第五章 大气扩散参数

间隔 相关，并通过量纲分析得到所有量的组合。
以y向为例：
RL ( )
f
(N)
v2
N u*z0
由 RL ( )的性质，RL (0) 1, RL () 0可得：
RL
(
)
(
N
N
v2
)n
n为由风速梯度观测确定的实验常数，
n 2m 1 m
m为风速廓线幂指数。一般稳中定性mm>~11//44；；
不稳定m< 1/4
具体步骤：
1 找出泰勒公式中的拉格朗日相关系数的具体形式，即 寻找它与某些可测气象参量的关系，代入泰勒公式求 扩散参数。
2 y
y2 (T )
2v2
T 0
t
0 RL ( )d dt
2 将扩散参数代入基本高斯扩散，得到萨顿扩散公式。
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3 基于简单物理考虑，认为拉格朗日相关系数与湍流特
征量（u'2 ,v'2 , w'2 ），宏观黏滞度（N=u*Z0），时间
脉动风方位 角标准差
脉动风高度 角标准差
A 和 E 由双向风标测量，反映大气湍流扩散能力。
p，g与稳定度、下风向距离及地表粗糙度相关
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3 BNL模式（M.E.Smith,1951）
• 特征量：水平风向摆动角的范围 • 高架源（108m高塔施放油雾）扩散试验 • 简便、合理、实用，美国机械工程师协会
沿用至今
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4 J. S. Hay & F. Pasquill(1959)
出发点：统计理论，泰勒公式
方法：利用相关函数和湍流能谱关系，由湍 流观测资料做谱分析，计算扩散参数。
总结：模型合理可取，反映湍流场本质，而 且准确度较高，其探讨有一定理论意义， 但应用尚不普遍，观测要求高，计算工作 量大。
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成的浓度呈反比关系。
3
主要内容
早期大气扩散参数处理 稳定度扩散级别与扩散曲线法 扩散曲线讨论 风向脉动与扩散函数法 扩散参数的研究现状
4
一 早期的扩散参数模式
1.萨顿模式
格雷厄姆·萨顿（Graham Sutton)，英国气象学家。
1903年2月4日生于克温坎，毕业于威尔士大学、阿伯里斯威恩大学和牛津大学。1926— 1928年在威尔士大学、阿伯里斯威恩大学任讲师。 1928—1941年任助理教授。第二次世界大战期间从事国防科研工作。 1942—1943年任英国国防部防化实验所所长。 1943—1945年任坦克实验所所长。 1945—1947年任英国雷达研究发展中心主任。 1950—1955年任英国大气污染研究委员会主席。1951年任英国陆军部科学顾问。 1952—1953年任英国皇家军事科学院教务长。1953年任皇家气象学会主席。 1953—1956年任世界气象组织常务理事。 1960—1966年任英国大地测量及地球物理学全国委员会主席。 1965—1971年任英国自然环境研究委员会主席。 在自然环境和气象研究方面取得了许多成果。曾获世界气象组织颁发的奖金。著作：①《大 气湍流》（Atmos-pheric turbulence，1948）；②《微气象学》（Micrometeoro-log5y， 1953）
第五章 大气扩散参数
y z
1
q(x,
y,
z；H)
Q
2 u
y z
exp(
y2
2
2 y
)
•{exp[
(z H
2
2 z
)2
]
exp[
(z H)2
2
2 z
]}
基本高斯扩散公式中，欲计算得出污染物浓
度及其分布则必须知道源强Q，平均风速u ，有
效源高H和大气扩散参数 y , z
，Q, u往往
是通过测量获得或者由工程设计给出。于是，问
题归之于如何给出有效源高和大气扩散参数。
大气扩散参数与稳定度、地形、地面粗糙度等 有关。
2
高斯扩散公式中，风速不太小（>1-2m/s）， x向湍流扩散可忽略不计，仅考虑y向和z向。
y 和 z 在扩散计算中有两层作用，
一:通过指数项影响浓度呈高斯分布的形态
二：在一定的源强和风速下， y ， z 它们的乘积与造
1 2
Cz2 x2n
C
2 y
(1
4N n n)(2
n)u 2
•
( v2 u2
)1n
T为运行时间，x为运行距离
萨顿参数
Cz2
(1
4N n n)(2
n)u 2
•
( w2 u2
)1n
最早，但有局限性
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• 萨顿基于拉氏相关函数和泰勒公式导出（萨顿） 广义扩散参数; 他的功绩在于将大气扩散参数与 可测量的气象参量联系起来；
后经美国核气象学家杰富德(F. Giffod, 1961)和美国公共 卫生局的气象学家特纳尔(D. B. , Turner, 1967)的改进 与完善,构成了现今广为引用的P-G-T 扩散曲线系统。 13
1. P-G曲线法 方法要点：根据云况，日射以及地面风速， 将大气扩散能力分级，然后根据扩散曲线读 取不同下风距离处的扩散参数。
二 稳定度扩散分级与扩散曲线
法
在实际工作中，总是希望根据易得到的气象观测资料 (如常规气象观测资料)就能估算出污染物在大气中的扩 散状况。
由大量扩散试验（含气象观测和示踪物浓度观测） 资料分析及理论分析得出扩散参数随下风方距离x 的变化曲线
——P-G法，或者P-G-T法
英国气象学家帕斯奎尔(F. Pasquill，1961)基于大量扩 散实验资料的分析, 建立了一套扩散参数计算方案,
• 经验系数N , n , m 需要通过风速梯度观测才能确 定; 萨顿曾在平坦地形做了小尺度扩散观测实验, 直接利用这些数据计算高架连续点源的扩散浓度 将比实际观测值偏高。数理推导也不严密，应用 也很不方便。现今已经停用。
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2 直接测量湍流特征量的方法
H. E. Cramer(1957)提出
y Axp z Exg
u
u1
z z1
m
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泰勒公式:
y2 (T ) 2v2
T 0
t 0
RL
(
)d
dt
2v2
T
0 (T )RL ( )d
代入泰勒公式，处理简化n n)(2
n)v2
•
(v2
•T )2n
1 2
Cy2 x2n
2 z
2N n (1 n)(2 n)w2
• (w2
•T )2n
大气分成A-F共六个稳定度等级 （云，日照，风速。。。）
x~σy曲线（六条） （对应A、B…..F稳定度级）
未考虑特殊下垫面，如城市、山地、水面等的动力和 热力影响。为半定量方法
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Pasquill (1961)按云、日照、风速划分 6个稳定度扩散级别: A级—极不稳定, B级—中等不稳定, C级—弱不稳定, D级—中性, E级—弱稳定, F级— 中等稳定。