污染氣象學(xué)基礎(chǔ)知識-1

污染氣象學(xué)基礎(chǔ)知識概述

大氣擴散源受體大氣擴散

大氣科學(xué)大氣化學(xué)……大氣物理……大氣熱力學(xué)大氣動力學(xué)大氣光學(xué)與大氣輻射氣溶膠力學(xué)和云微物理學(xué)大氣電學(xué)。。。主要氣象要素及大氣的基本物理性質(zhì)

大氣的熱力過程大氣污染與氣象的關(guān)系大氣擴散模式污染物濃度估算廠址選擇和煙囪設(shè)計§主要氣象要素及大氣的基本物理性質(zhì)影響大氣污染的主要氣象要素氣象要素（因子）：表示大氣狀態(tài)的物理現(xiàn)象和物理量，氣象學(xué)中統(tǒng)稱為～。與大氣污染關(guān)系密切的氣象要素主要有：

氣溫、氣壓、空氣濕度（氣濕）、風(fēng)（風(fēng)向、風(fēng)速）、云況、能見度、降水、蒸發(fā)、日照時數(shù)、太陽輻射、地面輻射、大氣輻射等大氣圈垂直結(jié)構(gòu)邊界層1公里左右近地層100米左右地-氣系統(tǒng)的輻射平衡低層大氣溫度的垂直分布2、干絕熱遞減率：（1）準靜力條件絕熱過程中氣溫、氣壓都是指大氣中氣塊本身的特性，但是對于氣壓而言，一般情況P≠P環(huán)，若過程進行的十分緩慢，可使外界氣壓變化與系統(tǒng)內(nèi)部氣壓變化充分平衡，每一瞬間外部氣壓與內(nèi)部氣壓看成是相等的，即P=P環(huán)，這個條件稱為準靜力條件。討論的大多數(shù)過程我們認為滿足準靜力條件，即P=P′。（3）濕空氣的絕熱變化濕空氣團作絕熱升降時情況較復(fù)雜，在升降過程中若無相變化，其溫度直減率和干絕熱直減率一樣，每升降100m，溫度變化1℃；若有相變化，每升高100m，溫度變化小于1℃。濕空氣上升達到飽和狀態(tài)并開始凝結(jié)的高度稱為凝結(jié)高度，在凝結(jié)高度以下，其溫度變化同干空氣一樣；在凝結(jié)高度以上，溫度變化小于干空氣的變化值，飽和空氣每上升（或下降）單位距離空氣的溫度變化，稱為濕絕熱遞減率γm，約為0.5℃/100m。因湍流混合作用而形成的逆溫。多出現(xiàn)于地面摩擦層頂部非湍流層及其下面的湍流層之間。在湍流層內(nèi),上升空氣絕熱降溫,下降空氣絕熱升溫,從而使層內(nèi)的氣溫直減率漸趨于干絕熱直減率,湍流逆溫由此形成。一般厚度在幾十米內(nèi)平均風(fēng)與湍流大氣邊界層的垂直分層結(jié)構(gòu)自由大氣：大氣邊界層頂（逆溫層頂）（1000米以上）風(fēng)是怎樣形成的？氣壓梯度：對于同一水平面上的大氣來說，有的地方氣壓高，有的地方氣壓低。這樣，在地區(qū)之間就出現(xiàn)了氣壓差，我們把單位距離間的氣壓差叫氣壓梯度。

水平氣壓梯度力：促使大氣由高壓區(qū)流向低壓區(qū)的力。

在這力的作用下，大氣由高壓區(qū)向低氣壓區(qū)作水平運動，這就形成了風(fēng)?？梢娝谴髿馑竭\動的原動力，是形成風(fēng)的直接原因。100810101006（百帕）高壓低壓在同一水平面上氣壓相等的各點連線，叫等壓線水平氣壓梯度力垂直于等壓線并由高壓指向低壓地轉(zhuǎn)偏向力（科氏力）

地轉(zhuǎn)偏向力只改變風(fēng)的方向，不改變風(fēng)的速度;并且始終與風(fēng)向垂直。南半球向左偏轉(zhuǎn)北半球向右偏轉(zhuǎn)初始方向100810101006100410021000（百帕）高空風(fēng)的形成在水平氣壓梯度力與地轉(zhuǎn)偏向力共同作用下形成的風(fēng)－－風(fēng)向平行于等壓線北半球地轉(zhuǎn)偏向力：方向垂直于運動方向，北右南左，大小與風(fēng)速成正比地轉(zhuǎn)風(fēng)：高空大氣中的風(fēng)向，在沒有摩擦力的情況下，在水平氣壓梯度力和地轉(zhuǎn)偏向力的共同作用下，風(fēng)向可以一直偏轉(zhuǎn)到與等壓線平行時為止。大氣沿著等壓線流動，即風(fēng)向平行于等壓線；在北半球，背地轉(zhuǎn)風(fēng)而立，高壓在右，低壓在左。高空北風(fēng)大氣邊界層的垂直分層結(jié)構(gòu)上部摩擦層、Ekman層、：近地層頂至大氣邊界層頂（100米-1000米）湍流粘性力、氣壓梯度力、科氏力同等重要；風(fēng)隨高度變化明顯，需要考慮風(fēng)隨高度的切變100810101006100410021000（百帕)風(fēng)向水平地轉(zhuǎn)偏向力摩擦力水平氣壓梯度力近地面風(fēng)的形成北半球摩擦力：方向與運動方向相反，大小取決于地表的粗糙程度，且隨高度增加而減小。作用：減小風(fēng)速，同時影響風(fēng)向三種力共同作用下,風(fēng)向與等壓線成一夾角，并且摩擦力越大，夾角越大。湍流粘性力、氣壓梯度力、科氏力三力近似平衡根據(jù)這個公式，可以求得各高度上的風(fēng)矢量在地面上，風(fēng)與等壓線成45度角，吹向低壓隨著高度增加，風(fēng)向右旋Ekman螺線示意圖

