大气污染控制工程课件

大气污染和全球气候第一节温室气体与全球气候变化全球气候变化问题大气中CO2含量1750年以前280ppm目前360ppm预计21世纪中叶540～970ppm气温20世纪增加了0.60.2oC海平面20世纪上升了10～20cm全球气候变化问题温室效应（GreenhouseEffect）机理温室效应机理地球气候系统及热量平衡示意图温室效应机理温室效应机理温室效应机理人类活动的影响人类活动的影响人类活动的影响人类活动的影响CO2排放大国的化石燃料CO2排放（1992年）人类活动的影响CO2emissionbyenergytypeinChina,1996气候变化的影响雪盖和冰川面积减少雪盖20世纪60年代以来减少10％冰川20世纪50年代以来减少10～15％海平面上升过去100年10～20cm1990～21008～9cm气候变化的影响降水格局变化中高纬降雨量增大北半球亚热带降雨量增大，南半球减少气候灾害过多降水、大范围干旱、持续高温影响人体健康影响农业生产和生态系统气候变化的影响影响气候变化的大气成分CO2CO2CH4气溶胶各成分的贡献各成分的贡献预计到2030年全球气温大约平均升高3°C应对措施与策略1.控制温室气体的排放改变能源结构提高能源转换效率提高能源使用效率减少森林植被的破坏控制水田和垃圾填埋场的甲烷排放应对措施与策略不同燃料燃烧单位GJ的CO2排放量应对措施与策略2.增加温室气体的吸收植树造林采用固碳技术CO2分离、回收，注入深海或地下化学、物理、生物方法固定适应气候变化培养新农作物品种，调整产业结构等国际行动1992年，联合国环发大会《气候变化框架公约》20世纪90年代末，发达国家温室气体年排放量控制在1990年水平1997年，《京都议定书》明确各发达国家削减温室气体排放的比例第二节臭氧层破坏问题臭氧层主要特征离地面20～30km的平流层中占当地空气含量的1/105厚度单位DU（Dobsonunit）－273K，1atm下，10-3cm厚的O3层称为一个DU1DU＝10-3atmcm＝2.69×1016molecules臭氧层的分布臭氧层的作用臭氧层破坏现象平流层臭氧形成和破坏机理纯氧理论（ChapmanMechanism）臭氧吸收紫外线的反应平流层臭氧形成和破坏机理催化清除理论20世纪70年代建立活性催化物质的链式反应Y—活性物质，包括奇氢HOx、奇氮NOx、奇卤XOx三大家族三大家族的来源奇氢HOx大气中H2O与激活O原子反应奇氮NOx宇宙射线分解N2飞机等人类活动排放奇卤XOx人类活动产生的CFCs和含溴氟烷（哈龙，Halons)CFCs对臭氧层的破坏作用一个Cl自由基可以消耗数十万个O3南极臭氧空洞南极臭氧空洞极地平流层云在南极臭氧空洞的形成过程中起重要作用吸附并聚集CFCs及哈龙非均相反应场所为什么北极没有形成臭氧空洞？北极为海洋环境，较南极大陆环境温暖周围分布不规则大陆，大气层较南极不稳定不易形成极地平流层云臭氧层破坏的危害臭氧含量减少1％，地面紫外线增加2～3％危害人体健康－皮肤癌、白内障陆生生态系统－植物质量下降水生生态系统－水面附近生物减少城市空气和建筑材料－光化学烟雾，材料老化大气结构－辐射收支变化，气候变化消耗臭氧层的物质（ODS）ODSsCFCs、哈龙CCl4、甲基氯仿（1,1,1－三氯乙烷）、溴甲烷部分取代的氯氟烃ODSs的破坏能力臭氧耗减潜能（Ozonedepletionpotential）全球增温潜势（Globalwarmingpotential)ODSs的破坏能力臭氧层破坏的控制策略开发消耗臭氧层物质的替代技术无氟氯昂制冷设备制定淘汰消耗臭氧层物质的措施环境管理手段＋经济手段国际行动1985年，25个国家《维也纳公约》1987年，46个国家《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔公约》消耗臭氧物质的排放削减臭氧层的恢复第三节致酸前体物与酸雨酸雨－pH小于5.6的降水，广义包括酸性物质的干湿沉降地理分布几乎整个欧洲美国和加拿大东部东亚，中国南方地区九十年代末我国酸雨区域分布酸雨的危害淡水湖泊、河流酸化，水生生物减少甚至绝迹影响土壤特性，贫瘠化破坏森林的生长腐蚀建筑材料及金属结构危害人体健康－角膜和呼吸道刺激致酸前体物质SO2自然源－微生物、火山、森林火灾、海水飞沫人为源－燃料燃烧，化工NOx自然源－闪电、林火、火山，占总量的50％人为源－燃烧，机动车，50％致酸前体物质的排放控制措施针对酸沉降前体物质洗煤开发低硫燃料改进燃烧技术烟气脱硫机动车净化国际行动1972年，联合国人类环境会议，首次提出酸雨问题1979年，33个国家，长距离跨国大气污染公约（LRTAP）1985年，欧洲20个国家，硫排放控制协定

大气污染物控制的基础知识在这一章里主要介绍大气中污染物——颗粒物和气态污染物的特性和控制的基础理论知识。重点：颗粒的粒径和颗径分布、净化装置的性能难点：物料衡算与能量衡算、气体中的颗粒动力学4、1气体的物理性质4、1、1气体的状态方程

PV=mR0T/M（一般形式）

R=R0/M

PV=mRT（工程上应用的形式）式中：m——气体的总质量，kg;M——气体的摩尔质量，kg/mol;P——压力，Pa;R0=8.314J/(mol.K);

应用条件：理想气体。实际中，只要压力不太大，温度不接近气体液化点时，也可应用上述方程。

注意：当压力单位取大气压时，R0=8.31Pa.m3/(mol.K)；当压力单位取kg/m2时，R0=0.848kg.m/(mol.K)4、1、2气体的基本物理性质1、密度理想气体混合物的平均密度：

ρ=m/V

PV=mR0T/M(1)理想气体混合物的平均密度公式

式中：n——气体污染物的组分数；Ca,Ma——空气的体积分数和摩尔质量；Ci,Mi——某气态污染物的体积分数和摩尔质量；ρa,ρi——混合物总压下空气的密度和颗粒污染物的密度,kg/m3（2）颗粒污染物和空气混合物的平均密度公式2、比热：一摩尔物质温度升高1K所需要的热量，分恒压比热（Cp）和恒容比热（Cυ）,二者的关系如下：

Cp=Cυ+R（R=R0/M）

比热比：K=Cp/Cυ

比热与温度的关系：纯空气的比热随温度的升高而升高，而比热比随温度的升高而降低。

平均比热：空气、气态污染物和颗粒混合物的平均比热是混合物各组分比热的加权平均值。（1）平均恒压比热（2）平均恒容比热

式中：Cp,Cυ——混合气体恒压比热和恒容比热，J/(kg.K)Cpi,Cυi——某气体污染物的恒压和恒容比热,J/(kg.K)；Cma,Cmi——空气和气体污染物的质量分数。ˉ3、粘度定义式：

