高斯扩散模型几何意义
污染气象学-污染气象04 高斯扩散
1 无限长线源
➢ 风向与其正交
ql(x,y,0;H) 22Q ulzexp(2H 2z2)
Q l 为线源源强，mg/(s.m)
➢风向与线源成交角 时
ql(x,y,0;H )sin2Q 2 l uzexp(2 H 2 z2)
一般 4 5 o不适用
➢ 风向与其平行，只有上风向有贡献，浓度
与顺风位置无关。
Q
1y2 z2
q(x,y,z)2uyzexp[(2(y 2z2)]
物理意义
Q：源强，点、面、线、体源，直接影响 大气稀释因子：重要意义 正态分布形式项：形式分布项
二 有界情形（掌握）
• 镜像全反射---->像源法
–实源：
q(x, y,Hz)
–像源：
q(x, y,Hz)
q 实 (x,y,z； H )2u Q y zex p { 1 2[y2 y 2(zH z 2)2]}
无界情形高架线源：
q l( x ,y ,z ;H ) 22 Q luz• { e x p [ ( z 2 H z 2 ) 2 ] e x p [ ( z 2 H z 2 ) 2 ] }
•[erf(L0y)erf(L0y)]
2y
2y
二 面源扩散公式
➢ 面积较大的面源
由点源沿x和y向积分给出，自上风向半平面
q 像 (x,y,z； H )2u Q y zex p { 1 2[y2 y 2(zH z 2)2]}
总贡献： 源强
有效源高
q ( x ,y ,z ； H ) 2 u Q yze x p ( 2 y 2 y 2 ) • { e x p [ ( z 2 H z 2 ) 2 ] e x p [ ( z 2 H z 2 ) 2 ] }
高斯扩散模型
xo。再由(x0＋x)分布查出σy 和σz，则面源下风向任一处的地面浓度由下式确定：
（5－33） 上式即为点源扩散的高斯模式（5－24），式中 H 取面源的平均高度，m。 如果排放源相对较高，而且高度相差较大，也可假定 z 方向上有一虚拟点源，由源 的最初垂直分布的标准差确定 ，再由 求出 ，由 求出σz，由(x0＋x) 求
二、高斯扩散模式
（一）连续点源的扩散 连续点源一般指排放大量污染物的烟囱、放散管、通风口等。排放口安置在地面的 称为地面点源，处于高空位置的称为高架点源。 1. 大空间点源扩散 高斯扩散公式的建立有如下假设：①风的平均流场稳定，风速均匀，风向平直； ②污染物的浓度在 y、z 轴方向符合正态分布；③污染物在输送扩散中质量守恒；④污 染源的源强均匀、连续。 图 5－9 所示为点源的高斯扩散模式示意图。有效源位于坐标原点 o 处，平均风向 与 x 轴平行，并与 x 轴正向同向。假设点源在没有任何障碍物的自由空间扩散，不考虑 下垫面的存在。大气中的扩散是具有 y 与 z 两个坐标方向的二维正态分布，当两坐标方 向的随机变量独立时，分布密度为每个坐标方向的一维正态分布密度函数的乘积。由正 态分布的假设条件②，参照正态分布函数的基本形式式（5－15），取μ＝0，则在点源 下风向任一点的浓度分布函数为：
（5－31） 式中，s1＝y1/σy，s2＝y2/σy，积分值可从正态概率表中查出。 （三）连续面源的扩散
当众多的污染源在一地区内排放时，如城市中家庭炉灶的排放， 可将它们作为面源来处理。因为这些污染源排放量很小但数量很大，若 依点源来处理，将是非常繁杂的计算工作。 常用的面源扩散模式为虚拟点源法，即将城市按污染源的分布和高低不同划分为若 干个正方形，每一正方形视为一个面源单元，边长一般在 0.5～10km 之间选取。这种方 法假设：①有一距离为 x0 的虚拟点源位于面源单元形心的上风处，如图 5-12 所示，它 在面源单元中心线处产生的烟流宽度为 2y0＝4.3σy0， 等于面源单元宽度 B； ②面源单元 向下风向扩散的浓度可用虚拟点源在下风向造成的同样的浓度所代替。 根据污染物在面 源范围内的分布状况，可分为以下两种虚拟点源扩散模式： 第一种扩散模式假定污染物排放量集中在各面源单元的形心上。 由假设①可得： （5－ 32） 由确定的大气稳定度级别和上式求出的 ，应用 P－G 曲线图（见下节）可查取
