比式中，F —污染物的输送通量k —湍流扩散系数 C —污染物的浓度X —与扩散截面垂直的空间坐标（扩散过程的长度）——浓度梯度:x要求得各种条件下某污染物的时、空分布，由于边界条件往往很复杂，不能求出严格的分析解，只能是在特定的条件下求出近似解，再根据实际情况进行修正。
2•湍流统计理论泰勒首先将统计理论应用在湍流扩散上图4-1显示：从原点0放出的粒子，在风沿着x方向吹的湍流大气中扩散。
粒子的位置用y表示，则结论为：①y随时间变化，但其变化的平均值为零②若从原点放出很多粒子，则在x轴上粒子的浓度最高，浓席分布以x轴为对称轴，并符合正态分布。
萨顿实用模式：解决污染物在大气中扩散的实用模式高斯模式：应用湍流统计理论得出正态分布假设下的扩散模式3•相似理论第二节高斯扩散模式坐标系的建立一右手坐标系二高斯模式的有关假定1污染物浓度在 y 、z 轴上的分布为正态分布;f (y)二1 二八2二exp(-22 2)2rf(z)二exp(匚 z • 2 二化合、分解及地面吸收、吸附 & - x f 丿，CX1原点0:无界点源或地面源， 0为污染物的排放点高架源，0为污染物的排放点在地面上的投影点补充：点源高架源 连续源 固定源 线源 地面源间歇源流动源面源2.x 轴：正向为平均风向，烟流中心线与 x 轴重合3. y 轴：垂直于x 轴4. z 轴：垂直于xoy 平面匚y ,匚z —分别为污染物在y 和z 方向上分布的标准差,2•全部高度风速均匀稳定，即风速 U 为常数; 3•源强是连续均匀稳定的，源强Q 为定值；4•扩散中污染物是守恒的，不考虑转化，即烟云在扩散过程中没有沉降、作用发生；—=05•在x 方向上，输送作用远远大于扩散作用，即U \ex6.地面足够平坦。
几种大气污染扩散模式的应用比较
几种大气污染扩散模式的应用比较近年来，由于大气污染问题越来越引人关注，对于大气污染扩散模式的研究也越来越重要。
目前，有多种大气污染扩散模式被广泛应用于大气环境模拟、预测和评估等方面。
本文将对几种大气污染扩散模式进行应用比较，并探讨其各自的特点和局限性。
一、格点模式格点模式是一种利用数值方法离散处理空间和时间的模式，在大气科学中应用广泛。
格点模式将大气分为网格单元，每个单元内只考虑该单元内的大气运动。
由于计算量较小，格点模式可以提供较短时间内的大气污染预测。
然而，格点模式对大气的细节处理相对简化，存在较大的误差，特别是在处理复杂地形和城市复杂气象条件下，误差更大。
二、有限元模式有限元模式常用于模拟气体和流体的传输。
它不仅考虑了大气的空间布局和时间演变，还能模拟氧化反应和化学组分的传输。
相对于格点模式，有限元模式处理大气的细节更加精细，误差更小。
但是，有限元模式仍然存在一些限制，它需要大量的计算，模型运行时间更长。
此外，需要管理大量组分，需要具有更高的数据精度。
三、散射模型散射模型主要应用于颗粒物的传输。
散射模型假设大气颗粒物均匀分布在空气中，并进行传输和扩散。
它可以提供粒子浓度和水平分布等信息。
然而，散射模型本身并不考虑风场和大气环流的影响，仅适用于相对平坦的地形和简单的湍流条件。
总体来说，以上三种大气污染扩散模式都有各自的特点和局限性，需要结合实际应用进行选择。
格点模式的计算速度快，适用于简单气象条件下的大气污染扩散研究。
有限元模式更精细，适用于对大气细节更为精细的模拟分析。
散射模型可提供更加精密的颗粒物传输信息，但需要考虑使用条件。
此外，也可以结合以上三种模式来解决实际问题。
大气污染扩散模型
第一节大气污染物的扩散一、湍流与湍流扩散理论1. 湍流低层大气中的风向是不断地变化，上下左右出现摆动；同时，风速也是时强时弱，形成迅速的阵风起伏。
风的这种强度与方向随时间不规则的变化形成的空气运动称为大气湍流。
湍流运动是由无数结构紧密的流体微团——湍涡组成，其特征量的时间与空间分布都具有随机性，但它们的统计平均值仍然遵循一定的规律。
大气湍流的流动特征尺度一般取离地面的高度，比流体在管道内流动时要大得多，湍涡的大小及其发展基本不受空间的限制，因此在较小的平均风速下就能有很高的雷诺数，从而达到湍流状态。
所以近地层的大气始终处于湍流状态，尤其在大气边界层内，气流受下垫面影响，湍流运动更为剧烈。
大气湍流造成流场各部分强烈混合，能使局部的污染气体或微粒迅速扩散。
烟团在大气的湍流混合作用下，由湍涡不断把烟气推向周围空气中，同时又将周围的空气卷入烟团，从而形成烟气的快速扩散稀释过程。
烟气在大气中的扩散特征取决于是否存在湍流以及湍涡的尺度(直径)，如图5－7所示。
