第03章 大气污染气象学-2013-5

第三章大气污染气象学1.大气圈结构及气象要素2.大气的热力过程3.大气的运动和风主要气象要素第二节大气的热力过程太阳、大气和地面的热交换太阳以紫外线、可见光、红外线的形式辐射热量太阳辐射加热地球表面地面长波辐射加热大气近地层大气温度随地表温度变化气温的垂直变化气温直减率

（大气）干空气温度绝热垂直递减率－

干绝热直减率

（空气团）一般满足(大气绝热过程，系统与周围环境无热交换

)

空气块膨胀（做功）耗内能T定性空气块压缩（外气对它做功）T内能原因（由压力变化引起）大气稳定度及其判据定量判断

则有判据：

大气稳定度及其判据逆温逆温不利于扩散辐射：1.辐射逆温：

地面白天加热，大气自下而上变暖；

地面夜间变冷，大气自下而上冷却

太阳

地球

：短波

地球

大气层：长波

大气吸收长波强逆温辐射逆温的生消过程逆温2.下沉逆温（多在高空大气中，高压控制区内）

很厚的气层下沉

压缩变扁

顶部增温比底部多逆温3.平流逆温暖空气平流到冷地面上而下部降温而形成4.湍流逆温下层湍流混合达上层出现过渡层逆温

逆温5.锋面逆温

冷、暖气团相遇冷暖间逆温

暖气上爬，形成锋面烟流型与大气稳定度的关系

波浪型（不稳）锥型（中性or弱稳）扇型（逆温）爬升型（下稳，上不稳）漫烟型（上逆、下不稳）

第三节大气的运动和风引起大气运动的作用力

直接作用力

重力水平气压梯度力（垂直上与重力基本平衡）间接作用力地转偏向力（相对运动：方向改变）惯性离心力（大气曲线运动：很小）摩擦力（近地1～2km内明显）

大气边界层中风随高度变化

Ekman螺旋线（北半球下视，地偏力指向运动右方，故顺时针；南半球则相反）

高度增高，风速增大，方向逐渐接近地转风。

近地层风速廓线模式

平均风速随高度变化中性层结：对数律，粗糙度和摩擦速度近地层风速廓线模式

平均风速随高度变化非中性层结：

指数律，稳定度参数地方性风场

1．海陆风

地方性风场

2．山谷风

地方性风场

3．城市热岛环流

第三章大气污染气象学1.大气圈结构及气象要素2.大气的热力过程3.大气的运动和风第四章大气污染物扩散模式1.湍流扩散的基本理论2.高斯扩散模式3.污染物浓度的估算方法4.特殊气象条件下的扩散模式5.城市及山区的扩散模式6.烟囱高度设计第一节湍流扩散的基本理论湍流的基本概念

湍流——大气的无规则运动

风速的脉动风向的摆动热力湍流：温度垂直分布不均（不稳定）机械湍流：垂直方向风速分布不均匀及地面粗糙度扩散的要素风：平流输送为主，风大则湍流大湍流：扩散比分子扩散快105～106倍湍流扩散理论主要阐述湍流与烟流传播及湍流与物质浓度衰减的关系1.梯度输送理论类比于分子扩散，污染物的扩散速率与负浓度梯度成正比Fick扩散理论（传质、传热）2.湍流统计理论泰勒－>图4-1，正态分布萨顿实用模式高斯模式

3.相似理论第二节高斯扩散模式高斯模式的有关假定坐标系右手坐标，y为横风向，z为垂直向四点假设

a．污染物浓度在y、z风向上分布为正态分布b．全部高度风速均匀稳定c．源强是连续均匀稳定的d．扩散中污染物是守恒的（不考虑转化）

高斯扩散模式高斯扩散模式的坐标系无界空间连续点源扩散模式由正态分布假定，得下风向任一点的浓度分布方差的表达式由假定得

源强积分式（单位时间物料守恒）

高斯烟流的形态高斯烟流的浓度分布高斯烟流中心线上的浓度分布高架连续点源扩散模式镜像全反射---->像源法实源：像源：高架连续点源扩散模式高架连续点源扩散模式

颗粒物扩散模式粒径小于15μm的颗粒物可按气体扩散计算大于15μm的颗粒物：倾斜烟流模式

地面反射系数第三节污染物浓度的估算q

源强计算或实测

平均风速多年的风速资料

H

有效烟囱高度

、扩散参数1.烟气抬升高度的计算

初始动量：速度、内径烟温度－>浮力烟气抬升烟气抬升高度的计算抬升高度计算式

（1）

Holland公式：适用于中性大气条件（稳定时减小，不稳时增加10％～20％）

Holland公式比较保守，特别在烟囱高、热释放率比较强的情况下烟气抬升高度的计算抬升高度计算式（续）（2）Briggs公式：适用不稳定及中性大气条件

烟气抬升高度的计算抬升高度计算式（续）（3）我国“制订地方大气污染物排放标准的技术方法”(GB/T13201-91)中的公式

扩散参数的确定P－G曲线法P－G曲线Pasquill常规气象资料估算Gifford制成图表扩散参数的确定－P－G曲线法P－G曲线的应用根据常规资料确定稳定度级别扩散参数的确定－P－G曲线法P－G曲线的应用利用扩散曲线确定和扩散参数的确定－P－G曲线法P－G曲线的应用地面最大浓度估算扩散参数的确定－中国国家标准规定的方法稳定度分类方法改进的P－T法

太阳高度角

（式4-29，地理纬度，倾角）

辐射等级稳定度云量（加地面风速）

扩散参数的确定－中国国家标准规定的方法扩散参数的选取扩散参数的表达式为（取样时间0.5h，按表4-8查算）平原地区和城