污染气象学期末考试

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1、污染气象实质是讨论大气扩散问题。 需有一个全局概念一、大气结构及气象要素 大气结构指大气垂直分层，按温度垂直分布分为 对流层、平流层、中间层、暖层和逃逸层五层。扩散问题主要发生在对流层下部的大气边界层内。 （气温日变化、风速随高度增加、对流及湍流旺盛） 气象要素指表征大气状态的物理量的物理现象。温、压、湿、风向、风速、云况、能见度等。扩散问题最关心风、温度、云况 稳定度边界层中的温度场温度层结曲线大气静力稳定度（不稳定、中性、稳定、逆温、等温）大气稳定度是大气湍流运动强弱的一种标志。稳定度分类指大气扩散能力的分类，而不是静 力学的分类，决定于动力、热力因子。P-T-C法（A B C D E F

2、）烟流形状与大气稳定度的关系（五种类型：环链、锥、扇形、屋脊、熏烟型 ） 温度层结逆温：生成过程不同（辐射逆温、下沉逆温、平流逆温、湍流逆温、锋面逆温）三、湍流扩散基本理论 湍流气流在三度空间的不规则涨落。风速的脉动、风向的摆动是湍流的表现。湍流成因：热力湍流、机械湍流，波的破碎为间歇湍流，大气总是湍流的。 湍流扩散三大理论梯度输送理论 类比分子扩散 平流扩散模式湍流统计理论 依赖于分布假设 高斯模式相似理论 量纲分析 应用不多，剪切湍流湍流成因动力因子（风切变）：机械湍流热力因子（层结不稳定，对流）稳定层结 波的破碎 间歇湍流第二章 湍流扩散基本理论 梯度输送理论K理论 湍流半经验理论的一个

3、基本假定是：由湍流 引起的动量通量与局地风速梯度成正比zukwu瞬时点源的解无风瞬时点源的解瞬时点源的解无风瞬时点源的解 )222(exp)2(),(2222222/3 zyxzyxzyxQtzyxq瞬时点源的浓度正比于源 强瞬时点源的浓度正比于源 强Q，随距离增加按指数，随距离增加按指数 规律递减， 污染物呈现正态分布规律递减， 污染物呈现正态分布-高高 斯模式斯模式有风瞬时点源的解有风瞬时点源的解 0u 2222222/3222)(exp)2();,(zyxzyxzyt uxQtzyxq有风条件下连续点源的解有风条件下连续点源的解 222222exp2),(zyzyzy uQzyxq烟流宽

4、度定义烟流宽度2y0和半宽y0与方差的关系yy yyqq 3.422exp1002200 统计理论 扩散参数和湍流脉动场的统计特征量泰勒公式泰勒公式TLtLTdRTdtdRy 020022)()(2)(2扩散参数与扩散时间的关系1、当扩散时间足够短时，即T 02、扩散时间足够长四、城市、山区和水域附近扩散特殊气象条件下的扩散模式特殊气象条件下的扩散模式封闭性扩散模式封闭性扩散模式 2222 200zzynDH uQx)(exp),(n为反射次数；为反射次数；D为混合层高度为混合层高度三种情况：三种情况：（1）当）当x xD时：在时：在 xxD时，烟流扩散尚未受到上部逆温层的影响，其浓度仍可按一

5、般扩散模式估算。时，烟流扩散尚未受到上部逆温层的影响，其浓度仍可按一般扩散模式估算。2）当）当 x 2 xD时，烟流经过两界面的多次反射，达到某一距离时，烟流经过两界面的多次反射，达到某一距离 x 后，在垂直方向的浓度分布将渐趋均匀。后，在垂直方向的浓度分布将渐趋均匀。3）当）当2 xD x xD时：污染物浓度在的变化较为复杂。可取时：污染物浓度在的变化较为复杂。可取x =xD 和和 x = 2xD 两点浓度的内插值。两点浓度的内插值。四、城市、山区和水域附近扩散点源扩散的高斯模式高斯模式的基本假定： 污染物在y、Z轴上分布符合正态分布（高斯分布） 在全部空间中，风速是均匀的、稳定的 源强是连