图5－7（a）为无湍流时，烟团仅仅依靠分子扩散使烟团长大，烟团的扩散速率非常缓慢，其扩散速率比湍流扩散小5～6个数量级；图5－7（b）为烟团在远小于其尺度的湍涡中扩散，由于烟团边缘受到小湍涡的扰动，逐渐与周边空气混合而缓慢膨胀，浓度逐渐降低，烟流几乎呈直线向下风运动；图5－7（c）为烟团在与其尺度接近的湍涡中扩散，在湍涡的切入卷出作用下烟团被迅速撕裂，大幅度变形，横截面快速膨胀，因而扩散较快，烟流呈小摆幅曲线向下风运动；图5－7（d）为烟团在远大于其尺度的湍涡中扩散，烟团受大湍涡的卷吸扰动影响较弱，其本身膨胀有限，烟团在大湍涡的夹带下作较大摆幅的蛇形曲线运动。
实际上烟云的扩散过程通常不是仅由上述单一情况所完成，因为大气中同时并存的湍涡具有各种不同的尺度。
根据湍流的形成与发展趋势，大气湍流可分为机械湍流和热力湍流两种形式。
机械湍流是因地面的摩擦力使风在垂直方向产生速度梯度，或者由于地面障碍物(如山丘、树木与建筑物等)导致风向与风速的突然改变而造成的。
污染物扩散模型
污染物扩散模型概述污染物扩散模型是一种用于模拟和预测污染物在大气中的传播和扩散过程的数学模型。
它是环境科学和空气质量管理领域中重要的工具，被广泛用于评估污染物的来源、传输路径、浓度分布和对人类健康和环境的影响。
模型建立污染物扩散模型通常采用数值模拟方法建立，其中最常用的方法包括高斯模型、拉格朗日模型和欧拉模型。
高斯模型高斯模型基于高斯分布理论，通过假设污染物的扩散呈现高斯分布，来预测污染物在空间中的传播和浓度分布。
该模型适用于平坦地表和相对简单的地形条件下的污染物扩散预测。
拉格朗日模型拉格朗日模型基于污染物的运动轨迹来模拟扩散过程。
它采用随机模拟方法，将污染物的源点和初始速度作为输入，通过模拟污染物粒子的运动路径，来预测污染物在空间中的分布。
拉格朗日模型适用于地形复杂、污染源多变或移动的情况。
欧拉模型欧拉模型是一种基于流体动力学原理的模型，它通过对大气流场进行数值模拟，来预测污染物在空间中的传播。
欧拉模型适用于研究大气中较大尺度上的污染物扩散过程，能够考虑地形、气象因素和污染源的作用。
模型输入污染物扩散模型的输入包括以下几个方面：污染源数据污染源数据是指污染物在空间中的来源和排放信息，包括源位点、污染物排放速率、时间和空间分布等。
这些数据通过监测和测量获得，在模型中用于确定污染物的初始条件。
大气条件数据大气条件数据是指影响污染物传播和扩散的气象因素，包括风速、风向、温度、湿度和气压等。
这些数据通常通过气象站观测或数值模拟获得，在模型中用于确定污染物的传播路径。
地形和建筑物数据地形和建筑物数据是指地表和建筑物对污染物传播和扩散的影响。
地形数据包括地表高度、坡度和植被覆盖等，建筑物数据包括建筑物高度、密度和分布等。
这些数据通常通过遥感技术或测量获得，在模型中用于确定污染物的传播路径和浓度分布。
模型输出污染物扩散模型的主要输出包括以下几个方面：污染物浓度分布图污染物浓度分布图是模型预测的污染物浓度在空间上的分布情况。
大气污染物扩散模型研究及应用
大气污染物扩散模型研究及应用大气污染一直是世界性的问题。
各种污染源不断增多，对人们的健康和环境造成了巨大危害。
如何有效地控制大气污染，一直是各国政府、科研机构和媒体关注的焦点。
而大气污染物扩散模型的研究和应用，正成为有效控制大气污染的一种重要手段。
大气污染物扩散模型研究的概述大气污染物扩散模型可以给出污染物浓度的分布、传输和化学反应等信息。
其原理是利用掌握了各种环境参数（如风速、风向、湍流强度、气温、大气压力、相对湿度等）和大气组分的动力学及化学知识，建立数学模型，模拟污染物在大气中的运动、扩散和化学反应过程，以预测空气质量和污染来源。
大气扩散模型的主要类型有：Euler模型、Lagrangian模型和Euler-Lagrangian模型。
其中，Euler模型是通过求解二元方程（即连续质量方程和Navier-Stokes方程）来描述污染物在大气中的输运规律的数值模型，其我们所熟知的复杂数学模型基于丰富的计算化学数据和考虑环境变量的推荐符号来进行计算。
大气污染物扩散模型应用的范围和意义大气污染物扩散模型应用的范围非常广泛。
其在环境污染监测、环境影响评价、污染源排放控制、气象预测、建筑防火设计等领域都有其重要作用。
另外，扩散模型可以评估和标识环境的敏感性，使环境师能够更好地了解环境问题和进行风险评估。
举个例子：在环境影响评价中，大气污染物扩散模型可以预测化工厂扩建工程等的排放对周围环境的影响，帮助规划环境保护和改善措施，减缓环境恶化的影响。
