污染氣象學一第1頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月§1主要氣象要素及大氣的基本物理性質(zhì)；§2大氣的熱力過程；§3大氣污染與氣象的關(guān)系；§4大氣擴散模式；§5污染物濃度估算；§6廠址選擇和煙囪設(shè)計。第2頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月§1主要氣象要素及大氣的基本物理性質(zhì)一、低層大氣的成分：干潔空氣、水汽、氣溶膠粒子二、大氣的垂直結(jié)構(gòu)三、影響大氣污染的主要氣象要素氣象要素（因子）：表示大氣狀態(tài)的物理現(xiàn)象和物理量，氣象學中統(tǒng)稱為～。與大氣污染關(guān)系密切的氣象要素主要有：

氣溫、氣壓、空氣濕度（氣濕）、風（風向、風速）、云況、能見度、降水、蒸發(fā)、日照時數(shù)、太陽輻射、地面輻射、大氣輻射等。第3頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月1、氣溫：

表示大氣溫度高低的物理量。通常指距地面1.5m高處百葉箱中的空氣溫度。2、氣壓：任一點的氣壓值等于該地單位面積上的大氣柱重量，可見氣壓總是隨高度的增加而降低的。氣壓隨高度遞減關(guān)系式可用氣體靜力學方程式描述，即ΔP=-ρgΔZ，其積分式—壓高公式：據(jù)實測近地層高度每升高100米，氣壓平均降低約12.4毫巴（1mb=100Pa)

，在高層小于此值。3、空氣濕度（氣濕）：反映空氣中水汽含量和空氣潮濕程度的一個物理量。常用的表示方法有：絕對濕度、水蒸氣壓力、體積百分比、含濕量、相對濕度、露點等。第4頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月

4、風（風向、風速）什么是風？空氣的流動就形成風。氣象上把水平方向的空氣運動稱為風。

風的形成：風主要由于氣壓的水平分布不均勻而引起的，而氣壓的水平分布不均是由溫度分布不均造成。

風的形成除熱力原因外，還有動力原因，自然界的風是由于這兩種原因綜合作用的結(jié)果，但只要有溫差存在，空氣就不會停止運動。第5頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月風的度量（風向和風速）風是矢量，有方向和大小，即風向和風速。風速(風的大小)：單位時間內(nèi)空氣在水平方向移動的距離，

常用單位：m/s，Km/s。風向(風的來向)：可用8個方位或16方位表示(地面風),見圖2-2；也可用角度表示(高空風):以北為零點，沿順時針方向旋轉(zhuǎn)[正北為360°(或0°);正東90°;正南180°;正西270°]。第6頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月風的性質(zhì)：①隨時在變化：如我國季風（北京附近冬天東北風）；②隨高度變化：在一定范圍內(nèi)，風隨高度的增大而增大。地面有建筑物，樹木的影響。風速隨高度變化的曲線叫風速廓線，其數(shù)學表達式叫風速廓線模式。風速廓線模式都是在氣象要素正常分布的情況下推導出來的。在近地層中性層結(jié)情況下推導的兩個表達式分別為：③隨地理位置而變：山區(qū)會產(chǎn)生山風、谷風、海風，海區(qū)有海陸風（如上海、大連等）。第7頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月5、云云：是發(fā)生在高空的水汽凝結(jié)現(xiàn)象。

形成的基本條件：水蒸汽和使水蒸汽達到飽和凝結(jié)的環(huán)境。云量：指云遮蔽天空的成數(shù)。在我國，將天空分為10等份，有幾分天空被云遮蓋，云量就是幾。如：云占天空的1/10，云量記為1；在云層中有少量空隙（空隙總量不到天空的1/20）記為10；當天空無云或云量不到1/20時，云量為0。

國外，將天空分為8等份。國外云量與我國云量間的關(guān)系，國外云量×1.25=我國云量。總云量：指所有云遮蔽天空的成數(shù)，不論云的層次和高度。低云量：低云的云掩蓋天空的成數(shù)。云量的記錄：一般總云量/低云量的形式記錄，如10/7。云狀：多種多樣，1932年國際云學委員會出版的國際云圖將云狀分為四族十屬。

云高：指云底距地面的垂直距離，以米為單位。測定方法：激光測云儀、弧光測云儀等，目力測定法

第8頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月6、能見度

能見度：在當時的天氣條件下，視力正常的人能夠從天空背景中看到或辨認出目標物的最大距離，單位：m，Km。能見度的大小反應了大氣的混濁現(xiàn)象，反映出大氣中雜質(zhì)的多少。大氣中的霧、水汽、煙塵等，可使能見度降低。7、太陽高度角太陽高度角為太陽光線與地平線間的夾角，是影響太陽輻射強弱的最主要的因子之一。ho即太陽高度角，它隨時間而變化。8、降水降水是指大氣中降落至地面的液態(tài)或固態(tài)水的通稱。如雨、雪等。降水是清除大氣污染物的重要機制之一。四、大氣的基本物理性質(zhì)第9頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月

§2大氣的熱力過程

一

、太陽輻射

1、什么是輻射？自然界中的一切物體都以電磁波的形式時刻不停的向外傳遞能量，這種傳遞能量的方式稱為輻射，以輻射的方式向四周輸送的能量稱輻射能，有時簡稱輻射。

2、大氣對太陽輻射的減弱及影響因素（1）吸收輻射;（2）散射作用;（3）反射;（4）透過大氣層.