6、续均匀的 扩散过程中，污染物是守恒的高架连续点源扩散的高斯模式 一般浓度 地面浓度 轴线浓度 地面轴线最大浓度及出现距离 2222222)(exp2)(exp)2exp(2),(zzyzyHzHzy uQHzyxq；dddbdbddbdbd cHxddb ddb acHuQq21 2max2max2exp 点源污染物浓度估算方法 烟流抬升高度的计算 扩散参数确定：实测法扩散实验估算法P-G曲线（稳定度分类） 平均风速：幂指数外推 源强Q：经验系数法 （单位kg/h, g/s mg/s）非点源污染浓度计算 线源-点源的积分 面源-虚点源法 体源-虚点源法特殊情况下的扩散模式 封闭型扩散-双层反射

7、 熏烟型扩散-改变源强 微风扩散-烟团迭加 22222exp2expyzzyyH uQq 典型山区污染情形典型山区污染情形 烟流与山体障碍物遭遇 山谷中的污染 典型的背风区污染情形 海陆风对空气污染的影响海陆风对空气污染的影响 1）循环作用 2）往返作用 3）大范围盛行风和海风方向相反 4）持续的漫烟型及封闭型污染，发生在气团变性形成 的热边界层内五、新建厂址需进行大气环境评价。1.厂址选择需要风向、风速、稳定度、混合层高度 2.厂址选择（背景浓度低、污染系数小（最小风频）、温度层结、地形） 3.厂址宜选择在城镇或生活区按常年最小频率风向的上风侧。厂址宜选择在城镇或生活区按常年最小频率风向的上

8、风侧。充分利用大气扩散稀释能力、防治大气污染烟囱高度设计-要求既满足污染扩散要求，又要考虑节省投 资，保证地面浓度不超过质量标准。按高斯模式推算。对地面浓度要求不同，其计 算方法亦不同。1.按地面最大浓度计算烟囱较矮 2.按绝对最大浓度计算（危险风速下）烟囱较 高，造价高 3.P值法国标法 注意：模式选择是否合适（封闭、熏烟）抬升公式选择烟囱参数：出口烟速20-30m/s，烟温100以上， 出口烟速需大于给出平均风速的1.5倍。烟囱为附属建筑物 高度的1.5-2.5倍大气环境防护距离- 为保护人群健康，减少正常排放条件下大气污染物对居住区的环境影响，在 项目厂界以外设置的环境防护距离。考试题目

9、类型一、名词解释（每题（每题4分，分，5题，共题，共20分）分）二、判断与选择填空（每题（每题4分，分，5题，共题，共20分）分） 三、简述题（每题（每题10分，分，3题，共题，共30分）分） 四、计算题 (2题，题，30分分)11. 大气环境防护距离- 为保护人群健康，减少正常排放条件下大气污染物对 居住区的环境影响，在项目厂界以外设置的环境防护距离。6. 湍流扩散的三大基本理论是梯度输送理论(K理论)、统计理论和相似理论 根据质量守恒定律，利用梯度输送理论可导出平流扩散方程。7. 根据烟云形状，大气扩散可分环链型、锥型、扇型、屋脊型、漫烟型 五种基本类型。8 Pasquill-Turner

10、稳定度分类方法是根据地面常规气象观测资料， 利用 风速、云况和太阳高度角_进行稳定度分类的方法。 9 影响大气扩散的非湍流过程主要包括烟气抬升、干沉积、湿沉降、化学转化、放射性衰变等。 10. 特殊气象条件下的扩散通常指封闭型扩散、熏烟型扩散和小风静风扩散。11城市多源空气质量模式是点源、线源、面源模式总称，模式的关键是 源强 的处理。12.沿海陆上扩散模式是采用熏烟模式处理的关键是分段处理。13山区扩散模式是在高斯模式的基础上，考虑烟流随地形的 起伏， 处理的关键是进行地形修正。14. 灰霾是指大气边界层乃至对流层低层整体的大气浑浊现象。15. 污染潜势预报是指导致未来不同程度污染的气象条件

