放射性物质在大气中的行为
放射平衡的名词解释
放射平衡的名词解释放射平衡是指放射性物质在自然界中的存在状态，其中放射性衰变的速率与同步生成的放射性同位素的速率保持平衡。
放射平衡是放射性物质的一种稳态运行状态，它在地壳、大气、水体等自然环境中广泛存在，对于放射性元素的迁移、分布和环境影响具有重要意义。
在自然界中，存在着多种放射性元素，其中包括铀系列、钍系列和钾系列等。
这些元素的核素系列中都存在放射性同位素，它们通过放射性衰变转变为其他同位素，同时生成新的放射性同位素。
放射平衡的产生是由于放射性衰变的速率与同步生成的放射性同位素的速率之间达到了动态平衡。
放射平衡的实现需要满足两个条件。
首先，原始放射性同位素的衰变速率必须足够快，以至于生成的放射性同位素能够即时地被观测到。
其次，生成的放射性同位素在地壳、大气、水体等介质中具有足够的扩散速率，以便它们能够快速从原位达到观测点，从而保持衰变速率与生成速率之间的平衡。
放射平衡的保持对于环境中的放射性元素的分布和迁移至关重要。
在地壳中，放射性元素的平衡分布可以用于判断地壳物质的年代和成因。
通过测量放射性元素及其衰变产物的含量，可以推断出岩石的年代和地质过程，从而对自然环境进行研究和解读。
除了地壳，大气中的放射平衡也具有重要意义。
大气中的放射性同位素可以通过空气对流和降水过程传输到地面，对人类和生物圈产生一定的影响。
例如，一些放射性同位素会在空气中形成悬浮颗粒物，这些颗粒物可以被人体呼吸道吸入，从而对健康产生潜在风险。
通过对大气中放射平衡的研究，可以了解放射性污染物的迁移规律，为保护环境和人类健康提供科学依据。
水体中的放射平衡也是研究的焦点之一。
放射性同位素可以随着水流和沉积物的迁移在水体中扩散，对水生生物产生影响。
在海洋和湖泊中，放射平衡的研究有助于了解放射性污染物在水体中的行为，提供对水生态系统的保护和管理建议。
总之，放射平衡是放射性物质在自然界中的一种稳态运行状态。
通过研究和解析放射平衡，可以揭示放射性元素的迁移规律和环境行为，探索地球的演化过程和环境变化。
辐射防护基础
6.辐射防护的目的、原则及相关防护措 施
1.辐射防护的目的：防止发生有害的非随机效应，
而限制随机效应的发生率，使之合理达到尽可能 低的水平。
2.辐射防护的原则：实践的正当性；剂量限制和潜
在照射危险限制；辐射防护的最优化；剂量约束 和潜在照射危险约束；医疗照射指导水平。
射线类型 作用形式
α
γ、χ 光电、康普顿、电子对
中子
弹性、非弹性、吸收
材料选择原则 一般低 Z 材料 低 Z 材料+高 Z 材料
高 Z 材料、 含 H 低 Z 材料、 含硼材料
常用屏蔽材料
铝、有机玻璃、 混凝土、铅 铅、铁、钨 混凝土、砖 水、石蜡、含硼 聚乙烯
➢屏蔽方式 • 固定式：防护墙（迷路）、防护门、观察窗
2.相关术语解释
2.1 放射性 radioactivity 某些核素自发地放出粒子或γ射线，或在发生轨道电 子俘获之后放出X射线，或发生自发裂变的性质。
2.2 放射性核素 radionuclide 能够自发地放射各种射线的核素。
2.3 放射性污染 radioactive contamination 是指由于人类活动造成物料、人体、场所、环境介 质表面或者内部出现超过国家标准的放射性物质或 者射线。
表1 内、外照射的不同特点
照射方式 辐射源类型
危害方式
常见致电离粒子 照射特点
内照射
开放源
电离、化学毒性
α、β
持续
外照射
密封源
电离
高能β、γ、x、n
间断
2.9 吸收剂量 D absorbed dose 指当电离辐射与物质相互作用时，用来表示单位质量 的受照物质吸收电离辐射能量大小的物理量。
食品中的放射性物质与食品安全