高斯扩散模型的适用条件
高斯扩散模型的适用条件1. 高斯扩散模型适用的条件之一就是要有相对稳定的环境呀！就好比在一个平静的湖泊里，水的流动很平稳，这时候高斯扩散模型就能很好地发挥作用啦！比如研究污染物在这样的环境中是怎么扩散的。
2. 它还适用于扩散源比较集中的情况呢！就像一个发光的灯泡，光线从那里散发出来，用高斯扩散模型来分析这种扩散是不是很合适呢？比如火灾中烟雾的扩散。
3. 扩散的物质不能有太奇怪的性质哦！可不是什么都能用高斯扩散模型的，这就像你不能用切菜的方法去绣花呀！比如一些特殊的化学物质可能就不太适用。
4. 要有足够的观测数据支持呀！没有数据就像巧妇难为无米之炊，怎么能让高斯扩散模型大展身手呢？比如对大气中颗粒物扩散的研究就得有大量数据。
5. 时间尺度也很重要呢！如果变化太快或太慢，高斯扩散模型可能就不太好使啦！好比一辆车开得太快或太慢，你都不好判断它的行驶轨迹，比如瞬间爆发的爆炸产生的扩散。
6. 空间范围也得合适呀！太大或太小的空间，高斯扩散模型也会有力不从心的时候呢！就像用小勺子舀大海的水，或者用大桶去装一滴水，比如研究小范围的气味扩散。
7. 系统不能太复杂啦！要是乱七八糟的因素太多，高斯扩散模型可就头疼咯！就像解一团乱麻，得先理清楚呀！比如生态系统中多种生物的相互作用下的物质扩散。
8. 扩散的速度得比较适中呀！太快或太慢，高斯扩散模型就不好把握啦！就像跑步，速度适中你才能更好地观察和分析，比如一些化学反应的扩散速度。
9. 环境不能总是变来变去的呀！一会儿这样一会儿那样，高斯扩散模型也会不知所措的！就像天气一会儿晴一会儿雨，怎么预测呀！比如海洋中水流和温度不断变化时的物质扩散。
10. 边界条件得明确呀！不然高斯扩散模型都不知道该从哪里开始从哪里结束呢！就像跑步没有起点和终点，怎么跑呀！比如研究一个房间内的气体扩散，房间的边界就得清楚。
我的观点结论就是：只有在这些条件满足的情况下，高斯扩散模型才能像一把锋利的宝剑，在研究扩散现象的战场上大显身手呀！。
大气污染物扩散的高斯模型模拟
9.2.2大气污染物扩散的高斯模型模拟：可视化模拟点源大气污染的扩散9.2.2 Gaussian Atmospheric Dispersion Model突发性大气污染事故时有发生，对大气污染扩散进行模拟和分析，有利于减小事故的危害，减轻人员伤亡和财产损失。
高斯扩散模型是国际原子能机构(IAEA)推荐使用于重气云扩散模拟的数学模型,该模型在非重气云扩散的应用日益广泛。
高斯扩散模型是描述大气对有害气体的输移、扩散和稀释作用的物理或数学模型,是进行灾害预测和救援指挥的有力手段之一。
9.2.2.1高斯扩散模型高斯模型又分为高斯烟团模型和高斯烟羽模型。
大气污染物泄漏分为瞬时泄漏和连续泄漏，瞬时泄漏是指污染物泄放的时间相对于污染物扩散的时间较短如突发泄漏等的情形，连续泄漏则是指污染物泄放的时间较长的情形。
瞬时泄漏采用高斯烟团模型模拟，而连续泄漏采用高斯模型烟羽模型模拟。
高斯模型适用于非重气云气体，包括轻气云和中性气云气体。
要求气体在扩散过程中，风速均匀稳定。
在高斯烟团模型中，选择风向建立坐标系统，即取泄漏源为坐标原点，x 轴指向风向，y 轴表示在水平面内与风向垂直的方向，z 轴则指向与水平面垂直的方向，具体公式见式(9.1):22222222()()()22223/2(,,,)()(2)y x z z y x ut z H z H x y z Q C x y z t e e e e σσσσπσσσ--+----=⋅⋅⋅+⋅…………(9.1)其中：(,,,)C x y z t 为泄漏介质在某位置某时刻的浓度值；Q 为污染物单位时间排放量(mg/s); x σ、y σ、z σ分别x 、y 、z 轴上的扩散系数，需根据大气稳定度选择参数计算得到(m)；x 、y 、z 表示x 、y 、z 上的坐标值(m)；u 表示平均风速(m/s)；t 表示扩散时间(s)；H 表示泄漏源的高度(m)。