近海面的的風(fēng)向：

在實際的海平面等壓線分布圖上，等壓線是彎曲的，形成一個個低壓和高壓中心。風(fēng)向和前面所述規(guī)律一樣，以北半球為例，低壓中的空氣，在氣壓梯度力、地轉(zhuǎn)偏向力和摩擦力的共同作用下，按逆時針方向旋轉(zhuǎn)輻合，象水里的旋渦一樣，所以稱為氣旋；相反，高壓中的空氣，在這三個力的共同作用下，按順時針旋轉(zhuǎn)輻散，與氣旋方向相反所以稱為反氣旋。近地邊界層（常通量層，surfacelayer）=近地層+冠層（100米左右）大氣受地表動力和熱力影響強烈，氣象要素隨高度變化劇烈，運動尺度小，科氏力可忽略常通量：由于該層很薄，湍流擴散強烈混合，動量、熱量和水汽的垂直輸送通量可認為不隨高度變化

物理屬性湍流輸送通量的大小與單位空氣質(zhì)量所含物理屬性的平均值的梯度大小成正比中性層結(jié)條件下，風(fēng)速隨高度呈對數(shù)分布非中性層結(jié)條件下，穩(wěn)定度對廓線有影響，沒有解析解采用莫寧-奧布霍夫相似理論及量綱分析建立模式，也可通過觀測實驗確定平均風(fēng)向、風(fēng)速風(fēng)速決定污染物稀釋程度和煙氣抬升高度風(fēng)向決定污染物的輸送方向污染系數(shù)=某風(fēng)向出現(xiàn)的頻率該風(fēng)向下的平均風(fēng)速濱海新區(qū)污染系數(shù)玫瑰圖湍流湍流即疊加在平均風(fēng)速上的方向和速度迅速變化的陣風(fēng)，它是由一些不規(guī)則渦流運動組成的。熱力對流湍流：白天陽光加熱地面使得暖空氣成為熱泡上升，形成湍渦。動力機械湍流：地物（如樹木和建筑物）等對氣流的摩擦使風(fēng)速和風(fēng)向發(fā)生變化，在其下風(fēng)方產(chǎn)生湍流尾流。主要氣象要素1．氣溫

：表示大氣溫度高低的物理量。通常指距地面1.5m高處百葉箱中的空氣溫度2、氣壓：任一點的氣壓值等于該地單位面積上的大氣柱重量氣壓總是隨高度的增加而降低的。氣壓隨高度遞減關(guān)系式可用氣體靜力學(xué)方程式描述，即ΔP=-ρgΔZ，其積分式—壓高公式：據(jù)實測近地層高度每升高100米，氣壓平均降低約12.4毫巴（1mb=100Pa)，在高層小于此值空氣濕度（氣濕）：反映空氣中水汽含量和空氣潮濕程度的物理量。常用的表示方法有：絕對濕度、水蒸氣壓力、體積百分比、含濕量、相對濕度、露點等。絕對濕度－單位體積濕空氣中含有的水汽質(zhì)量

混合比：一團空氣中水汽與干空氣的質(zhì)量比比濕：水汽與濕空氣的質(zhì)量比

水汽壓：水汽的分壓強

相對濕度：一定溫度和壓強下，水汽的摩爾分數(shù)與飽和水汽（對水面）的摩爾分數(shù)之比。露點：濕空氣等壓降溫達到飽和狀態(tài)時的溫度5、云云：是發(fā)生在高空的水汽凝結(jié)現(xiàn)象。

形成的基本條件：水蒸汽和使水蒸汽達到飽和凝結(jié)的環(huán)境。云量：指云遮蔽天空的成數(shù)。在我國，將天空分為10等份，有幾分天空被云遮蓋，云量就是幾。如：云占天空的1/10，云量記為1；在云層中有少量空隙（空隙總量不到天空的1/20）記為10；當(dāng)天空無云或云量不到1/20時，云量為0。