3、大氣溫度依地面溫度的變化關(guān)系地面溫度（土壤溫度）的日變化是周期性的，具有一最高值和最低值，在一天里地表溫度最高值在13點左右，最低溫度在日出前后。氣溫的年變化曲線與地表溫度年變化曲線平行，但振幅較小。二、氣溫的垂直變化第10頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月1．什么是輻射太陽輻射是短波，地球輻射是長波，太陽、地球和大氣的輻射波長在0.15—120μm之間，其中0.4—0.76μm可見光波長。波長<0.4μm為紫外線，波長>0.76μm的為紅外線。據(jù)估算一年中整個地球可以從太陽獲得1.3×1024卡熱量，在不計大氣影響條件下，一分鐘內(nèi)太陽投射到地球表面每一平方厘米面積上的能量稱為太陽輻射強度。據(jù)計算，在大氣上界，即無大氣影響條件下，與太陽成垂直的平面上，每平方厘米面積上每分鐘獲得的熱量為1.94卡，這是在日地平均距離下求得的，稱為太陽常數(shù)。第11頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月概括而言：（1）太陽表面溫度6000K，它的輻射波長0.15—4.0μm，輻射最強在0.475μm長波；地球表面溫度15℃，它的輻射波長2.0—120μm，輻射最強在10μm短波。（2）各種物體接受輻射波長有選擇性。（3）各種物體高于0℃，就可輻射波長，也可接受輻射波。（4）太陽輻射的波長是地球的。第12頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月2、大氣對太陽輻射的減弱及影響因素地球周圍若沒有大氣圈，地面可能獲得同樣的太陽輻射強度，但由于大氣的存在使到達地面的太陽輻射強度遠比7.94卡少，這主要由于大氣對太陽輻射有減弱、消耗等影響，主要通過下述作用。吸收輻射大氣中的水蒸汽、CO2、吸收波長較長的紅外部分，O3能強烈吸收紫外線（0.255μm的吸收99%），N2不吸收太陽輻射。大氣吸收太陽輻射后變成了熱能，因此在平流層臭氧比較集中的地方溫度較高。第13頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月散射作用散射：使太陽輻射的直線射程發(fā)生偏斜，向四面八方散開的現(xiàn)象稱為散射。大氣中的云滴、塵粒、空氣分子對太陽輻射有散射作用，散射只改變太陽輻射的方向，對大氣的熱能無影響，經(jīng)散射，一部分到地面，一部分返宇宙。反射大氣層云層和較大顆粒的塵埃能將一部分太陽輻射反射到空間去，所以陰天地面得到的太陽輻射很少。上述三種作用以反射作用最大，散射次之，吸收最小。第14頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月透過大氣層輻射能傳遞關(guān)系：反射和散射返回宇宙空間的占43%，大氣直接吸收的占14%，其余43%到達地面被地面吸收。（包括直接到達地面的27%和散射回地面的16%兩部分）

第15頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月3．大氣溫度依地面溫度的變化關(guān)系輻射能力極大值對應的波長（λmax）同輻射體的絕對溫度T成反比。溫度越高，輻射波長越短。地面溫度為200—300K，地面輻射是長波輻射，大氣也以長波輻射方式向四周輸送熱量，其中一部分投向地面稱為大氣的逆輻射。這樣大氣能防止地面熱量的大量散失，對地面有保溫作用。地面輻射G1與被地面吸收的大氣逆輻射G2之差稱為地面有效輻射或稱夜間有效輻射R=G1-G2。若無大氣，地面的溫度不是15℃，而是-23℃（據(jù)計算）大氣圈的存在防止了夜間地面熱量迅速散失引起的急劇降溫，因而減少了溫度的日變輻。第16頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月大氣對太陽的短波輻射吸收很少（僅臭氧對其有吸收），而大氣中的水汽、CO2能大量吸收地面的長波輻射，因此太陽輻射不是大氣,特別不是近地層大氣的主要熱源。近地層大氣溫度主要受地表溫度的影響，據(jù)統(tǒng)計約有75—95%的地面長波輻射被大氣吸收，而且?guī)缀踉诮孛?0—50米的氣層中就完全被吸收了。所以地面溫度的同期性變化自然會引起空氣溫度的自然性變化。第17頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月地面溫度（土壤溫度）的日變化是周期性的，具有一最高值和最低值，在一天里地表溫度最高值在13點左右，最低溫度在日出前后。在陸地上，大氣溫度的波動傳播基本遵從土壤中溫度波動傳播規(guī)律，離地面越高，振幅越小，位相越落后，陸地上最高氣溫出現(xiàn)在14點到5點，最低氣溫出現(xiàn)在日出時。海洋氣溫日變輻稍大于水面溫度日變輻，一般洋面溫度晝夜都比氣溫高，洋面氣溫日變輻為1—2℃；內(nèi)陸湖面氣溫日變幅較大，可達10℃左右，水面最高氣溫出現(xiàn)在12點半左右，最低氣溫出現(xiàn)在日出前后。洋面氣溫日變化是由于太陽輻射直接作用造成的。因為海洋水面溫度幾乎晝夜不變，是洋面上空氣含水汽量較多的結(jié)果，其日變輻的極值都比水溫提前些。氣溫的年變化曲線與地表溫度年變化曲線平行，但振幅較小。陸地最高月溫在7月，最低月溫在1月。海洋或海濱地帶最高月溫發(fā)生在在8月，最低月溫在2月或3月初。第18頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月二大氣的絕熱過程第19頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月第20頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月2、干絕熱遞減率：絕熱垂直遞減率（絕熱直減率）：氣塊在絕熱過程中，垂直方向上每升降單位距離時的溫度變化值。（通常取100m），單位：℃/100m。

