大气污染控制工程第02章 1-4节

1、大气污染的形成大气污染的形成: 源强源强 气象条件气象条件 下垫层条件下垫层条件源源受体受体大气扩散大气扩散酸雨越境转移酸雨越境转移 大气科学大气科学 大气物理、化学大气物理、化学大气气象学大气气象学 空气污染气象学空气污染气象学 气象条件对污物的稀释、扩散作用气象条件对污物的稀释、扩散作用污染物对气象的影响污染物对气象的影响大气圈垂直结构大气圈垂直结构对流层对流层（10km左右）左右）集中了大气质量的集中了大气质量的3/4和全部的水蒸气，主要天气现象都发和全部的水蒸气，主要天气现象都发生在这一层生在这一层温度随高度的增加而降低，每升高温度随高度的增加而降低，每升高100m平均降温平均降温0.

2、650C强烈对流作用强烈对流作用温度和湿度的水平分布不均温度和湿度的水平分布不均大气边界层对流层下层大气边界层对流层下层12km，地面阻滞和摩擦，地面阻滞和摩擦作用明显作用明显自由大气大气边界层以上，地面摩擦可以忽略自由大气大气边界层以上，地面摩擦可以忽略近地层地面上近地层地面上50100m，热量和动量的常通量层，热量和动量的常通量层平流层平流层（对流层顶（对流层顶5055km）同温层对流层顶同温层对流层顶3540km，气温，气温-550C左右左右同温层以上，气温随高度增加而增加同温层以上，气温随高度增加而增加集中了大部分臭氧集中了大部分臭氧没有对流运动，污染物停留时间很长没有对流运动，污染物

3、停留时间很长中间层中间层（平流层顶（平流层顶85km）气温随高度升高而迅速降低气温随高度升高而迅速降低对流运动强烈对流运动强烈暖层暖层（中间层顶（中间层顶800km）气温随高度升高而增高气温随高度升高而增高气体分子高度电离电离层气体分子高度电离电离层散逸层散逸层（暖层以上）（暖层以上）气温很高，空气稀薄气温很高，空气稀薄空气粒子可以摆脱地球引力而散逸空气粒子可以摆脱地球引力而散逸气象要素：气象要素： 表示大气状态的物理量和物理现象的物理量。表示大气状态的物理量和物理现象的物理量。包括：日照、气压、气温、湿度、降水、风、云况等。包括：日照、气压、气温、湿度、降水、风、云况等。1气温气温 : 天气

4、预报中：天气预报中：1.5m高、百叶箱内气温。高、百叶箱内气温。 摄氏温标摄氏温标 华氏温标华氏温标 绝对温标绝对温标K oo5(3 2 )9CFo2 7 3 .1 5KCoo93 25FCoo5(3 2 )9CFo2 7 3 .1 5KCoo93 25FC2 2气压气压：静止大气中某观测高度上的气压值静止大气中某观测高度上的气压值 等于单位面积上承受的大气柱的重量。等于单位面积上承受的大气柱的重量。单单 位：帕位：帕Pa, mmHg,百帕百帕hPa(气象气象)标准大气压标准大气压: 温度为温度为0时，在纬度是时，在纬度是45度的平均海平面上的气压度的平均海平面上的气压为一个标准大气压，记作为

5、一个标准大气压，记作atm， 关关 系系: 1Pa=1N/m2 1atm101325Pa1013.25 hPa =760mmHg 静止状态下静止状态下: dpgdz 3气湿（湿度）气湿（湿度）:空气中水汽含量的多少。空气中水汽含量的多少。绝对湿度绝对湿度1m3 湿空气中含有的水汽质量（湿空气中含有的水汽质量（kg）。）。相对湿度空气的绝对湿度与同温度下饱和空气的绝对湿度的相对湿度空气的绝对湿度与同温度下饱和空气的绝对湿度的百分比。百分比。含湿量（比湿）湿空气中含湿量（比湿）湿空气中1kg干空气包含的水汽质量。干空气包含的水汽质量。水汽体积分数水汽在湿空气中所占的体积分数。水汽体积分数水汽在湿空

