污染气象学-大气扩散参数

1、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4.3 大气扩散参数一 早期的扩散参数模式 格雷厄姆萨顿，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。19261928年在威尔士大学、阿伯里斯威恩大学任讲师，19281941年任助理教授。第二次世界大战期间从事国防科研工作。19421943年任英国国防部防化实验所所长。19431945年任坦克实验所所长。19451947年任英国雷达研究发展中心主任。19501955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。19521953年任英国皇

2、家军事科学院教务长。1953年任皇家气象学会主席。19531956年任世界气象组织常务理事。19601966年任英国大地测量及地球物理学全国委员会主席。19651971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：大气湍流（Atmos-pheric turbulence，1948）；微气象学（Micrometeoro-logy，1953）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 将扩散参数代入基本高斯扩散，得到萨顿扩散公式。1 萨顿模式3 基于简单物理考虑，

3、认为拉格朗日相关系数与湍流特征量，宏观黏滞度，时间间隔相关，并通过量纲分析得到所有量的组合。以y向为例：n为由风速梯度观测确定的实验常数，m为风速廓线幂指数。萨顿参数最早，但有局限性补充内容：近地层指数律风廓线中性层结：对数律非中性层结：通量-廓线关系，指数律，综合乘幂律指数律：简单实用，但中性及近中性层结，对数律更合适指数取值，见书P140和 由双向风标测量，反映大气湍流扩散能力。2 直接测量湍流特征量的方法H.E.Cramer(1957)提出脉动风方位角标准差脉动风高度角标准差p，g与稳定度、下风向距离及地表粗糙度相关3 BNL模式（M.E.Smith,1951）特征量：水平风向摆动角的范

4、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。 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法二 稳定度扩散分级与扩散曲线法P-G曲线法 PG曲线的应用根据常规资料确定稳定度级别Pasquill（1963）太阳高

5、度角云量Turner(1961)引入太阳高度角判定日射强弱的定量办法，确定稳定度级别。日射等级风速稳定度PG曲线的应用（10分钟平均）利用扩散曲线确定 和水平扩散参数垂直扩散参数PG曲线的应用地面最大浓度估算HzxsmaxcxyxsmaxCw由和w由曲线（图反查出w由曲线（图w由式（求出HzxsmaxcxyxsmaxCw由和w由曲线（图w由曲线（图w由式（ys3.10三 扩散曲线法的完善1.国家标准中的修改应用（GB/T13201-91）修正太阳高度角的计算方法适应我国大量地面观测无云高观测的情况平原地区和城市远郊区，D、E、F向不稳定方向提半级工业区和城市中心区，C提至B级，D、 E、F向不

6、稳定方向提一级丘陵山区的农村或城市，同工业区中国国家标准规定的方法2 不同稳定度分类方法（1）风向脉动标准差（EPA，1990）以风速做细致调整，观测数据在粗糙度z0=15cm，10m高度处测量得到。采样时间为15min。如果风向发生转折，为了尽量减小风向转折的影响，应该将长时间段分成小段进行计算，例如将60min的时间划分为15min一段，最终小时量值： （2）与温度递减率有关方法 以温度递减率，即以两层（10m、60m）的垂直温度梯度来表征水平和垂直向的湍流状况。国际原子能机构(1980)推荐以温度递减率来表征大气稳定度的方法对于稳定大气的情形比较可靠，不稳定或者高架源的情形适宜用水平风向

7、脉动标准差方法。 以温度递减率和风速相结合（同时考虑支配湍流活动的机械和热力因子） 分别以温度梯度和 表征湍流的水平和垂直运动 EPA(1990)推荐在缺乏云量和云高资料时，采用表3.18替换原P-G-T方法（3）边界层湍流参量法注意：除了使用公认的已有统一规范的方案，例如P-G-T方案，国家标准给出的修改方案，采用其他任何方案都应当验证其可行性，提供充分的实验依据和例证，必要时还应做专门的论证3 不同源高和不同下垫面的应用P-G扩散曲线实验依据：平坦理想条件，大量低矮源扩散试验。不同源高不同下垫面-Briggs，1974内插完善4 风向脉动和扩散函数法扩散曲线法试验基础存在较大的经验性，方案结果有许多不确定性仅以宏观气象状况为判据，在稳定度级别和湍流特性之间缺少清晰关系目前重要发展由风向脉动与扩散函数确定扩散参数的方法(1)方法原理按照湍流扩散理论，在均匀定常条件下，粒子位移的总体平均由泰勒公式表示。由泰勒公式可得 为拉格朗日时间尺度f为普适函数，扩散参数，函数形式随源高和稳定度变化方法原理与湍流统计理论基础一致舍弃分离的稳定度级别，采用连续性稳定度，接近实际考虑源高影响，认为f是稳定度状况函数使用方便，可用于多种情况(2) 特点Pasquill (1976)给出试验资料所得的f(x)数据由泰勒公式积