國外，將天空分為8等份。國外云量與我國云量間的關(guān)系，國外云量×1.25=我國云量?？傇屏浚褐杆性普诒翁炜盏某蓴?shù)，不論云的層次和高度。低云量：低云的云掩蓋天空的成數(shù)。云量的記錄：一般總云量/低云量的形式記錄，如10/7。云狀：多種多樣，1932年國際云學(xué)委員會出版的國際云圖將云狀分為四族十屬。

云高：指云底距地面的垂直距離，以米為單位。測定方法：激光測云儀、弧光測云儀等，目力測定法

6、能見度

能見度：在當(dāng)時的天氣條件下，視力正常的人能夠從天空背景中看到或辨認出目標(biāo)物的最大距離，單位：m，Km。能見度的大小反應(yīng)了大氣的混濁現(xiàn)象，反映出大氣中雜質(zhì)的多少。大氣中的霧、水汽、煙塵等，可使能見度降低。7、太陽高度角太陽高度角為太陽光線與地平線間的夾角，是影響太陽輻射強弱的最主要的因子之一。ho即太陽高度角，它隨時間而變化。8、降水降水是指大氣中降落至地面的液態(tài)或固態(tài)水的通稱。如雨、雪等。降水是清除大氣污染物的重要機制之一。四、大氣的基本物理性質(zhì)（自學(xué)）§3-3大氣污染與氣象的關(guān)系

一、邊界層的風(fēng)和湍流對大氣污染的影響

風(fēng)、湍流是決定污染物在大氣中稀釋擴散的最直接最本質(zhì)的因素。風(fēng)速越大，湍流越強，污染物擴散速度越快，污染物濃度越低。（一）風(fēng)對大氣污染物擴散和輸送的影響風(fēng)對污染物的作用體現(xiàn)為風(fēng)向和風(fēng)速兩方面的影響。1、風(fēng)向影響污染物的水平遷移擴散方向。2、風(fēng)速的大小決定了大氣擴散稀釋作用的強弱。通常，污染物在大氣中的濃度與平均風(fēng)速成反比，風(fēng)速增大1倍，下風(fēng)向污染物將減少一半。

（1）風(fēng)速隨高度的分布：對數(shù)律；指數(shù)律。（2）風(fēng)向頻率和污染系數(shù)為綜合考慮風(fēng)向、風(fēng)速對空氣污染物的輸送擴散影響，往往要用風(fēng)向頻率和污染系數(shù)。風(fēng)向頻率是指一定時間內(nèi)（年或月），某風(fēng)向出現(xiàn)次數(shù)占各風(fēng)向出現(xiàn)總次數(shù)的百分率。

污染系數(shù)表示風(fēng)向、風(fēng)速綜合作用對空氣污染物擴散影響程度。P越大，某下風(fēng)向污染越嚴重。（二）湍流1、什么是湍流？

除在水平方向運動外，還會由上、下、左、右方向的亂運動，風(fēng)的這種特性和擺動稱為大氣湍流。（有點象分子的熱運動）

2、湍流與擴散的關(guān)系把湍流想象成是由許多湍渦形成的，湍渦的不規(guī)則運動而形成它與分子運動極為相似。

不同的是，分子的運動以分子為單位，湍流以湍渦為單位，湍渦運動速度比分子運動速度大的多，比分子擴散快105—106倍。沒有湍流運動，污染物的擴散就成了問題。這是因為無湍流時，污染物單靠分子擴散，擴散速度很??；有湍流時，由于其靠湍流擴散，運動的方向和大小都極不規(guī)則，使流場各部分間強烈混合，混合加快了擴散速度。若只有風(fēng)無湍流，從煙囪中排出的廢氣像一條“煙管”一樣幾乎保持著同樣粗細，吹向下方，很少擴散。

3、形成：近地層大氣湍流有兩種：熱力湍流；機械湍流。①熱力湍流：主要由于大氣的鉛直穩(wěn)定度而引起，大氣的鉛直穩(wěn)定度是由于氣溫的垂直分布決定的。②機械湍流：有動力因子產(chǎn)生，由于大氣垂直方向上的風(fēng)速梯度不同和地面粗糙度不同而產(chǎn)生。歸納而言：風(fēng)速越大，湍流越強，污染物擴散速度越快，污染物濃度越低。風(fēng)、湍流是決定污染物在大氣中稀釋擴散的最直接因素。（三）地方性風(fēng)場（自學(xué)）

二、大氣穩(wěn)定度對大氣污染的影響

大氣穩(wěn)定度對煙流擴散有很大的影響，不同穩(wěn)定度導(dǎo)致從煙囪排出的煙羽形狀不同。下面是與穩(wěn)定度有關(guān)的五種典型煙流，。三、降水對大氣污染的影響降水對大氣污染有凈化作用，降水的凈化作用與降水的強度和持續(xù)時間有關(guān)。降水越強，降水時間越長，降水后大氣污染物濃度越低，保持低濃度的時間越長。四、云量與輻射的晝夜變化

