第三章大气污染与气象条件.

湿空气团（水份饱和），绝热上升，有水汽凝结
放热，加热气块。所以，饱和湿度空气绝热上升
减温率γm恒小于干绝热减温率γm ＜ γ g
绝热减温率
湿绝热 减温率 γm恒小 于干绝 热减温 率 γm ＜ γ g
lnP
趋于平行
γm
γd t
大气稳定度与大气污染
大气温度直减率可判断其稳定性 γ ＞ γ d 大气层结不稳定 γ ＜ γ d 大气层结稳定(逆温) γ = γ d 大气层结中性(等温) γ 大气越不稳定, γ 大气越稳定 大气稳定度与大气污染的关系； γ ＞ γ d大气不稳定、湍流和对流发展 充分，扩散稀释能力强 γ ≤ γ d大气稳定、形成阻挡层、湍流和 对流不易发展，扩散稀释能力弱， 易造成污染。
(2) 风速
决定污染物冲淡稀释的速度
2m 风速u=2m/s
6m 风速u=6m/s
1个烟团/s
1个烟团/s
可见：风速U越大，单位时间内通过烟囱口的空气体积 越大，单位体积混合气体内的污染物浓度就越小
风速在两层气流间及与地面 间引起被迫对流，对流产生 湍流，湍流加速烟气与周围 洁净空气的混合稀释 风速影响输送距离 U L 污染物浓度C 污染减轻 相反，U L 污染物积累 浓度
r ω
雨滴捕获方程
单位时间内雨滴捕获的污染物质量为：
πr2ωg
受湍流作用，捕获不完全，进行修正Eb (捕获率)
πr2ωgEb
设单位体积内半径在 r与r+dr之间的雨滴有 Nr个,则单 位时间单位体积内雨滴捕获的污染物量为
dg r 2gEb N r dr dt 0

雨滴捕获方程
雨滴捕获方程的解
微风 湍流弱
风较大 机械湍流 强 强对流 微风 下部湍流 扩散强 上部很弱 弱风 下部湍流 弱
地面浓度低
地面浓度低
波浪型 熏蒸型
波浪型 上部平展 下部迅速 向下扩展 下部平展 上部迅速 向上扩散
近烟囱处浓 度大 地面浓度高
上升型
地面浓度低
3.3 气压与降水对大气环境的影响
3.3.1 气压的影响 3.3.2 降水对大气环境的影响
t
波浪型(翻卷型)
出现在不稳定 条件下，湍流 活动强，扩散 迅速，多见夏 季晴天，中午 前后
H t
熏蒸型（漫烟型）
出现在上稳下中， 日出以后，低层 空气升温 形成上 稳下中的温度层 结，出现该种烟 型。此时风力较 好，烟不能向上 扩散，只能向下
H t
上升型（屋脊型）
温度层结与熏蒸 型相反，逆温层 在烟囱高度以下， 烟向上扩散，常 出现在日落后一 段时间
小结
总的来讲，风与湍流的作用： （1）把污染物从污染源输送走； （2）把污染物稀释扩散开来，即与周围 气体混合
3.2 大气稳定度与烟型
3.2.1 稳定度对大气环境污染的影响 3.2.2 逆温与大气污染 3.2.3 稳定度与烟型
3.2.1 稳定度对大气污染的影响
大气稳定度 指整层空气的稳定程度 空气团受冲击后： 运动减速，有返回原来位置趋势，稳定的 逐渐加速，有离开原来位置的趋势，不稳定 既不加速也不减速，中性 实质上：取决于气团的轻重（与周围空气比）
白天 电厂
种地形条件下
如：比利时马撕河谷 30 年 12 月的污染 事故 60 人死亡 24 人发病。美国洛杉机
电厂
43年的光化学烟雾时件
山脉丘陵 气流绕越山岭， 小丘，迎风坡气 流上升，流线密 集，风速增大， 山峰后形成大气 涡漩，受污染重
电厂
电厂
烟囱设计一定要高于周围建筑物5米以上
3.4.2 水体影响
海陆风与污染 海面与地面吸收，反射，导热等 差异较大，出现海陆风 白天：风从海面吹向陆地----海风 夜晚：风从陆地吹向海面----陆风 海风比陆风要大的多 海陆风交替作用，可能造成近海 海风 地区的污染 要避免在海陆风影响地区建造重 工业—化工厂
陆风
海陆边界层
海陆交界处，陆地粗糙，海面平滑，形成 海陆边界层 吹向海面的风，湍流小。 吹向地面的风，湍流大，波及上层，扩散 参数剧增，造成污染物向地面的迅速扩散。 如：日本多山，川崎就是这种情况的典型 受害者