6、气中所占的体积分数。露点同气压下空气达到饱和状态时的温度。露点同气压下空气达到饱和状态时的温度。 4风向和风速风向和风速 水平方向的空气运动叫做风（垂直方向升降气流）水平方向的空气运动叫做风（垂直方向升降气流） 风向：风的来向，可用方位（风向：风的来向，可用方位（8或或16）或角度表示。）或角度表示。 16个方位圆周等分，见下页。个方位圆周等分，见下页。 风速：单位时间内空气在水平方向上运动距离（风速：单位时间内空气在水平方向上运动距离（m/s，km/h） 气象报告中，指一定时间（气象报告中，指一定时间（2或或10min）的平均值；）的平均值； 有时也需测瞬时风向、风速。有时也需测瞬时风向、风

7、速。 风速和风力的关系：风速和风力的关系： (km/h) F风力级（风力级（012级）级） 302. 3Fu 4风向和风速风向和风速 风速随高度的变化值风速随高度的变化值: 注意注意:静风静风 u 0,a0不稳定不稳定0,a0稳定稳定中性层中性层0，a=0中性中性稳定层稳定层0， a0,a0不稳定不稳定0,a0稳定稳定中性层中性层0，a=0中性中性稳定层稳定层0， a0逆温，非常稳定逆温，非常稳定（2）用）用层结曲线层结曲线和和状态曲线状态曲线的分布来判断大气稳定度的分布来判断大气稳定度 状态曲线：状态曲线：在在T-Z坐标上，表示气块在绝热条件下升坐标上，表示气块在绝热条件下升降过程中温度的变

8、化曲线，（即上升空气块的温度随高降过程中温度的变化曲线，（即上升空气块的温度随高度变化曲线）称为状态曲线。度变化曲线）称为状态曲线。 温度层结曲线温度层结曲线：在：在T-Z坐标图上用直线描述气温直减坐标图上用直线描述气温直减率的直线，（即大气温度随高度变化曲线）称为率的直线，（即大气温度随高度变化曲线）称为温度层温度层结曲线结曲线。 Z d d d Z = d 中性 t d ()igTTaT（1）帕斯奎尔分类法）帕斯奎尔分类法：（：（P-G法）法） 依据依据： 离地面离地面10米处的平均风速米处的平均风速 太太 阳的辐射强度阳的辐射强度 云云 量量 分类方法分类方法：表：表4-3 （P93）

9、，A F六个级别。六个级别。 A极不稳定；极不稳定；B 不稳定；不稳定；C 弱不稳定；弱不稳定； D 中性；中性； E 弱稳定；弱稳定；F 稳定稳定 （1）帕斯奎尔分类法：）帕斯奎尔分类法： 几点说明几点说明： 稳定度级别稳定度级别AB表示按表示按A、B级的数据内插；级的数据内插； 夜间的定义为日落前夜间的定义为日落前1h至日出后至日出后1小时；小时； 不论何种天空状况，夜间前后不论何种天空状况，夜间前后1小时算作中性，小时算作中性，即即D级稳定度；级稳定度； 仲夏晴天中午为强日照，寒冬晴天中午为弱日照；仲夏晴天中午为强日照，寒冬晴天中午为弱日照； 强弱太阳辐射强弱太阳辐射 与太阳高度角对应，

10、并考虑云量。与太阳高度角对应，并考虑云量。（2）帕斯奎尔分类法的改进和补充：（）帕斯奎尔分类法的改进和补充：（P-T法）法） 修订我国修订我国GB/T13201-91 步骤步骤: 根据某时某地的太阳角和云量，按表根据某时某地的太阳角和云量，按表4-5（P96） 确定太阳辐射的等级数；确定太阳辐射的等级数； 根据太阳的辐射等级和地面根据太阳的辐射等级和地面10m处的风速处的风速 查表查表4-6来确定稳定度等级。来确定稳定度等级。一、气象要素对大气污染的影响：一、气象要素对大气污染的影响：1、风的影响：、风的影响： 风速：决定污染物的稀释程度风速：决定污染物的稀释程度 风向：决定污染物的扩散、移动