一般來說：晴天白天，特別是夏季中午，太陽輻射最強，溫度層結(jié)遞減，處于極不穩(wěn)定狀態(tài)；夜間，黎明前逆溫最強，日出與日落前后為轉(zhuǎn)換期，均接近中性層結(jié)。云：對輻射起屏障作用，既阻擋白天的太陽輻射，又阻擋夜間地面向上的輻射。總效果：減小氣溫隨高度的變化。五、天氣形勢的影響天氣形勢指大范圍氣壓分布狀況。一定的天氣現(xiàn)象和氣象條件都與相應(yīng)的天氣形勢聯(lián)系起來。所以，天氣形勢與影響空氣污染的氣象因素密切相關(guān)，影響了污染物在大氣中的擴散。低壓氣旋控制區(qū)：空氣有上升運動，云天較多，通常風(fēng)速較大。

強高壓反氣旋控制區(qū)：天氣晴朗，風(fēng)速較小

。天氣形勢的影響都是大范圍的，它對個別源造成的小范圍的污染影響不太明顯（沒有氣象條件日變化作用明顯）。六、大氣污染指數(shù)為了綜合表示風(fēng)、大氣穩(wěn)定度、降水及混合層高度等氣象因素對污染物擴散的共同作用，可采用污染指數(shù)Id。

式中：Id—d方向上的污染指數(shù)，無量綱；P—降水；S—大氣穩(wěn)定度；u—風(fēng)速；h—混合層高度。

Id越大，d方向下側(cè)的污染較重。實踐證明，Id≤0.8時，為清潔型大氣。

§3-4正態(tài)分布下的大氣擴散模式

一、污染源污染源對污染物的影響很大，從污染源考慮污染物濃度主要有以下幾方面：(1)污染物指的化學(xué)組分及性質(zhì),各組分間是否易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成二次污染物等；

(2)源的幾何形狀和排放方式；(3)源強，即污染物的排放速率；(4)源的高度。在源強等條件相同的情況下,源高對地面污染物的影響見下圖所示。

二、大氣擴散試驗方法簡介1、示蹤劑濃度測量法優(yōu)點：可直接測得數(shù)據(jù)，只要網(wǎng)點布置得當(dāng)，就可對整個濃度場進行分析。缺點：人力、物力耗費大，不經(jīng)濟。示蹤劑：要求靈敏度高，無毒，性能穩(wěn)定，檢驗方法可靠。常用的有：熒光微粒、六氟化硫（SF6）、SO2等。2、光學(xué)輪廓法優(yōu)點：簡便、經(jīng)濟；缺點：精度差，研究范圍小。常在研究煙羽抬升高度時應(yīng)用。3、“標(biāo)記粒子”軌跡法優(yōu)點：精度高、適于大尺度擴散研究；缺點：工作量大，不經(jīng)濟，多次觀察等。此外還有風(fēng)洞試驗研究等。三、正態(tài)分布假設(shè)下的擴散模式研究湍流場中物質(zhì)擴散的理論體系有三種：梯度輸送理論；統(tǒng)計理論；相似理論。1、梯度輸送理論研究方法：利用歐拉提出的方法，在充滿流體的空間固定多個點，量測各固定點上的各個參數(shù)的變化。理論基礎(chǔ)：質(zhì)量守恒定律，把擴散類似分子擴散，脈動值用平均值代替。2、統(tǒng)計理論研究方法：拉格朗日方法，空間有一微團，跟隨微團流動時各個流動點的規(guī)律。理論基礎(chǔ)：解決擴散參數(shù)時用二元相關(guān)理論：方差、概率。下面我們介紹據(jù)擴散統(tǒng)計理論導(dǎo)出的正態(tài)分布假設(shè)下的擴散模式。

（1）坐標(biāo)系坐標(biāo)系取排放點（無界源、地面源或高架源排放點）在地面的投影點為原點，主風(fēng)向為x軸，y軸在水平面內(nèi)垂直于x軸，正方向在x軸的左側(cè)，z軸垂直于水平面，向上為正，即右手坐標(biāo)系。食指—x軸；中指—y軸；拇指—z軸。此坐標(biāo)系中，煙流中心與x軸重合或煙流在oxy平面的投影為x軸。（2）正態(tài)分布（高斯模式）假設(shè)下的擴散模式的假定①在y、z軸上的分布為正態(tài)分布，即在y、z軸上分別有；；②在擴散的各個空間，風(fēng)速是均勻穩(wěn)定的，即時時、處處風(fēng)速為常數(shù)，ū=常數(shù)

