第4节 影响大气污染的气象条件和地理因素,4.1 温度层结 气温垂直递减率：气温随高度的升高而下降的数值，通常以r表示 干绝热递减率（rd）：干空气块或未饱和的湿空气块在绝热条件下每升高单位高度（通常取单位高度为100米）所造成的温度下降数值称为rd，一般为0.98k/100m. 在对流层中，气温垂直变化的总趋势是随着高度的增加气温逐渐降低： （1）地面是近地面大气的主要和直接的热源 （2）水汽和固体杂质的分布从低空向高空减少，水 汽和固体杂质吸收地面辐射的能力很强，从而 使近地面温度高于上层温度层结的定义：大气中气温在垂直方向上的分布称为温度层结 大气中温度层结有四种类型： （1）气温随高度增加而递减，即r 0，称为正常分布层结或递减层结； （2）气温垂直递减率等于或近似等于干绝热递减率，即r = rd，称为中性层结； （3）气温不随高度变化，即r = 0，称为等温层结； （4）气温随高度增加而增加，即r 0，称为逆温4.2 大气稳定度 大气稳定度的定义：指在垂直方向上大气稳定的程度 污染物在大气中扩散与大气稳定度有密切关系 一个空气块由于某种原因受到外力的作用，产生了上升或下降运动后，当外力去除后，可能发生三种情况：(1) 气块减速并有返回原来高度的趋势，称这种大气是稳定；(2)气块加速上升或下降，称这种大气是不稳定；(3) 气块被外力推到那里就停到那里或作等速运动，称这种大气是中性。
大气稳定度可以用气温垂直递减率与干绝热递减率之差来判别 一个空气气块在大气中运动的加速度计算公式为： 当r – rd 0 a 0 大气不稳定(正常温度层结) 当r – rd 0 a 0 大气稳定(正常、等温或逆温层结) 当r = rd a = 0 大气是中性 一般来说，r越大，大气越不稳定，反之， 大气越稳定4.3 逆温层 气温随高度增加而增加的气层，即r 0 ，但在特定的条件下，也会发生r 0或r = 0的现象，即发生了逆温或等温现象 根据大气稳定度分析，发生逆温时，大气是稳定的逆温层的存在，大大阻碍了气温的垂直运动，也将逆温层称为阻挡层 污染气体多积聚在逆温层下面，往往导致严重大气污染逆温的类型：根据逆温生成的过程，可将逆温分为 （1）辐射逆温 （2）下沉逆温 （3）平流逆温 （4）锋面逆温 （5）湍流逆温 其中，辐射逆温和平流逆温与大气污染的关系最密切辐射逆温：在晴空无云（少云）的夜晚，当风速较小（ 2-3m/s）时，地面因强烈的有效辐射的减少而很快冷却，近地面气层冷却最为强烈，较高的气层冷却较慢，因而形成了自地面开始逐渐向上发展的逆温层，称为辐射逆温以冬季最强a表示下午时分；b表示日落时分；c 黎明时分；d表示日出后的早晨；e表示上午10点左右,平流逆温：暖空气平流到冷空气表面而形成的逆温。
原因：低层空气受表面影响大，降温多，上层空气降温少所致的 当冬季中纬度沿海地区的海上暖空气流到大陆上，以及暖空气平流到低地、盆地内积聚的冷空气上面时，皆可形成平流逆温地形逆温：常发生在山地、盆地和谷地中由于山坡散热快，山坡上的冷空气沿山坡下沉到谷底，谷底原来较暖的空气被冷空气抬挤上升，从而出现温度的倒置现象这样的逆温主要是在一定的地形条件下形成的，所以称为地形逆温4.4 不同温度 层结和大 气稳定度 下的烟型,,,,,,翻卷型烟型,平展型烟型,上升型烟型,4.5 大气的水平运动和湍流运动 大气的水平运动(风)对于大气污染物的第一个作用就是输送作用； 第二个作用是对污染物浓度的冲淡稀释作用大气湍流,（1）大气湍流：大气的上下左右无规则摆动运动 （2）成因： （A）由于垂直方向温度分布的不均匀性引起的热力湍流，它的强度取决于大气稳定度 （B）由于垂直方向上风速分布的不均匀性和地面粗糙度引起的机械湍流， 它的强度取决于风速梯度和地面粗糙度 （3）作用：湍流具有极强的扩散能力，风速越大，湍流越强，污染物的扩散速度就越快，污染物的浓度也越低4.7 影响大气污染的地理因素,影响大气污染的主要地理因素有： （1）地形和地物的影响 （2）局地环流（包括山谷风，海陆风和城市热岛环流）的影响。