11、方向风向：决定污染物的扩散、移动方向风速廓线：平均风速随高度变化的曲线。风速廓线：平均风速随高度变化的曲线。风速廓线模式：描述风速廓线的数学表达式。风速廓线模式：描述风速廓线的数学表达式。对数律模式：中性层结时近地层的风速廓线对数律模式：中性层结时近地层的风速廓线 (3-22) 指数律模式：非中性层结时的风速廓线指数律模式：非中性层结时的风速廓线 （3-23）0lnzzKuu11(/)muuZZ风向频率：指一定时间内风向频率：指一定时间内(年或月年或月)，某风向出现次数，某风向出现次数占各风向出现次数的百分数。占各风向出现次数的百分数。风向频率用风玫瑰图：风向频率用风玫瑰图： 100%某风向出

12、现次数风向频率各风向的总次数污染系数：风向、风速综合作用对空气污染物扩散影响程度。污染系数：风向、风速综合作用对空气污染物扩散影响程度。污染系数越大，其下风方向污染越严重。污染系数越大，其下风方向污染越严重。 静风（静风（u1.0米米/秒）秒） 微风（微风（u在在12米米/秒）秒） 容易引起高浓度的大气污染。容易引起高浓度的大气污染。 该风向的平均风速风向频率污染系数风速、风向风速、风向无规则无规则的阵性和摆动叫做大气湍流。的阵性和摆动叫做大气湍流。（1）大气湍流的形成和发展：）大气湍流的形成和发展： 机械湍流机械湍流 热力湍流热力湍流（2）湍流扩散：）湍流扩散： 小涡流小涡流：烟团受小尺寸湍

13、流搅动，缓慢地扩散；：烟团受小尺寸湍流搅动，缓慢地扩散； 大涡流大涡流：尺寸比烟团大，这时烟团可能被大尺寸的湍流夹带，：尺寸比烟团大，这时烟团可能被大尺寸的湍流夹带，本身截面尺寸变化不大，前进路线呈曲线状作曲线运动；本身截面尺寸变化不大，前进路线呈曲线状作曲线运动； 复合尺寸湍流复合尺寸湍流：湍流由大小与烟团尺寸相似的涡流组成，烟团：湍流由大小与烟团尺寸相似的涡流组成，烟团被涡流迅速撕被涡流迅速撕 裂，沿着下风向不断扩大，浓度逐渐稀释。裂，沿着下风向不断扩大，浓度逐渐稀释。波浪型（不稳）波浪型（不稳）锥型（中性锥型（中性or弱稳）弱稳）扇型（逆温）扇型（逆温）爬升型（下稳，上不稳）爬升型（下稳

14、，上不稳）漫烟型（上逆、下不稳）漫烟型（上逆、下不稳） 当当0时，对污染物扩散有利；时，对污染物扩散有利；当当=0时，大气较稳定，不利于污染物的扩散与稀释；时，大气较稳定，不利于污染物的扩散与稀释；当当0时，逆温层形成，污染物极难输送扩散。时，逆温层形成，污染物极难输送扩散。 逆稳越强，逆温层越厚，维持时间越长，污染物越不容逆稳越强，逆温层越厚，维持时间越长，污染物越不容易扩散和稀释，危害也越大。易扩散和稀释，危害也越大。 清除大气污染物的重要机制之一。清除大气污染物的重要机制之一。降水净化大气的作用主要有两个方面：降水净化大气的作用主要有两个方面： 降水凝结核，随降水降落到地面；降水凝结核，

15、随降水降落到地面； 雨滴等在下降过程中，碰撞、捕获了一部分颗粒污染物。雨滴等在下降过程中，碰撞、捕获了一部分颗粒污染物。 这两种作用既发生在云中，也发生在云下降水下落过程中。这两种作用既发生在云中，也发生在云下降水下落过程中。大雨是净化城市空气的重要因素。大雨是净化城市空气的重要因素。晴天白昼，特别是午后，太阳辐射最强，地面强烈增温，温晴天白昼，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。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。极为稳定。日出日落前后为转换期，大气

