第第3 3章章 烟气的排放烟气的排放教学内容教学内容§1 §1 影响烟气扩散的因素影响烟气扩散的因素§2 §2 污染物浓度的估算污染物浓度的估算§3 §3 烟云抬升高度和烟气抬升现象烟云抬升高度和烟气抬升现象§4 §4 烟囱高度计算及厂址选择烟囱高度计算及厂址选择1 源源受体受体大气扩散大气扩散酸雨越境转移（日本、韩国酸雨越境转移（日本、韩国……）） 大气科学大气科学 大气物理、化学大气物理、化学……大气气象学大气气象学…… 污染气象学污染气象学…… 气象条件对污物的稀释、扩散作用气象条件对污物的稀释、扩散作用污染物对气象的影响污染物对气象的影响 §1影响烟气扩散的因素影响烟气扩散的因素2 §1§1影响烟气扩散的因素影响烟气扩散的因素影响烟气扩散的因素影响烟气扩散的因素Ø一一、、大气圈垂直结构大气圈垂直结构3 高度(km)一、一、大气圈垂直结构大气圈垂直结构每升高每升高100m，，气温降低气温降低0.65℃ N2O2ArCO2NeHeKrH2XeO O3 3越往上氧、氦等气体的原子态越多越往上氧、氦等气体的原子态越多紫外线的强烈照紫外线的强烈照射，射，N2和和O2产生产生不同程度的离解不同程度的离解4 一、大气圈垂直结构一、大气圈垂直结构一、大气圈垂直结构一、大气圈垂直结构Ø对流层对流层（～（～10km左右）左右）Ø集中了大气质量的集中了大气质量的3/4和全部的水蒸气，主要天气现象都和全部的水蒸气，主要天气现象都发生在这一层发生在这一层Ø温度随高度的增加而降低，每升高温度随高度的增加而降低，每升高100m平均降温平均降温0.650CØ强烈对流作用强烈对流作用Ø温度和湿度的水平分布不均温度和湿度的水平分布不均大气边界层－对流层下层大气边界层－对流层下层1～～2km，地面阻滞和摩擦，地面阻滞和摩擦 作用明显作用明显自由大气－大气边界层以上，地面摩擦可以忽略自由大气－大气边界层以上，地面摩擦可以忽略5 一、大气圈垂直结构一、大气圈垂直结构一、大气圈垂直结构一、大气圈垂直结构Ø平流层平流层（对流层顶～（对流层顶～50~55km））Ø同温层－对流层顶同温层－对流层顶35~40km，，气温气温-550C左右左右Ø同温层以上，气温随高度增加而增加同温层以上，气温随高度增加而增加Ø集中了大部分臭氧集中了大部分臭氧Ø没有对流运动，污染物停留时间很长没有对流运动，污染物停留时间很长Ø中间层中间层（平流层顶～（平流层顶～85km））Ø气温随高度升高而迅速降低气温随高度升高而迅速降低Ø对流运动强烈对流运动强烈6 一、大气圈垂直结构一、大气圈垂直结构一、大气圈垂直结构一、大气圈垂直结构Ø暖层暖层（中间层顶～（中间层顶～800km））Ø气温随高度升高而增高气温随高度升高而增高Ø气体分子高度电离－电离层气体分子高度电离－电离层Ø散逸层散逸层（暖层以上）（暖层以上）Ø气温很高，空气稀薄气温很高，空气稀薄Ø空气粒子可以摆脱地球引力而散逸空气粒子可以摆脱地球引力而散逸大气压力总是随高度的升高而降低大气压力总是随高度的升高而降低均质大气层－均质大气层－80～～85km以下，成分基本不变以下，成分基本不变7 二、主要气象要素二、主要气象要素二、主要气象要素二、主要气象要素§气象要素（因子）：气象要素（因子）： 表示大气状态的物理现象和物理量，气象学中统称为表示大气状态的物理现象和物理量，气象学中统称为～～。