μ=（F/A）/（dυ/dy）式中：F——内摩擦力，NA——层间的接触面积,m2dυ——层间的相对速度,m/sdy——层间的垂直距离,m

μ——动力粘度，简称粘度,Pa.s粘度产生的原因：一是气体分子间的引力，二是分子不规则的热运动而交换动量的结果。动力粘度（μ）与运动粘度（ν）的关系ν=μ/ρ

式中：ρ—气体密度，kg/m3

注意：在大气污染控制工程中，一般以空气的粘度来代替混合气体的粘度，可从有关的手册中查到。4、2物料衡算与能量衡算4、2、1物料衡算1、物料衡算式理论依据：质量守恒定律物料衡算的一般形式：[输入的物料量]±[反应生成或消耗的物料量]=[输出的物料量]+[积累的物料量]2、物料衡算的基本方法搜集计算数据，如输入和输出物料的流量、温度、压力、浓度、密度等，使用统一的单位制；画出物料流程简图，标示所有物料线，注明所有已知和未知变量；确定衡算体系；写出化学反应方程式包括主反应和副反应，如无化学反应可省去；选择合适的计算基准。对连续流动体系，通常用时间作基准；列出物料衡算式，进行数学求解。例题：（见教材P36例3-1）用一逆流操作的埋料塔，将一尾气中的有害成分从0.1%的含量降低到0.02%。液气流量分别为L=1×105mol/(m2.h)，总压P=1.013×105Pa，液体总摩尔浓度CT=56000mol/m3，水中加入组分B进行瞬间快速化学反应，组分B浓度较高CBL1=800，化学计量式为：A+B→C，试求出口水中B的浓度。填料塔PAG1PAG2CBL1CBL2解：据题意进行物料衡算（1）进入填料塔的物料量为G×PAG2/P（mol/(m2.h)）（2）流出填料塔的物料量为G×PAG1/P（mol/(m2.h)）（3）填料塔内无A物质生成（即A积累量为0）（4）在填料塔内消耗的A物质量等于A与B的反应量，为L(CBL1－CBL2)/bCT

（mol/(m2.h)）（5）列物料衡算式解得：3、连续性方程气体在变断面的管道中流动时，在稳定流的情况下，（1）以可压缩性流动时

ρ1A1υ1=ρ2A2υ2=G（2）以不可压缩性流动时

A1υ1=A2υ2=Q（ρ1=ρ2

）式中：A1，A2——断面1、2的面积,m2；

υ1，υ2——断面1、2处的流速,m/s；ρ1、ρ2——断面1、2处的气体密度,kg/m3；G——气体质量流量,kg/s（3）判断可压缩性流体是否进行不可压缩性流动的依据：马赫数（MA

）MA=υ/υa式中：υ，υa——分别是流体的流速和声速m/s

判断：当MA

﹤0.25时，这种流动可认为是不可压缩性流动；当MA>0.25时，这种流动是可压缩性流动4、2、2能量衡算1、能量衡算的基本方程输入的能量－输出的能量=积累的能量在大气污染控制工程中，物料的流动通常是连续稳定的，体系积累的能量等于0。即输入的能量－输出的能量=0具体的形式见教材P37图3-5、公式3-30所示。

（1）内能：用U表示；（2）动能：υ2/2；（3）势能（或位能）：gz

（4）输入的流动功：Pν

（5）输入体系的热量：Q；（6）输入体系的功：W；式中：υ——计算断面处流体的速度，m/s;z——计算断面距离基准面的高度，m；P——计算断面处流体的压力，Pa;ν——计算断面处流体的比容，m3/kg注：U+Pν=H（焓）能量的构成（单位质量）2、热量衡算

ΣQ=ΣH2－ΣH1

应用条件：W=0，动能（υ2/2

）和位能差（gz）等于0。式中：H1、H2——分别是断面1、2处的焓。教材例题3-2：需要说明的一个问题在例题中Q2=Σ（njCpj）ΔT=……Q2=（343.04+0.13T－27.174×10-6T2)(T－298)转化过程：Cp与温度间存在如下关系：Cp=a+bT+cT2+dT3上述四种气体的有关参数如下：？气体ab×10－3c×10－6d×10－9温度范围KCO226.7542.26－14.25/273~3800H2O29.1614.49－2.022/273~3800N227.326.226－0.9502/273~3800O228.176.2970.7494/273~3800上述四种气体的定压摩尔热容3、机械能衡算

ΔU+Δυ2/2+gΔz+Δ(Pν)=Q+W

条件：忽略传热量和内能的变化。例题：（教材P40例3-3）4、3颗粒粒径及粒径分布4、3、1粒径球形颗粒：直径单个颗粒投影径的粒径非球形颗粒几何当量径物理当量径重点：掌握物理当量径中的斯托克斯径和分割直径斯托克斯径（dd

）：当Rep<1时的自由沉降直径分割直径（dc50）：某除尘器分级效率为50%的颗粒的直径

粒子群的粒径算术平均径（d10）

中位径（d50）（重点）平均粒径众径（d0m）几何平均径（dg）加权平均径（d40）中位径（d50）：粒子群中把颗粒质量平分一半时的颗粒的直径。4、3、2粒径分布的表示方法1、粒径分布：指某一颗粒群中各种粒径的颗粒所占的比例，又称颗粒的分散度。如以颗粒所占的个数来表示，称为颗数分布；如以颗粒的质量所占比例来表示，称为质量分布。粒径分布的表示方法表格法（表3-3，P42）图形法（图3-7，P42）函数法（1）频率分布（又称相对频数率分布，用△D表示）：粒径由dp至dp＋△dp之间的粒子质量占尘样总质量的百分数，即

△D=（△m/m0）×100%（2）频率密度分布（简称频度分布，用f表示，%．μm－1）：指单位粒径间隔时的频率分布，即△dp=1μm时的尘样质量占尘样总质量的百分数，因此

f=△D/△dp（3）筛上累计频率分布（R，%）：简称筛上累计分布，系指大于某一粒径dp的全部粒子质量占尘样总质量的百分数，即

（4）筛下累计频率分布D（%）：将小于某一粒径dp的全部粒子质量占尘样总质量的百分数定义为筛下累计频率分布D（%）（5）由粒径分布图所反应出来的三个粒径（见图3-7）：①加权平均径（d40）：指f（dp）曲线下的面积形心位置的直径，这是描述分布最常用的平均直径。计算式如下：②众径（d0m）：位于f（dp）曲线的最高点所对应的粒径。③中位径（d50）：R=D=50%所对应的粒径。4、3、3粒径分布函数1、对数正态分布：将实际的粒径通过对数处理后得到的分布，称为对数正态分布。（1）频度函数表达式（P44，3-51式）

