大气污染物扩散中稳定度判定方法概述

这里日间的日射强的对应于中纬度（ 如英国） 盛夏晴天阳光充足的中午， 而日射弱的则相应于隆 冬时的晴天中午。此种方法比较简便， 只需要风速、 云量、 日射程度等资料， 就可以简单判定大气稳定度
收稿日期： ２ ０ １ １－ ０ ３－ １ ０ ； 改回日期： ２ ０ １ １－ ０ ６－ ０ １ 作者简介： 刘强（ １ ９ ８ ４－ ） ， 男（ 汉族） ， 新疆乌鲁木齐人， 助理工程师， 环境影响评价与水土保持研究． Ｅ－ ｍ ａ ｉ ｌ ： ｌ ｉ ｕ ｑ ｉ ａ ｎ ｇ １ ３ ７ ＠１ ６ ３ ． ｃ ｏ ｍ Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ａ ｒ ｉ ｄＭ ｅ ｔ ｅ ｏ ｒ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， ２ ０ １ １ ， ２ ９ （ ３ ） ： ３ ５ ５－ ３ ６ １
ｃ ｏ ｓ （ １ ５ｔ ＋λ－３ ０ ０ ） ］
（ ４ ）
由计算所得的太阳高度角 式中 λ为当地经度， ｈ 由太阳辐 θ 和观测所得的云量确定太阳辐射等级，
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Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ａ ｒ ｉ ｄＭ ｅ ｔ ｅ ｏ ｒ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， ２ ０ １ １ ， ２ ９ （ ３ ） ： ３ ５ ５－ ３ ６ １
。它表示在大气
层中的个别气块是否安于原在的层次， 是否易于发 生垂直运动， 即是否易于发生对流。大气稳定度可 表明大气湍流的强弱， 并和大气的对流发展密切相 关。在研究污染物在大气中的迁移转化规律里， 大 气的稳定度是很重要的， 大气是否稳定直接影响到 大气扩散的强弱， 比如说大气越不稳定， 其扩散能力 越强， 污染物在大气中稀释越快。在大气湍流扩散 问题中， 常用大气稳定度作为反映湍流状况、 扩散速 率强弱的主要指标。因而如何客观、 合理地确定稳 定度是长期以来人们一直研究的问题。目前， 已经 有很多专家对稳定度进行过研究， 本文对常用的稳 定度判定方法进行了总结。
第２ ９卷 第 ３期 ２ ０ １ １年 ９月
文章编号： １ ０ ０ ６－ ７ ６ ３ ９ （ ２ ０ １ １ ）－ ０ ３－ ０ ３ ５ ５－ ０ ７
干 旱 气 象
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ａ ｒ ｉ ｄＭ ｅ ｔ ｅ ｏ ｒ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
Ｖ ｏ ｌ ． ２ ９ Ｎ ｏ ． ３ Ｓ ｅ ｐ ｔ ， ２ ０ １ １
大气污染物扩散中稳定度判定方法概述
刘 强
（新疆维吾尔自治区水利水电勘测设计研究院， 新疆 乌鲁木齐 ８ ３ ０ ０ ０ ０ ）