食品中的放射性物质与食品安全随着科技的进步和社会的发展，人们对食品安全问题的关注也日益提高。
除了传统的食品安全隐患，如农药残留和添加剂使用，现在人们还需要关注食品中的放射性物质。
放射性物质是指能够辐射出射线或粒子的物质，它们不仅可以对人体健康造成直接伤害，还可能对环境产生潜在的危害。
本文将探讨食品中的放射性物质对食品安全的影响以及防控措施。
一、放射性物质在食品中的来源放射性物质在自然界中广泛存在，同时也可以由人类活动产生。
在食品中，放射性物质的主要来源包括以下几个方面：1. 地壳和土壤：地壳中含有丰富的放射性元素，如铀、钍和钾等。
这些元素通过土壤进入植物，并最终被人类摄取。
2. 水体：水体中也可能含有放射性物质，尤其是一些地下水源。
饮用含有放射性物质的水可能会导致健康问题。
3. 大气沉降：气候变化和人类活动造成的核事故会导致放射性物质进入大气，并通过沉降作用进入土壤和水体，从而进入人们的食物链。
二、食品中的放射性物质对人体健康的危害放射性物质对人体健康的危害主要体现在两个方面：直接照射和摄入。
1. 直接照射：如果人们长时间暴露在放射性物质的强辐射环境下，可能会导致细胞损伤、癌症和遗传突变等健康问题。
2. 摄入：当人们摄入含有放射性物质的食物时，这些物质可能在体内存留并富集，进一步伤害人体器官和组织。
特别是放射性同位素镭-226和锕-228，它们被摄入体内后会导致骨癌和血癌等疾病。
三、食品中放射性物质的监测和控制为了确保食品安全，国家和地方政府以及相关部门都制定了一系列监测和控制放射性物质的举措。
1. 检测和监测：通过建立食品放射性物质的监测系统，对食品中的放射性元素进行检测以确保食品符合相应的安全标准。
这种监测可以涵盖食品生产过程中的原材料、农田土壤、水源以及最终的食品产品。
2. 控制和减少：针对食品中放射性物质的问题，相关部门和机构需要制定相应的控制措施，如限制特定地区食品的生产和销售，减少潜在的污染风险。
电离辐射的照射及对人体的伤害
电离辐射的照射及对人体的伤害随着电离辐射的发现和应用，人们很快就发现电离辐射都会对人体造成伤害，甚至夺去人们的生命。
最早发现物质放射性的贝克勒尔由于经常把铀盐带在身上，结果患了皮炎。
对放射性作出很大贡献的玛利亚.居里夫人及其女儿艾里.居里最后都死于白血病。
20世纪20年代，镭被用于夜光表，涂表盘的工人经常用舌尖去舔沾有镭粉的笔尖，使镭进入消化道，最后及存于骨中，结果这些工人几乎全部死于贫血或骨癌。
由于在早起的辐射应用中及时发现了这些镭射伤害，所以人们在本世纪20年代初就开始研究电离辐射的照射对人体的伤害，一级如何防止这些照射。
到了今天，人类已经积累了丰富的知识和经验，象上述那样的不幸事件再也不会发生了。
1.电离辐射的照射从人类形成那天开始，人们一直受着天然电离辐射的照射。
由于周河图及其子代产物广泛存在于各种岩石和土壤中，所以人们不论在室内还是在室外，都会受到这些放射性物质放出的r射线的照射。
另外，由于空气中含有氡及其子代产物，这些放射性物质会随着空气吸入肺内，对人体产生内照射。
自从人工电离辐射源发明之后，人们除了接受天然电离辐射的照射外，还要接受一些附加的来自人工电离辐射源的照射。
其中最常见的要算医疗照射了。
在一些发达的国家里，每年约有一半的人要接受一次X检查。
另外，还有还多人要接受放射性同尾素诊断或治疗。
在这一过程中病人不仅要受到照射，X检查技师和核医务工作者也要受到照射。
我们把后一类人锁受的照射称为“职业照射”。
因为他们是放射性工作人员，他们所受的照射是与他们的职业有关的。
核爆炸时放出的中子和r涉嫌对爆心周围几千米内的居民造成的照射可能是最严重的。
它会杀死数以万计的生命。
