第二章 第2节大气中污染物的迁移.

H—烟囱的有效高度（烟轴高度，由烟囱几何高度Hs和烟流抬升高度ΔH组成， 即H=Hs+ΔH），ΔH：烟囱顶距烟轴的距离，随x而变化的。
(2) 有效源高计算
有效源高H，系指烟流中心线距地面的高度；为烟囱
高度HS与烟羽抬升高度 △ H之和， H= HS+ △ H。
抬升高度△
H计算式：烟羽抬升主要取决于两个方面， 一是烟羽排出时的初始动量和浮力；二是周围大气的性质。 通常采用经验或半经验公式计算得到。
2.天气形势与地理地势的影响
天气形势对迁移扩散影响的几点说明： 天气形势是指大范围气压分布的状况，局部地区的气象 条件总是受天气形势的影响；

局部地区的扩散条件与大范围的天气形势互相关联；
某些天气系统与区域性大气污染有密切联系，不利的天 气形势和地形特征结合在一起常常可使某一地区的污染程 度加重。 一个例子： 在大气环流中，在北纬30°形成的下沉气流，常使 其内部气温绝热升高，形成下沉逆温层。
乱流的形成：
动力乱流（湍流） 乱流 热力乱流（对流）
动力乱流：有规律水平运动的气流遇到起伏不平的地形扰
动所产生的，也称为湍流；
热力乱流：也称为对流，起因于地表面温度与地表面附近
的温度不均一，近地面空气受热膨胀而上升，随之上面的 冷空气下降，从而形成对流。
在摩擦层内，有时以动力乱流为主，有时动力乱流与热力
最有利于辐射逆温发展的条件是平静而晴朗 的夜晚。
云和风能减弱辐射逆温。 风速超过2-3 m/s，逆温就不易形成。

形成条件：白天日照强烈，夜间天空晴朗无风、无云。
ABC-白天温度层结曲线；FEC-夜间层结曲线；DBC-清晨层结曲线.
日出后地面温度上升， 逆温层近地面处首先破坏， 自 下而上逐渐变薄，最后消失。
H＝ ＝ vs d T Ta (1.5 2.68105 p s d) Ts u
3 4 589 －283 5 3 1 . 5 2 . 68 10 100 10 4 4 589 ＝21(m)
由于稳定度为E级，可将计算出的烟羽升高度值减少15 ％，即： H ＝ 21×85％ ＝ 18 (m) 距烟囱下风向600m处SO2 浓度（即高架连续点源地面轴 线浓度，y = 0 、z = 0)：

依正态分布假定和地面对烟流的反射作用，由全反射原理推 导可得出下风向任一点的浓度分布。
c —污染物浓度，g/m3 Q—源强， g/s；指污染物排放速率,与空气中污染物质的浓度成正比。 ū —烟囱高度处的平均风速，m/s； σy—侧向扩散参数，污染物在y方向分布的标准偏差，是距离y的函数，m； σz—竖向扩散参数，污染物在z方向分布的标准偏差，是距离z的函数，m；

(3) 扩散参数的确定


P－G曲线法 Pasquill根据常规气象资料：风速、云量、云状和日照等， 将大气扩散稀释能力分为A、B、C、D、E、F六个稳定度 等级。 y z 与下风向距离S Gifford建立了不同稳定度等级下， 的函数关系，并绘制成P－G曲线图。见P52图2-26.
方法要点： 大气分成A---F共六个稳定度等级 （依据气象参数：云、日照、风速······） x--σ y曲线（六条），（分别对应A、B····F稳定度级）
不同稳定度状况下的最大混合层高度
实线：实际大气气温随高度的递变 虚线：干燥气块温度随高度的变化
a图：白天，正常大 气中气块沿干绝热线 膨胀而上升，所达到 的最大混合层高度；
b图：为夜间稳定大气 时的最大混合层高度， 在这种情况下最大混 合层高度明显低；
c图：是白天有逆 温出现时的最大 混合层高度。
乱流共存，且主次难分。这些都是使大气中污染物迁移的 主要原因。
不同稳定度状况下的最大混合层高度
大气中，一理想的处于平衡状态的气块，受到周围大气 温差带来的浮力作用，产生向上（或向下）的加速度运动， 推导可得：
结论： 受热气块不断向上运动，直到T’与T相等，气块与周 围大气达到中性平衡。这时所相应的高度，定义为对流 混合层上限，或称为最大混合层高度（MMD)。

