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1、第七章第七章 复杂地形上的空气污染数学模拟复杂地形上的空气污染数学模拟第一节第一节 水域附近的大气扩散水域附近的大气扩散 在大的水域和陆地的交界处，如海洋和湖泊沿在大的水域和陆地的交界处，如海洋和湖泊沿岸地区，由于水面和陆地的热力和动力作用截然不岸地区，由于水面和陆地的热力和动力作用截然不同，会改变局地的气象条件。同，会改变局地的气象条件。一、水域对气象条件一、水域对气象条件（一）水面上扩散速率小。气流在开阔而平滑的水（一）水面上扩散速率小。气流在开阔而平滑的水面上流动比陆地上光滑得多，因此机械湍流较弱，面上流动比陆地上光滑得多，因此机械湍流较弱，扩散速率较陆地低，水面上扩散速率比陆地上平坦扩
2、散速率较陆地低，水面上扩散速率比陆地上平坦地区低地区低1-21-2级。但水面上风速较大，一定程度上改善级。但水面上风速较大，一定程度上改善了污染物在水面上的扩散稀释条件。了污染物在水面上的扩散稀释条件。 当风从水面吹向陆地或由陆地吹向水面时，由于当风从水面吹向陆地或由陆地吹向水面时，由于下垫面温度骤然改变，将引起下层空气的变性，形成下垫面温度骤然改变，将引起下层空气的变性，形成热边界层。在这种条件下，沿海和大湖沿岸常常形成热边界层。在这种条件下，沿海和大湖沿岸常常形成特殊的漫烟型空气污染过程。特殊的漫烟型空气污染过程。 （二）水域引起的最明显的局地气流是海陆风（二）水域引起的最明显的局地气流是
3、海陆风 由于海陆温差大，来自光滑海面上的海风减速由于海陆温差大，来自光滑海面上的海风减速小，海风吹到粗糙而热不稳定的陆面上，空气的铅小，海风吹到粗糙而热不稳定的陆面上，空气的铅直混合增强，这些都使海风在伸及高度、风速、深直混合增强，这些都使海风在伸及高度、风速、深入大陆深度等方面大于陆风。入大陆深度等方面大于陆风。 水域附近的局地气象条件会形成特殊的空气污染水域附近的局地气象条件会形成特殊的空气污染过程，主要有两种类型：一种是海陆风环流引起的过程，主要有两种类型：一种是海陆风环流引起的污染，另一种是局地气团变性引起的污染。污染，另一种是局地气团变性引起的污染。（一）海陆风对空气污染的影响（一）
4、海陆风对空气污染的影响 1.1.循环作用。白天，处于局地环流之中的污染源排循环作用。白天，处于局地环流之中的污染源排放的污染物随气流热抬升后，在上层流向海洋并下放的污染物随气流热抬升后，在上层流向海洋并下沉，又可能部分地被海风带回地表。这种循环积累沉，又可能部分地被海风带回地表。这种循环积累可能达到较高的浓度。可能达到较高的浓度。二、水域附近空气污染过程二、水域附近空气污染过程（2 2）往返作用。海陆风是日夜转换的，一般是：海风）往返作用。海陆风是日夜转换的，一般是：海风开始于上午开始于上午9-119-11时，时，13-1513-15时最强，此后逐渐减弱，时最强，此后逐渐减弱，17-2017-
5、20时左右转为陆风。夜晚被陆风吹响海洋的污染物，时左右转为陆风。夜晚被陆风吹响海洋的污染物，白天有可能部分地带回陆面，形成重复污染。白天有可能部分地带回陆面，形成重复污染。（3 3）大范围的盛行风和海风方向相反）大范围的盛行风和海风方向相反 下层海风的温度低，上层陆上气流的温度高，在下层海风的温度低，上层陆上气流的温度高，在冷暖空气的交界面上，形成一层倾斜的逆温顶盖，冷暖空气的交界面上，形成一层倾斜的逆温顶盖，冷空气的前缘为辐合上升气流带，上层气流的方向冷空气的前缘为辐合上升气流带，上层气流的方向与下层相反。与下层相反。 海风入侵的距离和厚度视它和盛行风的相对强弱海风入侵的距离和厚度视它和盛行
