第四章 不同地形的大氣污染擴(kuò)散

第四章不同地形的大氣污染擴(kuò)散第一頁(yè)，共七十八頁(yè)，2022年，8月28日

第一節(jié)城市空氣污染擴(kuò)散

城市區(qū)別于鄉(xiāng)村的特點(diǎn)是：①城市建筑增加了下墊面的粗糙度；②城市的生產(chǎn)和生活使它成為人工熱源；③城市污濁的空氣改變了輻射收支；④城市下墊面植被少，干燥，蒸發(fā)消耗熱量較少。城市的特點(diǎn)改變了城市邊界層的氣象條件，污染物的擴(kuò)散規(guī)律也與農(nóng)村不完全相同。第二頁(yè)，共七十八頁(yè)，2022年，8月28日一、城市氣候特征1．“熱島”效應(yīng)首先，城市的氣溫與周圍農(nóng)村不同，工業(yè)和家庭消耗大量燃料，使城市成為一個(gè)巨大的熱源，大城市的熱釋放量可以與接受的太陽(yáng)輻射能相比擬。例如柏林每年人工熱源釋放的熱量相當(dāng)于直接太陽(yáng)輻射能的1／3左右。由于城市凈熱量收入比周圍農(nóng)村多，氣溫比較高。根據(jù)統(tǒng)計(jì)中等以上的城市的年平均溫度比周圍農(nóng)村高1℃左右，這就是所謂的“城市熱島效應(yīng)”。第三頁(yè)，共七十八頁(yè)，2022年，8月28日第四頁(yè)，共七十八頁(yè)，2022年，8月28日“熱島”形成的原因是城市固有特點(diǎn)造成的地面粗糙大，近地面層風(fēng)速比農(nóng)村要小，一般低20～30％城市地面反射率一般比農(nóng)村小10％，故城市接受太陽(yáng)輻射能量比同樣大面積農(nóng)村多。城市上空氣溶膠等污染物質(zhì)多，導(dǎo)致有效輻射減少。城市雨水能及時(shí)由地下排走，地面蒸發(fā)耗熱比農(nóng)村少加上人為的熱源，最終導(dǎo)致城市邊界層熱層結(jié)的改變。第五頁(yè)，共七十八頁(yè)，2022年，8月28日“城市熱島”形成的條件無(wú)云、小風(fēng)的夜晚，冬季強(qiáng)于夏季.季節(jié)溫度（℃）春季夏季秋季冬季日平均氣溫1.41.31.61.2最高氣溫1.11.10.50.4最低氣溫2.20.61.72.7表（5-1）北京城區(qū)與郊區(qū)氣溫差（℃）（1985年）第六頁(yè)，共七十八頁(yè)，2022年，8月28日這說(shuō)明冬季熱島效應(yīng)比夏季強(qiáng)，并且夜間或清晨日出前熱島效應(yīng)顯著。最高氣溫的差值全年相對(duì)于最低氣溫差來(lái)說(shuō)一般是小的，亦即白天熱島效應(yīng)不明顯。第七頁(yè)，共七十八頁(yè)，2022年，8月28日城市氣溫的鉛直分布與周圍農(nóng)村不相同這是影響城市大氣擴(kuò)散的一個(gè)重要因素從圖中可以看出白天，城市和鄉(xiāng)村近地面氣溫較高，溫度層結(jié)是超絕熱的，形成一個(gè)深厚的混合層。日落之后，鄉(xiāng)村近地面氣溫漸漸下降，逐步形成由地面向上發(fā)展的逆溫層，穩(wěn)定氣層的厚度可達(dá)數(shù)百米。但是，當(dāng)空氣移到相對(duì)粗糙和暖和的城市上空以后，從下部向上加熱，近地面重新改變成超絕熱或中性的溫度層結(jié)，形成一個(gè)薄的混合層，上部則仍維持從鄉(xiāng)村移行過(guò)來(lái)的逆溫，構(gòu)成了城市上空特有的上部逆溫。第八頁(yè)，共七十八頁(yè)，2022年，8月28日城市熱島效應(yīng)的溫度分布特征可歸納如下：①城市熱島的強(qiáng)度和城市的大小，每天的時(shí)間以及氣象條件有關(guān)，大城市的熱島強(qiáng)度較強(qiáng)，同一城市夜間比白天強(qiáng)，無(wú)風(fēng)的晴夜強(qiáng)度最大。②城市上空很少出現(xiàn)夜間地面逆溫，而是有一層或多層上部逆溫；鄉(xiāng)村地區(qū)卻經(jīng)常出現(xiàn)從地面向上發(fā)展的逆溫，較少出現(xiàn)上部逆溫。③鄉(xiāng)村氣溫的晝夜變化是很有規(guī)律的，但城市溫度變化規(guī)律就不太明顯。④熱島中心向下風(fēng)向偏移，它直接影響的上限在50～400米范圍內(nèi)，有時(shí)可接近一千米。第九頁(yè)，共七十八頁(yè)，2022年，8月28日2．動(dòng)力效應(yīng)熱島改變了溫度場(chǎng)，當(dāng)然也會(huì)影響到風(fēng)場(chǎng)，首先。是熱島環(huán)流，它的作用在晴朗無(wú)風(fēng)的天氣最強(qiáng)。