；③污染物排放的源強Q是連續(xù)均勻的；④在擴散過程中污染物沒有沉降、化合和分解；地面對其起全反射作用，不發(fā)生吸收或吸附作用。⑤x向風(fēng)速（平均）不能太小，遠遠大于其它方向的湍流。下述的模式只要無特殊說明，都遵從上述假設(shè)。上式中：ū—平均風(fēng)速；Q—源強是指污染物排放速率。與空氣中污染物質(zhì)的濃度成正比，它是研究空氣污染問題的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。通常：（ⅰ）瞬時點源的源強以一次釋放的總量表示；（ⅱ）連續(xù)點源以單位時間的釋放量表示；（ⅲ）連續(xù)線源以單位時間單位長度的排放量表示；（ⅳ）連續(xù)面源以單位時間單位面積的排放量表示。δy—側(cè)向擴散參數(shù)，污染物在y方向分布的標(biāo)準偏差，是距離y的函數(shù)，m；δz—豎向擴散參數(shù)，污染物在z方向分布的標(biāo)準偏差，是距離z的函數(shù)，m；未知量—濃度c、待定函數(shù)A(x)、待定系數(shù)a、b；式①、②、③、④組成一方程組，四個方程式有四個未知數(shù)，故方程式可解。4、高架連續(xù)點源擴散模式高架源既考慮到地面的影響，又考慮到高出地面一定高度的排放源。地面對污染物的影響很復(fù)雜，如果地面對污染物全部吸收，則⑧式仍適用于地面以上的大氣，但根據(jù)假設(shè)④可認為地面就象鏡子一樣對污染物起全反射作用，按全反射原理，可用：“像源法”處理這類問題?？梢园裀點污染物濃度看成為兩部分作用之和，一部分實源作用，一部分是虛源作用。見下頁圖：相當(dāng)于位置在（0，0，H）的實源和位置在（0，0，-H）的像源，當(dāng)不存在地面時在P點產(chǎn)生的濃度之和。（1）實源作用：由于坐標(biāo)原點原選在地面上，現(xiàn)移到源高為H處，相當(dāng)于原點上移H，即原式⑧中的Z在新坐標(biāo)系中為（Z-H）,不考慮地面的影響，則：

以上模式適用于氣態(tài)污染物和粒徑小于10μm的飄塵，對于大10μm的顆粒物，由于自身的沉降作用，濃度分布將有所改變。7、傾斜煙云模式在預(yù)測上述顆粒時，假設(shè)沉積和無沉積有相同的分布形式，但在整個煙云離開源以后，便以重力終端速度下降（ut）,此時，只要將高斯模式中有效源高H用()來置換即可得到傾斜煙云模式。

四、非點源擴散模式（簡述）

1.線源擴散模式;2.簡單箱模式;3.面源擴散模式;4.山區(qū)擴散模式五、特殊氣象條件下的擴散模式（一）有上部逆溫層的擴散模式如果大氣低層處于不穩(wěn)定，某一高度以上有逆溫層存在，這是上部逆溫層就像一個“蓋子”使污染物垂直擴散受限制，擴散只能在地面和逆溫間進行，稱之為“封閉型擴散”。此類模型的推導(dǎo)是把逆溫層底面看成和地面一樣能起全反射的“鏡面”，這時的煙云多次反射。如下頁圖所示。污染源濃度可看成是實源和無窮多個虛源作用之和。

實際計算往往要進行簡化，設(shè)xD為煙羽邊緣剛好達逆溫底層時離煙源的水平距離。

①當(dāng)x≤xD時，按原擴散模式（一般高斯模式）計算；②當(dāng)x≥2xD時，水平方向仍呈正態(tài)分布，z方向濃度漸趨均勻；③當(dāng)xD<x<2xD時，情況復(fù)雜，此時可取x=xD和x=2xD時兩點濃度的內(nèi)差值（采用雙對數(shù)坐標(biāo)系）。（二）熏煙擴散模式熏煙過程：是指由于夜間輻射逆溫在日出后，受太陽輻射，使逆溫自下而上消失，轉(zhuǎn)變?yōu)橹行曰虿环€(wěn)定層結(jié)，消失到煙羽下界時，上部仍為逆溫，擴散只能向下進行，致使出現(xiàn)地面高濃度。隨著逆溫自下而上逐漸消退而發(fā)展至煙流上界時達高潮，此過程稱為熏煙過程，持續(xù)數(shù)十分鐘。計算公式有幾種，見書P72：式3.66—3.72。

§3-5平坦開闊地形上的點源擴散

（污染物濃度估計）

一、有效源高

H稱為煙囪的有效高度（煙軸高度，它由煙囪幾何高度Hs和煙流（最大）抬升高度ΔH組成，即H=Hs+ΔH），要得到H，只要求出ΔH即可。ΔH：煙囪頂層距煙軸的距離，隨x而變化的。1、煙氣抬升（1）煙氣從煙囪排出，有風(fēng)時，大致有四個階段:(見下頁圖)a）噴出階段；b）浮升階段；c）瓦解階段；d）變平階段：（2）煙云抬升的原因有兩個：①是煙囪出口處的煙流具有一初始動量（使它們繼續(xù)垂直上升）；②是因煙流溫度高于環(huán)境溫度產(chǎn)生的靜浮力。這兩種動力引起的煙氣浮力運動稱煙云抬升，煙云抬升有利于降低地面的污染物濃度。