式中：dg——几何平均径，此处与中位径相等；σg——几何标准差（2）对数分布的特点：无论是以质量分布还是以个数或表面积表示的粒径分布，都遵从对数正态分布，且几何标准差相等，在对数概率坐标中代表三种分布的直线相互平行。（3）根据对数正态分布的特点来确定中位径（教材P44-45，公式3-54～3-59）①以个数表示时的中位径与以质量表示时的中位径的关系以质量表示时的中位径以个数表示时的中位径几何标准差(按公式3-53确定)②以表面积表示时的中位径与以质量表示时的中位径的关系以表面积表示时的中位径以质量表示时的中位径③算术平均径：算术平均径：以个数表示时的中位径④表面积平均粒径表面积平均粒径以个数表示时的中位径⑤体积平均粒径体积平均粒径以个数表示时的中位径⑥体面积平均粒径体面积平均粒径以个数表示时的中位径

例题（见教材P45，例3-4）：粉煤燃烧产生的飞灰的粒径分布遵从对数正态分布，当以质量表示其粒径分布时，中位径为21.5μm，dp[D(dp)=15.87%]=9.8μm，试确定以个数表示时对数正态分布函数的特征数和算术平均粒径.解：对数正态分布函数的特征数是中位径和几何标准差。由于以个数和和质量表示时的几何标准差相等，所以有以个数表示时的中位径为算术平均径为2、罗辛-拉姆勒（R-R）分布（p45，3-65）颗粒粒径，μm

以质量表示的中位径，μm

分布指数

例题（P46，例3-5）：已知炼钢电弧炉吹氧期产生的烟尘遵从R-R分布，中位径为0.11μm，分布指数为0.50，试确定筛下1μm的烟尘所占的比例。解：由R-R分布式得：又有R+D=100%，所以4、4粉体颗粒的物理性质4、4、1密度：单位体积粉体颗粒的质量1、真密度（ρp）：将粉体颗粒表面和其内部的空气排出后测得的粉尘自身的密度，用于研究尘粒在气体中的运动。2、堆积密度（ρb）：包含粉体颗粒间气体空间在内的粉体密度，用于计算粉体容积。二者的关系：

ρb=（1－ε）ρp式中：ε—粉体的空隙率4、4、2比表面积：单位体积（或质量）粉尘所具有的表面积，用α表示（㎡/m3或㎡/kg），

α=颗粒的表面积S/颗粒的体积V4、4、3颗粒的湿润性能：液体对固体颗粒的湿润程度，它取决于液体分子对颗粒表面的作用力。

影响因素有二：一是颗粒的形状和大小。形状越不规则，粒径越大，颗粒表面越粗糙，越易湿润；二是颗粒对水的亲水性，亲水性强的颗粒较易湿润。

改善颗粒湿润性能的措施：如加热、在水中加入某种浸湿剂等。4、4、4颗粒的荷电性能与导电性1、颗粒的荷电性：颗粒在其产生和形成过程中由于粒子间的碰撞、粒子与器壁间的摩擦使颗粒带电称为颗粒荷电。2、颗粒的导电性：指颗粒由于内部的电子或离子的运动，或者由于表面吸附的水分和化学膜而发生导电的现象，用电阻率来表示，Ω﹒㎝。4、4、5颗粒的休止角（安息角，堆积角）：粉体自漏斗连续落到水平板上，自然堆积成圆锥体，圆锥体母线与水平面的夹角称为颗粒的休止角。它可以用于表示颗粒间的相互摩擦性能，用于对除尘器类型的选择。影响因素：粉体粒径、含水率、粒子形状、粒子表面光滑程度、粉尘的粘性等。用休止角φr来判断颗粒的流动性φr

＜30°：易于自由流动粉体30°＜φr

＜38°：可以自由流动粉体38°＜φr

＜45°：可以流动粉体45°＜φr

＜55°：粘性粉体55°＜φr：十分粘性粉体4、4、6颗粒的粘附性能：指粉体间由于分子力而存在着聚集成团的现象。

颗粒的粘附性能的利用与防止：颗粒的粘附性能有利于除尘。但在有的场合又要避免，如在含尘气流管道中，要防止粒子在管壁上粘附而造成管道和设备的阻塞。4、4、7颗粒的爆炸性：指分布在空气中一定浓度的颗粒在一些外因的作用下会在瞬间发生剧烈的发热、发光的现象。因此在对相应的颗进行堆放和运输时要注意安全。4、5气体中的颗粒动力学4、5、1球形颗粒的阻力1、阻力的构成：形状阻力；磨擦阻力2、影响因素：形状、粒径、表面特性、运动速度、流体的种类和性质等。3、方向：与速度向量方向相反。4、计算：

式中：CD——阻力系数；ρ——气体密度；υs——颗粒与流体的相对速度；dp——颗粒直径。适用条件：球形颗粒、匀速运动4、5气体中的颗粒动力学5、关于阻力系数CD的确定思路：先计算雷诺数（Rep=dpρυs/μ）确定流体的运动状态选择相应的计算公式（1）斯托克斯区（Rep≤1）

CD=24/Rep=24μ/dpυsρ代入阻力计算公式得：FD=3πμυsdp（斯托克斯公式）（2）过渡区（当1＜Rep≤500）

CD=18.5/Rep0.5（伯德公式，2＜Rep≤500）（3）牛顿区（或涡流区，500＜Rep＜2×105）

CD=0.444、5气体中的颗粒动力学4、5、2康宁汉修正因子（C）（1）引入原因：滑动。在层流区（又称斯托克斯区），当颗粒尺寸小到与气体分子平均自由程（即dp＜1μm）相当时，颗粒表面附近的气体产生速度跃变（速度不连续），在颗粒及紧贴其表面的第一层气体分子之间的速度差异并不等于0，即产生所谓的“滑动”，结果使颗粒受到的阻力减少。此时，斯托克斯公式变为：FD=3πμυsdp/C4、5气体中的颗粒动力学（2）康宁汉修正因子的计算一般形式：C=1＋Kn[1.257+0.400exp（－1.10/Kn）]其中：Kn=2λM/dp

式中：Kn——努森数；λM——气体分子平均自由程；R——通用气体常数；T——气体的绝对温度，K；M——气体的摩尔质量,kg/kmol对常压下的气体可用卡尔弗特式进行计算：C=1+6.21×10－10T/dp注：当dp＞1μm时，不进行修正

例题（教材P57）：试确定某一球形颗粒在静止干空气中的阻力。已知：dp=90μm,υ=0.90m/s,T=293k,p=101.33kPa.（干空气的粘度μ=1.81×10-5Pa.s，密度ρ=1.205kg/m3）