核电厂以及与核电厂配套的整个核工业对居民产生的照射是人们最关心的。
但这种照射不大，比天然辐射的照射或医疗照射都小很多。
放射性同位素在工业、农业以及科学研究方面的应用一般不会对环境造成明显的污染，因此不会对广大居民造成照射，但是对操作人员会造成不同成都的职业照射。
放射性核素在环境中的迁移与迁移规律
放射性核素在环境中的迁移与迁移规律放射性核素是指在自然界中具有放射性的核素，它们的存在会对生态环境和人类健康带来很大的影响。
放射性核素在环境中的迁移是指，它们从产生源地向周围环境扩散的过程。
放射性核素的迁移规律是指，在迁移过程中，它们的扩散和转移的规律。
1.放射性核素在土壤中的迁移规律放射性核素经由大气降落，往往会进入土壤中，所以它们在土壤中的行为非常重要。
土壤中，放射性核素的迁移规律通常可以分为以下几种：1.1 离子交换作用离子交换是指一种化学反应，它可以在离子之间传递原子。
放射性核素在土壤中的交换过程通常省略了放射性核素的化学反应，直接以可与非放射性同位素交换离子的方式实现。
1.2 扩散作用扩散是指溶质的高濃度向低濃度方向慢慢移动。
放射性核素在土壤中的扩散过程通常受限于土壤孔隙的大小和形状、水分和作物根的分布。
1.3 沉降作用沉降是指溶质在含有重物的溶液中向下沉降。
放射性同位素可以通过重力作用向土壤深层沉降，尤其是在土壤中的水分下沉时。
1.4 粘着作用粘着是指物质表面附着物质的作用。
放射性核素在土壤颗粒表面上的粘着作用通常是通过化学吸附和物理吸附来实现的。
2.放射性核素在水中的迁移规律放射性核素在地下或地表水中迁移和转移的方式与在土壤中有很大的不同。
在水中，放射性核素的迁移规律通常可以分为以下几种:2.1 分散作用分散是指微观的运动和混合过程。
放射性核素在流动的水中通过扩散、涟漪、湍流等分散方式扩散到远离源头的地方。
2.2 吸附作用吸附是指物质对所接触到的表面吸附。
放射性核素在水中通常会吸附在悬浮颗粒和沉积物上。
2.3 沉降作用沉降是指溶质在含有重物的溶液中向下沉降。
放射性核素在水中通常会沉降在水底沉积物上，并随着时间的推移向水下深层移动。
3.放射性核素在大气中的迁移规律放射性核素在大气中的迁移通常会受到气溶胶、尘埃、云、雨和风等气象因素的影响。
放射性核素在大气中的迁移规律通常可以分为以下几种：3.1 气溶胶作用气溶胶是指空气中存在的温度和湿度难以评估的沉淀物质。
大气对电磁辐射的吸收作用 成分的密度
大气对电磁辐射的吸收作用及成分的密度一、大气对电磁辐射的吸收作用1.大气对太阳辐射的吸收太阳辐射主要包括可见光、紫外线和红外线等，而大气对太阳辐射的吸收作用主要体现在以下几个方面：（1）紫外线的吸收大气中的臭氧层对紫外线有很强的吸收作用，特别是对辐射波长在200~300nm范围内的紫外线吸收作用最强烈。
这种吸收作用使得地球表面受到的紫外线辐射大大减少，起到了保护生物和环境的作用。
（2）可见光的吸收大气对可见光的吸收作用并不明显，可见光可以较容易地穿透大气层到达地表。
（3）红外线的吸收大气对红外线的吸收作用则相对较强，因为大气中的水汽、二氧化碳和一些其它分子可以吸收红外线，这种吸收作用使得地表的温度受到了一定的影响。
2.大气对地球辐射的吸收地球也会向外辐射热能，这种地球辐射主要是红外线，而大气对地球辐射的吸收作用主要表现为大气中的水汽、二氧化碳和一些其它分子能够吸收地球辐射的红外线，使得地球自身的热量得以保持。
3.大气对无线电波的吸收大气对无线电波的吸收主要表现为大气层对不同频率的无线电波具有不同的吸收能力，不同的电磁波在大气层中的传播方式也有所不同。
二、大气成分的密度1.大气的成分大气主要由氮气、氧气、水蒸气、稀有气体（如氩气、氖气等）、臭氧等组成。