6、风的相对强弱而定，通常近岸处的厚度可达数百米，入侵距离约而定，通常近岸处的厚度可达数百米，入侵距离约几公里。此时沿岸低矮的烟流随下层海风吹向内陆，几公里。此时沿岸低矮的烟流随下层海风吹向内陆，它的上部受逆温顶盖的限制，属封闭型扩散，可形它的上部受逆温顶盖的限制，属封闭型扩散，可形成地面高浓度。在海风前缘，污染物随辐合气流上成地面高浓度。在海风前缘，污染物随辐合气流上升，然后随上层盛行风吹向海洋。在海洋上扩散到升，然后随上层盛行风吹向海洋。在海洋上扩散到下层的部分污染物会被海风吹向内陆。下层的部分污染物会被海风吹向内陆。（4 4）持续的漫烟型及封闭型污染，发生在气团变）持续的漫烟型及封闭型污染，
7、发生在气团变性形成的热边界层内性形成的热边界层内 春末夏初，白天陆地温度比水温高得多，当气春末夏初，白天陆地温度比水温高得多，当气流从水面吹向陆地的时候，低层的空气很快增温，流从水面吹向陆地的时候，低层的空气很快增温，温度层结转向不稳定，形成热边界层。温度层结转向不稳定，形成热边界层。 热边界层在海岸附近开始形成，在空气向内陆运热边界层在海岸附近开始形成，在空气向内陆运动的过程中，受地面加温变性的气层逐渐增厚。因此，动的过程中，受地面加温变性的气层逐渐增厚。因此，热边界层顶向内陆逐渐增高。热边界层顶向内陆逐渐增高。 热边界层内的空气受地面加热变性，它的温度层热边界层内的空气受地面加热变性，它的
8、温度层结和未受地面影响的上层空气不同。如果原先水面气结和未受地面影响的上层空气不同。如果原先水面气层是稳定的，热边界层以上的气流仍维持稳定状态，层是稳定的，热边界层以上的气流仍维持稳定状态，并保持水面气层的低湍流特性。热边界层内的层结则并保持水面气层的低湍流特性。热边界层内的层结则是不稳定的，加上陆地比水面粗糙，故这一层内的湍是不稳定的，加上陆地比水面粗糙，故这一层内的湍流交换大为加强。此时，热边界层内外气层的特性截流交换大为加强。此时，热边界层内外气层的特性截然不同。然不同。美国密执安湖岸热边界层实例 观测期间，在高压系统控制下吹稳定的东风，湖观测期间，在高压系统控制下吹稳定的东风，湖上的空
9、气是稳定的，上部还有一大范围下沉逆温层。上的空气是稳定的，上部还有一大范围下沉逆温层。空气登陆以后被地面加热变性，近地面气温迅速增高，空气登陆以后被地面加热变性，近地面气温迅速增高，至内陆至内陆5050千米处，气温已比岸边增高千米处，气温已比岸边增高1010左右，使低左右，使低层变为不稳定层结。层变为不稳定层结。 当沿岸地区出现上述热边界层时，如果岸边有当沿岸地区出现上述热边界层时，如果岸边有一高架源，就会在陆地上形成漫烟污染。如图一高架源，就会在陆地上形成漫烟污染。如图: 高架源的烟流开始处在稳定的气层中，继而与高架源的烟流开始处在稳定的气层中，继而与热边界层相截，进入经过变性的不稳定气层中
10、，此热边界层相截，进入经过变性的不稳定气层中，此后，向上的扩散受到热边界层顶的逆温层限制，但后，向上的扩散受到热边界层顶的逆温层限制，但层内湍流交换活跃，污染物很快向下扩散，形成漫层内湍流交换活跃，污染物很快向下扩散，形成漫烟，地面出现高浓度。发生漫烟的位置取决于烟源烟，地面出现高浓度。发生漫烟的位置取决于烟源的有效高度和热边界层的厚度。的有效高度和热边界层的厚度。 一次观测实例：发电厂烟源的有效高度是一次观测实例：发电厂烟源的有效高度是320320米，米，在离源在离源5 5千米处和热边界层相交，千米处和热边界层相交，8 8千米处可闻到二氧千米处可闻到二氧化硫的气味；计算的地面最大浓度出现在化
