污染物扩散与气象的关系

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1、污染物扩散与气象的关系污染物从污染源排放到大气中，只是一系列复杂过程的开始，污染物在大气中的迁移、扩散是这些复 杂过程的重要方面。大气污染物在迁移、扩散过程中对生态环境产生影响和危害。因此，大气污染物的迁 移、扩散规律为人们所关注。一、影响大气污染的气象因子大气污染物的行为都是发生在千变万化的大气中，大气的性状在很大程度上影响污染物的时空分布， 世界上一些著名大气污染事件都是在特定气象条件下发生的。影响大气污染的气象因素最重要的是流场和 温度层结。（一）风和大气湍流的影响污染物在大气中的扩散取决于三个因素。风可使污染物向下风向扩散，湍流可使污染物向各方向扩散， 浓度梯度可使污染物发生质量扩散，

2、其中风和湍流起主导作用。湍流具有极强的扩散能力，它比分子扩散 快105106倍，风速越大，湍流越强，污染物的扩散速度就越快，污染物浓度就越低。在自由大气中的乱 流及其效应通常极微弱，污染物很少到达这里。根据湍流形成的原因可分为两种湍流，一种是动力湍流，它起因于有规律水平运动的气流遇到起伏不 平的地形扰动所产生，它们主要取决于风速梯度和地面粗糙等；另一种是热力湍流，它起因于地表面温度 与地表面附近的温度不均一，近地面空气受热膨胀而上升，随之上面的冷空气下降，从而形成垂直运动。 它们有时以动力湍流为主，有时动力湍流与热力湍流共存，且主次难分。这些都是使大气中污染物迁移的 主要原因。（二）温度层结和

3、大气稳定度1. 大气温度层结由于地球旋转作用以及距地面不同高度的各层次大气对太阳辐射吸收程度上的差异，使得描述大气状 态的温度、密度等气象要素在垂直方向上呈不均匀的分布。人们通常把静大气的温度和密度在垂直方向上竺的分布，称为大气温度层结。气温随高度的变化用气温垂直递减率Y来表示，Y二配其单位常用。C/ 100m。气温垂直递减率Y和另一个在空气污染气象学中经常用到的概念一一干绝热垂直递减率Y d是不同 的。Y d表示干空气在绝热升降过程中每变化单位高度时干空气自身温度的变化，它表示干空气的热力学性 质，是一个气象常数，Y = 0.98 C / 100m。而y是实际环境气温随高度的分布，因时因地而

4、异。气 iSHO图5-温度层结曲统大气中的温度层结有四种类型：（1 ）气温随高度增加而递减，即Y 0，称为正常分布层结或递 减层结；（2）气温直减率等于或近似等于绝热直减率，即Y = Y d，称为中性层结；（3）气温不随 高度变化，即Y =0，称为等温层结；（4）气温随高度增加而增加，即Y Y d时，大气处于不稳定状态当Y = Y d时，大气处于中性平衡状态当Y Y d时，大气处于稳定平衡状态逆温时Y 0，因此，Y Y d，这种大气处于非常稳定状态，是一种最不利于污染物扩散的温度层 结，在大气污染问题研究中特别引人注目，对流层逆温按其形成原因可分为以下几类。(1 )辐射逆温：辐射逆温经常发生在

5、睛朗无风或小风的夜晚，由于强烈的有效辐射，使地面和近地 层大气强烈冷却降温，上层降温较慢而形成上暖下冷的逆温现象，辐射逆温全年都可出现，但冬、秋季更 易产生，且强度也大，高度也高。(2 )平流逆温：主要发生在冬季中纬度沿海地区，由于海陆之间存在温差，海上暖空气平流到陆地 上空时形成。(3 )下沉逆温：由于空气下沉压缩引起的增温作用，使下沉运动终止的高度上出现逆温，一般多发 生在高压区。此外还有峰面逆温、湍流逆温等。实际逆温情况是很复杂的，地形对逆温的形成和分布也有明显影响。通过一定方式了解各高度温度分 布，就可以得知上空有无逆温、逆温高度、强度等。目前用于探测逆温的手段主要有：低空探空仪、系留