2、影響煙云抬升的因素影響煙云抬升的因素很多，這里只考慮幾種重要因素：（1）煙氣本身的因素

a）煙氣出口速度（Vs）：決定了煙起初始動力的大?。籦）熱排放率（QH）—煙囪口排出熱量的速率QH越高煙云抬升的浮力就越大，大多數(shù)煙云抬升模式認為，其中α=1/4～1，常取α為2/3。

c）煙囪幾何高度（看法不一）有人認為有影響：；有人認為無影響。

（2）環(huán)境大氣因素a）煙囪出口高度處風(fēng)速越大，抬升高度愈低，。b）大氣穩(wěn)定度不穩(wěn)時，抬升較高；中性時，抬升稍高；穩(wěn)定時，抬升低。c）大氣湍流的影響大氣湍流越強，抬升高度愈低。（3）下墊面等因素的影響3、煙云最大抬升高度的經(jīng)驗計算抬升高度的計算公式很多，但由于影響抬升高度的因素很多，所以目前大多數(shù)煙羽抬升公式是憑經(jīng)驗的，且各有其特點（局限性），因此應(yīng)盡量選擇該公式的導(dǎo)出條件和我們的計算條件相仿的。下面介紹幾個常見公式：

適用條件：中性大氣條件；對于非中性大氣條件，進行修正：不穩(wěn)定大氣→增加（10%～20%）△H；穩(wěn)定大氣→減少（10%～20%）△H。不適于：計算大型的熱排放源或高于100m煙囪的抬升高度。b.布里吉斯（Briggs）公式

適用于不穩(wěn)定大氣條件和中性大氣條件的計算式。3）我國（GB/T13201-91）“制定地方大氣污染物排放標(biāo)準的技術(shù)方法”推薦的抬升公式：

4、煙云抬升高度的測定選用煙云抬升高度計算公式前往往根據(jù)實例，根據(jù)實測時煙囪參數(shù)代入各種公式進行計算，選用與實測值近似的公式，或?qū)⒐街邢禂?shù)作以修改。目前已知的測定方法有照相法、氣球測高法、激光雷達法等。5、有效源高對地面最大濃度的影響高架連續(xù)點源地面最大濃度計算式是在風(fēng)速不變的情況下導(dǎo)出的。當(dāng)考慮有效源高對地面最大濃度的影響時，應(yīng)把風(fēng)速看成變量考慮其影響。從Cmax公式看出：風(fēng)速對Cmax有兩種作用結(jié)果：①風(fēng)速增大，地面最大濃度減?。虎趶母鞣N抬升公式看，風(fēng)速增大時抬升高度減小，地面最大濃度增大。因此可以設(shè)想在某一風(fēng)速下會出現(xiàn)地面最大濃度的極大值，稱為地面絕對最大濃度，相對此時的風(fēng)速稱為危險風(fēng)速。地面最大濃度Cmax不是隨風(fēng)速增加而單純的減小，而是先隨風(fēng)速增加而增大，當(dāng)Cmax達到最大值后再減小。下面舉一種地面絕對最大濃度表達式，說明有效源高對地面最大濃度的影響。

大多數(shù)煙流抬升公式可概括為ΔH=B/ū的形式，其中B為某一抬升公式中除ū以外的一切量。例如用霍蘭德公式計算ΔH時，。若將上述抬升公式代入地面最大濃度公式Cmax中，對ū求導(dǎo)（B視為常數(shù)），并令則得到ū=B/Hs，即當(dāng)ū=B/Hs時，Cmax達極大。不取ΔH=B/ū時，計算要繁雜得多，但都有一危險風(fēng)速。

二、大氣擴散參數(shù)（σy，σz）的確定1、擴散參數(shù)的性質(zhì)①隨著擴散距離的加長，σ增大。②隨著水平和垂直湍流的強烈交換，大氣處于不穩(wěn)定狀態(tài)，σ較大，即σ與穩(wěn)定度密切相關(guān)。σ=f（穩(wěn)定度）。③穩(wěn)定度、擴散距離一定時，σ與粗糙度有關(guān)。粗糙度越趨于穩(wěn)定，σ越小。2、確定σ的方法①示蹤實驗法；②風(fēng)標(biāo)法；③經(jīng)驗方法（應(yīng)用最廣泛）3、帕斯奎爾（F.Pasquill）—吉福特（F.A.Gifford）擴散曲線法（簡：P-G擴散曲線法）帕斯奎爾在1961年首先提出應(yīng)用觀測到的風(fēng)速、云量、云狀和日照等天氣資料，將大氣擴散稀釋能力分為6個等級：A—極不穩(wěn)定，B—不穩(wěn)定，C—弱不穩(wěn)定，D—中性，E—弱穩(wěn)定，F(xiàn)—穩(wěn)定。若穩(wěn)定級別為A～B，則表示按A、B級的數(shù)據(jù)內(nèi)插。（詳見書P77，表3-8）該法的要點：首先根據(jù)帕斯奎爾劃分大氣穩(wěn)定度的方法來確定大氣穩(wěn)定度級別；然后從圖3-21和圖3-22中查得對應(yīng)的擴散參數(shù)σy和σz；最后將σy、σz代入前面介紹的一系列擴散模式中，就可估計出各種情況下的濃度值。須指出：①為防止各種書籍中擴散參數(shù)曲線的復(fù)制誤差，英國倫敦氣象局在此基礎(chǔ)上制成表格，見書P79表3-9直接列出了不同穩(wěn)定度時，一些σy與σz的具體數(shù)值，用內(nèi)插法可求出20Km距離內(nèi)σy、σz的值。②當(dāng)估算地面最大濃度Cmax和它出現(xiàn)的距離XCmax時先按計算出，結(jié)合當(dāng)時的大氣穩(wěn)定度級別由圖3-22上查出對應(yīng)的x值，此即該穩(wěn)定度下的XCmax.