地形地物的影响 （1）山脉 （2）高大建筑物：在建筑物背风面局部形成涡流局地环流的影响 由于地形的差异，往往会造成地表热力性质的不均匀性，进而形成各种局地环流局地环流的形成对当地的大气污染的形成作用较为明显城市热岛环流,定义：由于城市温度经常比农村高(特别是夜间)，气压比乡村低，所以可以形成一种从周围农村吹向城市市区的特殊的局地风，称为城市热岛环流或城市（郊）风 城郊风在市区汇合产生上升气流当城市周围有较多产生大气污染的工厂时，就会使污染物在夜间向市中心输送，造成严重污染，特别是夜间城市上空有逆温层存在城市热岛环流, 产生城乡温度差异的主要原因 (1)城市人口密集、工业集中，能耗水平高； (2)城市覆盖物(如建筑、水泥路面等)热容量 大，白天吸收太阳辐射热，夜间放热缓慢，使低层空气变暖； (3)城市上空笼罩一层烟雾和CO2，吸收地面长波辐射第5节 大气污染物扩散模式,有界大气扩散：大气污染物排放源多位于近地面或接近地面的大气边界层，因此，污染物在大气中的扩散多在边界层中进行，并受到地面的影响，我们称这种大气扩散为有界大气扩散 5.1 一般高斯扩散模式 高斯(Gaussion)扩散模式是大气扩散模式中最为著名和应用最广泛的大气扩散模式，其中，点源高斯扩散模式又最为常用。
1、高斯扩散模式的坐标系 原点为地面源排放点或高架源排放点在地面的投影点，x轴向为平均风向, y轴在水平面上垂直于x轴，正向在x轴的左侧，Z轴垂直于水平面oxy，向上方为正向，即为右手坐标系2、高斯扩散一般模式成立的假设条件 · 污染物浓度在y轴和z轴上的分布符合正 态分布； · 在全部空间中风速是均匀和稳定的； · 源强是连续均匀的（mg/s）； · 污染物在扩散过程中质量是守恒的，化 学性质是稳定的，不发生沉降现象； · 排放源周边地区较平坦开阔,3、高架连续点源高斯扩散模式及几种常见的形式 一般形式： Q 为污染源的源强（mg /s）， H 为烟囱有效高度(m)， U 为烟囱实际高度处的平均风速(m/s)， δy,δz为y轴和z轴上的扩散系数（即污染物浓度在y 轴和z轴上正态分布的标准偏差） C (x ,y, z, H) 为污染源下风向任一点(x, y, z) 处的污染 物浓度(mg / m3 )几种特殊形式 (1) 下风向地面任何一点的污染物浓度 (z = 0),,,(2) 下风向烟流中心线地面任何一点污染物浓度(z = 0, y = 0),,,,(3)地面轴线最大污染物落地浓度,将上式代入到地面轴线浓度计算公式, 可得出,出现地面轴线最大落地浓度点时的Z轴的扩散系数为,,δz∣x C max = H/,,,(4) 地面连续源高斯扩散模式 令高架连续点源高斯扩散模式的一般形式中的H = 0, 便得到地面连续源在其下风向任何一点(x, y, z)的污染物浓度值计算公式：,,由以上地面连续源高斯扩散模式，可得出地面源的地面任何一点（x, y, 0）和地面轴线上任何一点（x, 0,0）的污染物浓度扩散模式：,,,5.2 TSP扩散—沉降模式（高斯倾斜烟流扩散模式） 在以上一般高斯模式中，认为颗粒物的粒径小于10微米，因此，其沉降作用可以忽略。