11、硫的气味；计算的地面最大浓度出现在6.86.8米处。米处。 这种类型的污染一般出现在晴朗的白天，并且气这种类型的污染一般出现在晴朗的白天，并且气流恒定地吹向内陆的时候。它与辐射逆温瓦解时形成流恒定地吹向内陆的时候。它与辐射逆温瓦解时形成的漫烟不同，后者只维持半小时左右，逆温破坏后很的漫烟不同，后者只维持半小时左右，逆温破坏后很快消失；气团变性形成的漫烟可以稳定地维持几个小快消失；气团变性形成的漫烟可以稳定地维持几个小时，是沿岸地区的一种重要的空气污染现象。时，是沿岸地区的一种重要的空气污染现象。 如果初始烟流高度处在热边界层内的低矮的烟流，如果初始烟流高度处在热边界层内的低矮的烟流，其扩散和封
12、闭型扩散类似，但上部是倾斜的逆温顶盖，其扩散和封闭型扩散类似，但上部是倾斜的逆温顶盖，和混合层厚度不变的情形略有不同。和混合层厚度不变的情形略有不同。 在密执安湖西岸观测到这样的实例：混合层厚在密执安湖西岸观测到这样的实例：混合层厚度仅为度仅为135135米，低矮烟流的扩散被限制在这一层内，米，低矮烟流的扩散被限制在这一层内，呈典型的封闭型扩散，污染物的铅直分布因湍流混呈典型的封闭型扩散，污染物的铅直分布因湍流混合逐渐趋向均匀。发电厂高烟囱的烟流高度约合逐渐趋向均匀。发电厂高烟囱的烟流高度约350350米，处在逆温层内，一直向内陆飘行数十千米而未米，处在逆温层内，一直向内陆飘行数十千米而未见明
13、显的铅直扩散。见明显的铅直扩散。 莱昂斯和柯尔（莱昂斯和柯尔（19731973）提出了一个计算沿岸地带）提出了一个计算沿岸地带持续漫烟污染浓度的模式。这个模式仍以定常高斯模持续漫烟污染浓度的模式。这个模式仍以定常高斯模式为基础，它的主要特点是把污染物的输送和扩散过式为基础，它的主要特点是把污染物的输送和扩散过程划分成三个阶段，然后分段考虑应选取的扩散参数程划分成三个阶段，然后分段考虑应选取的扩散参数和计算公式。下图是模式计算的集合模型。图中的烟和计算公式。下图是模式计算的集合模型。图中的烟流轮廓是按照等于轴浓度流轮廓是按照等于轴浓度1/101/10为界来定义的。为界来定义的。三、漫烟污染模式三
14、、漫烟污染模式第二节第二节 山区空气污染及数学模拟山区空气污染及数学模拟一、山区气象特征一、山区气象特征（一）山区的温度场及逆温特征（一）山区的温度场及逆温特征1 1气温的水平分布很不均匀。在起伏地形中，由于各气温的水平分布很不均匀。在起伏地形中，由于各处的地形和斜坡的方位、坡度不同，它们受到的日照处的地形和斜坡的方位、坡度不同，它们受到的日照时间、强度和热量收支的条件就不一样，因此气温的时间、强度和热量收支的条件就不一样，因此气温的水平分布很不均匀。水平分布很不均匀。 2 2山区低层夜间常出现很强的逆温。地形的阻挡，山区低层夜间常出现很强的逆温。地形的阻挡，河谷和凹地的风速很小，有利于逆温的
15、形成。夜间山河谷和凹地的风速很小，有利于逆温的形成。夜间山坡冷却很快，冷空气沿山坡下滑，在谷地积聚，逆温坡冷却很快，冷空气沿山坡下滑，在谷地积聚，逆温发展的速度比平原快，逆温层更厚，强度更大。利于发展的速度比平原快，逆温层更厚，强度更大。利于逆温的形成。逆温的形成。 全年的逆温天数、每次逆温层的持续时间以及全年的逆温天数、每次逆温层的持续时间以及逆温强度和厚度都是山区空气污染分析中应当注意逆温强度和厚度都是山区空气污染分析中应当注意的因素。由于地形对日照的遮挡，山区中开始形成的因素。由于地形对日照的遮挡，山区中开始形成逆温的时间比较早，消散的时间比平原迟，一般在逆温的时间比较早，消散的时间比平
