第六章城市大气环境4、5、6

3、大气水平运动和湍流
1)、风对大气污染物扩散的作用 污 染物在风的作用下，沿下风向输送、扩散和稀释， 因此，大气污染物受到两方面的影响，即风向和 风速的影响。风向频率越大，其下风向受污染的 机率就越高，因 此，污染的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 就越小，因为来自上风向的污染物的输送、扩散、 稀释的能力加大，使大气中污染物 的浓度降低， 因此，风速与污染的程度成反比，得出一个污染 系数的定义和公式：
2、热力效应
(3)城市效应：城市特殊下垫面的特点造成城市和农村对大气污 染的影响不相同。
①城市温度
②城市的温度层结
③ “热岛”环流：城郊的污染物随环流被带到市区，从而加重 了城市的污染。
三、影响大气污染的其他因素
1、污染源的排放方式和几何形状
污 染源的几何形状分为点源、线源和面源；排 放污染物的持续时间分为瞬时源和连续源； 排放源高度分为地面源和高架源等。不同类 别的源有不同的排放方式，污染物 进入大气 的初始状态也不一样，因而浓度分布也不同， 如工厂烟囱排放当作高架连续点源，繁忙的 公路作为连续线源，城市居民区的家庭炉灶 当作地面面源，把各个 污染源结合在一起考 虑，称为复合源。
1、污染系数
污染系数指一个地区某方向的风向频率与平均风 速的比值。
fi Pi ui
有了污染指数，用它代替风向频率进行规划布局。 具体f和u值的选取可以取最近5年的气象资料平 均值。
风象频率
风象频率
2、污染风频
对污染系数修正的结果
2u0 f pi f i u0 ui
Fpi----i方向的污染风频 Fi----i方向的风向频率 Ui----i方向的平均风速 Uo----该地区各方向平均风速
2、热力效应
由于下垫面性质不同，或地形起伏，使其受热、 散热不均匀，引起的温度场和风场的变化。
(1)山谷风：山谷风的影响是污染物往返积累，形 成很高的浓度。风方向是不稳定的，时而山风， 时而谷风，若有大量污染物排入山谷中，则因风 向摆动而使污染物不易扩散，积聚造成污染。
(2)海陆风：影响是盛行风向带向海洋的污染物， 由于海面上的下沉气流又被带到低层，随海风吹 向陆地，在近海处造成污染。
二、正确处理地形地物与污染的关系
三、加强城市绿化建设
1、城市绿化的功能
1）、净化大气环境
2）、改善城市小气候
3）、改善城市声环境
2、发展城市卫生防护林带 位置选择需要考虑污染源、地形、风场等因 素。
四、发展区域供热，集中供暖。
1、独立供暖的缺点 a) 规模小，数量多，能源效率低； b) 设备落后，排放烟尘量大
4个原则
1. 选择合理风象污染指标
2. 正确处理地形地物与污染的关系
3. 加强城市绿化建设
4. 发展区域供热，集中供暖，供热能源的改 善。
一、选择合理风象污染指标
0、风象 风象是一个地区风向、风频和风速的综合。
主导风向原则的不全面性
风向、风频和风速等单一指标的作用无法对比；
需要考虑各个指标的综合效果。
3)大气的湍流运动
定义：大气的无规则运动称为大气湍流
在实际大气中，往往是大气在短时间内进行着不同尺度的
无规则运动，这种运动叫湍流，它是由大大小小的
“湍涡”组成的。
湍流的扩散能力很强，也就是说，它具有明显的扩散效应。 风速越大，湍流越强，污染物扩散的速度就越快，污 染物的浓度就越低。
4、云和雾
由于云能反射太阳辐射，而减少了地面对太阳辐射能 的吸收(不易增温)；另外，云还能增强大气的逆辐射， 减少地面的有效辐射(不易冷却)，因此，云层的效果 是： 减小气温随高度的变化，(中性天气)不利于污染物的 垂直扩散。 雾像一层厚厚的被子，盖在近地面上，阻挡了污染物 向上扩散。 有利：云雾形成初期，捕获空气中的颗粒物作为凝结 核，降低空气中颗粒物的浓度–––净化空气。
c) 设备多，不利于应用新技术
2、区域供热的优点 a) 规模大，数量少，能源效率高； b) 设备先进，布局合理，烟尘污染少 c) 利于应用新技术。
四、发展区域供热，集中供暖。
1.配合工业对电、热、气的要求，在城 市边缘或负荷中心建立热电厂
2.在新建的居住小区或规模较大的机关、 团体建立中心锅炉房
建筑周围气流分布
辐射逆温，下沉逆温，地形逆温，湍流逆温， 平流逆温。
(a) 正常温度层结 (b) 逆温开始生成，随地面辐射增强，迅速冷却，逐 渐向上发展 (c) 辐射达到最强时为黎明前 (d) 日出后，地面增温，空气自下而上增温，逆温逐 渐消失 (e) 上午10时左右，逆温消失 这种逆温冬季最强，中纬度地区可达200~300m
二、正确处理地形地物与污染的关系
1、山间盆地全年静风、小风多，且常发生 地形逆温和辐射逆温，逆温强度大于平原， 不利于气体向外扩散。不适合设置有污染 的工厂； 2、沿海地区或大型内陆水域周围地区，因 为海陆风形成日变型局地环流。在规划中 应将污染源与居住区二者连成一线平行沿 海岸布置。