§与大气污染关系密切的气象要素主要有：与大气污染关系密切的气象要素主要有： 气温 气压 空气湿度（气湿）、 风（风向、风速） 云量云状 能见度 降水 蒸发、日照时数、太阳辐射、地面辐射、大气辐射等8 二、主要气象要素二、主要气象要素二、主要气象要素二、主要气象要素1．气温．气温 表示大气温度高低的物理量表示大气温度高低的物理量天气预报中：天气预报中：1.5m高、百叶箱内气温高、百叶箱内气温 9 二、主要气象要素二、主要气象要素二、主要气象要素二、主要气象要素2．气压．气压 任一点的气压值等于该地单位面积上的大气柱重量任一点的气压值等于该地单位面积上的大气柱重量. 气压总是随高度的增加而降低的气压总是随高度的增加而降低的 国国际际上上规规定定：：温温度度0℃℃，，纬纬度度45°的的海海平平面面上上的的气气压压为一个标准大气压为一个标准大气压 据据实实测测近近地地层层高高度度每每升升高高100米米，，气气压压平平均均降降低低约约5毫米汞柱毫米汞柱1atm＝＝101326Pa＝＝101.326Kb=760mmHg 静力学方程静力学方程: 10 二、主要气象要素二、主要气象要素二、主要气象要素二、主要气象要素3．气湿．气湿 反映空气中水汽含量和空气潮湿程度的一个物理量。
反映空气中水汽含量和空气潮湿程度的一个物理量 常常用用的的表表示示方方法法有有：：绝绝对对湿湿度度、、水水蒸蒸气气压压力力、、体体积积百百分分比比、、含含湿量、相对湿度、露点等湿量、相对湿度、露点等 绝对湿度－绝对湿度－1m1m3 3湿空气中含有的水汽质量湿空气中含有的水汽质量Ø相对湿度－空气的绝对湿度与同温度下饱和空气的绝对湿度的相对湿度－空气的绝对湿度与同温度下饱和空气的绝对湿度的百分比百分比Ø含湿量－湿空气中含湿量－湿空气中1kg1kg干空气包含的水汽质量干空气包含的水汽质量Ø水汽体积分数－水汽在湿空气中所占的体积分数水汽体积分数－水汽在湿空气中所占的体积分数Ø露点－同气压下空气达到饱和状态时的温度露点－同气压下空气达到饱和状态时的温度11 二、主要气象要素二、主要气象要素4.风向和风速（风向和风速（wind speed and direction)Ø什么是风什么是风？空气的流动就形成风垂直方向的运动称为升降气流空气的流动就形成风垂直方向的运动称为升降气流Ø风的形成风的形成：风主要由于气压的水平分布不均匀而引起的，而气压的水平分布不：风主要由于气压的水平分布不均匀而引起的，而气压的水平分布不均是由温度分布不均造成。
均是由温度分布不均造成 风的形成除热力原因外，还有动力原因，自然界的风是由风的形成除热力原因外，还有动力原因，自然界的风是由于这两种原因综合作用的结果，但只要有温差存在，空气就不于这两种原因综合作用的结果，但只要有温差存在，空气就不会停止运动会停止运动12 二、主要气象要素二、主要气象要素二、主要气象要素二、主要气象要素 4．风向和风速．风向和风速 水平水平(horizontal)方向的空气运动称为风方向的空气运动称为风 （垂直方向－升降气流）（垂直方向－升降气流） 风的来向叫风向（风的来向叫风向（16个方位圆周等分）个方位圆周等分）风风速速：：单单位位时时间间内内空空气气在在水水平平方方向向上上运运动动距距离离（（2或或10min平均）平均） (km/h) F－风力级（－风力级（0～～12级）级） 13 14 二、主要气象要素二、主要气象要素二、主要气象要素二、主要气象要素 4．风向和风速．风向和风速 风玫瑰图风玫瑰图 风速风速,m/s 某某地地区区1988年年的的风风玫玫瑰瑰图图。