摘 要： 大气稳定度方法主要分为 ２大类： 第一类是基于常规气象资料， 利用地面风速、 云量、 日照强 度等资料对大气稳定度进行判定， 此种方法主要针对开阔平坦乡村地区， 资料采用城郊气象站或飞机 场气象站的气象观测资料， 并未考虑特殊的下垫面， 如城市、 山地、 水面等的动力和热力因子对稳定度 的影响， 只是半定量地给出稳定度扩散级别。第二类是基于高空气象资料， 利用温度和风速的垂直分 布情况， 综合考虑动力因子和热力因子对稳定度的作用， 更好地反映出风、 温度等气象要素对大气稳 定度的影响。 关键词： 大气稳定度； 温度； 风速 中图分类号： Ｐ ４ ２ １ 文献标识码： Ａ
１ 大气稳定度的判定方法
到目前为止大气稳定度的判定方法主要分为 ２ 大类： 第一类是基于常规气象资料， 利用地面风速、 云量、 日照强度等资料对大气稳定度进行判定； 第二 类是基于高空气象资料， 利用温度和风速的垂直分 布情况， 对大气稳定度进行判定。现将这 ２类方法 中的常用方法做简单阐述。
３～ ５ ５～ ６ ＞ ６
第 ３期
刘 强： 大气污染物扩散中稳定度判定方法概述
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射等级和地面风速确定稳定度扩散级别， 见表 ５ 。 这里， 方法的主要修改适应了我国大量地面气象观
测站无云高观测资料的情况， 而仅以总云量和低云 量来确定太阳辐射等级。
表５ 太阳辐射等级和大气稳定度的等级 Ｔ ａ ｂ ． ５ Ｇ ｒ ａ ｄ ｅｏ ｆ ｓ ｏ ｌ ａ ｒ ｒ ａ ｄ ｉ ａ ｔ ｉ ｏ ｎａ ｎ ｄｔ ｈ ｅｒ ａ ｎ ｋｏ ｆ ａ ｔ ｍ ｏ ｓ ｐ ｈ ｅ ｒ ｉ ｃｓ ｔ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ
注： 云量（ 全天空 １ ０分制） 观测规则见中国气象局编制的《 气象观测规范》 第３ ． ３节； 地面风速（ ｍ／ ｓ ） 系指离地面 １ ０ｍ高度处 １ ０ｍ ｉ ｎ 平均风速， 如使用气象台（ 站） 资料， 其观测 规则与中国气象局编制的《 地面气象观测规范》 第 ８章相同。
（ ４ ） 城市稳定度分类法（ Ｌ Ｄ）
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干 旱 气 象
度的扩散级别， 如表 ４所示。
表４ Ｔ ｕ ｒ ｎ ｅ ｒ 的稳定度分级方法
２ ９卷
的状况。但此类方法也有一定局限性， 主要是针对 开阔平坦乡村地区， 比如城郊或飞机场的气象观测 而言的， 未考虑特殊的下垫面， 如城市、 山地、 水面等 的动力和热力状况， 半定量地给出稳定度扩散级别。 （ ２ ） Ｐ－ Ｔ法 Ｔ ｕ ｒ ｎ ｅ ｒ （ １ ９ ６ １ ）
［ ６ － ８ ］ Ｌ ｕ ｄ ｗ ｉ ｇ 提出了城市（ 包括城郊） 稳定度分类
总云量 ／ 低云量 ／ ≤４ ≤４ ５～ ７ ／ ≤４ ／ ≥８ ≤４ ／ ５～ ７ ≥５ ／ ≥８ ≥８ 地面风速 ／ （ ｍ／ ｓ ） ． ９ ≤１ ２～ ２ ． ９ ３～ ４ ． ９ ５～ ５ ． ９ ≥６ ＋ ３ Ａ Ａ～ Ｂ Ｂ Ｃ Ｄ ＋ ２ Ａ～ Ｂ Ｂ Ｂ～ Ｃ Ｃ～ Ｄ Ｄ 夜间 － ２ － １ － １ ０ ０ 太阳高度角 ｈ θ ｈ ５ ° ≤１ θ － １ ０ ０ ０ ０ １ ５ ° ＜ ｈ ５ ° ≤３ θ ＋ １ ＋ １ ０ ０ ０ 太阳辐射等级 ＋ １ Ｂ Ｃ Ｃ Ｄ Ｄ ０ Ｄ Ｄ Ｄ Ｄ Ｄ － １ Ｅ Ｅ Ｄ Ｄ Ｄ － ２ Ｆ Ｆ Ｅ Ｄ Ｄ ３ ５ ° ＜ ｈ ５ ° ≤６ θ ＋ ２ ＋ ２ ＋ １ ０ ０ ｈ ６ ５ ° θ＞ ＋ ３ ＋ ３ ＋ １ ＋ １ ０