干絕熱垂直遞減率γd（干絕熱直減率）:干氣塊（包括未飽和濕空氣）在絕熱過程中，垂直方向上每升降單位距離的溫度變化值。（通常取100米），根據(jù)計算，得到γd約為0.98℃/100m，近似1℃/100m。（1）準靜力條件絕熱過程中氣溫、氣壓都是指大氣中氣塊本身的特性，但是對于氣壓而言，一般情況P≠P環(huán)，若過程進行的十分緩慢，可使外界氣壓變化與系統(tǒng)內(nèi)部氣壓變化充分平衡，每一瞬間外部氣壓與內(nèi)部氣壓看成是相等的，即P=P環(huán)，這個條件稱為準靜力條件。討論的大多數(shù)過程我們認為滿足準靜力條件，即P=P′。第21頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月第22頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月

干絕熱：氣團是未飽和狀態(tài)，不會有狀態(tài)的變化，負號“—”表示氣塊在干絕熱上升過程中溫度隨高度的升高而降低，若不計高度、緯度影響，取g=9.18m/s2，CP=1004.8J/(Kg·K)則γd=0.98K/100m≈1K/100m。表示干空氣在作干絕熱上升（或下降）運動時，每升高（或下降）100m，溫度降低（或升高）1℃。（3）濕空氣的絕熱變化濕空氣團作絕熱升降時情況較復雜，在升降過程中若無相變化，其溫度直減率和干絕熱直減率一樣，每升降100m，溫度變化1℃；若有相變化，每升高100m，溫度變化小于1℃。濕空氣上升達到飽和狀態(tài)并開始凝結(jié)的高度稱為凝結(jié)高度，在凝結(jié)高度以下，其溫度變化同干空氣一樣；在凝結(jié)高度以上，溫度變化小于干空氣的變化值，飽和空氣每上升（或下降）單位距離空氣的溫度變化，稱為濕絕熱遞減率γm，約為0.5℃/100m。第23頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月三、大氣的靜力穩(wěn)定度大氣的靜力穩(wěn)定度：指大氣垂直運動的氣團是加速、抑制，還是無影響的一種熱力學性質(zhì)。大氣穩(wěn)定度影響大氣污染物的擴散能力。1、氣溫的垂直分布（1）溫度層結(jié)：溫度隨高度的分布情況。它影響大氣垂直方向的流動情況，由于地面構(gòu)筑物不同，溫度層結(jié)不同。（2）溫度層結(jié)類型①溫度隨高度的增加而降低（Z↗t↘），正常分布，或遞減層結(jié)，一般情況是這種規(guī)律。②溫度梯度等于或近似于1℃/100m，稱中性層結(jié)。③溫度隨高度增加而升高（Z↗t↘），稱為逆溫層結(jié)。④溫度不隨高度變化，稱為等溫層結(jié)。見下圖所示：第24頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月圖：層結(jié)曲線

a—遞減層結(jié)

b—中性層結(jié)

c—逆溫層結(jié)

d—等溫層結(jié)

第25頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）溫度層結(jié)日變化

第26頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月（4）溫度變化的實質(zhì)：溫度變化的實質(zhì)是內(nèi)能變化。（5）環(huán)境溫度直減率（定義與干絕熱直減率相同），環(huán)境溫度的變化。

γ不是一常數(shù)，隨太陽輻射、氣候等而變化，對流層中環(huán)境溫度直減率的平均值為0.65℃/100m。大氣環(huán)境的各種狀態(tài)：（見下一頁圖示）（6）位溫（θ）位溫：把各層中的氣塊由最初的壓力P循著干絕熱的程序訂正到一個標準壓力1000hPa時所具有的溫度。任何一氣塊的位溫是不變的（干絕熱情況）；而非絕熱情況下，位溫是變化的。∴位溫比氣溫更能代表氣塊的熱力學性質(zhì)。1標準大氣壓力=1013.25mb（毫巴）1mb=103達因/cm2第27頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月大氣環(huán)境的各種狀態(tài)：

①

（平均狀態(tài)）γ=γd=1℃/100m（干絕熱狀態(tài)）③γ=0（等溫狀態(tài)）④γ<0（逆溫狀態(tài)）⑤γ>γd（超絕熱狀態(tài)）第28頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月2、大氣穩(wěn)定度（1）什么是大氣穩(wěn)定度？是指大氣中任一高度上的一空氣塊在鉛直方向上的穩(wěn)定程度。（2）大氣穩(wěn)定度的分類（3類）如果一空氣塊由于某種原因受到外力的作用，產(chǎn)生了上升或者下降的運動，當外力消除后，可能發(fā)生三種情況：①氣塊逐漸減速并有返回原來高度的趨勢，此時大氣是穩(wěn)定的。②氣塊仍然加速上升或下降，此時大氣是不穩(wěn)定的。③氣塊停留在外力消失時所處的位置，或者做等速運動，這時大氣是中性的。（3）如何判別大氣的穩(wěn)定度？①設(shè)氣塊狀態(tài)為T′、P′、ρ′,環(huán)境大氣狀態(tài)為T、P、ρ,氣塊受到的浮力為F1=mg=ρVg，重力為：G=ρ′Vg。因而它的靜浮力為：F1－G=(ρ－ρ′)Vg………………①∵P=ρRTP′=ρ′RT′