同同心心圆圆表表示示风风的的频频率率，，例例如如，，吹吹南南风风的的频频率率约约为为11％％ ，， 其其 中中 风风 速速 大大 于于10.82m/s的的频频率率约约为为1％％，，风风速速在在3.35～～5.41m/s的的频频率为率为3.5左右15 风对污染物浓度分布的第一个作用是整体输送，因风对污染物浓度分布的第一个作用是整体输送，因而污染区总是在污染源的下风向；第二个作用则是而污染区总是在污染源的下风向；第二个作用则是冲淡稀释，因而污染物的浓度总是与风速大小成反冲淡稀释，因而污染物的浓度总是与风速大小成反比地表附近的气流运动受下垫面的摩擦力的阻滞，地表附近的气流运动受下垫面的摩擦力的阻滞，使气流在垂直方向上产生了风速梯度表使气流在垂直方向上产生了风速梯度表示风速随高度变化的曲线称为示风速随高度变化的曲线称为“风速廓线风速廓线”16 目前常用的两种风速廓线模式是：目前常用的两种风速廓线模式是：1.对数率对数率——高度为高度为z处的风速，处的风速，m/sU*——摩擦速度，摩擦速度，m/sk——卡门常数，一般卡门常数，一般0.4Z——高度，高度，mZ0——地面粗糙度，地面粗糙度，m2.指数率指数率——高度高度z处平均风速处平均风速U10——高度高度10米处的平均风米处的平均风速，速，m/sM——常数，与大气稳定度、常数，与大气稳定度、地形有关，一般由实验确地形有关，一般由实验确定定17 18 二、主要气象要素二、主要气象要素二、主要气象要素二、主要气象要素5 5、云、云云：是发生在高空的水汽凝结现象。
云：是发生在高空的水汽凝结现象 形形成成的的基基本本条条件件：：水水蒸蒸汽汽和和使使水水蒸蒸汽汽达达到到饱饱和和凝凝结结的的环环境境云云量量：：指指云云遮遮蔽蔽天天空空的的成成数数在在我我国国，，将将天天空空分分为为1010等等份份，，有有几几分分天天空空被被云云遮遮盖盖，，云云量量就就是是几几如如：：云云占占天天空空的的1/101/10，，云云量量记记为为1 1；；在在云云层层中中有有少少量量空空隙隙（（空空隙隙总总量量不不到到天天空空的的1/201/20））记记为为1010；当天空无云或云量不到；当天空无云或云量不到1/201/20时，云量为时，云量为0 0 国外，将天空分为国外，将天空分为8 8等份 国国外外云云量量与与我我国国云云量量间间的的关关系系，，国国外外云云量量×1.25=×1.25=我我国国云云量量总云量：指所有云遮蔽天空的成数，不论云的层次和高度总云量：指所有云遮蔽天空的成数，不论云的层次和高度低云量：低云的云掩盖天空的成数低云量：低云的云掩盖天空的成数 云量的记录：一般总云量云量的记录：一般总云量/ /低云量的形式记录，如低云量的形式记录，如10/710/7。
云状：多种多样，云状：多种多样，19321932年国际云学委员会出版的国际云图将云年国际云学委员会出版的国际云图将云状分为四族十属状分为四族十属云高：指云底距地面的垂直距离，以米为单位云高：指云底距地面的垂直距离，以米为单位测定方法：激光测云仪、弧光测云仪等，目力测定法测定方法：激光测云仪、弧光测云仪等，目力测定法 19 云云云云 高云（高云（5000m以上）以上）中中云云（（2500-5000m））低低云云（（ 2500米米以以下下））20 二、主要气象要素二、主要气象要素二、主要气象要素二、主要气象要素6．能见度．能见度能见度能见度：在当时的天气条件下，视力正常的人能够在当时的天气条件下，视力正常的人能够从天空背景中看到或辨认出目标物的最大距离从天空背景中看到或辨认出目标物的最大距离级别（级别（0~9级，相级，相应距离为应距离为50～～50000米）米） ，单位：，单位：m，，Km能见度的大小反应了大气的混浊现象，反映出大气中杂质的多少能见度的大小反应了大气的混浊现象，反映出大气中杂质的多少大气中的雾、水汽、烟尘等，可使能见度降低大气中的雾、水汽、烟尘等，可使能见度降低 21 二、主要气象要素二、主要气象要素二、主要气象要素二、主要气象要素7、太阳高度角 太阳高度角为太阳光线与地平线间的夹角，是影响太阳辐射强弱的最主要的因子之一。