另外，成品油加油站等配有加油站扩建工程中，也需要考虑污染物扩散模型，预测加油站排放对周围环境的影响，避免环境污染和危害。
总之，大气污染物扩散模型的应用具有重要的实践意义，对于有效控制大气污染，保障人类健康和环境品质具有重要作用。
大气污染物扩散模型的研究进展随着各种环境问题的日益严重，大气污染物扩散模型的研究也得到了广泛发展。
近年来，大气污染物扩散模型在以下方面取得了重要进展。
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2
• 平原地区和城市远郊区，D、E、F向不稳定方向提半级
• 工业区和城市中心区，C、D、E、F向不稳定方向提一级
• 丘陵山区的农村或城市，同工业区 • 取样时间大于0.5h， 不变，
z
y y ( 2 )q 1
2 1
例：在C级大气稳定条件下,求高架点源下风向800米处的扩散参数.
2 qL H2 ( x,0,0, H ) exp( 2 ) 2 z 2 π u z sin
有限长线源
2qL H 2 P2 1 P2 ( x,0,0, H ) exp( ) exp( )dP P 2 z 1 2π 2 2 π u z
37
城市大气扩散模式
2.面源扩散模式 大气排放规范里规定条件：烟囱高40m；单个排放量<0.04t/h
像源的贡献
q y 2 ( z H )2 c( x, y , z, H ) exp[ ( 2 )] 2 2 y 2 z 2 π u y z
实际浓度
q y2 ( z H )2 ( z H )2 c( x, y , z, H ) exp( 2 ){exp[ ] exp[ ]} 2 2 2 y 2 y 2 z 2 πu y z
z y
图4-5
图4-4
式4-10
27
例题4-3
计算地面最大浓度.
28
2.中国国家标准规定的方法
• （１）稳定度分类方法
太阳高度角 （式4-29） 辐射等级 稳定度
地面风速
云量
29
2.中国国家标准规定的方法
• （２）扩散参数的选取
• 扩散参数的表达式为（取样时间0.5h，按表4-8查算）
y 1 x a , z x a
32
例4-5
封闭型扩散模式的计算
33
熏烟型扩散模式
假设： D 换成hf（垂向均匀分布）；q只包括进入混合层部分， 则仍可用上面公式
F ( x, y,0, H )
yf
q
p
1 1 exp( P 2 )dP 2 y2 2π exp( 2 ), 2 yf 2π uh f yf
22
例题4-1
计算烟气抬升高度
23
二、扩散参数的确定
• P－G曲线法
Pasquill常规气象资料估算、Gifford制成图表
~ z曲线（六条）（对应A、B......F稳定度级)
24
1.P－G曲线法的应用
• P－G曲线根据常规资料确定稳定度级别
25
1.P－G曲线法的应用
利用扩散曲线确定
H =1.55QH H s u
当QH 21000kW时 x 3x * x 3x * H =0.362QH x u
1/3 1/3 1
H =0.332QH 3/5 H s 2/5
3/5
x*=0.33QH
Hs u
3/5
6 / 5
21
一、烟气抬升高度的计算
2
湍流扩散理论
梯度输送理论、湍流统计理论 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，测量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。
3
湍流扩散理论
2.湍流统计理论
• 研究方法：拉格朗日方法，空间有一微团， 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。
39
山区扩散模式
n
n
山区流场由于受到复杂地形的热力和动力因子影响， 流场均匀和定常的假定难以成立 对风向稳定、研究尺度不大、地形较为开阔及起伏 不大的地区，浓度基本上遵循正态分布规律，只是 扩散参数比平原地区大很多
40
山区扩散模式
• NOAA和EPA模式
• NOAA－以高斯模式为基础，对有效源高进行修正 • EPA－与NOAA相似，只是对所有稳定度级别都进行 了地形高度修正
12
四、地面最大浓度模式
地面浓度模式：取z＝0代入上式，得
y2 H2 c( x, y ,0, H ) exp( 2 ) exp( 2 ) 2 y 2 z πu y z q
地面轴线浓度模式：再取y=0代入上式
H2 c( x,0,0, H ) exp( 2 ) 2 z πu y z q
（3）我国“制订地方大气污染物排放标准的技术法”