2.大气成分的密度分布（1）氮氧气体氮气和氧气是大气中最主要的组成部分，其密度随着高度的增加而逐渐减小。
在地面附近，氮气和氧气的密度较大，随着高度的增加密度逐渐减小，但在一定高度后，密度开始保持较稳定的状态。
（2）水蒸气水蒸气是大气中另一重要的成分，其密度的分布与氮气和氧气有所不同。
水蒸气的密度随着高度的增加而迅速减小，因为水汽的生成和消失往往发生在较低的大气层中。
（3）稀有气体稀有气体在大气中的分布较为均匀，其密度随着高度的增加而缓慢减小。
（4）臭氧臭氧主要分布在大气中的同温层，并且其分布密度也随着高度的增加而逐渐减小。
结语大气对电磁辐射的吸收作用主要包括对太阳辐射和地球辐射的吸收，大气中的不同成分对电磁辐射有着不同的吸收能力。
【放射化学】第6章 环境放射化学
放射性对人的危害： 空气中的放射性污染物
空气中的放射性污染对人直接造成外照射； 人吸入污染的空气→内照射； 沉积到地面上的污染物 沉积造成的地面污染 →外照射； 沉积导致的农作物污染→内照射。
2）放射性物质在大气中的一般变化过程 放射物质在大气中发生的过程主要是物理过程和化
学过程。
在一些射线的作用下，大气中会发生一系列的化学 反应，其中最重要的是光化学反应。各层的化学反 应不近一致。
1）水体的分类与组成 环境水可分为降水（雨、雪、雹）、地表水、和地 下水类等。 归纳起来如下：环境水：水、悬浮物、胶体物质、 溶解物质。 2）放射性物质在水体中的一般变化过程 这些变化过程大致可分为物理过程、化学过程和生 物过程。
(2)放射性物质在水体中的化学行为 1）放射性物质在水体中的存在状态 放射物质在水体中的存在状态因其来源不同而不同，
人为产生的气载污染物一般都排入边界层中。 污染物质释入大气后将随风的运动向下风向输运， 污染物分布不均匀形成的浓度梯度导致其在水平和铅 直方向上扩散，空气流场的切变则导致污染物的弥散。
大气的分层结构
输运过程中放射性核素将逐渐衰变，其子体逐渐积累。 雨雪的清洗→湿沉积； 粒径较大(＞20μm)的固体颗粒→沉降； 气溶胶，蒸汽和气体与固体物碰撞→干沉积； 风的作用→沉积物→悬浮→二次污染。
6.3 放射性物质在土壤中的化学 （1）概述 1）土壤的组成：
土壤是岩石圈表面的风化层，它主要由矿物质、有 机质、水和空气四部分组成。矿物质分为原生矿物和 次生矿物。
土壤中的有机质包括动植物死亡后的残骸以及生活 在土壤中的微生物和其它生物。土壤中的空气和水存 在于土壤空隙之间，它们在植物的呼吸和养分的传递 中起着重要作用。
大气的总质量约为3.9×1015吨，主要成分是氮 (78.09%)和氧(20.95%)，还有微量的稀有气体、CO2、 水蒸气和飘尘等，大气是一种复杂的化学体系。根据 大气物理性质的不同特征，将大气分为对流层、平流 层、中间层、热层和散逸层等，与人类有最密切的是 对流层和平流层。
物理性污染及防治
物理性污染及防治1、噪声污染噪声破坏了自然界原有的宁静，损伤人们的听力，损害人们的健康，影响了人们的生活和工作。
强噪声还能造成建筑物的损害，甚至导致生物死亡。
噪声已成为仅次于大气污染和水污染的第三大公害。
2、交通噪声：主要指各种机动车辆、飞机、火车、轮船等在行驶过程中的振动和喇叭声产生的噪声。
它的特点是流动性和不稳定性。
对交通干道两侧以及港口、机场附近的居民影响最大。
3、工业噪声：指工厂的机器在运转时产生的噪声和建筑工地施工时的噪声。
它的特点是具有稳定的噪声源。
在工厂和工地工作的人是直接的受害者，在其附近的居民也深受其害。
4、社会生活噪声：主要产生在商业区。
另外，娱乐、体育场所，游行、集会、宣传等社会活动也会产生噪声。