同理，高斯烟羽模型的表达式如：222222()()222(,,,)()2y z z y z H z H y z Q C x y z t e e e u σσσπσσ-+---=⋅⋅+………………………(9.2)9.2.2.2 技术方法若用高斯模型算出空间每一个点在一个时刻的污染浓度，这个计算量是很大的。
高斯扩散模型假设名词解释
高斯扩散模型假设名词解释
高斯扩散模型是一种用来描述空气污染物在大气中传播和扩散
的数学模型。
它是基于高斯分布的假设，即空气污染物在水平方向上的传播服从正态分布。
在高斯扩散模型中，假设空气污染物在垂直方向上的传播是均匀的，即空气污染物在垂直方向上的浓度是恒定的。
这是基于大气中存在的湍流现象，使得空气混合均匀，污染物被均匀分散在大气中。
另外，高斯扩散模型还假设空气污染物在水平方向上的传播是径向对称的，即从污染源点开始，污染物浓度随着距离的增加呈现出高斯分布的特征。
这是因为在大气中存在着各种影响空气传播的因素，如风速、大气稳定度等，这些因素使得空气污染物向各个方向扩散。
高斯扩散模型可以通过一系列的数学公式来计算空气污染物在不同
位置的浓度分布。
这些公式考虑了污染源的排放强度、环境因素（如风速、大气稳定度等）以及地形特征等因素的影响。
通过模拟和计算，可以预测不同条件下空气污染物的传播范围和浓度分布，从而为环境管理和污染控制提供科学依据。
除了以上提到的假设，高斯扩散模型还可以考虑其他因素的影响，如地形地貌、建筑物的阻挡效应等，以更加准确地描述污染物在大气中
的传播过程。
它是环境科学领域中常用的一种模型，能够帮助我们更好地理解和管理空气污染问题。
guass定理证明-概述说明以及解释
guass定理证明-概述说明以及解释1.引言1.1 概述Gauss定理是数学中的一项重要定理，也被称为高斯散度定理或高斯-奥斯特罗格拉斯定理。
该定理是由德国数学家卡尔·弗里德里希·高斯在19世纪初提出的，它描述了一个封闭曲面的向外和向内流动的物理量之间的关系。
具体而言，高斯定理表明，如果我们考虑一个封闭曲面，曲面内部存在一个标量场（例如电场、磁场或流体的密度场），那么通过曲面内外的物质流量与曲面内部标量场的分布密切相关。
这个定理的几何直观可以通过想象在封闭曲面上放置一个容器来理解。
如果容器内的某种物质以流量的形式通过容器壁流入或流出，那么高斯定理告诉我们这个物质的总流入量等于物质内部的变化量。
高斯定理的一种常见应用是计算电场的通量，即电场穿过某个封闭曲面的总电场量。
根据高斯定理，我们只需要知道曲面内的电荷分布情况，就可以通过计算电场在曲面上的值来得到总的电场通量。
除了电场，高斯定理还适用于其他领域，如流体力学、磁学和热力学等。
无论在哪个领域，高斯定理的核心思想都是通过将物质的流动与场的分布联系起来，从而提供了一种便于计算和理解的方法。
在本文中，我们将通过详细的数学推导和实例应用来证明高斯定理的正确性，并探讨其在不同领域中的实际应用。
通过深入研究高斯定理，我们可以更好地理解物质流动和场的相互作用，从而为解决实际问题提供有力的数学工具。
1.2文章结构文章结构部分描述了本文的整体框架和组织形式。
本文按照引言、正文和结论三个部分来组织。
在正文部分，将重点讨论关于Gauss定理的证明。
首先，我们将介绍第一个要点，即Gauss定理的基本原理和相关概念。
然后，我们将深入探讨第二个要点，给出Gauss定理的详细证明过程，并附上相关的数学推导和符号说明。
最后，我们将着重讨论第三个要点，探讨Gauss定理的应用和实际意义。
在结论部分，我们将对整篇文章进行总结，回顾Gauss定理的重要性和证明过程。
(完整)高斯扩散模型
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。
大气污染扩散(高斯)摸式简易推导法的研究
大气污染扩散(高斯)摸式简易推导法的研究
周国强
【期刊名称】《高等职业教育：天津职业大学学报》
【年(卷),期】1999(000)001
【摘要】在大学环境专业讲述大气污染扩散(高斯)模式的建立时,由于学生未曾系统地学过气象动力学、气象热力学、湍流学等课程,对高斯模式的建立理解难度较大,本文意在通过简单的数学推导和图解,使学生在课堂学习中基本了解该模式的出处,并正确使用该模式。