ho即太阳高度角，它随时间而变化8、降水 降水是指大气中降落至地面的液态或固态水的通称如雨、雪等降水是清除大气污染物的重要机制之一22 湍流概念简介湍流概念简介扩散的要素扩散的要素n风：平流输送为主，风大则湍流大风：平流输送为主，风大则湍流大n湍流：扩散比分子扩散快湍流：扩散比分子扩散快105～～106倍倍1、什么是湍流？、什么是湍流？ 除在水平方向运动外，还会由上、下、左、右方向的乱运除在水平方向运动外，还会由上、下、左、右方向的乱运动，风的这种特性和摆动称为大气湍流动，风的这种特性和摆动称为大气湍流有点象分子的热运有点象分子的热运动动）） 或者说湍流是大气的无规则运动或者说湍流是大气的无规则运动 2、湍流与扩散的关系、湍流与扩散的关系 把湍流想象成是由许多湍涡形成的，湍涡的不规则运动而把湍流想象成是由许多湍涡形成的，湍涡的不规则运动而形成形成 它与分子运动极为相似它与分子运动极为相似3.湍流起因有两种形式湍流起因有两种形式 ：：n热力：温度垂直分布不均（不稳定）热力：温度垂直分布不均（不稳定）n机械：垂直方向风速分布不均匀及地面粗糙度机械：垂直方向风速分布不均匀及地面粗糙度23 二、气温的垂直变化二、气温的垂直变化二、气温的垂直变化二、气温的垂直变化气温垂直递减率（垂直于地球表面方向上每升高气温垂直递减率（垂直于地球表面方向上每升高100米气温的变化值）米气温的变化值） 干干空空气气绝绝热热绘绘制制温温度度递递减减率率－－ 干干绝绝热热垂垂直直递递减减率率 （（当当一一个个干干空空气气团团在在大大气气中中绝绝热热上上升升时时的的，，因因周周围围气气压压降降低低而而膨膨胀胀，，部部分分内内能能用用于于反反抗抗外外界压力而做膨胀，温度下降；反之，气团绝热下降时，温度将升高）界压力而做膨胀，温度下降；反之，气团绝热下降时，温度将升高） 一般满足，大气绝热过程，系统与周围环境无热交换一般满足，大气绝热过程，系统与周围环境无热交换 空气块空气块膨胀（做功）膨胀（做功）耗内耗内 能能 T定性定性空气块空气块压缩（外气对它做功）压缩（外气对它做功）T内能内能（由压力变化引起）（由压力变化引起）24 2.2.2.2.气温的垂直分布（温度层结）气温的垂直分布（温度层结）气温的垂直分布（温度层结）气温的垂直分布（温度层结） 气温的垂直分布－气温的垂直分布－温度层结温度层结 Tzg¶=-¶ggggdg> γd ，，正常分布层结正常分布层结＝＝，，中性层结（绝热直减率）中性层结（绝热直减率）＝＝0 ，，等温层结等温层结< 0 ，，逆温层结逆温层结Tzg¶=-¶ggggdg，，正常分布层结正常分布层结＝＝，，中性层结（绝热直减率）中性层结（绝热直减率）＝＝0 ，，等温层结等温层结< 0 ，，逆温层结逆温层结25 1.1.1.1.大气稳定度的概念大气稳定度的概念大气稳定度的概念大气稳定度的概念定定义义：：大大气气在在垂垂直直方方向向上上稳稳定定的的程程度度；；反反映映其其是是否否容容易易对对流流 定性描述：定性描述： 外力使气块上升或下降外力使气块上升或下降气块去掉外力气块去掉外力气块减速，有返回趋势，稳定气块减速，有返回趋势，稳定气块加速上升或下降，不稳定气块加速上升或下降，不稳定气块停在外力去掉处，中性气块停在外力去掉处，中性不稳定条件下有利于扩散不稳定条件下有利于扩散三、大气稳定度三、大气稳定度三、大气稳定度三、大气稳定度26 2. 