大气污染与气象的关系

)2
]
实际浓度
c(x,
y,
z,
H
)
2
q u
y
z
exp(
y2
2Байду номын сангаас
2 y
)
{exp[
(z H
2
2 y
)2
]
exp[
(z
H
2
2 z
)2
]}
高架连续点源扩散模式
地面浓度模式：取z＝0代入上式，得
c(x,
y,
z,
H)
q
u y
z
exp(
y2
2
2 y
) exp(
H2
2
2 z
)
地面轴线浓度模式：再取y=0代入上式
镜像全反射---->像源法 实源： c(x, y, z, H z) 像源： c(x, y, z, H z)
实源的贡献
c(x,
y,
z,
H
)
2
q
u
y
z
exp(
y2
2
2 y
)
exp[
(z H
2
2 y
)2
]
像源的贡献
c(x,
y,
z,
H
)
2
q
u
y
z
exp(
y2
2
2 y
)
exp[
(z H
2
2 z
T
z
> 0 ， 正常分布层结(递减层结） ＝ d， 中性层结（绝热直减率） ＝0 ， 等温层结 < 0 ， 逆温层结
当r＞0时，由于气温随高度增加而下降，空气形成上下对流， 湍流随之发展，对污染物扩散有利。 r越大，对流越快，污染 物愈易扩散。
当r＝0时，温度随高度不变，形成等湿层，空气垂直运动不存 在，大气较稳定．不利于污染物的扩散和稀释。
云对辐射起屏障作用，它既阻挡白天的太阳辐射，又阻 挡夜间地面向上的辐射，从而使垂直温度梯度减小，使 白天递减和夜间逆温均受到削弱。减弱的程度决定于云 量的多少。阴天，温度层结的昼夜变化几乎消失．大气 接近中性状态。
大气污染指数
Id越大，d方向下侧的污染越重。实践表明Id ＜0.8时，为 清洁型大气，也就是说，这些地区不容易发生空气污染事 故，可以作为工业区。
H
| z x xcmax
2
地面源高斯模式（令H＝0）：
c(x,
y,
z, 0)
q
u y z
exp[(
y2
2
2 y
z2
2
2 z
)]
相当于无限源的2倍（镜像垂直于地面，源强加倍）
线源扩散模式
无限长线源
( x,
y, 0, H )
QL
u y z
exp(
H2 )
2 z
exp(
y2
2
2 y
)dy
风向和线源不垂直时 （交角 >45o）
湍流——大气的无规则运动
风速的脉动 风向的摆动
起因与两种形式
热力：温度垂直分布不均（不稳定） 机械：垂直方向风速分布不均匀及地面粗糙度
大气稳定度对大气污染的影响
波浪型（不稳） 锥型（中性or弱稳） 扇型（逆温）
爬升型（下稳，上不 稳）
漫烟型（上逆、下不 稳）
大气温度层结对大气污染的影响
通常，污染物在大气中的浓度与平均风速成反比，风速增 大1倍，下风向污染物浓度将减小一半。
风对大气污染物扩散和输送的影响 风速随高度变化的曲线称为风速廓线。
风对大气污染物扩散和输送的影响
湍流对大气污染的影响
扩散的要素
风：平流输送为主，风大则湍流大 湍流：扩散比分子扩散快105～106倍
湍流的基本概念
风对大气污染的影响包括风向和风速两个方面。 一般情况 下，风向影响污染物的水平迁移扩散方向，总是不断将污 染物向下风向输送，污染区总是分布在下风方向上，高污 染浓度常出现在大污染源的下风向。
风速的大小决定了大气扩散稀释作用的强弱和对污染物输 送距离的远近。风速越大，单位时间内混入烟气中的清洁 空气愈多。大气扩散稀释作用越强；风速很大时，污染物 输送的距离可能很长，但浓度将变得很小。
简化为点源的面源扩散模式（续）
形心上风向距x0处有一虚拟点源，其烟流在形心处宽度正好与正 方形宽度相等
烟流宽度：中心线到浓度为中心处距离的两倍
（正态分布： 2 y0 4.30 y0 ） 确定 x、y0 x之z0 后即可按点源计算面源浓度
(x, y, 0, H )
Q
exp{ 1 [
y2
H2
(x, 0, 0, H )
2
2QL u z sin
exp(
H2
2
2 z
)
有限长线源
(x,0,0, H)
2QL
exp(
H2 )
P2
1 exp( P2 )dP
2 u z
2 z P1 2
2
面源扩散模式
大气排放规范里规定条件：烟囱高40m；单个排放量<0.04t/h
简化为点源的面源模式
面源扩散模式（续）
3.4 大气污染与气象的关系 ➢ 边界层的风与湍流对大气污染的影响
• 风和湍流是决定污染物在大气中扩散稀释最直接最本质 的因素，其他一切气象因素都是通过两者的作用来影响 扩散稀释过程的。
• 风速越大、湍流越强，污染物扩散就越快，浓度就越低。
风对大气污染物扩散和输送的影响
风对大气污染物扩散和输送的影响
]}
u( y y0 )( z z0 )
2 ( y y0 )2 ( z z0 )2
c(x,
y,
z, H )
q
u 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,
y,
z,
H
)
q
u y
z
exp(
H2
2
2 z
)
上式，x 增大，则 y 、 z 增大，第一项减小，第二
项增大，必然在某x 处有最大值
高架连续点源扩散模式
地面最大浓度模式（续）：
cmax
2q z uH 2e y
未知数：浓度c，待定函数A（x），待定系数a，b
（
1
2
2）
积分，可以解出未知数：得到高斯模式
q
y2
z2
c(x, y, z)
exp[( )]
2 u y z
2
2 y
2
2 z
无界空间连续点源扩散模式
q
y2
z2
c(x, y, z)
exp[( )]
2 u y z
2
2 y
2
2 z
高架连续点源扩散模式
3.5 大气扩散模式
高斯模式的有关假定
坐标系
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）
无界空间连续点源扩散模式
由正态分布假定，得下风向任一点的浓度分布
c(x, y, z) A(x)eay2 ebz2
当r＜0时，逆温层形成，暖而轻的空气在上面，冷而重的空气 在下面，气层很稳定，空气的对流和湍流运动受到抑制，污染 物极难输送扩散。
大多数空气污染事件都发生在有逆温及静风的气象条件下。
辐射和云对大气污染的影响
晴天白昼，特别是午后，太阳辐射最强，地面强烈增温， 温度层结是递减的，大气极不稳定。晴夜，地面有效辐 射大，地面降温快，因而形成逆温，大气极为稳定。日 出日落后为转换期，大气接近中性状态。