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为太 式中， 为ｈ φ为地理纬度， δ θ 太阳高度角， 阳赤纬（ 亦称太阳倾角） ， 并有 ω为时角， ｔ －１ ２ ）×１ ５ ° ω ＝（ （ ２ ） Ｔ ｕ ｒ ｎ ｅ ｒ 提出分级方法时， 原是以 １ ， ２ ， ３ ， ４ ， ５ ， ６ ， ７级分别对应 Ｐ ａ ｓ ｑ ｕ ｉ ｌ ｌ 分级方法的 Ａ ， Ｂ ， Ｃ ， Ｄ ， Ｄ～ Ｅ ， Ｅ ， Ｆ类。２种分级方法的原理是相同， Ｔ ｕ ｒ ｎ ｅ ｒ 的分 级方法定量较为确切， 只要有地面风速、 云量和云高 这里 ｔ 为地方时。赤纬可根据天文年历查得。 ， 由 由太阳高度角判定日射强度与等级方法见表 ２ 太阳高度角 ｈ θ 辅以天空状况判定日射等级的方法 见表 ３ 。
ｈ （ ° ） θ／ 日射强度 日射等级 ＞ ６ ０ 强 ４ ３ ５～ ６ ０ 中等 ３ １ ５～ ３ ５ 轻度 ２ ５ ≤１ 微弱 １
的观测资料， 就可以客观地定出稳定度扩散级别， 可 以由计算机完成分级工作。所以到目前为止， 它仍 是实际工作中最常用的方法。 （ ３ ） Ｐ ·Ｓ 法（ 国家标准中给定的方法） ２ ０世纪 ７ ０年代开始， 在我国的环境保护研究 实践中， 曾相当广泛地应用扩散曲线法确定扩散参 数。并根据国情作出了修改与总结， 将其纳入国家
［ ２ ， ４ ］
最后根据确定的日射等级和地面风速给出稳定
Ｔ ａ ｂ ． ４ Ｔ ｕ ｒ ｎ ｅ ｒ ’ ｓ ｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄｆ ｏ ｒ ｓ ｔ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙｇ ｒ ａ ｄ ｕ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
引进了一个用太阳高度角来
地面风速 ｍ／ ｓ ） （ ＜ ２ ２～ ３ ３～ ５ ４ Ａ Ａ～ Ｂ Ｂ Ｃ Ｃ ３ Ａ～ Ｂ Ｂ Ｂ～ Ｃ Ｃ Ｄ ２ Ｂ Ｃ Ｃ Ｄ Ｄ
引 言
大气稳定度是指气块受任意方向扰动后， 返回 或远离平衡位置的趋势和程度
［ １ ］
１ ）Ｐ ａ ｓ ｑ ｕ ｉ ｌ ｌ 法 （
［ ２ － ３ ］ Ｐ ａ ｓ ｑ ｕ ｉ ｌ ｌ （ １ ９ ６ １ ） 利 用 常 规 观 测 的 风 速、 云
量、 日射程度等资料将大气稳定度分为 ６个稳定度 的扩散级别， 即Ａ ， Ｂ ， Ｃ ， Ｄ ， Ｅ ， Ｆ类， 依次规定分属极 不稳定、 不稳定、 弱不稳定、 中性、 弱稳定、 稳定级别。 有时对极稳定情况定义为 Ｇ类。另外， 可更为细致 地采用 Ａ～ Ｂ ， Ｂ～ Ｃ ， Ｃ～ Ｄ ， Ｄ～ Ｅ ， 和 Ｅ～ Ｆ类， 其稳 定度扩散状况取 ２类间的内插值， Ｐ ａ ｓ ｑ ｕ ｉ ｌ ｌ 的稳定度 分级方法见表 １ 。
日射等级 １ Ｃ Ｄ Ｄ Ｄ Ｄ ０ Ｄ Ｄ Ｄ Ｄ Ｄ － １ Ｅ Ｄ～ Ｅ Ｄ Ｄ Ｄ － ２ Ｆ Ｅ Ｄ～ Ｅ Ｄ～ Ｅ Ｄ