到達某一位置時P=P′（達準靜力條件）第29頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月第30頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月第31頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月第32頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月③用層結(jié)曲線（大氣溫度隨高度變化曲線）和狀態(tài)曲線（即上升空氣塊的溫度隨高度的變化曲線）的分布來判斷大氣穩(wěn)定度。第33頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月四、逆溫1、定義：溫度隨高度的增加而增加，此時。2、跟我們研究污染有關(guān)的因素：①逆溫層的消失時間；②逆溫層底的高度；③逆溫層的厚度；④逆溫的強度（溫度隨高度的變化情況）。不同季節(jié)都應掌握上述數(shù)據(jù)。逆溫的最危險狀況是逆溫層正好處于煙囪排放口。3、逆溫形成的過程（自學）形成逆溫的過程多種多樣，最主要有以下幾種：①輻射逆溫（較常見）；②平流逆溫；③鋒面逆溫；④湍流逆溫；⑤下沉逆溫。要求掌握輻射逆溫的形成機理，了解其它輻射逆溫的形成機理。第34頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月§3大氣污染與氣象的關(guān)系

一、邊界層的風和湍流對大氣污染的影響

風、湍流是決定污染物在大氣中稀釋擴散的最直接最本質(zhì)的因素。風速越大，湍流越強，污染物擴散速度越快，污染物濃度越低。（一）風對大氣污染物擴散和輸送的影響風對污染物的作用體現(xiàn)為風向和風速兩方面的影響。1、風向影響污染物的水平遷移擴散方向。2、風速的大小決定了大氣擴散稀釋作用的強弱。通常，污染物在大氣中的濃度與平均風速成反比，風速增大1倍，下風向污染物將減少一半。

（1）風速隨高度的分布：對數(shù)律；指數(shù)律。（2）風向頻率和污染系數(shù)為綜合考慮風向、風速對空氣污染物的輸送擴散影響，往往要用風向頻率和污染系數(shù)。第35頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月風向頻率是指一定時間內(nèi)（年或月），某風向出現(xiàn)次數(shù)占各風向出現(xiàn)總次數(shù)的百分率。

污染系數(shù)表示風向、風速綜合作用對空氣污染物擴散影響程度。P越大，某下風向污染越嚴重。（二）湍流1、什么是湍流？

除在水平方向運動外，還會由上、下、左、右方向的亂運動，風的這種特性和擺動稱為大氣湍流。（有點象分子的熱運動）

2、湍流與擴散的關(guān)系把湍流想象成是由許多湍渦形成的，湍渦的不規(guī)則運動而形成它與分子運動極為相似。

第36頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月不同的是，分子的運動以分子為單位，湍流以湍渦為單位，湍渦運動速度比分子運動速度大的多，比分子擴散快105—106倍。沒有湍流運動，污染物的擴散就成了問題。這是因為無湍流時，污染物單靠分子擴散，擴散速度很小；有湍流時，由于其靠湍流擴散，運動的方向和大小都極不規(guī)則，使流場各部分間強烈混合，混合加快了擴散速度。若只有風無湍流，從煙囪中排出的廢氣像一條“煙管”一樣幾乎保持著同樣粗細，吹向下方，很少擴散。3、形成：近地層大氣湍流有兩種：熱力湍流；機械湍流。①熱力湍流：主要由于大氣的鉛直穩(wěn)定度而引起，大氣的鉛直穩(wěn)定度是由于氣溫的垂直分布決定的。②機械湍流：有動力因子產(chǎn)生，由于大氣垂直方向上的風速梯度不同和地面粗糙度不同而產(chǎn)生。歸納而言：風速越大，湍流越強，污染物擴散速度越快，污染物濃度越低。風、湍流是決定污染物在大氣中稀釋擴散的最直接因素。（三）地方性風場第37頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月二、大氣穩(wěn)定度對大氣污染的影響

大氣穩(wěn)定度對煙流擴散有很大的影響，不同穩(wěn)定度導致從煙囪排出的煙羽形狀不同。下面是與穩(wěn)定度有關(guān)的五種典型煙流，。第38頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月第39頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月三、降水對大氣污染的影響降水對大氣污染有凈化作用，降水的凈化作用與降水的強度和持續(xù)時間有關(guān)。降水越強，降水時間越長，降水后大氣污染物濃度越低，保持低濃度的時間越長。四、云量與輻射的晝夜變化

一般來說：晴天白天，特別是夏季中午，太陽輻射最強，溫度層結(jié)遞減，處于極不穩(wěn)定狀態(tài)；夜間，黎明前逆溫最強，日出與日落前后為轉(zhuǎn)換期，均接近中性層結(jié)。云：對輻射起屏障作用，既阻擋白天的太陽輻射，又阻擋夜間地面向上的輻射。總效果：減小氣溫隨高度的變化。五、天氣形勢的影響天氣形勢指大范圍氣壓分布狀況。一定的天氣現(xiàn)象和氣象條件都與相應的天氣形勢聯(lián)系起來。所以，天氣形勢與影響空氣污染的氣象因素密切相關(guān)，影響了污染物在大氣中的擴散。低壓氣旋控制區(qū)：空氣有上升運動，云天較多，通常風速較大。

強高壓反氣旋控制區(qū)：天氣晴朗，風速較小

。第40頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月天氣形勢的影響都是大范圍的，它對個別源造成的小范圍的污染影響不太明顯（沒有氣象條件日變化作用明顯）。六、大氣污染指數(shù)為了綜合表示風、大氣穩(wěn)定度、降水及混合層高度等氣象因素對污染物擴散的共同作用，可采用污染指數(shù)Id。