3、当山丘两侧分别布置污染工业和居住 区时，必须考虑烟气跨过山丘对居住区 的下旋涡流影响。 4、烟囱高度与对周围建筑物或其他地物 烟气扩散有直接影响，烟囱高度要超过 近旁建筑物高度2.5倍。
高斯烟羽模式假定条件：
5、应用高斯模型估算污染物 浓度，仅适用于平均风速大于 1m/s以上的情况。 6、污染物在空间的分布规律 呈正态分布，即假定污染物的 浓度在烟羽中轴线上最大，离 轴线越远，浓度越低，不论在 水平方向还是在垂直方向，污 染物的分布都服从正态分布规 律。
高斯烟羽模式：
1、污染物的浓度与污染物排放率成正比，排放率 越大，浓度就越高； 2、污染物浓度与平均风速成反比；
S Pr Ii uh
Ii：风的污染指数，S：大气稳定度相对值 Pr：降水量相对值，u：风速相对值，h：湍流 混合层厚度相对值
4、污染概率
一般认为I 值<0.8归于大气清洁类型，I 值>0.8归 于大气污染类型 建议在进行城市规划时，需要对10~20年时间的资 料进行计算，绘制出污染概率风玫瑰图，以便对 城市工业作出合理的布局。
3、风象频率
前提：1~2m/s微风极易产生污染，7~8m/s以上 的风不太产生污染。 采用多年气象统计资料，将风速分为8个等级， 1~7m/s的风速每增加1m/s为一个等级，大于 8m/s的风速为最后一个等级，分别统计每个 方向每级风速出现的频率，最终汇制出封闭 曲线图。
4、污染概率
背景：大气污染与风、大气稳定度、降水强度、 大气热力湍流等因素有关。必须考虑
四、高斯烟羽模式假定条件：
1、烟气是从高架点源连续排放的。 2、污染物扩散是被动，它完全随周围空气一起流动， 烟气中污染物排放到空气中不发生化学反应，从它排 出来到接触地面之间，污染物量既没有损失，也没有 增加。地面不但对污染物不吸收，而且还将污染物完 全反射到大气中去。 3、污染物出在同一类温度层结的大气层中，计算的 扩散范围以不超过10公里为宜。 4、风在空间分布平直并且均匀稳定，不涨落，平均 风速和风向没有显著变化。
污染系数综合了风向、风速的作用，某方位的 风向频率小、风速大，该方向的污染系数就 小，说明其下风向的空气污染就轻，这项气 象条件是选厂址时最重要的依据。厂址应设 在污染系数最小方位的上侧。依据各方位的 污染系数和它的百分率，可以绘制成的污染 系数玫瑰图。
2）水平运动
大气的水平运动通常称为风，它对大气中水分、热量的 传输和天气、气候的演变，对大气中污染物的扩散和 输送起着重要的作用。 风 受着各种力的影响，也是在各种力的作用下产生的。 作用于空气的力有：①由于气压分布不均而产生的气 压梯度力；②由于地球自转产生的地转偏向力；③由 于空气 层之间，空气与地面之间相对运动而产生的 摩擦力；④由于空气作曲线运动所产生的惯性离心力 等，这些力间的不同组合构成了不同形式的大气水平 运动。
气温沿垂直高度的分布可用曲线表示，称为温度 层结曲线，如图有几种情况：
① ②气温随高度的增加而递 减，有利于污染物的扩散。 ③ 气温不随高度变化，为等 温层结。
④气温随高度增加而增加， 称为逆温，不利于大气污染 物的扩散。
2、逆温
①定义：气温随高度增加而增加的现象称为 逆温； ②分类：根据逆温的生成过程，分为五类：
第四节 大气中污染物的扩散
一个区域的大气污染程度取决于该区域内 排放污染物的源参数、气象条件和近地 区下垫面的状况。其中气象条件和下垫 面状况决定了大气对污染物的稀释、扩 散的速率和迁移转化的途径。因此，在 源参数一定的情况下，气象条件和下垫 面状况是影响大气污染的重要因素。
一、气象因素
1、温度层结
5、降水
清洗大气中的污染物，尤其是可溶性的气体 污染物能被降水溶解而从大气中净化。
二、影响大气污染的地理因素
1、动力效应：地形地物 (1)地形 受地形影响，形成具不同特点的局地环流或改变原来的气 流方向，导致对污染物分布及浓度的变化。 (2)过山气流 ①气流下滑；②空气动力“下沉”现象或形成环流；③地 形的屏障作用。 (3)地物： ①城市中高大建筑物阻碍气流运行，背风面形成局地窝旋， 不利污染物扩散，减小平均风速；②风向摆动大，近地层 风场不规则
3、污染物浓度与烟囱有效高度平方成反比；
4、污染物浓度在横向方向和垂直方向均符合正态 分布。
作业
1. 分析在兰州南北两山上开口子能否改善兰州 市的空气质量？
第五节：控制大气环境 污染的规划设计原则
概述
城市大气环境的控制需要城市各个方面的共 同努力才能实现，但是无论是经济规划还是 实体规划，都起到宏观调控的作用，意义重 大。 本节主要介绍实体规划中的原则。
建筑物周边空气污染物的分布
三、影响大气污染的其他因素
2、源强和源高 源强：排放浓度污染的其他因素
烟气排放的方式有