16、接近中性状态。日出日落前后为转换期，大气接近中性状态。云对辐射起屏障作用，使白天递减和夜间逆温均受到削减。云对辐射起屏障作用，使白天递减和夜间逆温均受到削减。减弱的程度决定于云量的多少。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，大气接近中型状态。阴天，温度层结的昼夜变化几乎消失，大气接近中型状态。所谓天气形势，主要是指大范围的气压分布状况。所谓天气形势，主要是指大范围的气压分布状况。低压（气旋）控制区内，有利于稀释扩散。低压（气旋）控制区内，有利于稀释扩散。在高压（反气旋）控制下，天气晴朗，风速较小，大范围内在高压（反气旋）控制下，天气晴朗，风速较小，大范围内空气做下沉运动

17、，在几百米或一两千米上空形成下沉逆温。空气做下沉运动，在几百米或一两千米上空形成下沉逆温。地方性风场：地方性风场：局部地区由于地形、地物的影响，引起近地局部地区由于地形、地物的影响，引起近地层大气的增温和冷却速度不同，从而形成了局部层大气的增温和冷却速度不同，从而形成了局部空气环流，即形成了特殊的风场，称为空气环流，即形成了特殊的风场，称为局地风局地风。如：海陆风、山谷风（地形的影响）如：海陆风、山谷风（地形的影响）城市热岛效应、城市风（地物的影响）城市热岛效应、城市风（地物的影响） 海洋海洋 平地平地 陆地陆地 丘陵丘陵 山地山地 地形对烟气的扩散有地形对烟气的扩散有直接或间接的影响直接或间

18、接的影响。地形地形涡流什么是海（湖）陆风？什么是海（湖）陆风？ 海陆风是海（湖）风和陆风的总称。白天：由海洋吹向陆地的海风。白天：由海洋吹向陆地的海风。夜间：由陆地吹向海洋的陆风。夜间：由陆地吹向海洋的陆风。海陆风海陆风 当陆面出现海风时，高空是陆风；当当陆面出现海风时，高空是陆风；当地面出现陆风时，高空出现海风，从而形地面出现陆风时，高空出现海风，从而形成铅直的闭合环流，即海陆风。成铅直的闭合环流，即海陆风。发生地点：海与陆地的交界地带（活动范围大）、内陆湖泊、江河的水陆交界处（活动范围小）发生周期：24小时，以日为单位形成原因： 陆地和海洋（或大湖）对热量反应的差异，即地形的热力效应。总之

19、，海陆风对大气污染的影响很大。如：洛杉矶光化学烟雾发生地点：山区发生周期：24小时，以日为单位形成原因：地形热力作用引起的。 山风和谷风的通称。 白天：谷风。白天：谷风。暖暖冷 夜晚：夜晚： 山风（常伴随逆温）山风（常伴随逆温） 暖冷冷山谷风山谷风 影响：影响：山风和谷风形成昼夜交替的局地环流，往往使污山风和谷风形成昼夜交替的局地环流，往往使污染物在山谷内往返累计。染物在山谷内往返累计。 在山区夜里，由于辐射冷却和山风带至谷中的冷在山区夜里，由于辐射冷却和山风带至谷中的冷空气在谷底积聚，形成很强的逆温层，大气非常稳定，空气在谷底积聚，形成很强的逆温层，大气非常稳定，使位于山谷盆地的工厂排放的大气污染物长期停留在使位于山谷盆地的工厂排放的大气污染物长期停留在谷中难于向外输送，不易扩散，有可能造成严重的大谷中难于向外输送，不易扩散，有可能造成严重的大气污染。气污染。 例：本溪例：本溪地物：地物：指分布在地面上的固定物体，指分布在地面上的固定物体， 如楼房、道路、水利工程等。如楼房、道路、水利工程等。“热岛现象热岛现象”是城市最主要的气象特征之一。是城市最主要的气象特征之一。产生原因：产生原因： （1）城市人口密集、工业集中，耗能大；）城市人口密集、工业集中，耗能大； （2）城市建筑、路面等热容量大，白天大量吸收太）