式中：Id—d方向上的污染指數(shù)，無量綱；P—降水；S—大氣穩(wěn)定度；u—風速；h—混合層高度。Id越大，d方向下側(cè)的污染較重。實踐證明，Id≤0.8時，為清潔型大氣。第41頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月污染物的半衰期

化學遷移的修正，在工程應用上與濕沉積類似，可令修正后的源強Q（x）等于初始源強Q（0）乘以修正因子fc

。式中Tc----大氣污染物的時間常數(shù)；其他符號同前。如果定義fc=1/2所對應的時間為該大氣污染物的半衰期td，將其代入式（44.9-85），可得：對于城市尺度，SO2的td≈4小時；長距離輸送SO2的td典型值為4天。第42頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月

§3-4正態(tài)分布下的大氣擴散模式

一、污染源污染源對污染物的影響很大，從污染源考慮污染物濃度主要有以下幾方面：(1)污染物指的化學組分及性質(zhì),各組分間是否易發(fā)生化學反應形成二次污染物等；

(2)源的幾何形狀和排放方式；(3)源強，即污染物的排放速率；(4)源的高度。在源強等條件相同的情況下,源高對地面污染物的影響見下圖所示。

第43頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月二、大氣擴散試驗方法簡介1、示蹤劑濃度測量法優(yōu)點：可直接測得數(shù)據(jù)，只要網(wǎng)點布置得當，就可對整個濃度場進行分析。缺點：人力、物力耗費大，不經(jīng)濟。示蹤劑：要求靈敏度高，無毒，性能穩(wěn)定，檢驗方法可靠。常用的有：熒光微粒、六氟化硫（SF6）、SO2等。2、光學輪廓法優(yōu)點：簡便、經(jīng)濟；缺點：精度差，研究范圍小。常在研究煙羽抬升高度時應用。3、“標記粒子”軌跡法優(yōu)點：精度高、適于大尺度擴散研究；缺點：工作量大，不經(jīng)濟，多次觀察等。此外還有風洞試驗研究等。第44頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月三、正態(tài)分布假設(shè)下的擴散模式研究湍流場中物質(zhì)擴散的理論體系有三種：梯度輸送理論；統(tǒng)計理論；相似理論。1、梯度輸送理論研究方法：利用歐拉提出的方法，在充滿流體的空間固定多個點，量測各固定點上的各個參數(shù)的變化。理論基礎(chǔ)：質(zhì)量守恒定律，把擴散類似分子擴散，脈動值用平均值代替。2、統(tǒng)計理論研究方法：拉格朗日方法，空間有一微團，跟隨微團流動時各個流動點的規(guī)律。理論基礎(chǔ)：解決擴散參數(shù)時用二元相關(guān)理論：方差、概率。第45頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月下面我們介紹據(jù)擴散統(tǒng)計理論導出的正態(tài)分布假設(shè)下的擴散模式。

（1）坐標系坐標系取排放點（無界源、地面源或高架源排放點）在地面的投影點為原點，主風向為x軸，y軸在水平面內(nèi)垂直于x軸，正方向在x軸的左側(cè)，z軸垂直于水平面，向上為正，即右手坐標系。食指—x軸；中指—y軸；拇指—z軸。此坐標系中，煙流中心與x軸重合或煙流在oxy平面的投影為x軸。（2）正態(tài)分布（高斯模式）假設(shè)下的擴散模式的假定①在y、z軸上的分布為正態(tài)分布，即在y、z軸上分別有；；②在擴散的各個空間，風速是均勻穩(wěn)定的，即時時、處處風速為常數(shù)，ū=常數(shù)

；③污染物排放的源強Q是連續(xù)均勻的；④在擴散過程中污染物沒有沉降、化合和分解；地面對其起全反射作用，不發(fā)生吸收或吸附作用。⑤x向風速（平均）不能太小，遠遠大于其它方向的湍流。下述的模式只要無特殊說明，都遵從上述假設(shè)。第46頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月第47頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月第48頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月上式中：ū—平均風速；Q—源強是指污染物排放速率。與空氣中污染物質(zhì)的濃度成正比，它是研究空氣污染問題的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。通常：（ⅰ）瞬時點源的源強以一次釋放的總量表示；（ⅱ）連續(xù)點源以單位時間的釋放量表示；（ⅲ）連續(xù)線源以單位時間單位長度的排放量表示；（ⅳ）連續(xù)面源以單位時間單位面積的排放量表示。δy—側(cè)向擴散參數(shù)，污染物在y方向分布的標準偏差，是距離y的函數(shù)，m；δz—豎向擴散參數(shù)，污染物在z方向分布的標準偏差，是距離z的函數(shù)，m；未知量—濃度c、待定函數(shù)A(x)、待定系數(shù)a、b；式①、②、③、④組成一方程組，四個方程式有四個未知數(shù)，故方程式可解。第49頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月第50頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月第51頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月4、高架連續(xù)點源擴散模式高架源既考慮到地面的影響，又考慮到高出地面一定高度的排放源。地面對污染物的影響很復雜，如果地面對污染物全部吸收，則⑧式仍適用于地面以上的大氣，但根據(jù)假設(shè)④可認為地面就象鏡子一樣對污染物起全反射作用，按全反射原理，可用：“像源法”處理這類問題。可以把P點污染物濃度看成為兩部分作用之和，一部分實源作用，一部分是虛源作用。見下頁圖：相當于位置在（0，0，H）的實源和位置在（0，0，-H）的像源，當不存在地面時在P點產(chǎn)生的濃度之和。（1）實源作用：由于坐標原點原選在地面上，現(xiàn)移到源高為H處，相當于原點上移H，即原式⑧中的Z在新坐標系中為（Z-H）,不考慮地面的影響，則：