其他如家用电器的运转声，宠物的叫声，上楼下楼的脚步声，喧哗声，打闹声等等，都属于社会生活噪声。
5、噪声控制：现在世界上许多国家都通过立法颁布了噪声控制标准，对飞机和机场的噪声、城市交通噪声、建筑施工噪声、工厂机器噪声和社会生活噪声都制定了严格的噪声控制标准。
例如，工厂、工地的噪声应不超过85分贝～90分贝。
居民居住区，白天不能超过50分贝，夜间不能超过40分贝。
噪声是一种声波，噪声污染是由噪声源产生，再通过传播介质对人产生影响的。
噪声控制包括降低噪声源的噪声，控制噪声的传播途径和个人防护几个方面：（1）声源控制：运转的机器设备和各种交通运输工具是主要的噪声源，控制它们的噪声有两条途径：一是改进结构，提高各个部件的加工精度和装配质量，采用合理的操作方法等，降低声源的噪声发射功率。
二是利用声波的吸收、反射、干涉等特性，采用吸声、隔声、减振、隔振等技术，以及安装消声器等，控制噪声的辐射。
因此大力发展科学技术，开发新材料、新技术、新工艺，推广使用低噪声设备，是控制噪声污染的长远战略。
（2）控制噪声的传播途径：主要措施有：①在城市建设中合理布局，按照不同的功能区规划，使居住区与噪声源尽量远离。
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2、气温的垂直分布（温度层结） 气温− 大气） （大气） dZ
γ γ γ γ
>γ
正常分布层结 （递减层结） 递减层结） 中性层结（绝热直减率） 中性层结（绝热直减率） 等温层结 逆温层结
dT γ =− dZ
＝γd ， ＝0 ， <0 ，
c .由高压 .由高压 指向低压
1010
2.地转偏向力
由于地球自转而产生的使运动着的大气偏离气压梯 度方向的力称为地转偏向力
Dn = 2vϖ sin ϕ
风速
当地的纬度
地球自转角速度
Dn = 2vϖ sin ϕ
水平气压 梯度力
a.伴随风的产生而产生 a.伴随风的产生而产生
b.垂直于空气的运动 b.垂直于空气的运动 方向(即风向),北半球向指向右， ),北半球向指向右 方向(即风向),北半球向指向右， 南半球指向左； 南半球指向左；
放射性物质在大气中的行为
• 4.1放射性物质在大气中的化学行为 • 4.2放射性物质在大气中的输运和弥散 • 4.3放射性物质在大气中的沉积和再悬浮
放射性物质在大气中的化学行为 主要源于被大气中本身存 在的固体微粒或雾所捕集
形成气溶胶
放射性物质在大 气中的化学行为
氧化反应 发生化学反应 碳酸盐化反应 光化学反应 同位素交换反应
混合层 中性层 稳定层
γ − γ d >0, a>0 γ − γ d <0, a<0 γ − γ d ＝0，a=0 ，
不稳定 稳定 中性 逆温，非常稳定 逆温，
γ <0 ， a<0
有关辐射逆温 在晴朗无云或少云、 风力不大的夜晚， 地面辐射冷却很快， 在晴朗无云或少云 、 风力不大的夜晚 ， 地面辐射冷却很快 ， 贴近地面的大气温度下降最多，而高层大气冷却慢， 贴近地面的大气温度下降最多，而高层大气冷却慢，造成 温度自下而上的增加，称为辐射逆温。 温度自下而上的增加，称为辐射逆温。 辐射逆温层的产生是有规律的，一般只在夜间形成， 辐射逆温层的产生是有规律的，一般只在夜间形成，早晨 随着太阳不断加热地表，地面温度上升，逆温自下而上逐 随着太阳不断加热地表， 地面温度上升， 渐消失，一般在上午完全消失。 渐消失，一般在上午完全消失。
大气湍流与污染物的扩散
• 图a表示烟团在比它尺度小的湍涡作用下，一 边随风迁移，一边受到湍涡的搅扰，边缘不断 与周围空气混合，体积缓慢地膨胀，烟团内部 的浓度也不断地降低。 • 图b表示烟团受到大尺度湍涡的作用。这时烟 团主要被湍涡所挟带，本身增长不大。 • 图c表示烟团受到大小尺度相当的湍涡扯动变 形，这是一种最强的扩散过程。 • 在实际大气中同时存在着各种不同大小的湍涡， 扩散过程是上述几种过程共同完成的。