解4、5气体中的颗粒动力学4、5、3受外力作用的球形颗粒在流体中的运动静止状态的颗粒在外力的作用下作加速运动，同时又受到流体阻力的作用，当二者相等时，颗粒的速度达到最大，此时颗粒作匀速直线运动（其速度用υt来表示）。在大气污染控制工程中，我们主要观注颗粒达到终端沉降速度的时间、通过的距离及颗粒的终端沉降速度。在忽略浮力的情况下：1、关于时间的计算式2、关于距离的计算式3、终端沉降速度的计算

式中：υt——终端沉降速度；ρp——颗粒密度；F——外力；CD——阻力系数；ρ——气体密度；dp——颗粒直径2、终端速度的计算方法（1）试差法：先假设颗粒在某一区域内运动，计算出终端沉降速度后，再计算Rep，看是否符合假定的区域，如果不符合，需要重新计算。2）K值法：①方法原理：先定义K值4、5气体中的颗粒动力学计算不同区域的终端沉降速度每个方程式两端乘dpρ/μ，并将K值代入Re≤11＜Re≤500500＜Re＜2×105K≤2.6（斯托克斯区）43.6＞K≥2.6（过渡区）2360＞K≥43.6（牛顿区）

利用K值法计算终端沉降速度时的基本思路为：计算K值

根据K值判断颗粒所处的流动区域选择阻力系数CD

计算υs（3）K值法在斯托克斯区，对于主要的三种外力的计算公式（P51-52，式3-90～3-98）①重力②电场力③离心力

例题：（P52，例3-6）：颗粒直径为0。25μm，重度为2250kg/m3，在重力作用下，在20℃常压空气中降落，试计算其终端速度。颗粒达到终端速度的90%需多少时间？解：常压下空气的康宁汉修正因子为终端速度为达到终端速度90%所需的时间为4、6净化装置的性能净化装置

技术指标：处理气体流量、净化效率、压力损失等的性能指标

经济指标：设备费、运行费、占地面积等4、6净化装置的性能4、6、1净化装置的性能指标1、气体处理量（1）气体处理量概念：是代表装置处理能力的指标，常用体积流量来表示。由于实际运行中处理装置漏气等原因，导致装置理出口的气体流量不同，因此用两者的平均值来代表气体的处理流量：

QN=（Q1N+Q2N）/2（2）漏风率：

δ0=（Q1N－Q2N）×100%/Q1N4、6净化装置的性能2、净化效率表示净化装置对污染物净化效果的重要指标，指在单位时间内净化装置去除污染物的量与进入装置的污染物量之百分比，用η表示。

对除尘装置而言称除尘效率，对吸收装置而言称吸收效率，对吸附装置而言称吸附效率。4、6净化装置的性能3、压降（1）概念：净化装置进口与出口静压之差，它是分离过程所必须耗损的能量，用ΔP表示。净化装置的压降与它的结构形式、操作条件（如气体粘度、气流速度等）有关。（2）表达式：ΔP=ξρυ2/2ρ——流体密度,kg/m3；υ——流体速度,m/s；ξ——阻力系数，与分离器结构形式、尺寸、表面粗糙度及雷诺数有关4、6净化装置的性能4、6、2净化效率的计算方法1、总效率…除尘器Q1N,C1N,S1,△D1Q2N,C2N,S2,△D2S3,△D3入口管出口管捕集粉尘Q——气体流量,Nm3/s,；S——污染物流量,g/s；C——污染物浓度,g/Nm3；△D——频率分布,%（1）单级净化装置

η=1－C2NQ2N/(C1N.Q1N)

=S3/S1（2）多级净化装置4、6净化装置的性能2、通过率

指未被捕集的污染物量占进入装置的污染物量的百分数，即

P=C2NQ2N/(C1NQ1N)=1－η3、分级效率（ηi）（1）含义：指除尘装置对某一粒径dpi或粒径间隔dpi+Δdp内的颗粒物的除尘效率。分级效率可用表格、曲线图和函数形式表示。（2）分割粒径：当ηi=50%所对应的粒径，用dc50表示。4、6净化装置的性能4、分级效率与总除尘效率的关系（1）由总效率求分级效率

（2）由分级效率求总效

η=ΣηdiΔD1i例题：（见教材第三章习题11）某种粉尘的粒径分布和分级除尘效率数据如下，试确定总除尘效率。100.01.122.599.07.420.098.014.314.087.016.210.079.028.08.069.025.04.048.07.62.010.00.40.5分级效率（%）质量频率（%）平均粒径（μm）（Δdi）（ηd¡）解：

ηT=ΣΔDiηd¡=10.0%×0.4%+48.0%×7.6%+69.0%×25%+…+100.0%×1.1%=79.58%4、6净化装置的性能4、6、3常用装置的净化性能比较

工业上，常用非均相物系的分离方法可分机械式除尘、湿式除尘、过滤式除尘和电除尘四大类，它们的性能比较见P55-56表3-6。

大气物理化学基础一、大气污染物扩散与气象的关系（一）地球大气特征1、大气的组成:（1）恒定组分：指干净大气的组分（CO2除外）（2）可变组分：CO2和H2O（3）不定组分；指大气中的污染物质2、大气的结构及作用（1）结构：前面已介绍。（2）作用：A、大气是生命活动不可缺少的物质，大气中的氮和氧等元素是生物体的支柱，每人每天平均吸入15Kg的空气；B、大气通过紫外线照射和雷电火花合成有机物；C、保护地球一切生命的安全，减弱陨石和紫外线的损伤；D、保护地球表面的热量，调节气候；E、大气是某些环境物质运移的载体。（二）气象要素1、风与风向（1）风：指大气的水平运动。（2）风向：指风的来向。风向可用8个方位或16个方位表示，也可用角度表示。以正北方向为零度，将圆角分为360°，顺时针旋转。例如风从北方吹来称为北风（N）或称风向为0°，东南方吹来的风称东南风（SE）或称风向135°。

主导风向；风向是经常变化的，不同地区在一年中都有经常出现的风向，即主导风向。

风向频率:

表示某风向出现的次数占全年各方向风向出现总次数的百分比。风向决定了污染物的扩散方向。（3）风速：指单位时间内空气在水平方向运动的距离，单位用m/s或km/s表示。风速是一个矢量，具有大小和方向。在大气边界层中，磨擦力随高度的增加而减小，当气压梯度力不随时高度变化时，风速随距地面高度增加而增大，风向与等压线的交角随高度增加而减小。通常大气中的污染物浓度与风速成反比，风速增加一倍，下风向浓度将减少一半。2、气温与气压（1）气温：这里指地面气温，一般是指距地面1.5m高处在百叶箱中观测到的空气温度。常用的气温单位为摄氏温度（℃）、热力学温度（K）和华氏温度（°F）。三者之间的换算公式如下：{T}K={t}℃+273.15{t}℃=5/9×({t}°F－32)