6、 气球、铁塔观测、遥感等。二、影响大气污染的地理因素地形地势对大气污染物的扩散和浓度分布有重要影响。地形地势千差万别，但对大气污染物扩散的影 响其本质上都是通过改变局部地区(流场和温度层结等)气象条件来实现的。这里主要讨论三种典型地形地势条件对大气污染的影响。（一）山区地形山区地形复杂，局地环流多样，最常见的局地环流是山谷风，它是由于山坡和谷底受热不均匀引起的。 晴朗的白天，阳光使山坡首先受热，受热的山坡把热量传给其上的空气，这一部份空气比同高度谷底上空 的空气暖，比重轻，于是就上升，谷底较冷的空气来补充，形成从山谷指向山坡的风，称之为“谷风”。 夜间，情况正好相反，山坡冷却较快，其上方空气相

7、应冷却得比同一高度谷底上空的空气快，较冷空气沿 山坡流向谷底，形成“山风”。山谷风对污染物输送有明显的影响。吹山风时排放的污染物向外流出，若不久转为谷风，被污染的空 气又被带回谷内。特别是山谷风交替时，风向不稳，时进时出，反复循环，使空气中污染物浓度不断增加， 造成山谷中污染加重。山区辐射逆温因地形作用而增强。夜间冷空气沿坡下滑，在谷底聚积，逆温发展的速度比平原快，逆 温层更厚，强度更大。并且因地形阻挡，河谷和凹地的风速很小，更有利于逆温的形成。因此山区全年逆 温天数多，逆温层较厚，逆温强度大，持续时间也较长。圈山谷风环毓图5-5 海陆风环流（二）海陆界面海陆风发生在海陆交界地带，是以24小时

8、为周期的一种大气局地环流。海陆风是由于陆地和海洋的热力性质的差异而引起的。如图5-5所示，在白天，由于太阳辐射，陆地升温比海洋快，在海陆大气之间 产生了温度差、气压差，使低空大气由海洋流向陆地，形成“海风”，高空大气从陆地流向海洋，形成“反 海风”，它们和陆地上的上升气流和海洋上的下降气流一起形成了海陆风局地环流。在夜晚，由于有效辐 射发生了变化，陆地比海洋降温快，在海陆之间产生了与白天相反的温度差、气压差，使低空气大气从陆 地流向海洋，形成“陆风”，高空大气从海洋流向陆地，形成“反陆风”。它们同陆地下降气流和海面上 升气流一起构成了海陆风局地环流。在湖泊、江河的水陆交界地带也会产生水陆风局地

9、环流，称为“水陆风”。但水陆风的活动范围和强 度比海陆风要小。海陆风对空气污染的影响有如下几种作用：一种是循环作用，如果污染源处在局地环流之中，污染物 就可能循环积累达到较高的浓度，直接排入上层反向气流的污染物，有一部分也会随环流重新带回地面， 提高了下层上风向的浓度。另一种是往返作用，在海陆风转换期间，原来随陆风输向海洋的污染物又会被 发展起来的海风带回陆地。海风发展侵入陆地，下层海风的温度低，陆地上层气流的温度高，在冷暖空气的交界面上，形成一层 倾斜的逆温顶盖，阻碍了烟气向上扩散，造成封闭型和漫烟型污染。（四）城市城市建筑密集，高度参差不齐，因此城市下垫面有较大的粗糙度，对风向、风速影响很

10、大，一般说城 市风速小于郊区，但由于有较大的粗糙度，城市上空的动力湍流明显大于郊区。“热岛效应”是城市气象的一个显著特点。由于城市生产、生活过程中燃料燃烧释放出大量热，城市 地表和道路易吸收太阳辐射使大气增温，而城市蒸发、蒸腾作用比郊外少，因此相变的潜热损耗小，加之 城市污染大气的温室作用使得城市气温一般比郊外高。夜间，城市热岛效应使近地层辐射逆温减弱或消失 而呈中性，甚至不稳定状态；白天则使温度垂直梯度加大，处于更加不稳定状态，这样使污染物易于扩散。另一方面，城市和周围乡村的水平温差，导致热量环流产生。在这种环流作用下，城市本身排放的烟 尘等污染物聚积在城市上空，形成烟幕，导致市区大气污染加剧。