影响方式有两种： 动力作用 粗糙度、地形→改变流场（改变扩散 稀释条件） 热力作用 下垫面的性质不同→造成受热，散热 不均→温度场、风场变化→影响污染物扩散和稀 释
3.4.1 山谷地形
山谷风
夜晚
白天：气流顺坡谷上升------上坡风
晚间：气流顺坡谷而下------下坡风 这种昼夜交替的局地环流，使污染物在 谷地往返积累 这种地形与外界大气交换困难，污染严 重，许多世界性重大污染事件发生在这
解方程有：
g g0e
pt
式中 g, g0----冲刷前后大气中污染物浓度 t ---- 时间 p----冲洗系数， p r 2gEb N r dr 结论： 在降水的冲洗作用下，污染物浓度随时间按照指数规律下降 实际与理论计算有出入，原因：仍有污染物的排放 仍有污染物的输送 雨、颗粒等运动复杂
典型逆温
高 度 H 逆温 冷气 暖气流
辐射逆温
温度t
地形逆温
平面逆温
逆温影响
逆温层能阻碍空气上升运动的发展，使空气 中的杂质，尘埃聚集其下，造成低温大气层 能见度差；污染聚集，空气质量下降，大气 污染加剧 逆温强度愈大，污染物愈不易扩散和稀释 影响最大的是： 辐射逆温 下沉逆温 地形逆温
3.2.3稳定度与烟型
H t
烟型气象条件与地面浓度的关系
形状 温度层结 天气状况 风（湍流） 地面污染程 度
平展型
垂直伸展 小 延伸远
规则圆锥
稳定
锥型
中性； 弱逆温 等温 超绝热 上部稳定 下部不稳 上部不稳 下部稳定
弱风的晴天， 早晨，地面平 坦有积雪时常 发生 阴天 风强时
晴天 日照强的白天 多在晨 日出后 晴天日落后
城市热到环流
可能：（1）把市区污染物带到郊区；（2）把城市带出 的及郊区的污染物一起带到城市。（3）造成城市空气的 质量恶化
3.5 大气污染对气候的影响
3.5.1大气污染对局地气候的பைடு நூலகம்响 3.5.2大气污染对全球气候的影响
3.5.1大气污染对局地气候的影 响
降低大气能见度
减少太阳的直接辐射和日照时数
3.4.3 城市效应
城市下垫面结构特珠，对污染物的扩散与 输送影响较大 城市建筑加大了地面粗糙度 城市的动力效应 风速减小，缩短了输送距离 局地机械湍流增加→污染物就地扩散加快
城市风
由于城市热岛的存在， 城市上空具有不稳定的 温度层结，下暖上冷造 成污染物在城市中扩散 较强烈。 城市风 城市与郊区间存在如图 所示的“热岛环流”------城市风。
风速U
U1
<
U2
距离L
（3）风频
即出现风的几率 对某些地区讲 某方向风出现的机会大，其下风侧被污 染的机会就多 即污染程度：与风向频率成正比
大气污染物浓度： 正比于：Q排放量 正比于：风频 反比于：U环境风速
3.1.2
湍流的影响
大气风时大时小，沿主导风向会出现上下，左 右的无规律摆动，这种无规律的摆动即大气湍 流。 作用：湍流扩散 高浓度的污染气团，通过湍流作用，与附近洁 净气体混合稀释 热力湍流 湍流 动力湍流 湍流的混合能力大 （雷诺实验）
大气稳定度不同，烟羽形状亦不同，归 纳有下列五种： （1）平展型 （2）锥型 （3）波浪型 （4）熏蒸型（漫烟型） （5）上升型（屋脊型）
平展型
H
出现在稳定条件 下，湍流受抑 （尤其铅直方向） 烟象扁平的飘带 伸向远方。长时 间看，会造成有 效的侧向扩散
t
锥型
H
出现在近中性条 件，湍流强度比 平展型要大，比 不稳定条件要小， 该扩散现象一般 是微风和云天的 特征
Z
ti td
air
γi> γd
Z
t
td
air
ti
γ i〈 γd
Z
t
ti td
air
γi= γd
t
3.2.2逆温与大气污染
逆温： 对流层一般 H t 有时 H t 即逆温象，该气层为逆温层 逆温的类型 根据成因：有辐射逆温 ------ 辐射作用，夜间地面冷却快 形成，日出前最大，日出后消失。 下沉-------空气下沉压缩增温作用（高气压区）形成的。 地形-------地形造成，盆地，谷地，山脉背风侧的逆温 平流-------一暖空气流到冷垫面上形成，取决于两者温差。 峰面-------冷暖空气流相遇形成的倾斜过度层（峰面）
3.1风与湍流对大气污染的影响