16、原迟，一般在黄昏前后开始生成，随着入夜的时间向上发展加厚，黄昏前后开始生成，随着入夜的时间向上发展加厚，日出后自下向上逐渐消散。山区逆温的特点和句地日出后自下向上逐渐消散。山区逆温的特点和句地地形有密切关系。一般情况下，地形陡峭、相对高地形有密切关系。一般情况下，地形陡峭、相对高差大的山区，全年逆温天数多，逆温层较深厚。差大的山区，全年逆温天数多，逆温层较深厚。渡口市渡口市0707时逆温状况时逆温状况( (金沙江河谷两岸，地形陡峭，山高谷高，海拨金沙江河谷两岸，地形陡峭，山高谷高，海拨500500600600米米) ) 微风、逆温和地形阻塞是造成山区空气污染的重要微风、逆温和地形阻塞是造成山区
17、空气污染的重要原因。原因。（二）山区风场特征（二）山区风场特征1.1.坡风与山谷风坡风与山谷风山谷风的平均厚度与平均谷深接近，最大风速一山谷风的平均厚度与平均谷深接近，最大风速一般出现在相当于平均谷深般出现在相当于平均谷深1/41/4的高度上。的高度上。山谷风的强弱还与地形、日较差、季节等有关。山谷风的强弱还与地形、日较差、季节等有关。地形相对高度越大，山谷风就越明显；一般夏季山地形相对高度越大，山谷风就越明显；一般夏季山谷风比冬季强。谷风比冬季强。(3)(3)山谷风有明显的日变化规律。夜晚吹闪风，白山谷风有明显的日变化规律。夜晚吹闪风，白天吹谷风。日出天吹谷风。日出 、日落前后是山谷风转换期
18、。此、日落前后是山谷风转换期。此时山沟中污染源排除的污染物由于风向来回摆动，时山沟中污染源排除的污染物由于风向来回摆动，产生循环积累作用，以致达到平衡浓度，造成严重产生循环积累作用，以致达到平衡浓度，造成严重污染。污染。(4)(4)夜间，冷空气流向谷地，在谷地形成逆温层。夜间，冷空气流向谷地，在谷地形成逆温层。逆温中心象一块：固体壁与山谷形成一个逆温中心象一块：固体壁与山谷形成一个 “ “管道管道”。当污染物扩散在这个管道壁时，基本上保持。当污染物扩散在这个管道壁时，基本上保持均匀浓度在均匀浓度在“管道管道”内流动，大气扩散几乎消失，内流动，大气扩散几乎消失，使得污染源以下地区受污染程度加重。
19、使得污染源以下地区受污染程度加重。(5)(5)对于南北走向的山沟，除中午外，山沟的一壁受对于南北走向的山沟，除中午外，山沟的一壁受日晒，另一壁背阴，因而沟内产生局部热力环流，日晒，另一壁背阴，因而沟内产生局部热力环流，造成漫烟，沿整个山沟可能出现高浓度污染。造成漫烟，沿整个山沟可能出现高浓度污染。(6)(6)当污染源有效高度不能突破下坡风厚度时，所排当污染源有效高度不能突破下坡风厚度时，所排污染物将被下坡风带到谷地，造成高浓度污染。污染物将被下坡风带到谷地，造成高浓度污染。2.2.过山气流与谷风下沉过山气流与谷风下沉(1)(1)气流过山会引起整场的改变，在背风坡会出现明气流过山会引起整场的改变
20、，在背风坡会出现明显的下沉气流。当气流与山脉走向的交角近于垂直显的下沉气流。当气流与山脉走向的交角近于垂直而而风速较大时，背风坡能形成空腔区，产生回流，风速较大时，背风坡能形成空腔区，产生回流，湍流活动强烈，风向多变。湍流活动强烈，风向多变。(2)(2)若污染源在山前，烟流被过山气流带向地面。若污染源在山前，烟流被过山气流带向地面。烟柳绕过建筑物时也会出现类似的情形。若污染源烟柳绕过建筑物时也会出现类似的情形。若污染源在山坡上，并且高度较低时，污染物将被过山的下在山坡上，并且高度较低时，污染物将被过山的下沉气流带向地面，造成高浓度污染。沉气流带向地面，造成高浓度污染。 (3)(3)处于山谷回流