【总页数】3页(P22-24)
【作者】周国强
【作者单位】洛阳大学
【正文语种】中文
【中图分类】X51
【相关文献】
1.大气污染扩散的高斯烟羽模型及其GIS集成研究 [J], 张斌才;赵军
2.基于PC机群的多点源高斯大气污染扩散模型的并行计算研究 [J], 胡亚;林珲;徐丙立;朱军;胡明远
3.大气污染扩散(高斯)模式简易推导法的研究 [J], 周国强
4.基于高斯扩散模型的无锡大气污染物研究 [J], 张娅;王胜
5.关于大气污染物高斯扩散模式的探讨 [J], 贾艳双
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高斯扩散模型
❖ 在大气环境影响评价的实际工作中，大气扩散计 算通常以高斯大气扩散模式为主。
❖ 高斯模式是一类简单实用的大气扩散模式。在均 匀、定常的湍流大气中污染物浓度满足正态分布， 由此可导出一系列高斯型扩散公式。
（一） 高斯模式的坐标系
右手坐标系
（食指—x轴；中指—y轴；拇指—z轴）， 原点：为无界点源或地面源的排放点，或 者高架源排放点在地面上的投影点；x为 主风向；y为横风向；z为垂直向
（二）高斯模式的四点假设
❖a．污染物浓度在y、z风向上分布为正态 分布
❖b．在全部空间中风速均匀稳定 ❖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）
（三）高架连续点源扩散模式
C(x,
y,
z)
Q
2 uyz
exp
y2
2 2 y
z2
2 2 z
有界大气扩散：高架源须考虑到地面对扩散的影响。
按全反射原理，可用 “像源法”处理
（1）实源贡献：P点在以像源为原点的坐标系中的
实源的垂贡直献坐标为（z-H）
q
y2 (z H )2
c( x,
y, zC, H实)
2πu y z
exp[(
2
2 y
2
2 y
)]
源的（贡c垂2(）x献直,虚坐y,源z标C,贡虚H为献)（：z2+PπH点u）q在y以z像ex源p[为(原2y点2y2的坐( z标2系Hz2中)2的)]
2
2 z
)
地面轴线浓度模式：再取y=0代入上式
c( x, 0, 0,
H
)
q
πu y
z
exp(
H2
2
2 z
扩散模型
2 扩散模型2.1 高斯模型燃气泄漏后会在泄漏源附近形成气团，气团在大气中的扩散计算通常采用高斯模型。
高斯模型的基本形式是在如下的假设条件下推导出来的[1、9]：假定燃气在扩散的过程中没有沉降、化合、分解及地面吸收的发生；燃气连续均匀地排放；扩散空间的风速、大气稳定度都均匀、稳定；在水平和垂直方向上都服从正态分布。
泄漏燃气相对密度小于或接近1的连续泄漏采用高斯烟羽模型。
以泄漏点为原点，风向方向为x轴的空间坐标系中的某一点(x，y，z)处的质量浓度计算公式如下[9]：平均风速＞1m/s时：平均风速=0.5～1m/s时：平均风速＜0.5m/s时，假设气团围绕泄漏点浓度均匀分布，则距离泄漏点r处的燃气质量浓度为：式中ρd(x，y，z)——扩散燃气在点(x，y，z)处的质量浓度，kg/m3x、y、z——x、y、z方向上距泄漏点的距离，mua——平均风速，m/sδx 、δy、δz——x、y、z方向的扩散系数，mh——泄漏点高度，mρ(r)——距离泄漏点r处的燃气质量浓度，kg/m3dr——空间内任意一点到泄漏点的距离，ma、b——扩散系数，mt——静风持续时间，s，取3600的整数倍扩散系数可查HJ/T 2.2—93《环境影响评价技术导则大气环境》得到。
2.2 重气扩散模型液化石油气密度比空气密度大，属于重气。
该类气体泄漏时在重力的作用下会下沉，这时使用高斯模型计算的结果会使泄漏燃气扩散速度偏大，泄漏源附近的浓度偏小。
为了解决这个问题，可以引入最早由Van Ulden提出，并由M anju Mohan等发展的箱式模型[1]。
箱式模型分为两个阶段：泄漏后的重气扩散阶段和重气效应消失后的被动气体扩散阶段。
重气泄漏后首先是重气扩散阶段。