第52頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月第53頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月第54頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月第55頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月第56頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月以上模式適用于氣態(tài)污染物和粒徑小于10μm的飄塵，對于大10μm的顆粒物，由于自身的沉降作用，濃度分布將有所改變。7、傾斜煙云模式在預測上述顆粒時，假設(shè)沉積和無沉積有相同的分布形式，但在整個煙云離開源以后，便以重力終端速度下降（ut）,此時，只要將高斯模式中有效源高H用()來置換即可得到傾斜煙云模式。

第57頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月第58頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月四、非點源擴散模式

1.線源擴散模式;2.簡單箱模式;3.面源擴散模式;4.山區(qū)擴散模式五、特殊氣象條件下的擴散模式（一）有上部逆溫層的擴散模式如果大氣低層處于不穩(wěn)定，某一高度以上有逆溫層存在，這時上部逆溫層就像一個“蓋子”使污染物垂直擴散受限制，擴散只能在地面和逆溫間進行，稱之為“封閉型擴散”。此類模型的推導是把逆溫層底面看成和地面一樣能起全反射的“鏡面”，這時的煙云多次反射。如下頁圖所示。污染源濃度可看成是實源和無窮多個虛源作用之和。

第59頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月第60頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月第61頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月

實際計算往往要進行簡化，設(shè)xD為煙羽邊緣剛好達逆溫底層時離煙源的水平距離。

第62頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月①當x≤xD時，按原擴散模式（一般高斯模式）計算；②當x≥2xD時，水平方向仍呈正態(tài)分布，z方向濃度漸趨均勻；③當xD<x<2xD時，情況復雜，此時可取x=xD和x=2xD時兩點濃度的內(nèi)差值（采用雙對數(shù)坐標系）。（二）熏煙擴散模式熏煙過程：是指由于夜間輻射逆溫在日出后，受太陽輻射，使逆溫自下而上消失，轉(zhuǎn)變?yōu)橹行曰虿环€(wěn)定層結(jié)，消失到煙羽下界時，上部仍為逆溫，擴散只能向下進行，致使出現(xiàn)地面高濃度。隨著逆溫自下而上逐漸消退而發(fā)展至煙流上界時達高潮，此過程稱為熏煙過程，持續(xù)數(shù)十分鐘。計算公式有幾種，見書P72：式3.66—3.72。第63頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月第64頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月第65頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月

§3-5平坦開闊地形上的點源擴散

（污染物濃度估計）

一、有效源高

H稱為煙囪的有效高度（煙軸高度，它由煙囪幾何高度Hs和煙流（最大）抬升高度ΔH組成，即H=Hs+ΔH），要得到H，只要求出ΔH即可。ΔH：煙囪頂層距煙軸的距離，隨x而變化的。1、煙氣抬升（1）煙氣從煙囪排出，有風時，大致有四個階段:(見下頁圖)a）噴出階段；b）浮升階段；c）瓦解階段；d）變平階段：（2）煙云抬升的原因有兩個：①是煙囪出口處的煙流具有一初始動量（使它們繼續(xù)垂直上升）；②是因煙流溫度高于環(huán)境溫度產(chǎn)生的靜浮力。這兩種動力引起的煙氣浮力運動稱煙云抬升，煙云抬升有利于降低地面的污染物濃度。

第66頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月第67頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月2、影響煙云抬升的因素影響煙云抬升的因素很多，這里只考慮幾種重要因素：（1）煙氣本身的因素a）煙氣出口速度（Vs）：決定了煙起初始動力的大小；b）熱排放率（QH）—煙囪口排出熱量的速率QH越高煙云抬升的浮力就越大，大多數(shù)煙云抬升模式認為其中α=1/4～1，常取α為2/3。c）煙囪幾何高度（看法不一）有人認為有影響：；有人認為無影響。

（2）環(huán)境大氣因素a）煙囪出口高度處風速越大，抬升高度愈低，。b）大氣穩(wěn)定度不穩(wěn)時，抬升較高；中性時，抬升稍高；穩(wěn)定時，抬升低。c）大氣湍流的影響大氣湍流越強，抬升高度愈低。

（3）下墊面等因素的影響第68頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月3、煙云最大抬升高度的經(jīng)驗計算抬升高度的計算公式很多，但由于影響抬升高度的因素很多，所以目前大多數(shù)煙羽抬升公式是憑經(jīng)驗的，且各有其特點（局限性），因此應盡量選擇該公式的導出條件和我們的計算條件相仿的。下面介紹幾個常見公式：第69頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月適用條件：中性大氣條件；對于非中性大氣條件，進行修正：不穩(wěn)定大氣→增加（10%～20%）△H；穩(wěn)定大氣→減少（10%～20%）△H。不適于：計算大型的熱排放源或高于100m煙囪的抬升高度。b.布里吉斯（Briggs）公式適用于不穩(wěn)定大氣條件和中性大氣條件的計算式。第70頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月3）我國（GB/T13201-91）“制定地方大氣污染物排放標準的技術(shù)方法”推薦的抬升公式：