21、中的低矮污染物，烟流会被回流区处于山谷回流中的低矮污染物，烟流会被回流区的下沉气流带向地面，部分污染物还可能在回流区的下沉气流带向地面，部分污染物还可能在回流区内往返积累，造成高浓度。内往返积累，造成高浓度。(4)(4)过山气流流线表明，在山顶过山气流流线表明，在山顶50m50m以上的烟幕对附近以上的烟幕对附近地区影响较小，过山气流的影响也不显著。因此，在地区影响较小，过山气流的影响也不显著。因此，在山顶建立排放点，为摆脱过山气流的影响，至少应高山顶建立排放点，为摆脱过山气流的影响，至少应高出山顶出山顶50m50m。山顶上。山顶上50m50m以下的烟幕将分别影响山坡或以下的烟幕将分别影响山坡或
22、谷底。谷底。(5)(5)在近山附近修建的烟囱，污染物极易随气流下降在近山附近修建的烟囱，污染物极易随气流下降到地面；二远离山脚的点，污染物基本上为水平运到地面；二远离山脚的点，污染物基本上为水平运动，不易污染附近地面。因此，在山谷内修建烟囱，动，不易污染附近地面。因此，在山谷内修建烟囱，切忌靠近山脚。山沟两侧山脊都有背风坡气流产生，切忌靠近山脚。山沟两侧山脊都有背风坡气流产生，而且几率相差不大，排放点选在中央有利。而且几率相差不大，排放点选在中央有利。(6)(6)白天，大气处于不稳定状态下，风速大于白天，大气处于不稳定状态下，风速大于2-2-3m/s3m/s时，谷深较大的山沟还会出现谷风下沉现
23、象。时，谷深较大的山沟还会出现谷风下沉现象。谷风下沉也会使高空排放的污染物下沉带地面。谷风下沉也会使高空排放的污染物下沉带地面。3.3.山谷凹地中的小风山谷凹地中的小风 在山谷中局部河湾地区或中间下凹的地区，由于在山谷中局部河湾地区或中间下凹的地区，由于山的阻挡，地形阻塞，气流不畅通，容易出现场时山的阻挡，地形阻塞，气流不畅通，容易出现场时间的小风，甚至形成静风区。在这样的凹地，冷空间的小风，甚至形成静风区。在这样的凹地，冷空气无出口，因夜间辐射冷却作用而沿山坡下滑到凹气无出口，因夜间辐射冷却作用而沿山坡下滑到凹地中的冷空气就会积累起来，形成强逆温层。在适地中的冷空气就会积累起来，形成强逆温层
24、。在适宜的天气条件下，这种逆温可维持数天之久。如果宜的天气条件下，这种逆温可维持数天之久。如果污染源在这种区域内排放，加上逆温存在，往往造污染源在这种区域内排放，加上逆温存在，往往造成严重污染。成严重污染。4.4.山区风场的垂直结构与近地层风速廓线山区风场的垂直结构与近地层风速廓线山区风场的垂直结构比平原地区复杂，其结构主要山区风场的垂直结构比平原地区复杂，其结构主要取决于山谷的深度，但也受梯度风的影响。取决于山谷的深度，但也受梯度风的影响。 丘陵地区的低山沟（丘陵地区的低山沟（100-200m100-200m）很容易受梯度）很容易受梯度风的影响。当梯度风较大时，山谷风和梯度风结合风的影响。当
25、梯度风较大时，山谷风和梯度风结合在一起，只表现出风速随高度增大。在梯度风较小在一起，只表现出风速随高度增大。在梯度风较小时，山谷风明显，且存在风速最大值。时，山谷风明显，且存在风速最大值。 对深谷（对深谷（400-1000m400-1000m）山沟，梯度风难以影响到）山沟，梯度风难以影响到山沟低层。这是由于大山沟中有小山沟，沟内山谷山沟低层。这是由于大山沟中有小山沟，沟内山谷风垂直结构复杂：山沟低层为山谷风，其上位反向风垂直结构复杂：山沟低层为山谷风，其上位反向气流。有的山沟的反向山谷风之上还有一层大型山气流。有的山沟的反向山谷风之上还有一层大型山谷风或大型坡风，它们是更大尺度地形造成的。谷风