水平气压 梯度力 风向
（百帕） 百帕） 1000 1005 1010
（北半球） 北半球）
地面摩擦力 地转偏向力 与空气运动方向相反近地 近地1～ 与空气运动方向相反近地 ～2km内明显 内明显
大 气 作 水 平 运 动 所 受 作 用 力
(使北半球风向右偏 使北半球风向右偏, 使北半球风向右偏 南半球风向左偏) 南半球风向左偏 (使风向垂直于等压线 使风向垂直于等压线) 使风向垂直于等压线
大气稳定度及其判据
定量判断
气块： 气块： 环境： 环境：
单位体积的气块所受的力 浮力： pi ρ i Ti 浮力：ρg p ρ T 重力： ρig 重力：
，将 pi = p = ρRT = ρi RTi 代入上式得： 代入上式得：
（单位体积块）加速度 a = 单位体积块）
g ( ρ − ρi )
准静力条件： 准静力条件：P=Pi g (Ti − T ) Ti a= = g ( − 1) T T 高度 z → z + ∆z （ 一般均满足绝热条件 ） 一般均满足绝热条件）
• 3、起因与两种形式 – 热力： 温度垂直分布不均，其强度主要取决于大气稳 热力 ： 温度垂直分布不均 ， 定度 – 机械 ： 垂直方向风速分布不均匀及地面粗糙度 ， 其强 机械： 垂直方向风速分布不均匀及地面粗糙度， 度主要取决于风速梯度和地面的粗糙度
湍流扩散理论简介 • 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 类比于分子扩散，污染物的扩散速率与负浓度 梯度成正比 2.湍流统计理论 3.相似理论
下午
日落前1h 日落前
夜间
日出
上午10h 上午
烟流形状与大气稳定度的关系
波浪型（不稳） 〉 波浪型（不稳） γ〉γd
锥型（中性 弱稳 弱稳） 锥型（中性or弱稳） γ≈γd 扇型（逆温） 扇型（逆温）γ<0 爬升型（下逆，上不稳） 爬升型（下逆，上不稳）
•漫烟型（上逆、下不稳） 漫烟型（上逆、下不稳） 漫烟型
4.2放射性物质在大气中的输运和弥散
• 1、什么是干绝热递减率 什么是干绝热递减率 • 干气团绝热上升或下降单位高度(通常 通常100m)的温度变 干气团绝热上升或下降单位高度 通常 的温度变 化量称为干绝热递减率， 表示，单位K/100m 化量称为干绝热递减率，用γd表示，单位
（由压力变化引起） 由压力变化引起）
T
Cp
p
dP = − ρg ⇒ dP = − ρgdZ dZ
又理想气体状态方程： PV
……②
= RT
⇒ P = ρ RT ……③
dT γ =− 气温直减率 dZ
dT g =− 将②③代入①，则得： dZ Cp
实际中Ti与环境温度T之差不超过10℃， 或下降）运动时，每 表示干空气在作干绝热上升（ Ti/T≈1。 表示干空气在作干绝热上升（或下降）运动时， 升高（或下降） 升高（或下降）100m，温度降低（或升高）约21℃。 ，温度降低（或升高） s ℃ dT i dT g 9 . 81 m / − ≈ = ∴ γ d = − dZ dZ 1005 J /( Kg . K ) C P
空气产生水平 水平气压梯度力 运动的原动力 二力平 衡,风向 风向 平行于 等压线
地转偏向力
三种力 共同作 用下,风 用下 风 向斜穿 等压线
地面摩擦力
（与空气的运动方向相反） 与空气的运动方向相反）
4.2.2湍流扩散基本理论