2. 2. 2.大气稳定度的判据大气稳定度的判据大气稳定度的判据大气稳定度的判据定量判断定量判断 三、大气稳定度三、大气稳定度三、大气稳定度三、大气稳定度27 则有则有判据：判据： 2.2.2.2.大气稳定度的判据大气稳定度的判据大气稳定度的判据大气稳定度的判据28 四四四四、、、、逆温逆温逆温逆温逆温不利于扩散逆温不利于扩散辐射：辐射： 1. 辐射逆温：辐射逆温： 地面白天加热，大气自下而上变暖；地面白天加热，大气自下而上变暖； 地面夜间变冷，大气自下而上冷却地面夜间变冷，大气自下而上冷却 太阳太阳 地球地球 ：短波：短波 地球地球 大气层：长波大气层：长波 大气吸收长波强大气吸收长波强29 30 四四四四、、、、逆温逆温逆温逆温辐射逆温的生消过程辐射逆温的生消过程日落前日落前黎明时黎明时日出后日出后上午上午10点点31 一般日落前形成，如图一般日落前形成，如图b所示；所示；到黎明时逆温层厚度最厚，强度最大，如图到黎明时逆温层厚度最厚，强度最大，如图c所示；所示；日出后地面开始增热，近地层大气自下而上被加热，日出后地面开始增热，近地层大气自下而上被加热，逆温自下而上逐渐消失，如图逆温自下而上逐渐消失，如图d所示；所示；上午上午9：：00-10：：00逆温层全部消失，如图逆温层全部消失，如图e所示；所示；A是未形成逆温层前的气温分布。
是未形成逆温层前的气温分布32 四四四四、、、、逆温逆温逆温逆温2.2.下沉逆温下沉逆温 （多在高空大气中，高压控制区内）（多在高空大气中，高压控制区内） 很厚的气层下沉很厚的气层下沉 压缩变扁压缩变扁 顶部增温比底部多顶部增温比底部多33 四四四四、、、、逆温逆温逆温逆温3.3.湍流逆温湍流逆温 下层湍流混合达下层湍流混合达 上层出现过渡层上层出现过渡层 逆温逆温 34 四四四四、、、、逆温逆温逆温逆温4.锋面逆温锋面逆温 冷、暖气团相遇冷、暖气团相遇冷暖间逆温冷暖间逆温 暖气上爬，形成锋面暖气上爬，形成锋面35 五五五五、、、、烟流型与大气稳定度的关系烟流型与大气稳定度的关系烟流型与大气稳定度的关系烟流型与大气稳定度的关系 波浪型（不稳）波浪型（不稳）锥型（中性锥型（中性or弱稳）弱稳）扇型（逆温）扇型（逆温）爬升型（下稳，上不稳）爬升型（下稳，上不稳）漫烟型（上逆、下不稳）漫烟型（上逆、下不稳） 36 37 38 39 四四四四、、、、地方性风场地方性风场地方性风场地方性风场 1．海陆风．海陆风 40 白天地面受热后，陆地增温比海洋快，陆地上的气温高白天地面受热后，陆地增温比海洋快，陆地上的气温高于海面上的气温，出现了由陆地指向海面的水平温度梯于海面上的气温，出现了由陆地指向海面的水平温度梯度，下层风由海面吹向陆地，称为海风，上层风则有相度，下层风由海面吹向陆地，称为海风，上层风则有相反气流。
反气流 到夜间气流相反到夜间气流相反 海陆风会造成逆温海陆风会造成逆温 海陆风会造成循环污染，原来被陆风带去的污染物会海陆风会造成循环污染，原来被陆风带去的污染物会被海风带回原地被海风带回原地41 四四四四、、、、地方性风场地方性风场地方性风场地方性风场 2．山谷风．山谷风 42 白天山坡吸收太阳辐射增热比山谷快，故风经常从谷底吹白天山坡吸收太阳辐射增热比山谷快，故风经常从谷底吹向山坡，称为谷风向山坡，称为谷风晚上相反，称为山风晚上相反，称为山风43 四四四四、、、、地方性风场地方性风场地方性风场地方性风场 3．城市热岛环流．城市热岛环流 44 图图图图3-13-1城市热岛示意图城市热岛示意图城市热岛示意图城市热岛示意图45 气气气气 象象象象46 。