。然后從圖3-21上查出與XCmax.對應(yīng)的值，代入本章節(jié)公式3.33即可算出Cmax值。適用條件：該法在D、C級穩(wěn)定度下誤差較??；在E、F級穩(wěn)定度下誤差較大；H越大，誤差越小。4、帕斯奎爾曲線法的發(fā)展P-G擴散曲線法的缺點：穩(wěn)定度的劃分比較粗糙，難以準確確定其級別。因此，1964年，特納爾（D.B.turner）對其進行改進，提出先根據(jù)太陽高度角、云高和云量確定輻射等級，再根據(jù)輻射等級和地面風(fēng)速來劃分穩(wěn)定度級別。P-G擴散曲線法比較適用于開闊平坦的下墊面(如平原地區(qū)),對于粗糙度較大的地區(qū)，則應(yīng)向不穩(wěn)定方向提高1-2級后再查表或圖。5、布里吉斯擴散參數(shù)布里吉斯根據(jù)大量實驗資料，考慮到下墊面和煙囪高度的影響，提出了適用于估算平原地區(qū)和城市地區(qū)的擴散參數(shù)公式。適用于高煙囪排放下風(fēng)向20～30Km左右的范圍。書P80表3-13和表3-14分別列出了估算σy、σz的公式。6、“國標(biāo)”推薦的擴散參數(shù)在我國國標(biāo)《制定地方大氣污染物排放標(biāo)準的技術(shù)方法》（GB/T13021-91）中規(guī)定，取樣時間在30min時，擴散參數(shù)按下原則選取。（1）平原、農(nóng)村地區(qū)及城市遠郊區(qū)的擴散參數(shù)的選?。篈、B、C級穩(wěn)定度直接由表3-15和表3-16查出σy、σz冪函數(shù)；D、E、F級穩(wěn)定度則需向不穩(wěn)定方向提半級后查算。（2）工業(yè)區(qū)或城區(qū)中點源的擴散參數(shù)選?。汗I(yè)區(qū)：A、B級不提級；C級提到B級；D、E、F級向不穩(wěn)定方向提一級半；然后查算。非工業(yè)區(qū)的城區(qū)：A、B級不提級；C級提到B～C級；D、E、F級向不穩(wěn)定方向提一級；然后查算。（3）丘陵山區(qū)的農(nóng)村或城市：同城市工業(yè)區(qū)。（4）大于30min的取樣時間，σz不變，σy按下式計算：式中：σyτ2－取樣時間為τ2時的橫向擴散參數(shù)，m；σyτ1－取樣時間為τ1時的橫向擴散參數(shù)，m；

q－時間稀釋指數(shù)。三、計算舉例（見書P82例3.1）

§3-6廠址選擇和煙囪設(shè)計

一、選擇廠址所需的氣候資料

氣候資料是指氣象資料的常年統(tǒng)計形式。1、廠址選擇所需的氣候資料（1）風(fēng)向和風(fēng)速氣候資料：為了一目了然，常把風(fēng)資料畫成風(fēng)玫瑰圖。圖a是風(fēng)向玫瑰圖；圖b風(fēng)速玫瑰圖是各個風(fēng)向的平均風(fēng)速絕對值。圖c是風(fēng)速和風(fēng)向頻率復(fù)合圖，該圖矢線長度代表風(fēng)向頻率大小，矢線末端的風(fēng)速羽代表平均風(fēng)速，每一羽可表示0.5或1.0m/s。

。風(fēng)向（風(fēng)速）玫瑰圖：在8個或16個方向上給出風(fēng)向（風(fēng)速）的相對頻率或絕對值，用線段表示，連接各端點即成。風(fēng)玫瑰圖可按多年（5-10年或更長）的平均值作；也可按某月或某季的多年平均值作，山區(qū)地形復(fù)雜，風(fēng)向、風(fēng)速隨地形和高度而變，可做出不同地點和高度的風(fēng)玫瑰圖。靜風(fēng)（風(fēng)速<1.0m/s）或微風(fēng)（風(fēng)速為1～2m/s）情況大氣通風(fēng)條件差，容易引起高濃度污染，尤其是長時間靜風(fēng)會使污染物大量積累，引起嚴重污染。因此，在空氣污染分析中不僅應(yīng)統(tǒng)計靜風(fēng)頻率，有條件還要統(tǒng)計靜風(fēng)持續(xù)時間。