3.1.1 风对扩散和输送的影响 3.1.2 湍流的影响
3.1.1 风对扩散和输送的影响
风的影响包括: 方向 速度 风频
(1) 风向
决定污染物的迁移方向 ------ 一般风的水 平运动，将污染物向下风的方向输送 污染区总是在污染源的下风方向 风向的变动：使烟流轮廓曲折，其作用 类似花园里摇动的浇水龙头 作用：加宽了烟流的时间平均宽度
0
冲洗系数 p
p r 2gEb N r dr
0
p 104/s
颗粒直径 μm 40 18
可见： 16 污染物粒径 越大，冲洗 12 系数越大 8 降雨量越大， 4 冲洗系数越 大
8 4
降水速率 mm/h
气体污染物的清除
该过程较固体颗粒复杂，气体分子被雨滴捕获的 过成是可逆的，此过程实质上是扩散过程 捕获与否取决于： （1）污染物与雨滴相遇的机率 （2）雨滴与大气交界面上气体污染物的浓度梯度
第三章大气环境污染与气象条件
3.1风与湍流对大气环境污染的影响 3.2大气稳定度与烟型 3.3气压与降水对大气环境的影响 3.4下垫面条件对大气污染的影响 3.5大气污染对气候的影响
一个地区的污染物向大气中的排放 数量，在一定时期内变化不大，但 是大气环境中污染物浓度往往变化 很大 原因是气象条件不同
小结
气体污染物的降水冲洗效果较固体颗粒差 降水净化作用与 降水强度 ↑ 持续时间有关 ↑ 作用 ↑ 注意：降水冲洗虽使空气净化，但污染 土地或水体 如：酸雨-----使土地的酸化
3.4 下垫面对大气污染的影响
3.4.1 山谷地形
3.4.2 水体影响
3.4.3 城市效应
下垫面的影响是通过影响气象条件、气流实现的
颗粒污染物的清除
理论上相当复杂 有关因素有：（1）雨雪大小 荷电情况 雪的形成 （2）微粒大小 微粒带电状况 表面性质（稀释性） （3）降雨的强度
雨滴捕获物理模型
如右图：雨点 以 ω 下降，半 径 r ，单位时 间扫过的空间 π r2ω ， 空 气 中污染物浓度 g ，遇上雨的 污染物都被捕 获
气温垂直直减率r
当γ ＞0 空气上下对流,随之湍流发展， 对污染物扩散有利 当γ ＝0 等温层 空气没有垂直运动，不 利于污染物扩散，稀释 当γ ＜0 逆温层 H t 空气对流和湍流 被抑制，污染物极难扩散
温度的绝热变化
大气中，气团作垂直运动，近似绝热过程，其状 态变化近于绝热变化 干燥气团（未饱和）在大气中垂直上升（下降） 100m，温度降（升）1 ℃ 。称干绝热减温率γ g γg近似为常数，不同于γ(随地—气系统变化)
比环境大气重：下降 轻：上升 重：不上不下
大气稳定度
影响大气扩散能力，影响因素有： 动力因素：风，湍流 热力因素：大气温度层结、气温的 绝热变化
温度层结
指大气温度随高度的变化情况-----大气温度的垂
直分布，它决定大气的稳定度,影响湍流的强度
总的趋势：H t
用气温垂直直减率r来表示, γ =0.65℃/100m
3.3.1 气压的影响
气压不同，气象条件差异大，造成大气污染程度 不同 （1）高气压 高气压----大范围空气下沉----在几百米到1---2 公里高度上形成下沉逆温层，该逆温层象盖子 一样，阻止污染物向上扩散 如高气压停留时间长，只要有足够的污染物排 放，即可造成污染危害 高气压----往往形成高度污染
p
气体污染物冲洗系数
p f 雨，d 雨， , k
dg dt
wp
污染物浓度梯度，在大气中扩散率 当污染物在雨滴内浓度增大或经过干净大气时， 会发生逆过程
冲洗系数
p k r N g g 0
2
K----气相质量转化系数---“表示扩散率” g0----污染物的气相平衡浓度
（2）低气压 一般大气处于不稳定状态，对污染物扩 散稀释有利 低气压中往往有降水，有冲刷作用。 所以低气压影响不会造成大气污染的 发生
3.3.2 降水对大气环境的影响
降水是清除大气污染物是一个重要机制 该过程称：降水清除 降水洗脱 该过程包括： （ 1 ）污染物颗粒充当降水凝结核 ----- 地 面 （ 2 ）雨滴下降过程中碰撞，捕获一部分 颗粒物