在这个阶段，重气云团由于重力作用逐渐下沉并不断卷吸周围的空气，在卷吸空气的同时，气云受热，最终当重气云团与空气的密度差＜0.001kg/m3时，可认为气云转变成中性状态。
随着重气的继续扩散，气云所受的重力不再是影响扩散的主要因素，而大气湍流扩散逐渐占主要地位，这时便是被动气体扩散阶段，可以应用高斯模型计算泄漏燃气的扩散。
高斯扩散模式ppt课件
P51-P56
5
污染物浓度的估算
q 源强 计算或实测
u 平均风速 多年的风速资料
H 有效烟囱高度
y 、 z 扩散参数
1.烟气抬升高度的计算
有效源高
H Hs H
Hs ――烟囱几何高度 烟气抬升
H ――抬升高度
初始动量： 速度、内径 烟温度 －>浮力
6
由于烟流抬升受诸多因素的相互影响，因此烟流抬升高
3
高架连续点源扩散模式
地面浓度模式：取z＝0代入上式，得
q
y2
H2
地面轴线浓c(度x, 模y,0式, H：) 再πu取 yyz=e0x代p(入2上y2 )式exp(
2
2 z
)
c( x, 0, 0,
H
)
q
πu y
z
exp(
H2
2
2 z
)
地面最大浓度模式：
考虑地面轴线浓度模式
c( x, 0, 0,
H
)
H
n 0Q H n1
H
n2 s
1
u
Q H = 0 .3 5
Pa Q V
T Ts
T
(2)当1700kW Q H 2100kW 时
Ta Ts
H
=H 1
(H
2
H 1)
QH
1700 400
H 1=
2 (1 .5 v s D
u
0 .0 1Q H )
0 .0 4 8(Q H u
1700)
(3)当 Q H 1700kW 或 T 35K 时
H =0.362QH1/3 x1/3 u1
x 3x *
H
=0.332QH 3/5
高斯模型
高斯模型介绍高斯模式是一种应用较为广泛的气体扩散模型，适用于均一的大气条件，以及地面开阔平坦的地区、点源的扩散模式。
排放大量污染物的烟囱、放散管、通风口等，虽然其大小不一，但是只要不是讨论例如烟囱底部很近距离的污染问题，均可视其为点源。
本附录A 介绍高斯模型坐标系、模型假设及模型公式等内容。
F.1坐标系高斯模型的坐标系如图A-1所示，原点为排放点(若为高架源，原点为排放点在地面的投影)，x 轴正向为风速力一向，y 轴在水平面上垂直于x 轴，正向在x 轴左侧，z 轴垂直于水平面xoy ，向上为正向。
在此坐标下烟流中心线或烟流中心线在xoy 面的投影与x 轴重合。
图A-1 高斯模型坐标系F.2 模型假设高斯模型有如下假设条件：（1）污染物的浓度在y 、z 轴上的分布是高斯分布(正态分布)的；（2）污染源的源强是连续且均匀的，初始时刻云团内部的浓度、温度呈均匀分布；（3）扩散过程中不考虑云团内部温度的变化，忽略热传递、热对流及热辐射；（4）泄漏气体是理想气体，遵守理想气体状态方程；（5）在水平方向，大气扩散系数呈各向同性；（6）取x 轴为平均风速方向，整个扩散过程中风速的大小、方向保持不变，不随地点、时间变化而变化；（7）地面对泄漏气体起全反射作用，不发生吸收或吸附作用；（8）整个过程中，泄漏气体不发生沉降、分解，不发生任何化学反应等。
F.3 模型公式距地面一定高度连续点源烟羽扩散模式的高斯修正模型为：()()()()⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=22222221exp 21exp 21exp 2,,,z z y z y H z H z y k x Q H z y x C σασσσσπ（A-1）式（A-1）中：C (x,y,z,H)——表示横向x、纵向y、地面上方z处气体浓度，kg/m3；Q(x)——表示源强(即源释放速率)，kg/s；k——表示平均风速，m/s；σy——表示水平扩散参数，m;σz——表示垂直扩散参数，m；H——表示泄漏源有效高度，m；y——表示横向距离，m；z——表示纵向距离，m。
空气污染学高斯扩散基本公式课件
05
高斯扩散模型与其他模型的 比较
与其它空气质量模型的比较
模型选择依据
高斯扩散模型在空气污染学中应用广泛，选择该模型主要基 于其简单易懂、易于计算的特点。与其它复杂的空气质量模 型相比，高斯扩散模型能够提供快速且准确的污染物浓度预测。