气温与大气污染的关系：近地层大气的温度是不断变化的。近地层大气温度的垂直分布决定了大气的稳定程度，以至影响大气污染物的扩散和稀释。因此气温的垂直分布与大气污染程度密切相关。（2）气压：单位面积上承受的大气柱的重力，即大气的压强。大气层中不同的地方气压不同而产生压力差，从而引起空气的运动。气压的单位有：大气压、帕、毫巴、毫米汞柱，它们之间的关系如下1atm=101325Pa=1013.25mbar=760mmHg3、大气湿度：表示大气中水汽含量和潮湿程度的重要物理量，它与天气变化密切相关。大气湿度的常用表示方法有以下几种：（1）绝对湿度：单位体积空气中所含的水汽质量，单位：g/m3.(2)水汽压力：空气中所含水汽的分压力，与气压用相同单位mmHg或Pa。

注意：通常气温条件下水汽压的值与绝对湿度的值相差不大，因此实际工作中常以水汽压来代替绝对湿度（3）相对湿度：大气中水汽压与同一温度下的饱和水汽压之比，用百分数表示。（4）露点：气压不变的情况下，降低气温使其达到饱和时的那个温度称为露点。根据气温与露点之差可以判断空气的饱和程度，即相对湿度的大小。差值越大，相对湿度越小；反之亦然。4、云与辐射（1）云（2）辐射:物质以电磁波形式放射能量。（3）云和辐射的关系：云对辐射起屏障作用，它即能阻挡白天的太阳辐射，又阻挡地面向上的辐射。总的效果是减少垂直温度梯度，减弱的程度视云量的多少而定。阴天，温度层结的昼夜变化几乎消失，大气接近中性状态；同理，温度层结也随季节变化。例如，夏季递减强度大，频率高，大气不稳定；冬季，逆温强度大，频率高，大气多出现稳定态。由此可见，辐射和云对大气稳定度可产生重要影响，从而影响到大气污染物的扩散稀释。二、影响大气污染物扩散能力的主要因素

大气的运动变化主要是由大气中热能的交换引起的，热能主要来自于太阳，热能的交换使得大气的温度有升有降。空气的运动和气压系统的变化活动，使地球上海陆之间、南北之间、地面和高空之间的能量和物质不断交换，生成复杂的气象变化和气候变化。影响大气污染物扩散的主要因素有两方面：一是气象的动力因素；二是热力因素。（一）影响大气污染物扩散因素中的动力因素1、风：对大气污染物质的作用是（1）输送作用（2）稀释作用2、湍流：指大气中存在着不同于主流方向各种尺度的次生运动或称为旋涡运动。（1）影响大气湍流的因子：大气垂直稳定度（该因子形成的大气湍流称为热力湍流）、近地面的风速、下垫面的粗糙情况等机械因素（该因子形成的湍流称为机械湍流）（2）对大气污染物的作用：混合稀释

风和湍流对大气污染的影响：风和湍流是决定污染物在大气中的扩散状态的最直接和最本质的因子，是决定污染物扩散的决定因素。

凡有利于增大风速、增强湍流的气象条件，都有利于污染物的稀释扩散，否则将会使污染严重。（二）影响大气污染物扩散因素中的热力因素热力因素主要指大气的温度层结和大气稳定度。

温度层结：指地球表面上方的大气温度随高度的变化情况，即在垂直方向上的气温分布。气温的垂直分布决定着大气的稳定度，而大气稳定度又影响着湍流的强度，因而温度层结与大气污染程度有着紧密的关系。1、大气边界层的温度场：（1）气温垂直递减率：为了描述气温垂直分布的特点，经常利用气温垂直递减率这个概念。它指气温随高度的升高而降低的快慢，用每上升单位高度（100米）的降低值，即气温垂直递减率γ=－ƏT/ƏZ来表示。气温垂直递减率γ有三种情况：气温随高度的增加而降低，此时γ﹥0；气温随高度的升高而增加时γ﹤0，气温随高度的升高不变时γ=0。（2）绝热变化和干绝热递减率①绝热变化：空气与外界无热量交换，由于外界压力的变化，使其被压缩或向外膨胀时所引起的温度变化，称为气温的绝热变化。在绝热过程中，空气内能的变化是由于外力压缩它，对它做功，或由空气以膨胀的形式反抗外力做功的结果。当空气上升时，由于周围气压的降低，使空气膨胀而降温；相反空气下降时，由于气压的增加，使空气被压缩而增温。②干绝热递减率：干空气绝热上升单位距离时的温度降低值，又称为干空气的绝热垂直递减率，常以γd=－dTi/dZ表示。式中Ti为干空气团的温度。干绝热递增减率为一近似常数，其值大约为1℃∕100m。

思考：气温垂直递减率和气温干绝热递减率有何区别？2、大气稳定度（1）大气稳定度的含义：指在垂直方向上大气稳定的程度，即大气是否易于发生对流，与γ和γd有关。（2）大气稳定度的分类：稳定平衡不稳定平衡中性平衡

γdγdγdγγγγ>γdγ=γdγ<γd不稳定平衡中性平衡稳定平衡υυ=0υ（3）大气稳定度的判定（定性）：①当γd﹥γ时，大气是稳定的：②当γd﹤γ时，大气是不稳定的；③当γd=γ时，大气是中性平衡状态。大气稳定度还可细分为A、B、C、D、E、F六个级别，分别代表极不稳定、不稳定、弱不稳定、中性、弱稳定和稳定。（4）大气稳定度的确定方法（帕斯奎尔法，见教材P259-260）具体步骤如下：计算太阳倾角计算太阳高度角由云量和太阳高度角查表14-3查出辐射等级数由辐射等级数和地面风速查表14-4得到稳定度等级（后面将进一步介绍）（三）几种气象状况对大气污染物扩散的影响1、

1、逆温的概念：将大气的温度随着高度升高而增加的现象，称作逆温。发生逆温的大气层称作逆温层。在逆温条件下，r＜o＜rd，大气处于稳定状态，严重影响了污染物的垂直扩散，易造成大气污染。

2、逆温的类型：根据逆温发生的原因可分为5类：

①辐射逆温（接地逆温）：是经常发生在无风（＜2.5m/s）或小风少云的夜晚，由于强烈的有效辐射使地面和近地面大气层强烈冷却降温，而上层空气降温较慢，上暖下冷的逆温现象。

②地形逆温：是由于局部地区的地形而形成的逆温。主要是在盆地和谷地中，日落后山坡散热较快，使冷空气沿斜坡下滑，把谷底的热空气抬升而形成上部气温比下部气温高的逆温。③下沉逆温（沉降性逆温）：在高压控制区，高空存在着大规模的下沉气流，由于下沉气流施热增温作用，致使下沉运动的终止高度出现了逆温。多见于副热带反气旋区，特点是范围大，不连接地面而出现在某一高度上，所以又称作上部逆温。

