大气污染与气象的关系

1、边界层的风与湍流对大气污染的影响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。风对大气污染的影响包括风对大气污染的影响包括风向风向和和风速风速两个方面。两个方面。 一般情况一般情况下，下，风向影响污染物的水平迁移扩散方向风向影响污染物的水平迁移扩散方向，总是不断将污，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

2、的下风向。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。送距离的远近。风速越大，单位时间内混入烟气中的清洁风速越大，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。输送的距离可能很长，但浓度将变得很小。通常，通常，污染物在大气中的浓度与平均风速成反比污染物在大气中的浓度与平均风速成反比，风速增，风速增大大1倍，下风向污染物浓度将减小一半。倍，下风向污染物浓度将减小一半。风速随高度变

3、化的曲线称为风速随高度变化的曲线称为风速廓线风速廓线。扩散的要素扩散的要素n风风：平流输送为主，风大则湍流大平流输送为主，风大则湍流大n湍流：扩散比分子扩散快湍流：扩散比分子扩散快10105 510106 6倍倍湍流的基本概念湍流的基本概念 n 湍流湍流大气的无规则运动大气的无规则运动 w风速的脉动风速的脉动w风向的摆动风向的摆动起因与两种形式起因与两种形式 n热力：温度垂直分布不均（不稳定）热力：温度垂直分布不均（不稳定）n机械：垂直方向风速分布不均匀及地面粗糙度机械：垂直方向风速分布不均匀及地面粗糙度波浪型（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

4、升型（下稳，上不爬升型（下稳，上不稳）稳）漫烟型（上逆、下不漫烟型（上逆、下不稳）稳） Tz d 0 ， 正常分布层结正常分布层结(递减层结）递减层结） ， 中性层结（绝热直减率）中性层结（绝热直减率） 0 ， 等温层结等温层结 像源法像源法n实源：实源： n像源：像源：( , , ,)c x y z Hz( , , ,)c x y z Hz2222()( , , ,)exp() exp222yyyzqyzHc x y z Hu n 实源实源的贡献的贡献2222()( , , ,)exp() exp222yzyzqyzHc x y z Hu n 像源像源的贡献的贡献222222()()( ,

5、, , )exp() exp exp2222yyzyzqyz Hz Hcx y z Hu n 实际浓度实际浓度2222( , , ,)exp()exp()22yzyzqyHc x y z Hu 地面浓度模式地面浓度模式：取：取z z0 0代入上式，得代入上式，得22( , , ,)exp()2zyzqHc x y z Hu 地面轴线浓度模式地面轴线浓度模式：再取：再取y=0y=0代入上式代入上式22( , , ,)exp()2zyzqHc x y z Hu xyz上式，上式， 增大增大，则，则 、 增大，第一项减小，第二增大，第一项减小，第二 项增大，必然在某项增大，必然在某x 处有最大值处有

6、最大值地面最大浓度模式：地面最大浓度模式： 考虑地面轴线浓度模式考虑地面轴线浓度模式 2222( , , ,0)exp ()22yzyzqyzc x y zu 地面源高斯模式地面源高斯模式（令（令H H0 0）：）：相当于无限源的相当于无限源的2 2倍（镜像垂直于地面，源强加倍）倍（镜像垂直于地面，源强加倍）m ax22zyqcu Hem ax|2czxxH地面最大浓度模式地面最大浓度模式（续）：（续）：222( , ,0,)exp()exp()22LzyyzQHyx yHdyu 222( ,0,0,)exp()22sinLzzQHxHu w无限长线源n风向和线源不垂直时 （交角 45o） 2

7、12221( ,0,0, )exp()exp()2222PLPzzQHPxHdPu w有限长线源w大气排放规范里规定条件：烟囱高大气排放规范里规定条件：烟囱高40m；单个排放量单个排放量 w4-9式计算 地面轴线浓度2Dxx0111DdzDD22( , )exp()22yyqyc x yuD2.当 ，z向浓度混合均匀，z分布函数为2DDxxx3. Dxx2Dxx内插（假定变化为线性），按z值插值假设：假设： D 换成换成h hf f（垂向均匀分布）；（垂向均匀分布）；Q Q 只包括进入混合层部分只包括进入混合层部分， 则仍可用上面公式则仍可用上面公式 22211exp()22( , ,0,)e

8、xp(), ()/22pFfzyffyfQPdPyx yHPhHuh2.15152.158oyyfyH tgH22( , ,0,)exp()22FyffyfQyx yHuh2fzhH 逆温层消失到烟流上边缘，即2zH 逆温消失到 ，熏烟过程不复存在22( , ,0,)exp()22 2FyffyfQyx yHuh 逆温层消失到烟囱的有效高度处n烟囱抬升高度的计算烟囱抬升高度的计算 烟囱有效高度烟囱有效高度H为烟囱几何高度为烟囱几何高度Hs与烟云抬升高度与烟云抬升高度H之和。之和。n烟云抬升高度烟云抬升高度H 的计算公式的计算公式式式(345)适用于中性大气条件。适用于中性大气条件。对于稳定大气

9、，烟云对于稳定大气，烟云抬升抬升高度增加高度增加10一一20；对于不稳定大气，烟云对于不稳定大气，烟云抬升抬升高度减少高度减少10一一20。n我国我国(GB/T13201一一91)“制定地方大气污染排放标准的技制定地方大气污染排放标准的技术方法术方法”中推荐的抬升方式中推荐的抬升方式 （GB/T 推荐性国家标准）烟气抬升高度的选取烟气抬升高度的选取优先采用国家标准中的推荐公式优先采用国家标准中的推荐公式nP-G扩散曲线法扩散曲线法帕 斯 奎 尔 将 大 气 扩 散 稀 释 能 力 分 为帕 斯 奎 尔 将 大 气 扩 散 稀 释 能 力 分 为 6 个 等 级个 等 级 :A 极不稳定极不稳定

10、,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.若稳定级别为若稳定级别为AB,则表示按则表示按A ,B级的数据内插。级的数据内插。该法的要点该法的要点:首先根据帕斯奎尔划分大气稳定度的方法来确定大气首先根据帕斯奎尔划分大气稳定度的方法来确定大气稳定度级别稳定度级别;然后从图然后从图3-11和图和图3-12中查得对应的扩中查得对应的扩散参数散参数y和和z;最后将最后将y,z代入前面介绍的一系列扩代入前面介绍的一系列扩散模式中散模式中,就可估计出各种情况下的浓度值就可估计出各种情况下的浓度值.设H=141.4m，则=100m若大气稳定度级别为B级，则 查右图知： =2km在对应的约为110m烟囱高度的计算烟囱高度的计算要求：要求：n（1）达到稀释扩散的作用达到稀释扩散的作用n（2）造价最低，造价最低， 造价正比于造价正比于H H 2 2n（3 3）地面浓度不超标）地面浓度不超标 烟囱高度的计算烟囱高度的计算n按地面最大