适用范围
高斯扩散模型适用于中低强度、平稳气象条件下的污染物扩 散。对于强风、湍流等复杂气象条件，可能需要更复杂的模型。
由于气象条件在空间和时间上都 是变化的，因此使用高斯扩散模 型计算出的结果与实际结果存在
误差。
湍流的影响
由于模型假设大气流动为层流，忽 略了湍流的影响，这也会导致计算 结果与实际结果存在误差。
障碍物的影响
由于模型中假设下风向没有障碍物， 而实际情况中下风向往往存在障碍 物，这也会导致计算结果与实际结 果存在误差。
公式的应用场景
01
02
03
点源污染
适用于单个污染源产生的 污染物扩散情况，如烟囱 排放。
线源污染
适用于较长线状污染源产 生的污染物扩散情况，如 道路交通排放。
面源污染
适用于较大面积的污染源 产生的污染物扩散情况， 如农田施肥。
03
高斯扩散模型的应用实例
实例一：城市空气质量预测
总结词
利用高斯扩散模型预测城市空气质量，需要考虑气象 条件、地形地貌、污染物排放等多种因素。
详细描述
在城市环境中，由于建筑物密集、气象条件复杂，污染 物在大气中的扩散受到多种因素的影响。高斯扩散模型 能够综合考虑这些因素，对城市空气质量进行较为准确 的预测。例如，在预测PM2.5浓度时，需要考虑风向、 风速、温度、湿度等气象条件，以及地形地貌特征，如 山脉、河流等对气流的影响。同时，还需要考虑城市中 不同功能区的污染物排放情况，如工业区、商业区、居 民区的排放差异。
简述高斯扩散模型成立的条件
简述高斯扩散模型成立的条件摘要：一、高斯扩散模型简介二、高斯扩散模型成立的条件1.扩散过程的稳定性2.扩散源的稳定性3.环境条件的影响4.观测时间的足够长正文：高斯扩散模型是描述气体或颗粒物在空气中扩散过程的数学模型，具有较强的可读性和实用性。
本文将简述高斯扩散模型成立的条件。
一、高斯扩散模型简介高斯扩散模型是基于物理学原理，采用统计方法建立的一种描述扩散过程的数学模型。
它假设污染物在扩散过程中，其浓度分布符合高斯分布，从而可以预测污染物在空间和时间上的分布规律。
高斯扩散模型在环境科学、气象学、生态学等领域具有广泛的应用。
二、高斯扩散模型成立的条件1.扩散过程的稳定性：高斯扩散模型假设污染物在扩散过程中，其浓度分布保持稳定，不随时间、空间和扩散机制的改变而改变。
在实际应用中，这意味着污染源和环境条件的变化对扩散过程的影响较小。
2.扩散源的稳定性：高斯扩散模型要求扩散源在扩散过程中保持稳定，即污染物的释放速率、释放位置和浓度分布不发生明显变化。
在实际应用中，这要求我们对扩散源进行合理简化，以便更好地反映实际情况。
3.环境条件的影响：高斯扩散模型认为环境条件（如风速、风向、气温、湿度等）对扩散过程具有重要影响。
在实际应用中，我们需要根据实测数据或数值模拟结果，确定环境条件对扩散过程的影响，从而使模型更加接近实际情况。
4.观测时间的足够长：高斯扩散模型基于统计方法，需要足够多的观测数据来确定污染物的扩散规律。
因此，在实际应用中，我们需要确保观测时间足够长，以获得较为准确的模型参数。
总之，高斯扩散模型是一种具有广泛应用的数学模型，但其成立条件较为严格。
高斯扩散模型及其适用条件(2021年整理)
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高斯扩散模型及其适用条件（1）一般表达式根据质量守恒原理和梯度输送理论，污染物在大气中一般运动规律为:（3分）1Nx y z p p c c c c c c c u v w k k k S t x y z x x y y z z =⎛⎫∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂⎛⎫⎛⎫+++=+++ ⎪ ⎪ ⎪∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂⎝⎭⎝⎭⎝⎭∑ C:污染物质平均浓度；X,y,z:三个方向坐标;u ，v ，w:三个方向速度分量；k x ，k y ，k z ：三个方向扩散系数；t:为污染物扩散时间；S P ：污染物源、汇强度.（2）高斯模型的适用条件：①大气流动稳定，表明污染物浓度不随时间改变,即0t ∂=∂；②有主导风向，表明u=常数，且v=w=0;③污染物在大气中只有物理运动，物化学和生物变化，且预测范围内无其他同类污染的源和汇。