当颗粒物的粒径大于10微米时，颗粒物除了随平流场运动以外，还由于重力下沉作用，使得烟羽的中轴线逐渐向地面倾斜，为了反映颗粒物的沉降作用，必须在以上一般高斯扩散模式基础上加以修改，即得到高斯倾斜烟流扩散模式α为可沉降颗粒物(10~100um)在TSP中所占的比重， 0 α 1, vs为颗粒物沉降速度， vs由斯托克公式计算： VS = 式中： ρ：颗粒物的密度(g/cm3) g ：重力加速度(980cm/s) d ：颗粒物平均粒径（cm） u ：空气的粘滞系数（1.8×10-2g/m·s）,,,,5.3 高斯扩散模式中各参数的估算,1、有效源高（烟羽的有效高度） 从烟囱中排出的烟气，由于具有一定的向上初始速度和高于周围大气的温度，因此，排出后，烟气将会上升 有效源高：指烟囱本身的高度与烟气抬升高度之和： He = Hs +△H,2、影响烟气抬升高度的因素 （1）烟气的抬升首先决定于具有的初始动能和浮力 初始动能决定于烟囱的内直径和排气速度 浮力决定于烟气与周围大气的温度差 （2）烟气的抬升决定于烟气与周围大气混合的速率 烟气与周围大气混合的越快，烟气所具有的初始动能和热量损失的也越快，从而抬升的高度也越低。
决定烟气与周围大气混合速率的主要因素是周边大气的平均风速和湍流强度，平均风速越大，湍流强度越强，混合就越快，烟气抬升的就越低 （3）温度层结的影响 稳定的温度层结对烟气抬升有抑制作用3、烟气抬升高度计算公式,A． 霍兰德公式 根据3个电厂的烟囱的实测资料数据为依据推导出来的经验公式一般认为适用于中小型工厂的烟囱在大气稳定度为中性的情况，计算烟气抬升高度 霍兰德认为如大气稳定度为不稳定时，应将计算结果增加10-20%，稳定时则应减少10-20% 霍兰德公式曾风靡一时， 但现在许多人认为该公式计算的结果往往偏低霍兰德公式表达式一 H =,,式中 H ： 烟气的抬升高度(m), VS： 烟囱气体排出的速度(m/s) d ： 烟囱的出口处直径(m) , u ： 烟囱口高度的平均风速(m/s) TS: 烟气的绝对温度(k), Ta ：周围大气的绝对温度(k),,,霍兰德公式表达式二 Qh 为烟气热排放速率(J/s) 在不同高度的风速，一般按照以下公式估算： u = α·v0 v0 指距地面10米处的平均风速，α是修正系数，具体值见下表 .,H = 1.5 d +,,,B. 摩西——卡森公式 适用于大型烟源（排放烟气热量大于8.36 ×106J/s）, 有风（u s 1m/s）的情况下，计算公式为： H = 式中： 为排放烟气热量(J/s) C1和 C2为系数，是大气稳定度的函 数，见下表。
C1和 C2系数表,C．布里格斯公式 适用于静风条件下（ux1m/s），霍兰德公式不适用，这时需采用布里格斯公式： H = 1.4 式中：ΔT/ΔZ为大气竖向温度梯度(℃/m) 一般白天取0.003℃/m，夜晚取0.01℃/m. QH为排放烟气热量(J/s),,,,4、大气稳定度的划分 大气稳定度是影响污染物在大气中扩散的一个十分重要的因素 大气处于不稳定状态，气流上下运动强烈，烟气扩散迅速，地面上空不易聚集污染物；大气处于稳定状态，一般出现逆温层，烟气不易扩散，污染物积聚在地面上空，形成严重的大气污染 在高斯扩散模式中，直接受到大气稳定度影响的参数为扩散系数δy,δz 目前用的较多的大气稳定度分类有帕斯奎尔法(Pasquill)和吕查得松 (Richardsm) 法帕斯奎尔法(Pasquill)： 帕斯奎尔根据地面风速、日照量、云量等参数，将大气的稳定度从极不稳定到稳定划分为A、B、C、D、E、F六个稳定度级别 A为极不稳定，B为不稳定，C为弱不稳定，D为中性，E为弱稳定，F为稳定A一B表示按A、B级的数据内插 夜间前后各1小时作为中性，即D级稳定度夜间定义为日落前l小时至日出后l小时。
该方法根据一般的气象参数确定大气稳定度等级，应用较方便帕斯奎尔稳定度级别划分表,1. A——极不稳定，B——不稳定，C——弱不稳定，D——中性，E——弱稳定，F——稳定； 2. A-B按A、B数据内插（用比例法）； 3. 日落前1小时至日出后1小时为夜晚； 4. 不论何种天空状况，夜晚前后各1小时算做中性； 5. 仲夏晴天中午为强日照，寒冬晴天中午为弱日照（中纬度）,5、 扩散系数δy,δz的估算,扩散参（系）数δy,δz是高斯扩散模式中重要的参数扩散参（系）数δ。