26、或大型坡风，它们是更大尺度地形造成的。( (三三) )山区湍流特征山区湍流特征 山区的湍流强度一般比平原大得多。山区地形受山区的湍流强度一般比平原大得多。山区地形受热引起小尺度的局地热对流；另一种是机械湍流，山热引起小尺度的局地热对流；另一种是机械湍流，山区的粗糙地形会产生各种不同尺度的机械湍流。区的粗糙地形会产生各种不同尺度的机械湍流。 山谷中湍流过程分为：山谷中湍流过程分为：（1 1）当气流越过山峰和小山包时，一部分气流会顺坡）当气流越过山峰和小山包时，一部分气流会顺坡风而下穿过峡谷，方向与谷道垂直，形成背风坡的涡风而下穿过峡谷，方向与谷道垂直，形成背风坡的涡流。与谷中的气流交汇在一起，构
27、成很不规则的风。流。与谷中的气流交汇在一起，构成很不规则的风。（2 2）冷空气沿山坡和支谷向下汇集到主谷时形成的涡）冷空气沿山坡和支谷向下汇集到主谷时形成的涡旋运动，与谷中的气流方向不一致，也会引起湍流。旋运动，与谷中的气流方向不一致，也会引起湍流。（3 3）谷底和两侧各种起伏不平的小地形形成的尾流，）谷底和两侧各种起伏不平的小地形形成的尾流，造成许多更小的湍涡。造成许多更小的湍涡。第三节第三节 几种典型的山区空气污染过程几种典型的山区空气污染过程一、山谷中的漫烟污染一、山谷中的漫烟污染 在狭长的山谷中，两侧坡面受日照不均形成的在狭长的山谷中，两侧坡面受日照不均形成的横向环流，可将夜间积聚在上
28、部的高浓度烟气导向横向环流，可将夜间积聚在上部的高浓度烟气导向地面地面 ，引起漫烟型污染。，引起漫烟型污染。 如，加拿大一河谷的如，加拿大一河谷的漫漫烟实例。该河谷基本上烟实例。该河谷基本上是南北走向，宽是南北走向，宽1.51.52km2km，两侧山的相对高度为，两侧山的相对高度为700700800800米。冶炼厂的烟囱建在比谷底高米。冶炼厂的烟囱建在比谷底高3030米的位置上，米的位置上，烟囱高烟囱高120120米。米。 每年每年4 49 9月，地面月，地面SOSO2 2浓度有明显的日变化。浓度有明显的日变化。每天早晨八点左右出现漫烟污染，地面浓度升高每天早晨八点左右出现漫烟污染，地面浓度升
29、高达到一天中的最大值，然后逐渐下降，午后浓度达到一天中的最大值，然后逐渐下降，午后浓度很小，到很小，到1919时出现次峰。在几十千米的山谷中几时出现次峰。在几十千米的山谷中几乎出现漫烟，各采样点离烟囱的距离虽然差别很乎出现漫烟，各采样点离烟囱的距离虽然差别很大，但大，但SOSO2 2浓度却十分接近，是山谷中发生漫烟的浓度却十分接近，是山谷中发生漫烟的一大特点。一大特点。漫烟过程为：漫烟过程为： 日出前的几小时内，风速很小，由于夜间的逆温，日出前的几小时内，风速很小，由于夜间的逆温，沿着河谷吹向下游的气流是稳定的，烟流经抬升达沿着河谷吹向下游的气流是稳定的，烟流经抬升达到到300300米高度后不
30、再升高，维持在这个高度上顺流而米高度后不再升高，维持在这个高度上顺流而下，几乎没有什么扩散，烟流中下，几乎没有什么扩散，烟流中SOSO2 2浓度很高。浓度很高。 日出以后，河谷西侧的山坡受太阳辐射很快增日出以后，河谷西侧的山坡受太阳辐射很快增温，东侧仍很冷，于是形成局地环流。最初，烟温，东侧仍很冷，于是形成局地环流。最初，烟流高度上的侧向气流自东向西，因此西坡浓度很流高度上的侧向气流自东向西，因此西坡浓度很高，东坡及谷底的浓度低；高，东坡及谷底的浓度低；0808时以后漫烟遍及河时以后漫烟遍及河谷。在整个河谷地带，上述环流几乎是同时发展谷。在整个河谷地带，上述环流几乎是同时发展的，因此在几十千米
31、长的河谷地带同时出现将上的，因此在几十千米长的河谷地带同时出现将上部高浓度烟气带到地面的漫烟现象，浓度也大致部高浓度烟气带到地面的漫烟现象，浓度也大致相等。相等。 随着湍流混合的近一步加强，浓度逐渐降低。随着湍流混合的近一步加强，浓度逐渐降低。 午后，局地环流逆转，东坡气流上升，西坡下午后，局地环流逆转，东坡气流上升，西坡下沉，到沉，到1919点出现另一次漫烟。此时上部烟气不象点出现另一次漫烟。此时上部烟气不象夜间稳定气层中那么浓，故漫烟造成的地面浓度夜间稳定气层中那么浓，故漫烟造成的地面浓度亦较低。亦较低。 二、下坡向及二、下坡向及“冷湖冷湖”中的污染中的污染 晴天的夜晚，山坡辐射冷却，冷空