④锋面逆温：是由于冷暖两种气团相遇，暖气团位于冷气团之上而形成的。

⑤平流逆温：主要发生在冬季中纬度沿海地区，由于海陆存在温差，当海上暖空气流到陆地上空时，便形成了平流逆温。由于逆温时的大气状态十分恶劣，因此在逆温层内大气的垂直运动受阻，处于逆温层内的烟尘等污染物和水汽凝结物因不易扩散而大量积累，使能见度变坏，空气质量恶化，严重时甚至发生污染事件。

2、烟流形状、大气污染状况与大气稳定度的关系（教材P257）

大气污染状况与大气稳定度有密切的关系，下面以一高架源连续排放烟云为例来说明大气稳定度对大气污染物的影响。高架排放的烟云有5种类型：（1）翻卷型（波浪形）：出现于大气不稳定状态下，r﹥0，r﹥rd的情况下，温度随高度的增加而降低，烟云在上下左右方向上摆动很大，扩散速度较快，烟云呈剧烈翻卷。由于扩散速度较快，靠近污染源地区污染物落地浓度较高，在较远的下风处污染较轻，该种烟云多发生在晴朗的中午。（2）锥形烟流：外形类似一个椭圆锥，当烟流离开排放口一定距离后，云轴基本保持水平。烟流比翻卷形规则，大气处于中性或弱稳定r﹥0，r=rd。扩散速度及落地浓度均比翻卷形低，污染物运输较远。该种烟流多出现在阴天或多云天以及冬季夜晚。（3）扇形烟流：其扩散在垂直方向受到抑制，在水平方向扩散成扇形。大气处于稳定状态r﹤0，r﹤rd，出现逆温层。污染物可以传送到很远的下风向。（4）屋脊型烟流：其下侧r﹤0，r﹤rd边缘清晰，呈平直状，上部出现湍流扩散，烟囱出口上方大气处于不稳定状态r﹥0，r﹥rd；下方大气则处于稳定状态r﹤0，r﹤rd。烟气中污染物不向下方扩散而只向上方扩散，对地面污染较小。该种烟型多出现在日落前后。（5）熏烟型：烟流的上侧边缘清晰，呈平直状，烟流的下部有较强的湍流扩散，烟上方有逆温层。烟气上升到一定程度后受到逆温层的控制。烟囱出口上方大气稳定r﹤0，r﹤rd；下方大气不稳定r>rd。这种情况下烟云就好象被盖子盖住一样，只能向下部，象烟熏一样直扑地面。在污染源附近的污染物浓度较高，地面污染严重。3、气压分布与大气污染（1）低压控制区

特点：空气有上升运动，云天较多，通常风速也较大

与大气污染的关系：大气多为中性或不稳定状态，有利于污染物的稀释扩散。（2）强高压控制区：

特点：天气晴朗，风速较小，由于大范围内空气的下沉运动，在几百米到一二千米的上空形成下沉逆温。

与大气污染的关系：阻挡着污染物向上湍流扩散。若高压大气系统是静止的或移动很慢的微风天气，又连续几天出现逆温时，，由于大气对污染物的扩散稀释能力大大下降，将会出现所谓的空气“停滞”现象。这时即使处在正常情况下不足以造成大气污染的污染源，也可能出现大范围的污染危害。如再处于不利的地形条件，就会出现严重的污染情况，如世界闻名的伦敦烟雾事件就是在这样的条件下发生的。4、雾与逆温

雾和逆温与大气污染的关系：

一是有利于一次污染物的积累，二是促进二次污染物的形成。

时间分布特点：雾并伴随出现的逆温所导致的空气污染以冬季最为严重，秋末初春次之，夏季最轻。例1：1948年10月底，美国多诺拉这个拥有1.4万人的工业小镇，由于大雾和逆温的出现，空气中SO2和金属粉尘等迅速堆集，造成了6000人患病，17人死亡。例2：1930年2月，比利时马斯河谷地区出现大雾和逆温，致使当地工厂排放的大量污染物沉积，导致几千居民发病，死亡60余人。

5、局部气流

地形和地貌的差异，加上日照时间的变化，地表热力性质的不均匀性，造成局部热力环流，，其水平范围一般在几至几十公里，局部气流对当地的大气污染有显著的影响。常见的有：

（1）城市热岛效应：

热岛效应形成的原因：①城市上空污染物具有保温作用，增加了大气的逆辐射；②城市建筑物和道路的建材改变了地表热交换和大气的动力学特性，更易大量吸收热辐射；③城市大量高层建筑减低风速，使热量水平输送相对困难；④城市居民生产、生活形成丰富的热源。

热岛环流的形成和危害：

形成条件：（1）城市热岛效应应在几百米以上有一稳定层所覆盖，而在稳定层以下形成城市混合层，混合层使该层内的垂直浓度趋于均匀；（2）热岛效应使农村的冷空气向城市辐合而上升。与大气污染的关系：（1）该环流的水平辐射流场使接近地面的污染物向城市聚集，加重了城市的污染；（2）其辐合上升气流使高烟囱的烟上升，输往远处，又可减少对城市的污染。影响热岛效应的因素：热岛效应的强度与局部地区气象（如云量、风速等）、季节、地形、建筑形态以及城市规模、性质有关。热岛效应造成危害的例子：东京在2000年夏天超过30摄氏度的日数为67天，有41个热得夜不能寐的夜晚，而10年前只有23天难以入眠。急救车出动次数也从1985年的100次增加到628次，2000年死于热浪的人数达207人。

（2）山谷风（3）海陆风（谷风）山风（山风）三、大气污染化学

大气污染化学的概念：它是研究大气的组成、各种成分的性质、来源和发生于大气中的化学现象、化学过程及其规律的学科，是大气科学的一个分支。大气污染化学的兴起：（1）工业革命后使用煤作燃料发生由煤烟引起的煤烟污染事件；（2）二战以后，又大量使用石油作燃料，出现了光化学污染问题；（3）核爆炸把放射性尘埃抛射到平流层，造成全球性放射性污染；（4）超音速飞机在平流层飞行，排出大量的氮氧化物等，对臭氧层有破坏作用，又使大气化学的研究范围从对流层扩展到平流层。

20世纪60年代以后，当出现了光化学烟雾、臭氧层破坏、酸雨等一系列环境问题时，人们进一步关注大气污染化学的研究。

（一）降水与大气污染

降水与大气污染的关系：大气降水对去除大气污染物有重要作用。一般降水前后空气中气溶胶或气态物质可以减少2/3或更多。因此研究降水中的成分、降水量、降水的变化、降水的地区差异，有助于探明大气污染状况，为大气污染防治提供重要依据。1、云、雾对大气污染物的作用