第71頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月4、煙云抬升高度的測定選用煙云抬升高度計算公式前往往根據(jù)實例，根據(jù)實測時煙囪參數(shù)代入各種公式進行計算，選用與實測值近似的公式，或?qū)⒐街邢禂?shù)作以修改。目前已知的測定方法有照相法、氣球測高法、激光雷達法等。第72頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月5、有效源高對地面最大濃度的影響高架連續(xù)點源地面最大濃度計算式是在風速不變的情況下導出的。當考慮有效源高對地面最大濃度的影響時，應把風速看成變量考慮其影響。從Cmax公式看出：風速對Cmax有兩種作用結(jié)果：①風速增大，地面最大濃度減小；②從各種抬升公式看，風速增大時抬升高度減小，地面最大濃度增大。因此可以設(shè)想在某一風速下會出現(xiàn)地面最大濃度的極大值，稱為地面絕對最大濃度，相對此時的風速稱為危險風速。地面最大濃度Cmax不是隨風速增加而單純的減小，而是先隨風速增加而增大，當Cmax達到最大值后再減小。下面舉一種地面絕對最大濃度表達式，說明有效源高對地面最大濃度的影響。

大多數(shù)煙流抬升公式可概括為ΔH=B/ū的形式，其中B為某一抬升公式中除ū以外的一切量。例如用霍蘭德公式計算ΔH時，。若將上述抬升公式代入地面最大濃度公式Cmax中，對ū求導（B視為常數(shù)），并令則得到ū=B/Hs，即當ū=B/Hs時，Cmax達極大。不取ΔH=B/ū時，計算要繁雜得多，但都有一危險風速。

第73頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月二、大氣擴散參數(shù)（σy，σz）的確定1、擴散參數(shù)的性質(zhì)①隨著擴散距離的加長，σ增大。②隨著水平和垂直湍流的強烈交換，大氣處于不穩(wěn)定狀態(tài)，σ較大，即σ與穩(wěn)定度密切相關(guān)。σ=f（穩(wěn)定度）。③穩(wěn)定度、擴散距離一定時，σ與粗糙度有關(guān)。粗糙度越趨于穩(wěn)定，σ越小。2、確定σ的方法①示蹤實驗法；②風標法；③經(jīng)驗方法（應用最廣泛）3、帕斯奎爾（F.Pasquill）—吉福特（F.A.Gifford）擴散曲線法（簡：P-G擴散曲線法）帕斯奎爾在1961年首先提出應用觀測到的風速、云量、云狀和日照等天氣資料，將大氣擴散稀釋能力分為6個等級：A—極不穩(wěn)定，B—不穩(wěn)定，C—弱不穩(wěn)定，D—中性，E—弱穩(wěn)定，F(xiàn)—穩(wěn)定。若穩(wěn)定級別為A～B，則表示按A、B級的數(shù)據(jù)內(nèi)插。第74頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月該法的要點：首先根據(jù)帕斯奎爾劃分大氣穩(wěn)定度的方法來確定大氣穩(wěn)定度級別；然后從圖3-21和圖3-22中查得對應的擴散參數(shù)σy和σz；最后將σy、σz代入前面介紹的一系列擴散模式中，就可估計出各種情況下的濃度值。須指出：①為防止各種書籍中擴散參數(shù)曲線的復制誤差，英國倫敦氣象局在此基礎(chǔ)上制成表格，見書P79表3-9直接列出了不同穩(wěn)定度時，一些σy與σz的具體數(shù)值，用內(nèi)插法可求出20Km距離內(nèi)σy、σz的值。②當估算地面最大濃度Cmax和它出現(xiàn)的距離XCmax時先按計算出，結(jié)合當時的大氣穩(wěn)定度級別由圖3-22上查出對應的x值，此即該穩(wěn)定度下的XCmax.。然后從圖3-21上查出與XCmax.對應的值，代入本章節(jié)公式3.33即可算出Cmax值。適用條件：該法在D、C級穩(wěn)定度下誤差較小；在E、F級穩(wěn)定度下誤差較大；H越大，誤差越小。第75頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月第76頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月第77頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月第78頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月4、帕斯奎爾曲線法的發(fā)展P-G擴散曲線法的缺點：穩(wěn)定度的劃分比較粗糙，難以準確確定其級別。因此，1964年，特納爾（D.B.turner）對其進行改進，提出先根據(jù)太陽高度角、云高和云量確定輻射等級，再根據(jù)輻射等級和地面風速來劃分穩(wěn)定度級別。P-G擴散曲線法比較適用于開闊平坦的下墊面(如平原地區(qū)),對于粗糙度較大的地區(qū)，則應向不穩(wěn)定方向提高1-2級后再查表或圖。5、布里吉斯擴散參數(shù)布里吉斯根據(jù)大量實驗資料，考慮到下墊面和煙囪高度的影響，提出了適用于估算平原地區(qū)和城市地區(qū)的擴散參數(shù)公式。適用于高煙囪排放下風向20～30Km左右的范圍。表3-13和表3-14分別列出了估算σy、σz的公式。6、“國標”推薦的擴散參數(shù)在我國國標《制定地方大氣污染物排放標準的技術(shù)方法》（GB/T13021-91）中規(guī)定，取樣時間在30min時，擴散參數(shù)按下原則選取。第79頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月第80頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月第81頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月第82頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月第83頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月第84頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月第85頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）平原、農(nóng)村地區(qū)及城市遠郊區(qū)的擴散參數(shù)的選取：A、B、C級穩(wěn)定度直接由表3-15和表3-16查出σy、σz冪函數(shù)；D、E、F級穩(wěn)定度則需向不穩(wěn)定方向提半級后查算。（2）工業(yè)區(qū)或城區(qū)中點源的擴散參數(shù)選取：工業(yè)區(qū)：A、B級不提級；C級提到B級；D、E、F級向不穩(wěn)定方向提一級半；然后查算。非工業(yè)區(qū)的城區(qū)：A、B級不提級；C級提到B～C級；D、E、F級向不穩(wěn)定方向提一級；然后查算。（3）丘陵山區(qū)的農(nóng)村或城市：同城市工業(yè)區(qū)。（4）大于30min的取樣時間，σz不變，σy按下式計算：式中：σyτ2－取樣時間為τ2時的橫向擴散參數(shù)，m；σyτ1－取樣時間為τ1時的橫向擴散參數(shù)，m；q－時間稀釋指數(shù)。三、計算舉例第86頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月第87頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月§3-6廠址選擇和煙囪設(shè)計

