大气污染与气象的关系

3.4大气污染与气象的关系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。风对大气污染物扩散和输送的影响风对大气污染物扩散和输送的影响风对大气污染的影响包括风向和风速两个方面。一般情况下，风向影响污染物的水平迁移扩散方向，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送距离的远近。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，污染物输送的距离可能很长，但浓度将变得很小。通常，污染物在大气中的浓度与平均风速成反比，风速增大1倍，下风向污染物浓度将减小一半。风对大气污染物扩散和输送的影响风速随高度变化的曲线称为风速廓线。风对大气污染物扩散和输送的影响湍流对大气污染的影响扩散的要素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风向的摆动起因与两种形式热力：温度垂直分布不均（不稳定）机械：垂直方向风速分布不均匀及地面粗糙度大气稳定度对大气污染的影响波浪型（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）大气温度层结对大气污染的影响Tzd0，正常分布层结(递减层结）＝，中性层结（绝热直减率）＝0，等温层结0，逆温层结当r＞0时，由于气温随高度增加而下降，空气形成上下对流，湍流随之发展，对污染物扩散有利。r越大，对流越快，污染物愈易扩散。当r＝0时，温度随高度不变，形成等湿层，空气垂直运动不存在，大气较稳定．不利于污染物的扩散和稀释。当r＜0时，逆温层形成，暖而轻的空气在上面，冷而重的空气在下面，气层很稳定，空气的对流和湍流运动受到抑制，污染物极难输送扩散。大多数空气污染事件都发生在有逆温及静风的气象条件下。辐射和云对大气污染的影响晴天白昼，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。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。日出日落后为转换期，大气接近中性状态。云对辐射起屏障作用，它既阻挡白天的太阳辐射，又阻挡夜间地面向上的辐射，从而使垂直温度梯度减小，使白天递减和夜间逆温均受到削弱。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．大气接近中性状态。大气污染指数Id越大，d方向下侧的污染越重。实践表明Id＜0.8时，为清洁型大气，也就是说，这些地区不容易发生空气污染事故，可以作为工业区。3.5大气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）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未知数：浓度c，待定函数A（x），待定系数a，b（）积分，可以解出未知数：得到高斯模式22)(),,(bzayeexAzyxc212)]22(exp[2),,(2222zyzyzyuqzyxc无界空间连续点源扩散模式)]22(exp[2),,(2222zyzyzyuqzyxc高架连续点源扩散模式镜像全反射----像源法实源：像源：(,,,)cxyzHz(,,,)cxyzHz2222()(,,,)exp()exp[]222yyyzqyzHcxyzHu实源的贡献2222()(,,,)exp()exp[]222yzyzqyzHcxyzHu像源的贡献222222()()(,,,)exp(){exp[]exp[]}2222yyzyzqyzHzHcxyzHu实际浓度高架连续点源扩散模式2222(,,,)exp()exp()22yzyzqyHcxyzHu地面浓度模式：取z＝0代入上式，得22(,,,)exp()2zyzqHcxyzHu地面轴线浓度模式：再取y=0代入上式22(,,,)exp()2zyzqHcxyzHuxyz上式，增大，则、增大，第一项减小，第二项增大，必然在某x处有最大值地面最大浓度模式：考虑地面轴线浓度模式高架连续点源扩散模式2222(,,,0)exp[()]22yzyzqyzcxyzu地面源高斯模式（令H＝0）：相当于无限源的2倍（镜像垂直于地面，源强加倍）max22zyqcuHemax|2czxxH地面最大浓度模式（续）：222(,,0,)exp()exp()22LzyyzQHyxyHdyu222(,0,0,)exp()22sinLzzQHxHu无限长线源风向和线源不垂直时（交角45o）212221(,0,0,)exp()exp()2222PLPzzQHPxHdPu有限长线源线源扩散模式面源扩散模式大气排放规范里规定条件：烟囱高40m；单个排放量0.04t/h简化为点源的面源模式面源扩散模式（续）简化为点源的面源扩散模式（续）形心上风向距x0处有一虚拟点源，其烟流在形心处宽度正好与正方形宽度相等烟流宽度：中心线到浓度为中心处距离的两倍（正态分布：）确定、之后即可按点源计算面源浓度0024.30yy12222200000001/1/000121(,,0,)exp{[]}2()()()(),4.32.15(),()yyzzyyzzyzyzyzQyHxyHuWHxx0yx0zx特殊气象条件下的扩散模式主要指气象条件与高斯模式不一样（温度层结构均一，实际中难以实现）封闭型扩散模式相当于两镜面之间无穷次全反射实源和无穷多个虚源贡献之和n为反射次数，在地面和逆面实源在两个镜子里分别形成n个像22(2)exp[]2zyzqHnDCu封闭型扩散模式计算简化：Dxx2.15zDHDx1.当（尚未到封闭阶段）（烟流半宽度）查P－G曲线－4-9式计算地面轴线浓度2Dxx0111DdzDD22(,)exp()22yyqycxyuD2.当，z向浓度混合均匀，z分布函数为2DDxxx3.Dxx2Dxx－内插（假定变化为线性），按z值插值熏烟型扩散模式假设：D换成hf（垂向均匀分布）；Q只包括进入混合层部分，则仍可用上面公式22211exp()22(,,0,)exp(),()/22pFfzyffyfQPdPyxyHPhHuh2.15152.158oyyfyHtgH熏烟型扩散模式22(,,0,)exp()22FyffyfQyxyHuh2fzhH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()222FyffyfQyxyHuh逆温层消失到烟囱的有效高度处3.6污染物浓度估算烟囱抬升高度的计算烟囱有效高度H为烟囱几何高度Hs与烟云抬升高度∆H之和。烟云抬升高度∆H的计算公式式(3．45)适用于中性大气条件。对于稳定大气，烟云抬升高度增加10％一20％；对于不稳定大气，烟云抬升高度减少10％一20％。烟云抬升高度∆H的计算公式（续）我国(GB/T13201一91)“制定地方大气污染排放标准的技术方法”中推荐的抬升方式（GB/T推荐性国家标准）烟云抬升高度∆H的计算公式（续）烟云抬升高度∆H的计算公式（续）烟气抬升高度的选取优先采用国家标准中的推荐公式烟气抬升高度计算（例题）烟气抬升高度计算（例题）烟气抬升高度计算（例题）烟气抬升高度计算（例题）烟气抬升高度计算（例题）大气扩散参数估算P-G扩散曲线法帕斯奎尔将大气扩散稀释能力分为6个等级:A—极不稳定,B—不稳定,C—弱不稳定,D—中性,E—弱稳定,F—稳定.若稳定级别为A～B,则表示按A,B级的数据内插。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稳定度级别;然后从图3-11和图3-12中查得对应的扩散参数σy和σz;最后将σy,σz代入前面介绍的一系列扩散模式中,就可估计出各种情况下的浓度值.估算地面最大浓度和它出现的距离估算地面最大浓度和它出现的距离设H=141.4m，则=100m若大气稳定度级别为B级，则查右图知：=2km估算地面最大浓度和它出现的距离在对应的约为110m烟囱高度的设计烟囱高度的计算要求：（1）达到稀释扩散的作用（2）造价最低，造价正比于H2（3）地面浓度不超标烟囱高度的设计烟囱高度的计算按地面最大浓度计算max22()zyqCuHeyzHCCueqHybzs)(20bCCC0max在0.5～1.0之间取0C－标准浓度bC－本底浓度（3-62）烟囱高度的计算P值法国标GB/T13201-91610sQHHP烟囱设计中的几个问题烟气抬升高度的选取优先采用国家标准中的推荐公式