（1）云雾的形成：云雾是悬浮在大气中的水汽凝结物，可以清除大气中的气溶胶颗粒和气态污染物。云的形成首先是由凝结核活化过程开始，即云雾化学过程首先从气溶胶粒子的云雾内清除过程开始。此过程首先溶解气溶胶物质。大气气溶胶的可溶物质主要是海盐、硫酸和硝酸及其硫酸盐和硝酸盐。（2）云雾中的化学反应：云雾滴能吸收大气中的微量组分并在其中发生化学反应，其反应过程如下：

CO2+H2OH2CO3H2CO3H++HCO3-

HCO3-H++CO32-

NH3+H2O(NH4)OH

(NH4)OHNH4

++OH-

气体进入水溶液后发生水解可能继续发生下列反应：

SO2+O3SO3+O2SO3+H2OH2SO4H2SO42H++SO42-SO42-+2O3SO42-+3O2HSO32-+O3H++SO42-+O2HSO3-+H2O2H++SO42-+H2OSO2+H2O+Mn2++O32H++SO42-+O2+Mn2+

气体成分的去向：

（1）SOX的去向：绝大部分以SO42-的形式存在，HSO32-只存在于酸性溶液中。（2）痕量组分的去向：大气中还有一些痕量组分OH-

、H2O、HNO2

、H2S、HC、HBr以及有机化学成分等。它们多少也会被云雾滴吸收，并发生氧化还原反应。但是当云雾消散后，吸收、吸附的污染物及其反应生成物仍可进入大气中。2、影响大气降水中的化学成分的因素

大气降水中的化学成分与其所处地区、季节有很大的关系。

（1）海陆的差异：海洋来的气团含盐量高，Cl-

、Na+较多，硫酸盐粒子含量较少。内陆气团一般含HCO3

2-、SO42-

、Ca2+较多。因此沿海地区的降水中所含的Cl-

、Na+较内陆地区高。热带气团中的NH4+

、HNO3含量较极地气团高。

（2）城市之间的差异：不同的城市之间自然、人为活动和周围地区的污染物的长距离输送不同。降水云下的气溶胶浓度及化学成分很大程度上代表当地污染物来源分布特点和地形气候特点。城市地区观测的地面降水化学成分及其浓度与当地污染状况有密切的关系。降水过程本身是大气污染物的重要清除过程。多雨地区大气中污染物浓度要比干燥地区低得多。

（3）不同季节之间的差异：由于不同季节受不同气团的影响，降水中的化学成分也有一定的变化。一般降水的含盐量冬季低于夏季。例子：我国华北和西北地区，夏季降水含盐量在40mg/L以上，冬季降水含盐量为15-30mg/L。3、降水的pH值

影响降水pH值的因素：（1）地理环境和季节的变化。沿海一带pH值较低，与海滨污泥排出大量的硫化氢以及燃烧放出的硫氧化物、氮氧化物有关。内陆地区pH值高是由于含钙土泥散布在空气中，土壤中又排出较多的氨气，使雨水中的Ca2+

、NH4+增多，导致中和作用的结果。（2）阴阳离子的数量：如HCO32-

、SO42-

、NO3-

、Cl-等会引起pH值下降；NH4+

、Ca2+

、Mg2+

、Na+等可引起pH值上升。人们生活生产中排至大气中的SO2转变为硫酸，使雨中H＋浓度增加，导致雨水呈强酸性反应，形成酸雨降落。（二）酸雨化学

1、酸雨的概念：指空气污染造成的酸性废水，从广义上讲，酸雨是指pH值小于5.6的雨、雪、雾、雹等大气降水和其它酸性沉降物。

通常认为大气降水与二氧化碳气体平衡时的酸度（PH=5.6）为降水天然酸度，并将其作为判断是否酸化的标准。当降水的PH值低于5.6时，降水即为酸雨。分析表明，酸雨中含有多种无机酸或有机酸，其中绝大部分是硫酸和硝酸。2、酸雨的形成：一般认为酸雨主要是由人为排放的硫氧化物和氮氧化物等酸性气体转化而形成的。酸雨的形成机理如下图所示：酸雨形成的条件内因：SO2、NO2外因催化条件：氢氧自由基气象条件：如降水等（三）臭氧破坏化学

科学家们认为，臭氧减少是由于人类活动向大气中排入氯氟烃(CFCs)和含溴卤化烷烃哈龙(Halons)等引起的。自然条件如低温、背景气溶胶等为臭氧损耗提供适宜的场所，人为活动排放的物质进入平流层，大大加强了臭氧的清除过程，改变了多少个世纪以来形成的臭氧动态平衡，导致臭氧不断损耗。臭氧的损耗机理如下：Cl+O3→ClO+O2；Br+O3→BRO+O2ClO+O→Cl+O2；BrO+O→Br+O2净结果：O3+O→2O2

四、大气污染扩散模式

大气污染扩散的基本问题是研究湍流与烟流传播和物质浓度衰减关系问题，目前广泛应用的理论有三种：（1）梯度输送理论：它是菲克用理论类比建立起来的理论。菲克认为分子扩散规律和傅里叶提出的热传导规律类似。这个理论的中心思想是在单位时间内物质经过单位面积输送的通量与浓度梯度成正比。（2）湍流统计理论：泰勒首先用统计学的方法去研究湍流扩散问题。该理论的中心是阐述扩散粒子关于时间和空间的概率分布，以便求出扩散粒子的浓度的空间分布和随时间的变化。高斯在大量实测资料分析的基础上，应用湍流统计理论得到了正态分布假设下的扩散模式，即通常所说的高斯模式，它是目前应用最广的模式。（3）相似理论：这是在量纲分析的基础上发展起来的理论。利用这些理论进行研究时，常采用数值分析法、现场研究法和实验室模拟研究法三种方法。理论和方法的应用截然不可分，应将它们很好地结合在一起，得出与实际大气污染扩散模式相符合的计算模式。（一）点源扩散模式

实际处理的大气污染物排放源有点源、线源、面源和体源几种形式，其中点源是最简单也是最常见的一种污染源形式。

1、坐标系：大量的观测事实表明，从点源排放的大气污染物在开阔平坦的地形条件下以烟流形式扩散，并处在湍流随机运动中，其浓度分布通常符合在平均烟流轴两侧是正态分布，即高斯分布的规律。高斯模型的坐标系如下图所示：

注：原点O为排放点或高架源排放点在地面的投影。X轴的正方向为平均风向；Y轴在水平面上垂直于X轴，指向纸里面为正；Z轴通过原点O垂直于XOY平面，向上为正。2、正态分布的几点假设

由于烟流浓度分布按高斯模型符合正态分布，因此可作出下述假设：（1）污染物浓度在Y、z轴上的分布为正态分布；（2）在空间中风只在一个方向上做均匀的稳定的运动；（3）污染物在扩散的过程中没有衰减和增生，遵守质量守恒定律；（4）源强连续均匀；（5）地表面足够平坦；（6）在X轴方向上，污染物平流输送作用（平均通量）远大于该方向上的湍流扩散作用。3、无限空间中的扩散模式