• 一、湍流扩散的基本概念 • 扩散的要素 – 风：平流输送为主，风大则湍流大 平流输送为主， –湍流：扩散比分子扩散快105～106倍 湍流： 湍流 扩散比分子扩散快10 1、什么是湍流？ 、什么是湍流？ 除在水平方向运动外， 还会由上、 除在水平方向运动外 ， 还会由上 、 下 、 左 、 右方向的乱 运动，风的这种特性和摆动称为大气湍流。 运动，风的这种特性和摆动称为大气湍流。（有点象分子 的热运动） 或者说湍流是大气的无规则运动 。 • 风速的脉动（上、下） 风速的脉动（ • 风向的摆动（左、右） 风向的摆动（ 2、湍流与扩散的关系 、 把湍流想象成是由许多湍涡形成的， 把湍流想象成是由许多湍涡形成的 ， 湍涡的不规则运动 而形成它与分子运动极为相似。 而形成它与分子运动极为相似。
d
逆温是大气温度随高度增加而升高 的现象， 的现象，逆温层结是强稳定的大气 层结，不利于污染物的扩散。 层结，不利于污染物的扩散。
3、大气稳定度及其判据
定义：大气在垂直方向上稳定的程度；反映其是否容易发生 定义：大气在垂直方向上稳定的程度； 对流 定性描述： 定性描述： 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， 气块减速，有返回趋势，稳定 气块加速上升或下降， 气块加速上升或下降，不稳定 气块停在外力去掉处， 气块停在外力去掉处，中性 不稳定条件下有利于污染物扩散
（百帕） 百帕） c. 只改变风向不改变风速； 1000 1005 1010
d.由低纬向 d.由低纬向 高纬增大；
地转偏向力 （北半球） 北半球）
（百帕） 百帕） 1000 1005 1010 1015 1020
气 压 梯 度 力
在气压梯度力和地转偏向力共同作用下的风 北半球高空） （北半球高空）
• 2.湍流统计理论： 湍流统计理论： 湍流统计理论 • 泰勒(G．I．TaYler)首先应用统计学方法研究湍流扩 泰勒 ． ． 首先应用统计学方法研究湍流扩 散问题，并于1921年提出了著名的泰勒公式。湍流统 年提出了著名的泰勒公式。 散问题，并于 年提出了著名的泰勒公式 计理论假定：流体中的微粒与连续流体一样， 计理论假定：流体中的微粒与连续流体一样，呈连续 运动，微粒在进行传输和扩散时， 运动，微粒在进行传输和扩散时，不发生化学和生物 学反应；微粒的大小和质量不计， 学反应；微粒的大小和质量不计，并将微粒运动看作 是相对于一定空间发生的。 是相对于一定空间发生的。 • 图4-1表示从污染源释放出的粒子，在风沿着 方向吹 表示从污染源释放出的粒子， 表示从污染源释放出的粒子 在风沿着x方向吹 的湍流大气中扩散的情况。假定大气湍流场是均匀、 的湍流大气中扩散的情况。假定大气湍流场是均匀、 稳定的。从原点释放出的一个粒子的位置用y表示 表示， 稳定的。从原点释放出的一个粒子的位置用 表示，则 y随时间而变化，但其平均值为零。如果从原点放出很 随时间而变化， 随时间而变化 但其平均值为零。 多粒子，则在x轴上粒子的浓度最高 浓度分布以x轴 轴上粒子的浓度最高， 多粒子，则在 轴上粒子的浓度最高，浓度分布以 轴 为对称轴，并符合正态分布。 为对称轴，并符合正态分布。
大气边界层的风场 大气运动包括垂直运动与水平运动。 •以垂直运动为主的空气运动，称为上曳气流 或下曳气流。 •空气在水平方向的流动称为风。气压的水平 分布不均匀是风的起因。
大气边界层的风场
• 引起大气运动的作用力
重力 直接作用力 水平气压梯度力（垂直上与重力基本平衡） 水平气压梯度力（垂直上与重力基本平衡） 地转偏向力 间接作用力 惯性离心力（大气曲线运动：很小） 惯性离心力（大气曲线运动：很小） 摩擦力 水平气压梯度使空气产生水平运动，空气开始运动之 后产生的力 源于气压的分布不均， 可分解为水平方向和 垂直方向两个分量