一、選擇廠址所需的氣候資料

氣候資料是指氣象資料的常年統(tǒng)計形式。1、廠址選擇所需的氣候資料（1）風向和風速氣候資料：為了一目了然，常把風資料畫成風玫瑰圖。圖a是風向玫瑰圖；圖b風速玫瑰圖是各個風向的平均風速絕對值。圖c是風速和風向頻率復合圖，該圖矢線長度代表風向頻率大小，矢線末端的風速羽代表平均風速，每一羽可表示0.5或1.0m/s。。風向（風速）玫瑰圖：在8個或16個方向上給出風向（風速）的相對頻率或絕對值，用線段表示，連接各端點即成。風玫瑰圖可按多年（5-10年或更長）的平均值作；也可按某月或某季的多年平均值作，山區(qū)地形復雜，風向、風速隨地形和高度而變，可做出不同地點和高度的風玫瑰圖。靜風（風速<1.0m/s）或微風（風速為1～2m/s）情況大氣通風條件差，容易引起高濃度污染，尤其是長時間靜風會使污染物大量積累，引起嚴重污染。因此，在空氣污染分析中不僅應統(tǒng)計靜風頻率，有條件還要統(tǒng)計靜風持續(xù)時間。

第88頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月第89頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）大氣穩(wěn)定度的氣象資料一般氣象臺沒有近地層大氣逆溫層結(jié)的詳細資料，但可據(jù)pasquill或我們廢氣排放制定標準中規(guī)定的方法。利用已知的氣象資料進行分類，統(tǒng)計出月（年、季）各穩(wěn)定度頻率，作出必要的圖表。（3）混合層高度的確定混合層高度是影響混合物鉛直擴散的重要參數(shù)。由于溫度層結(jié)的晝夜變化，混合層高度也隨時間變化。混合層高度可看作氣塊作干絕熱上升運動的上限高度。（即：干絕熱遞減率上限高度。混合層愈高，則污染物垂直擴散的范圍越大。）具體指出污染物在鉛直方向的擴散范圍。受太陽輻射的影響，午后混合層高度最大，在溫度—高度圖上，從上午最大地面溫度作干絕熱線，與早晨溫度探空曲線的交點高度為午后混合層高度，即最大混合層高度。見下頁圖示。大范圍內(nèi)的平均污染濃度，可以認為與混合層高度和混合層內(nèi)的平均風速的乘積成反比。通常定義Dū為通風系數(shù)。Dū－單位時間內(nèi)通過與平均風向垂直的單位寬度混合層的空氣層。通風系數(shù)越大，污染濃度越小。第90頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月第91頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月2、長期平均濃度的計算在廠址選擇和環(huán)境評價中，人們更關(guān)心的長期平均濃度的分布。下面討論長期平均濃度的計算方法。氣象局提供的風向資料是按16方位給出的，每個方位相當于一個22.5o的扇形。因此，可按每個扇形計算長期平均濃度。推導時作以下假定：（1）同一扇形內(nèi)各角度的風向頻率相同，即在同一扇形內(nèi)同一距離上，污染物濃度在y方向是相等的。（2）當吹某一扇形風時，全部污染物都落在這個扇形里。第92頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月第93頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月第94頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月第95頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月二、廠址選擇

從環(huán)境保護角度出發(fā)，理想的建廠位置是污染本底值最小，擴散稀釋能力強，排出的污染物被輸送到城市或居民區(qū)的可能性最小的地方。1、本底濃度本底濃度超標的地區(qū)不宜建廠，本底濃度雖未超標，但加上擬建廠貢獻，短期內(nèi)又無法改進的也不宜建廠，應選擇本底濃度小的地區(qū)建廠。2、擴散稀釋能力擴散稀釋能力主要決定于該地區(qū)的氣象條件和地形。（1）風向、風速污染物危害的程度和受污染的時間及濃度有關(guān)，所以居住區(qū)、作物生長區(qū)都希望能設(shè)在受污染時間短、污染濃度低的位置，因而確定工廠和居民區(qū)的相對位置時要考慮風向、風速兩個因素。污染系數(shù)表示風向、風速綜合作用對空氣污染物擴散影響程度。其表達式為：污染系數(shù)=

第96頁，課件共104頁，創(chuàng)作于2023年2月某風向污染系數(shù)小，表示該風向吹來的風所造成的污染小，因此污染源可布置在污染系數(shù)最小風向的上側(cè)。結(jié)合書P86表3-19（某地風向頻率及污染系數(shù)）分析。（2）穩(wěn)定度