当污染源位于无限空间中，X轴与烟流轴线重合，在上述假设的条件下，可以导出无限空间连续点源扩散的模式:

（对应教材P264：公式14-27，应对教材上的公式进行改正。）式中σy,σz——污染物在y,z方向的标准差,mq——源强，g/s——平均风速，m/sX,y,z——污染物在x,y,z方向的坐标,m浓度的单位是什么？4、高架连续点源的扩散模式

高架连续点源的扩散，心须考虑地面对扩散的影响，可以认为地面象镜子一样对污染物全反射。这样根据全反射原理，利用“像源法”来处理这一问题。所以空间任一点的污染物浓度可以看成是两部分之和：一部分是不考虑地面影响时该点所具有的污染物浓度；另一点是地面全反射时该点增加的污染物浓度。也就是说，空间任一点的污染物浓度，都是由实源和虚源在该点造成的浓度之和。据此可得到高架连续点源的扩散模式。

OO′O″

实源的供献：P点在以实源为原点的坐标系中的垂直坐标（距离烟流中心线的垂直距离）为（z－H）。当不考虑地面影响时，它在P点所造成的污染物浓度为

虚源的供献：P点在以像源为原点的坐标系中的垂直坐标（距离像源的烟流中心线的垂直距离）为（z+H）。它在P点所造成的污染物浓度为式中：H——污染源离地面的高度，m。C=C实+C虚，即注：按照上述公式对教材P265：公式14-30进行校正。又称高斯扩散模式（1）地面浓度模式：高架连续点源模式在几种特殊情况下的形式（2）地面轴线浓度模式：（3）高架连续点源地面最大轴线浓度：由于σy

，σz

是距离x的函数，而且随x的增大而增大，但[q/（πūσyσz

）]又随x的增大而减小，exp[-H2/（2σz2）]随x增大而增大，这两项共同作用的结果，必然在某一距离x处出现浓度的最大值。在最简单的情况下，假设比值σy/σz

不随距离x而变化，此时得到地面最大轴线浓度及离污染源相应的距离公式：(4)地面连续点源的扩散模式：地面连续点源扩散模式可由高架连续点源扩散模式中令H=0而得到：比较：地面连续点源造成的污染物浓度恰好是无界空间连续点源所造成浓度的2倍*使用高斯扩散模式时的注意事项

高斯模式的成功运用是有一定的假设前提的，使用时应注意以下问题：（1）该模式较适用于估算较长时间内的平均浓度，不能真实地估算非平稳状态下的或短期的污染物浓度的涨落；（2）该模式本身没有计入风向和风速的变化，也未包括由风切变引起的湍流影响（3）该公式适用于平均风速大于2m/s时的情况。

(4)在实际应用中，当需要考虑污染物在大气中比较复杂的实际散布过程和各种非理想情况时，应将高斯扩散的基本模式给以适当修正，以扩大其适用范围，如在较远距离时的修正、在静风和很稳定条件下的修正、以及城市、水上、不规则地形条件下的修正等（结合实验数据进行）。

5、有上部逆温时的扩散模式（1）上部逆温的气象特点：上部逆温是经常出现的一种现象。上部逆温层就象一个盖子使污染物的铅直扩散受到限制，扩散只能在地面和逆温层之间进行。所以又称为封闭型扩散。（2）高斯扩散模式的适用条件：只适用于整层大气具有同一稳定度的扩散，对于不接地逆温层（逆温层接地几百米到2千米）的情况并不适合。（3）有上部逆温时的扩散模式：可在高斯扩散模型的基础上，用反射模型来对其扩散公式进行推导，即此种情况下污染物的浓度可看成是实源和无穷多对虚源作用之和。空间任一点浓度如下：式中：L——逆温层底高度或混合层高度，m；n——烟流在两界面间的反射次数，一般取3或4就可以了。模式的简化：在实际工作中地面浓度可按如下方法进行简化处理，设xD为烟羽边缘刚好到达逆温层底时该点离烟缘的水平距离，则有：（1）当x≤xD时：烟流扩散不受逆温影响，扩散采用以下公式计算：（2）当x≥xD时：污染物经多次反射后，在Z方向浓度渐趋均匀，水平方向仍呈正态分布，地面浓度的计算公式为（3）当xD

＜x＜2xD时：取x=xD和x=2xD两点的浓度进行对数内插。xD确定方法如下：Z0=2.15σzL-H=2.15σz查图得到一个x，即xDσz=（L-H）/2.15Z0——烟流在铅直方向上的扩散宽度

例题：某电厂烟囱有效源高为150m，SO2的排放量为151g/s，在夏季睛朗的下午，地面风速为4m/s。由于上部锋面逆温将使垂直混合限制在1.5km以内，1.2km高度的平均风速为5m/s。试估算正下风3km和11km处的SO2浓度。

解：夏季晴朗的下午，太阳辐射为强辐射。在地面风速为4m/s时，由表查得大气稳定度为B级，因此：

σz=（L-H）/2.15=（1500-150）/2.15=628m由表查得XD=4.95km．（1）当X=3km<XD时，查表，σy=395m,σz=363m,则地面轴线浓度为

=6.2×10-5g/m3

（2）当X=11km>2XD时，地面轴线浓度

=6.2×10-6g/m3

6、熏烟扩散模式（1）熏烟的形成及危害：在晴朗微风的夜晚，地面冷却形成辐射逆温层。日出后，逆温从地面向上逐渐消失。夜间排入稳定层中的大气污染物，受到热力湍流交换的作用，在铅直方向混合，此时上部仍为逆温，扩散不能向上发展，故地面浓度比一般情况下要高出许多倍，从而造成严重污染，这就是熏烟型污染。它一般发生在清晨，持续时间一般为0.5——2小时。当冷空气移向较暖下垫面时，也可能形成熏烟污染。（2）熏烟扩散模式：熏烟造成的浓度在y方向仍呈正态分布，其扩散模式如下：式中：p=（hi-H）/σz；hi——逆温层消失高度，m；σyF——考虑到熏烟过程对稳定条件下扩散参数影响的水平扩散参数，mσyF=σy（稳定）+H/8地面轴线浓度为：（1）当hi=H+2σz时：烟流全部受到逆温层的抑制而向下扩散，地面熏烟浓度达到最大值：（2）当hi=H时：地面熏烟浓度为地面轴线浓度为（二）线源扩散模式

近几年我国汽车拥有量大量增加汽车尾气对大气污染的程度日益严重。评估汽车尾气对沿途大气污染的状况十分重要。在平坦地形上的公路，可当作一无限长线源。它在横风向产生的浓度是处处相等，因此把点源扩散的高斯模式对变量Y积分，可获得线源扩散模式。

1、当风向与线源垂直时，连续排放的无限长线源下风向浓度模式为

2、当风向与线源不垂直，且风向与线源交角φ>45°时，线源下风向的浓度模式为注意：当φ<45°时不能用这一模式。3