11、，也 称污染气象条件预报。从气象学角度出发，对未来大气污染 物的稀释、扩散、聚积和清除能力的预报。16. AQI与与API的联系与区别的联系与区别空气质量指数空气质量指数（Air Quality Index，简称，简称AQI）是定量描述空气质量状况的无量钢指数。空气质量的好坏取决于各种污染物中危害最大的污染物 的污染程度。根据环境空气质量标准和各项污染物对人体健康和生态环 境的影响来确定污染指数的分级及相应的污染物浓度限值。AQI考虑污染物有(新空气质量标准GB3095-2012）SO2,NO2,O31小时,O38小时,PM10,PM2.5,CO空气污染指数空气污染指数（Air Polluti

12、on Index，简称，简称API）API考虑污染物为(旧空气质量标准GB3095-1996，2000修改单） ：SO2,NO2,PM10,CO三、简述题 1、简述烟云扩散的五种基本类型，并给出各类型相应的烟云形态和温廓线。答： 根据烟云形状，大气扩散可分_环链型、锥型、扇型、屋脊型、漫烟型 五种基本类型。各类型相应的烟云形态和温度廓线为：3 简述根据常规气象资料来确定大气扩散参数的过程。答： 根据常规气象资料确定大气扩散参数的过程，首先是根据Pasquill- Turner方法确定大气稳定度，然后由下风距离及研究地区特点（乡村平坦地形、 还是城市），分别利用Pasquill-Gifford曲

13、线图或Briggs城市扩散参数公式来确 定大气扩散参数： 1. 根据研究地区的地理纬度、时间确定太阳高度角， 2. 由太阳高度角结合地面观测云况（总云量/低云量）确定太阳辐射等级， 3. 由太阳辐射等级和地面观测的风速大小来确定大气稳定度类别。如为城 市， 则需向不稳定方向提级（根据城市规模，提一级或半级）。 4. 根据研究地区是乡村平坦地形，还是城市，确定采用那种扩散参数关系： 如为乡村平坦地形，则利用Pasquill-Gifford曲线图；如为城市地区，则采用 Briggs城市扩散参数公式。 5. 根据确定的大气稳定度类别和扩散参数关系，得到大气扩散参数计算公 式。 6. 根据下风距离和大

14、气扩散参数计算公式，经计算得到大气扩散参数。烟囱设计示例南京市某开发区某污染源SO2排放量为80g/s，烟气流量为265m3/s，烟气温度为418K，大气温度为293K。这一地区的SO2本底浓度为0.05mg/m3，设z/y0.5，地面平均风速u103m/s，稳定度参数m=0.25，试按环境空气质量标准（GB30951996）的二级标准来设计烟囱的高度和出口直径。 方法一：按地面最大浓度计算烟流抬升高度 热释放率烟囱出口风速选择烟气抬升公式按城市及近郊区条件，取n=1.303，n1=1/3，n2=2/3kWkWTTQPQsvaH210010810. 2418293418265101335. 035. 0425. 025. 01010687. 1)10( 3)(ssmHH ZZuu12/5 4/13/23/11048.23687. 128100303. 121 s ssn sn HHHHuHQnH方法一：按地面最大浓度计算计算烟囱几何高度环境空气质量标准的二级标准限值为0.06mg/m3（年均），代入HccueQHyzbs )(20HHs625. 0310)05. 006. 0()(687. 1718. 2142. 35 . 010802方法一：按地面最大浓度计算计算烟囱出口 内径烟囱出口烟气流速不应低于该高度处平