( 1 ) 当 Q H 2 1 0 0 k W 和 (Ts Ta ) 3 5 K 时 H n 0Q H n1 H Q H = 0 .3 5 Pa Q V
s n2
u
1
T Ts H 1)
T Ta Ts
(2)当1700 kW Q H 2100 kW 时 Q H 1700 2 400 2 (1 .5 v s D 0 .0 1 Q H ) 0 .0 4 8 ( Q H 1 7 0 0 ) H 1= u u (3)当 Q H 1700 kW 或 T 35K 时 H =H 1 (H 2 (1 .5 v s D 0 .0 1Q H ) u ( 4 ) 当 1 0 m 高 处 的 年 平 均 风 速 小 于 或 等 于 1 .5 m /s 时 H = H = 5 .5 Q H 1 / 4 ( d Ta 0 .0 0 9 8 ) 3 / 8 dz
xy0
xz0
1 y2 H2 ( x , y , 0, H ) exp{ [ ]} 2 2 2 ( y y 0 ) ( z z 0 ) π u ( y y 0 )( z z 0 ) q
y0
W H , z0 4.3 2.15 y 0 1/ 1 xy0 ( ) , x z 0 ( z 0 )1/ 2 1 2
13
四、地面最大浓度模式
考虑地面轴线浓度模式:
C ( x,0,0, H )
Q
随X增大,前一项减小,后一项增大,必然某一X处出现最大值.
u y z
exp(
H2
z
2
)
设
y
z const
dc( x,0,0, H ) 0 d z
地面最大浓度模式：
C max
2Q z 2 uH e y
和
y
z
26
1.P－G曲线法的应用
• 地面最大浓度估算
由 H 和
H z |x xcmax z 2
由 z ~ x 曲线（图4-5）反查出 xcmax 由 y ~ x 曲线（图4-4）查 y 由式（4-10）求出Cmax
H——— 式4-11
σ ———X———σ ———Cmax
查P－G曲线
xD
4-9式计算 地面轴线浓度
2.当 x
D 1 1 dz 1 2 x D ，z向浓度混合均匀，z分布函数为 0 D D 2
c( x, y )
q y exp( 2 ) 2 y 2π uD y
3. xD x 2 xD
x xD
x 2 xD
内插（假定变化为线性），按z值插值
max
z
x x c
H 2
14
四、地面连续点源扩散模式
由高架连续点源模式，令其有效源高H=0而得，即:
15
五、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
(1 a )q y2 ( H vt x / u ) 2 c( x, y ,0, H ) exp( 2 ) exp[ ] 2 2 y 2 z 2πu y z
30
第四节 特殊气象条件下的扩散模式
主要指气象条件与高斯模式不一样（温度层结构均一，实际中 难以实现）
封闭型扩散模式
q ( H 2nD )2 C exp[ ] 2 2 z πu y z
31
封闭型扩散模式
计算简化：
1.当 x xD （尚未到封闭阶段）
z
DH 2 .1 5 s ――烟囱几何高度
烟气抬升
初始动量： 速度、内径
烟温度 －>浮力
H
――抬升高度
19
一、烟气抬升高度的计算
• 抬升高度计算式
（1） Holland公式：适用于中性大气条件（稳定时减小，不 稳时增加10％～20％）
vs D Ts Ta 1 H (1.5 2.7 D) (1.5vs D 9.6 10 3QH ) Ts u u
Holland公式比较保守，特别在烟囱高、热释放率比较强 的情况下误差比较大 。
20
一、烟气抬升高度的计算
（2）Briggs公式：适用不稳定及中性大气条件
当QH 21000kW时 x 10 H s x 10 H s H =0.362QH x u
1/3 2/3 1/3 2/3 1 1
• 由正态分布的假定（1）可以写出下风向任一点 （x,y,z）的污染物平均浓度的分布函数： （4-1） • 由概率统计理论可以写出方差的表达式： （4-2） • 由假定（4）可以写出源强的积分式：
（4-3）
7
二、无界空间连续点源扩散模式
将式（4-1）代入式（4-2），积分后得 (4-4) 将式（4-1）和（4-4）代入式（4-3），积分后得 (4-5) 再将式（4-4）和（4-5）代入式（4-1）中，便得 到无界空间连点源扩散的高斯模式：
8
三、高架连续点源扩散模式
镜像全反射---->像源法
9
镜像全反射---->像源法
n
n
实源： c( x, y, z , H z ) 像源：