Holland公式：
Vs实际状态烟流出口速度，m/s； d烟囱出口直径,m； Ts Ta分别是烟气出口温度和环境大气温度，K; P大气压，Pa；
Qh烟气热释放率，J/s,单位时间排出烟气的热量；
ū烟囱口高度处的平均风速，m/s Holland公式比较保守，适用于中性大气条件，特 别在烟囱高、热释放率比较强的情况下。 Holland建 议稳定时减小10％～20％ ，不稳时增加10％～20％。
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 y 和 z
4. 高架连续排放点源下风浓度计算实例
例：某火力发电厂的烟囱高20m，顶部直径4 m，SO2 发生 率为270g/s，烟囱出口处风速为3m/s，烟气温度598K，地面风 速2.1 m/s，风向为西南。如果烟囱顶部的气温为283K，地面气 压为100×103 pa，烟囱高度处的风速为4m/s ，问在清晨日出 时，距离烟囱600 m处，SO2 的浓度是多少？ 解：根据给定的条件，查表2－4, 得当时大气稳定度为E 级, 由 图2－26查得下风向600m处的 y 为34 m，z为14 m ，由 Holland 公式计算出烟羽升高度：
H2 c( x、 0、 0、H )＝ {exp( )} 2 2 z u y z Q 20 182 270 ＝ exp 2 3.14 2.1 3414 2 14 ＝0.0022 ( g / m3 )
四、影响大气污染物迁移的因素
大气污染迁 移的影响因素


(3)山谷风
山谷风是山区山坡和谷地受热不均而产生的一种局 地环流；

白天受热的山坡把热量传递给其上面的空气，使坡 上空气比同高度的谷中空气温度高，比重轻，产生上 升气流；同时，谷底中的冷空气沿坡爬升补充上升空 气流下的空间，便形成由谷底流向山坡的气流，称为 谷风；

夜间情况相反，山坡上的空气温度下降较谷底快， 山坡上的冷空气沿坡下滑形成山风。
不稳定的大气：如果层结大气使气块趋于继续离开原 来位置，则称层结是不稳定的，Γd<Γa������ ������
中性的大气：介于上两者之间，Γd=Γa
研究大气垂直递减率，可用于判断，气块稳定情况， 气体垂直混合情况，考察污染物扩散情况。
三、大气污染数学模式
1.高架连续点源大气污染模式 （1）烟流模型基本公式 基本假定: – 坐标系（见p50图2-25） 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）
根据逆温形成的过程不同，可分为两种：

近地面层的逆温 自由大气层的逆温
动力条件
热力条件
辐射逆温

平流逆温
融雪逆温
乱流逆温 下沉逆温
地形逆温
锋面逆温
辐射逆温：地面因强烈辐射作用而冷却降温, 形成的近地面层大气逆温现象。
辐射逆温产生特点：


因地面强烈辐射冷却降温而形成。
该逆温层多发生在距地面100-150 m 高度内。
(2)城郊风
在城市中心，企、事业单位和居民燃烧大量燃料，使大量 热能被排入到大气中，造成市区温度比郊区高，这个现象称 为城市热岛效应。

城市热岛上暖而轻的空气上升，四周郊区的冷空气向城市 流动，便形成了城郊环流； 在城郊环流作用下，城市和郊区排放的烟尘等污染物被聚 积在城市上空，形成烟幕，导致市区大气污染加剧。
二、大气稳定度
1、概念������

������
指气层的稳定度，即大气中某一高度上的气块 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。
2大气稳定度状况 稳定的大气：当大气中某一气块在垂直方向上有一个 小的位移，如果层结大气使气块趋于回到原来的平衡 位置，则称层结是稳定的，Γd>Γa ������ ������ Γd: 干绝热垂直递减率。 Γa：大气垂直递减率。
地理地势对迁移扩散的影响
由于不同地形地貌之间的物理性质存在着很大差异， 从而引起热辐射状况在水平方向上分布不均匀；

上述热力差异在弱的天气系统条件下有可能产生局地 环流。诸如海陆风、城郊风和山谷风等。

(1) 海陆风
海洋由于大量海水，其表面温度变化缓慢，而大陆表 面温度变化剧烈； 受地表辐射的影响，白天陆地上空的气温增加得比海面 上空快，在海陆之间形成指向大陆的气压梯度，较冷的空 气从海洋流向大陆形成海风； 夜间情况相反，陆地上空的空气流向海洋生成陆风。

海陆风
热 气 流 上 冷 气 流 下 降
升
海
洋
陆
地
海风
冷
气 流 下 降 热 气
流
上 升
海
洋
陆
地
陆 风
海陆风
陆风
热
陆
地
海 风
海陆风
海陆风对空气污染的影响： 一是循环作用；处在局地环流之中的污染源，污染物有可 能循环积累达到较高的浓度，直接排入上层反向气流的污 染物，有一部分会随环流重新带回地面，提高了下层上风 向的浓度。 二是往返作用；在海陆风转换期间，随陆风输向海洋的污 染物会被发展起来的海风带回陆地。

山谷风
山谷风：谷风
山谷风：山风
山区地形逆温的特点
山区辐射逆温因地形作用而增强，夜间冷空气沿坡 下滑，在谷底聚积，逆温发展的速度比平原快，逆温 层更厚，强度更大。

因地形阻挡，河谷和凹地的风速很小，更有利于逆 温的形成，因此山区全年逆温天数多，逆温层较厚， 逆温强度大，持续时间也较长。