表明S P =0（p=1,2,…。
n)此时三维的动态模型就可简化为三维的稳态模型，得：x y z c c c c u k k k x x x y y z z ⎛⎫∂∂∂∂∂∂∂⎛⎫⎛⎫=++ ⎪ ⎪ ⎪∂∂∂∂∂∂∂⎝⎭⎝⎭⎝⎭ （3分）④有主导风情况下，主导风对污染物输送应远远大于湍流运动引起污染物在主导风方向上扩散。
即c u x ∂∂（平流输送作用）远远大于x c k x x ∂∂⎛⎫ ⎪∂∂⎝⎭（湍流弥散作用）.此时方程又可以简化为：y z c c c u k k x y y z z ⎛⎫∂∂∂∂∂⎛⎫=+ ⎪ ⎪∂∂∂∂∂⎝⎭⎝⎭ (2分） （3）由于y 和z 方向上污染物浓度不发生变化，故规定y k 与y 无关，z k 与z无关，即：22z 22zy c c c u k k x y ∂∂∂=+∂∂∂ （1分） （4）由质量守恒原，理运用连续点源源强计算方式，按照单元体积（3)简化得到的方程进行积分ucdydz=Q ∞∞-∞-∞⎰⎰，结合边界条件{0c=x y z c=0x y z ===∞→∞时，，，时，对方程进行求解.（2分）（5)设x=ut ，令22y y z z =2k t =2k t σσ；.化简求解得到高斯扩散模型的标准形式：()2222y z 1c ,,exp 22y z Q y z x y z u πσσσσ⎡⎤⎛⎫=-+⎢⎥ ⎪ ⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦ （1分）。
高斯扩散模型
高斯扩散模型
高斯扩散模型是一种常用的物理模型，用于描述物质在扩散过程中的传播行为。
它基于高斯分布的思想，假设扩散物质在空间中的浓度分布服从高斯分布。
在高斯扩散模型中，物质的扩散速率与物质浓度梯度成正比，表达式可以写为：
∂C/∂t = D * ∇²C
其中，∂C/∂t表示浓度变化率，D为扩散系数，∇²C为浓度的拉普拉斯算子。
这个偏微分方程描述了物质浓度随时间和空间的变化关系。
扩散系数D表示了物质扩散的速率，它与物质的性质和环境条件有关。
高斯扩散模型可以用来解决各种扩散相关问题，例如计算物质在空气中的浓度分布、预测污染物的扩散范围等。
该模型在环境科学、工程学等领域有着广泛的应用。
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。
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高斯扩散模型几何意义的研究
摘要：
高斯模型是大气预测的基本模型，我们平时用的eiaproa2008
也是基于高斯模型的，只不过是同时加入了一些地形、气象的修正。
本发明通过分析高斯扩散模型的几何意义，了解高架点源排放烟气的扩散特点，根据研究结果观察不同烟羽形状对应的大气稳定度，并结合观察所得的大气稳定度，预测分析污染物经高架点源排放后在评价范围内的浓度。
关键词：
高斯模型正态分布影响预测几何意义
1.高斯扩散模型简介
c（x、y、z）=
式中：
c(x,y,z)—表示坐标为x，y，z处污染物浓度；
he—烟囱的有效高度，m；
q—烟囱排放源强（污染物单位时间排放量，mg/s）；
σy—垂直于主导风向的横向扩散参数，m；
σz—铅直扩散参数，m；
u—排气筒高度处的风速，m/s。
高斯模式的四点假设为：
（1）假定大气流动是稳定的、有主导方向的；
（2）假定污染物在大气中只有物理运动、没有化学和生物变化；
（3）假定在所要预测的范围内没有其他同类污染源和汇，也就是说源强是连续均匀的；
（4）在有主导风的情况下，主导风对污染物的输送应远远大于湍流运动引起的污染物在主导风向上的扩散，即在x方向只考虑迁移，不考虑扩散。
2.正态函数的特点及几何意义简介
①正态分布密度函数：