（2）大氣穩(wěn)定度的氣象資料一般氣象臺沒有近地層大氣逆溫層結(jié)的詳細資料，但可據(jù)pasquill或我們廢氣排放制定標(biāo)準中規(guī)定的方法。利用已知的氣象資料進行分類，統(tǒng)計出月（年、季）各穩(wěn)定度頻率，作出必要的圖表。（3）混合層高度的確定混合層高度是影響混合物鉛直擴散的重要參數(shù)。由于溫度層結(jié)的晝夜變化，混合層高度也隨時間變化?；旌蠈痈叨瓤煽醋鳉鈮K作干絕熱上升運動的上限高度。（即：干絕熱遞減率上限高度?；旌蠈佑?，則污染物垂直擴散的范圍越大。）具體指出污染物在鉛直方向的擴散范圍。受太陽輻射的影響，午后混合層高度最大，在溫度—高度圖上，從上午最大地面溫度作干絕熱線，與早晨溫度探空曲線的交點高度為午后混合層高度，即最大混合層高度。見下頁圖示。

大范圍內(nèi)的平均污染濃度，可以認為與混合層高度和混合層內(nèi)的平均風(fēng)速的乘積成反比。通常定義Dū為通風(fēng)系數(shù)。Dū－單位時間內(nèi)通過與平均風(fēng)向垂直的單位寬度混合層的空氣層。通風(fēng)系數(shù)越大，污染濃度越小。2、長期平均濃度的計算在廠址選擇和環(huán)境評價中，人們更關(guān)心的長期平均濃度的分布。下面討論長期平均濃度的計算方法。氣象隨提供的風(fēng)向資料是按16方位給出的，每個方位相當(dāng)于一個22.5o的扇形。因此，可按每個扇形計算長期平均濃度。推導(dǎo)時作以下假定：（1）同一扇形內(nèi)各角度的風(fēng)向頻率相同，即在同一扇形內(nèi)同一距離上，污染物濃度在y方向是相等的。（2）當(dāng)吹某一扇形風(fēng)時，全部污染物都落在這個扇形里。二、廠址選擇從環(huán)境保護角度出發(fā)，理想的建廠位置是污染本底值最小，擴散稀釋能力強，排出的污染物被輸送到城市或居民區(qū)的可能性最小的地方。1、本底濃度本底濃度超標(biāo)的地區(qū)不宜建廠，本底濃度雖未超標(biāo)，但加上擬建廠貢獻，短期內(nèi)又無法改進的也不宜建廠，應(yīng)選擇本底濃度小的地區(qū)建廠。2、擴散稀釋能力擴散稀釋能力主要決定于該地區(qū)的氣象條件和地形。（1）風(fēng)向、風(fēng)速污染物危害的程度和受污染的時間及濃度有關(guān)，所以居住區(qū)、作物生長區(qū)都希望能設(shè)在受污染時間短、污染濃度低的位置，因而確定工廠和居民區(qū)的相對位置時要考慮風(fēng)向、風(fēng)速兩個因素。污染系數(shù)表示風(fēng)向、風(fēng)速綜合作用對空氣污染物擴散影響程度。其表達式為：污染系數(shù)=

某風(fēng)向污染系數(shù)小，表示該風(fēng)向吹來的風(fēng)所造成的污染小，因此污染源可布置在污染源在污染系數(shù)最小風(fēng)向的上側(cè)。結(jié)合書P86表3-19（某地風(fēng)向頻率及污染系數(shù)）分析。（2）穩(wěn)定度由于一般污染物擴散是在距地面幾米高范圍內(nèi)進行的，所以離地面幾百米范圍內(nèi)的大氣穩(wěn)定度對污染物的擴散稀釋過程有重要影響，選廠址必須注意收集逆溫層的強度、厚度、出現(xiàn)頻率和持續(xù)時間等資料，要特別注意逆溫同時出現(xiàn)靜風(fēng)或微風(fēng)的情況。大型工廠：若排煙有效煙囪高度能突破經(jīng)常出現(xiàn)的逆溫層高度而在逆溫層以上擴散，對防止污染有利，若逆溫層出現(xiàn)在煙囪有效高度上部，往往易造成污染。中小工廠：距地面200~300米以下的逆溫層對中、小型工廠是不利的條件，高層逆溫對幾公里范圍內(nèi)的擴散影響不大。（3）其它氣象資料：如降雨、云、霧等。（4）地形地形對空氣污染的影響很復(fù)雜，在復(fù)雜地形建廠，必須作具體分析，一般應(yīng)進行專門的氣象觀測和現(xiàn)場擴散實驗或進行風(fēng)洞試驗以便對當(dāng)?shù)氐臄U散稀釋條件做出準確評價。三、煙囪設(shè)計

煙囪不