判定日射强弱的更好且定量的规范方法， 以给出稳 定度扩散级别。某时某地的太阳高度角按下式计 算： ｓ ｉ ｎ ｈ ｉ ｎ ｓ ｉ ｎ ｏ ｓ ｃ ｏ ｓ ｃ ｏ ｓ φ δ＋ｃ φ δ ω θ ＝ｓ （ １ ）
２ ， ５ ］ Ｂ ／ Ｔ１ ３ ２ ０ １－ ９ １作为规范使用 ［ 。 标准 Ｇ
、 Ｂ 、 Ｃ 、 Ｄ 、 Ｅ 、 Ｆ类， 首 为确定稳定度扩散级别 Ａ 先， 按下式要计算时日的太阳倾角（ 即赤纬 δ ） ： ． ０ ０ ６ ９ １ ８－０ ． ３ ９ ９ ９ １ ２ｃ ｏ ｓ θ ０ ０ ＋０ １ ． ０ ７ ０ ２ ５ ７ｓ ｉ ｎ － ０ ． ０ ０ ６ ７ ５ ８ｃ ｏ ｓ ２ θ θ ８ ０ ０ ０ · δ＝ π ＋０ ． ０ ０ ０ ９ ０ ７ｓ ｉ ｎ ２ ０ ． ０ ０ ２ ６ ９ ７ｃ ｏ ｓ ３ θ θ ０－ ０ ＋０ ． ０ ０ １ ４ ８ ０ｓ ｉ ｎ ３ θ ０ （ ３ ） ３ ６ ０ ｄ ｎ 式中 θ （ ° ） ， ｄ ， ２ ， ３ ， ０ ＝ ｎ 为一年中日期序数 １ ３ ６ ５ …， ３ ６ ５ 。然后由下式计算太阳高度角 ｈ ， 即 θ ｈ ｒ ｃ ｓ ｉ ｎ ［ ｓ ｉ ｎ ｓ ｉ ｎ ｏ ｓ ｃ ｏ ｓ φ δ＋ｃ φ δ θ ＝ａ
表１ Ｐ ａ ｓ ｑ ｕ ｉ ｌ ｌ 的稳定度分级方法 Ｔ ａ ｂ ． １ Ｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄｏ ｆ ｓ ｔ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙｃ ｌ ａ ｓ ｓ ｉ ｆ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎｆ ｒ ｏ ｍＰ ａ ｓ ｑ ｕ ｉ ｌ ｌ
日间日射程度 地面风速 ／ （ ｍ／ ｓ ） ＜ ２ ２～ ３ 强 Ａ Ａ～ Ｂ Ｂ Ｃ Ｃ 中 Ａ～ Ｂ Ｂ Ｂ～ Ｃ Ｃ～ Ｄ Ｄ 弱 Ｂ Ｃ Ｃ Ｄ Ｄ Ｅ Ｄ Ｄ Ｄ Ｆ Ｅ Ｄ Ｄ 夜间天空状况 薄云遮阴天或 ／ １ ０ 低云≤４ 云量≤３ ／ １ ０
表２ 由太阳高度角 ｈ θ 确定日射强度与等级 Ｔ ａ ｂ ． ２ Ｄ ｅ ｔ ｅ ｒ ｍ ｉ ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎｏ ｆ ｔ ｈ ｅｓ ｏ ｌ ａ ｒ ｒ ａ ｄ ｉ ａ ｔ ｉ ｏ ｎｉ ｎ ｔ ｅ ｎ ｓ ｉ ｔ ｙ ａ ｎ ｄｉ ｔ ｓ ｒ ａ ｎ ｋｂ ｙｔ ｈ ｅｓ ｏ ｌ ａ ｒ ｅ ｌ ｅ ｖ ａ ｔ ｉ ｏ ｎａ ｎ ｇ ｌ ｅ
表３ 日射等级确定规则 Ｔ ａ ｂ ． ３ Ｒ ｕ ｌ ｅ ｓ ｏ ｆ ｄ ｅ ｔ ｅ ｒ ｍ ｉ ｎ ｉ ｎ ｇｔ ｈ ｅｓ ｏ ｌ ａ ｒ ｒ ａ ｄ ｉ ａ ｔ ｉ ｏ ｎｒ ａ ｎ ｋ
时间 天空状况 日射等级 ０ － ２ － １ １ ２ ３ ４ １ ０ ０
不论日间或夜间 总云量 １ ０ ／ １ ０ ， 而且云高 ＜ ２０ ０ ０ｍ 夜 间 总云量≤４ ／ １ ０ 总云量 ＞ ４ ／ １ ０ 日 间 ｈ ５ ° ≤１ θ １ ５ ° ＜ ｈ ５ ° ≤３ θ ３ ５ ° ＜ ｈ ０ ° ≤６ θ ｈ ６ ０ ° θ＞ 云高 ＜ ２０ ０ ０ｍ的低云量为 ６～ ９ ， 而且： ｈ ６ ０ ° θ＞ ｈ ０ ° ≤６ θ 云高 ＜ ２０ ０ ０ｍ的低云量 ＞ ９ ， 不论 ｈ θ