，（σ＞0，-∞＜x＜∞）
其中π是圆周率；e是自然对数的底；x是随机变量的取值；μ为正态分布的均值；σ是正态分布的标准差。
正态分布一般记为。
②正态分布的图像是由μ和σ决定。
当μ=0，σ分别为0.5、1、2时的正态函数图像见图1；
当μ=1，σ分别为0.5、1、2时的正态函数图像见图2；
由图1及图2可见，正态函数的图像依赖于两个变量: σ和μ,其中σ确定了函数图像的扁平情况；μ确定了函数图像偏离y轴的距离，当μ=0时函数f（x）关于y轴对称。
图1当μ=0，σ分别为0.5、1、2时的正态函数图图2当μ=1，σ分别为0.5、1、2时的正态函数图
3．烟羽扩散过程的分解与高斯模型的拆分
由几何知识可知，点动成线，线动成面，面动成体。
经高架源排放的烟羽扩散时的运移过程的特点，可以将其扩散过程分解为点、线、面、体四个过程。
①点：烟气从烟囱排出后由于其具有一定的速度，需垂直上升一段距离（抬升距离），当其垂直上升速度达到零时，开始扩散。
将烟气出口到其垂直上升运动速度为零时的过程称为扩散过程的“点”，在这个过程中假设烟气没有与周围环境发生物质交换，与高斯函数中对应的量为q和he（其中q表示烟气中污染物的排放量（mg/s）；he表示当烟气的铅直运动速度为零时烟气（污染物）所到达的高度）。
此时可认为烟气中的各类污染物均聚集在一点内，其中所包含的污染物量为q。
见图1。
②线：当烟气上升至最高点（he）时，此时的烟气在垂直方向的运动速度为零，与此同时，烟气开始与周围环境发生联系。
但可以假设，烟气此时的扩散原因仅由风引起，即烟气到达最高抬升点时，由风将“点”均匀的拉开成为一条线（设烟气所在的he高度处的风速为u），则此时，线上各点的污染物量为c（x）=q/u。
见图2
③面：风将废气拉成一条线后，烟气再与周围的环境发生联系，假设此时“线”上的污染物逐步进行水平扩散，根据高斯扩散模型的假设条件，烟气的扩散遵循正态分布，即越靠近“线”中心处的污染物浓度越高，离中心线越远的地方，污染物浓度越低。
取“线”上的一点作为研究对象：
在水平扩散前，“线”上任意一点的污染物量为q/u，此点沿垂直于下风向的方向（即x轴）扩散（分别沿y轴的正、负方向），在发生水平扩散后，形成一条线（此线与风向垂直），由于线上各
点的污染物浓度分布符合正态分布，其扩散线长度范围内各点浓度之和等于q/u，则线上各点处的污染物浓度为：
扩散所形成的平面上各点浓度之和等于污染源强q，即：
具体见图3。
④体：废气在水平方向上扩散后，污染物在水平方向形成一个平面（xoy面），在此平面上污染物以排气筒下风向轴线为中心，轴线上的污染物浓度最高，轴线两侧污染物浓度逐渐降低。
取“面”上任意一点为研究对象，假设此时此点上的污染物再沿着铅直方向（z轴）扩散，扩散后形成一条线（此条线垂直于xoy 面），线上各点的污染物浓度也符合正态分布，则其扩散线长度范围内各点浓度之和等于c（x、y）。
则线上各点的浓度分布符合正态分布。
见图4。
但是由于地面反射的作用，高斯模型对于地面反射的叠加效果的处理是采用镜面法，即假设地面下同样距离处也存在一个污染源，其与地上源的于烟羽落地处相交，此后地上烟羽各点浓度等于地上源烟羽与地下源烟羽浓度之和。
见图5。
对于地上源，应其原点为烟囱底座高度，而烟气开始扩散高度的高度为he，因此在地上部分铅直面上扩散的正态函数中μ=he，则地上源各点在zox面（或平行于zox面）上各点的污染物浓度为：
同理对于虚拟地下源，烟气开始扩散的高度为-he，因此在地下部分铅直面上扩散的正态函数中μ=-he，可知虚拟地下源在zox面
（或平行于zox面）上各点的污染物浓度为：
则扩散所形成的“体”上各点的浓度为
c（x、y、z）= c′（x、y、z）+ c″（x、y、z）=
最终得出高斯大气扩散模型如下：
图1烟羽扩散的点状图图2烟羽扩散的线状图
图3烟羽扩散的水平面正态分布图图4烟羽扩散的水平面及垂直面正态分布图
图5地上源及虚拟地下源的烟羽扩散图形
参考文献：[1]《大气污染控制工程（第二版）》郝吉明马广大主编，高等教育出版社。
注：文章内所有公式及图表请以pdf形式查看。