32、气沿山坡向晴天的夜晚，山坡辐射冷却，冷空气沿山坡向下流动，形成一层厚度不大的下坡风，其厚度超过下流动，形成一层厚度不大的下坡风，其厚度超过5050米的机会较少。位于山坡上的排放源，如果排放米的机会较少。位于山坡上的排放源，如果排放高度未超过下坡风的厚度，污染物将被带到谷地。高度未超过下坡风的厚度，污染物将被带到谷地。 在山区，有些地方四周地形高，中间是凹在山区，有些地方四周地形高，中间是凹地地，夜，夜间沿山坡流下的冷空气没有出口，在凹地中积聚，形间沿山坡流下的冷空气没有出口，在凹地中积聚，形成强逆温层。在梯度风不大时，凹地中是静风。山谷成强逆温层。在梯度风不大时，凹地中是静风。山谷凹地中这种逆
33、温和静风的伴随出现，可能造成最不利凹地中这种逆温和静风的伴随出现，可能造成最不利的污染形成。如果污染源位于凹地中，上部受到逆温的污染形成。如果污染源位于凹地中，上部受到逆温层的限制或被下沉的冷空气带回谷底，四周则受到地层的限制或被下沉的冷空气带回谷底，四周则受到地形的限制，加上静风条件，污染物排不出去，会在凹形的限制，加上静风条件，污染物排不出去，会在凹地中积聚形成高浓度。地中积聚形成高浓度。三、背风区的污染三、背风区的污染 气流过山时流场将发生改变，过山后的气流会形气流过山时流场将发生改变，过山后的气流会形成地形波，背风面会发现明显的上升气流和下沉气成地形波，背风面会发现明显的上升气流和下沉
34、气流，有时还会出现剧烈的湍流区。过山后的气流形流，有时还会出现剧烈的湍流区。过山后的气流形态与风速、大气稳定度以及山脉形状等因素有关。态与风速、大气稳定度以及山脉形状等因素有关。（1 1）当风速很小时，整个山脊上空的气流都很平）当风速很小时，整个山脊上空的气流都很平直，垂直运动很微弱，气流呈层流状态。直，垂直运动很微弱，气流呈层流状态。（2 2）当风速稍强时，在山的背风坡长出现一个较稳）当风速稍强时，在山的背风坡长出现一个较稳定的回流区。定的回流区。（3 3）如风速更强，且风速随高度增大时，在山的）如风速更强，且风速随高度增大时，在山的背风面会产生背风波。背风面会产生背风波。 当风速很强，且扩
35、展到一定深度时，或者风向随当风速很强，且扩展到一定深度时，或者风向随高度有明显变化时，背风面常出现强烈的涡旋运动。高度有明显变化时，背风面常出现强烈的涡旋运动。第四节第四节 山区扩散模式山区扩散模式 一、狭长山谷中的扩散一、狭长山谷中的扩散 在狭长山谷中，当烟体的边缘接近两侧山坡时，在狭长山谷中，当烟体的边缘接近两侧山坡时，侧向扩散受到连谷壁的限制。因此可以认为在离源侧向扩散受到连谷壁的限制。因此可以认为在离源一定距离后，经过侧壁的多次反射，横向浓度接近一定距离后，经过侧壁的多次反射，横向浓度接近均匀分布（无上层逆温时）。仿照封闭型扩散处理均匀分布（无上层逆温时）。仿照封闭型扩散处理方法，可以
36、得到方法，可以得到y y方向的均匀分布以后高架源地面方向的均匀分布以后高架源地面浓度公式浓度公式W W是山谷的平均宽度。是山谷的平均宽度。 若为地面源，则若为地面源，则如果有许多彼此靠近的地面源，在离源充分源后，地如果有许多彼此靠近的地面源，在离源充分源后，地面浓度可按下式计算：面浓度可按下式计算： 对于孤立源，在一段距离以内，污染物在横向还未达对于孤立源，在一段距离以内，污染物在横向还未达到均匀分布，这时应考虑横向扩散的影响。显然，这到均匀分布，这时应考虑横向扩散的影响。显然，这个距离和谷宽个距离和谷宽W W有关。有关。已知谷宽已知谷宽W W时，可求出时，可求出 y y，再结合稳定度因素即可
37、，再结合稳定度因素即可求出相应求出相应x x值。它表示横向扩散开始受到峡谷两壁值。它表示横向扩散开始受到峡谷两壁影响的范围。在更远距离上，横向才会均匀分布。影响的范围。在更远距离上，横向才会均匀分布。（二）（二）NOAANOAA高斯模式高斯模式 （1 1）扩散参数仍用平原的）扩散参数仍用平原的P-G扩散曲线，稳定度分扩散曲线，稳定度分类仍用类仍用P-T法。法。 （2 2）在中性和不稳定时，假设烟流中心和地形的）在中性和不稳定时，假设烟流中心和地形的高度差始终保持初始的有效源高，即假定烟流迹线高度差始终保持初始的有效源高，即假定烟流迹线于地面平行，随地形起伏而起伏。在这种假设下，于地面平行，随地
38、形起伏而起伏。在这种假设下，地形的影响被排除了。此时地面轴线浓度地形的影响被排除了。此时地面轴线浓度（3 3）稳定时，假定烟流中心始终保持其初始的海）稳定时，假定烟流中心始终保持其初始的海拔高度不变，地面轴线浓度按下式计算拔高度不变，地面轴线浓度按下式计算h hT T是计算点地面高于烟囱底的高度。当是计算点地面高于烟囱底的高度。当h hT THH时，取时，取h hT T-H=0-H=0，地面浓度等于烟流中心浓度。，地面浓度等于烟流中心浓度。（4 4）长时间（月、季、年）平均浓度采用下式计算）长时间（月、季、年）平均浓度采用下式计算式中，式中， 是扇形的角度（以弧度表示），是扇形的角度（以弧度表
39、示），f f是某扇形风是某扇形风向的相对频率。向的相对频率。NOAANOAA模式还给出了熏烟型扩散和封闭型扩散的浓度计模式还给出了熏烟型扩散和封闭型扩散的浓度计算公式，基本方法于平原相同。算公式，基本方法于平原相同。（三）美国（三）美国EPA的的CRSTER和和VLLEY模式模式 美国环保局提出的美国环保局提出的VLLEY模式是单源模式，用模式是单源模式，用来计算有效源高超过地形高度时的浓度。模式的性来计算有效源高超过地形高度时的浓度。模式的性能包括：（能包括：（1 1）确定一年中最大的）确定一年中最大的2424小时平均浓度；小时平均浓度；（2 2）确定出现最大浓度时的气象条件；（）确定出现最
40、大浓度时的气象条件；（3 3）计算）计算不同时间浓度的频率分布。模式先计算一年中每小不同时间浓度的频率分布。模式先计算一年中每小时的平均浓度以及从午夜算起的每时的平均浓度以及从午夜算起的每2424小时的平均浓小时的平均浓度，其计算公式为：度，其计算公式为： VLLEYVLLEY模式主要用来估计当烟流低于附近的地形高模式主要用来估计当烟流低于附近的地形高度时最不利条件下的日平均浓度。模式规定不考虑度时最不利条件下的日平均浓度。模式规定不考虑当地的实际气象条件，必须按以下假定的条件计算当地的实际气象条件，必须按以下假定的条件计算最大的最大的2424小时平均浓度：（小时平均浓度：（1 1）用）用H-hH-hT T代替高斯模式代替高斯模式中的中的H H，当，当H-hH-hT T 10m10m。（。（2 2）在）在2424小时内风速小时内风速2.5m/s2.5m/s，稳定度属帕斯奎尔稳定度属帕斯奎尔F F级。（级。（3 3）关于水平扩散，假定）关于水平扩散，假定污染物在污染物在22.522.5 扇形内均匀分布，铅直扩散仍采用平扇形内均匀分布，铅直扩散仍采用平原的扩散参数。（原的扩散参数。（4 4）在）在2424小时，有小时，有6 6小时风向处于小时风向处于所计算的所计算的22.522.5 扇形内。扇形内。