此時(shí)在近地面形成一種從周圍鄉(xiāng)村吹向城市的特殊局地風(fēng)稱為“城市風(fēng)”。氣流在城市中心輻合上升，通常在300～500米高度向四周輻散。見(jiàn)圖（5－3）城郊之間的環(huán)流。第十頁(yè)，共七十八頁(yè)，2022年，8月28日城市下墊面對(duì)流場(chǎng)的動(dòng)力效應(yīng)是影響城市氣象條件的另一個(gè)重要因素，首先是在整個(gè)城區(qū)增加了地面粗糙，空氣流經(jīng)粗糙的城市表面時(shí)會(huì)產(chǎn)生更多的湍流，水平和鉛直湍流交換強(qiáng)度都比平坦的鄉(xiāng)村大得多，進(jìn)而改變了風(fēng)隨高度的分布狀況。第十一頁(yè)，共七十八頁(yè)，2022年，8月28日第十二頁(yè)，共七十八頁(yè)，2022年，8月28日總的來(lái)說(shuō)，城市邊界層的風(fēng)場(chǎng)、溫度場(chǎng)的分布和變化規(guī)律比平坦的鄉(xiāng)村復(fù)雜，不同城市也有明顯差異。城市近地層的風(fēng)速減小，湍流增強(qiáng)，溫度層結(jié)更不穩(wěn)定，擴(kuò)散稀釋速率白天明顯增快，夜間有逆溫層頂蓋，污染不易散開(kāi)。第十三頁(yè)，共七十八頁(yè)，2022年，8月28日二、城市污染源城市幾乎包含了所有類型的污染源。通常是根據(jù)城市污染源的特點(diǎn)以及研究目的和方法制定適當(dāng)?shù)姆诸?。?guó)外有些城市按燃料消耗、工業(yè)、商業(yè)活動(dòng)、交通運(yùn)輸及灰化爐等項(xiàng)分類，每一項(xiàng)再分若干項(xiàng)。從研究大氣擴(kuò)散角度看，最終要求得到三種類型污染源的資料。第十四頁(yè)，共七十八頁(yè)，2022年，8月28日1．弧立高聳源：即高架連續(xù)點(diǎn)源。要了解污染物的成分、性質(zhì)、源強(qiáng)和源強(qiáng)隨時(shí)間的變化、源的位置、高度和抬升高度（計(jì)算抬升高度需要的源參數(shù)）。這類污染源的排放量通常都比較大，在空氣污染分析中應(yīng)逐個(gè)考慮。2．低矮分散源它包括居民燃燒源。這類源的排放量很小，但數(shù)量很多，在分析計(jì)算中不可能作為單獨(dú)的點(diǎn)源逐個(gè)考慮，通常當(dāng)成面源處理。通過(guò)污染調(diào)查，應(yīng)當(dāng)?shù)贸龀鞘忻嬖磸?qiáng)度的分布和它的時(shí)間變化。3．活動(dòng)源主要是汽車交通工具的污染排放。常作為專門的空氣污染問(wèn)題進(jìn)行研究。第十五頁(yè)，共七十八頁(yè)，2022年，8月28日三、城市空氣污染特征城市下墊面、氣象條件和污染的特殊條件形成了城市大氣擴(kuò)散和空氣污染的特征。1．城市的大氣擴(kuò)散速率明顯增大國(guó)內(nèi)外的觀測(cè)均表明，在相同天氣條件下，城市擴(kuò)散參數(shù)比鄉(xiāng)村大，相當(dāng)于帕斯圭爾擴(kuò)散曲線向不穩(wěn)定方向提高1～2級(jí)。第十六頁(yè)，共七十八頁(yè)，2022年，8月28日三、城市空氣污染特征2．城市擴(kuò)散包含兩種主要運(yùn)動(dòng)尺度。這是它的另一重要特點(diǎn)。一種是城市中尺度（幾公里至幾十公里）的擴(kuò)散，一般的城市擴(kuò)散模式主要描寫這種尺度的擴(kuò)散過(guò)程。另一種是城市微尺度擴(kuò)散，由街道和建筑物的動(dòng)力效應(yīng)引起的。僅僅模擬前一種擴(kuò)散，就不能描繪微尺度擴(kuò)散影響，無(wú)法解釋某些局部的濃度變化和空氣污染現(xiàn)象。第十七頁(yè)，共七十八頁(yè)，2022年，8月28日3．城市污染濃度的日變化城市近地層溫度層結(jié)與周圍農(nóng)村不同，形成了不同的空氣污染日變化特征。在鄉(xiāng)村，夜間逆溫層內(nèi)的鉛直交換十分微弱，對(duì)高架源的污染源來(lái)說(shuō)，近地面是清潔的。而城市，許多低矮的污染源處在夜間淺薄的混合層內(nèi)，這一層風(fēng)速通常亦較小，所以夜間近地面濃度比農(nóng)村高。見(jiàn)圖（5－6）。圖（5-6）夜間鄉(xiāng)村、城市中高架源擴(kuò)散示意圖第十八頁(yè)，共七十八頁(yè)，2022年，8月28日日出后的一個(gè)短時(shí)間內(nèi)，混合層發(fā)展到源高附近，可形成漫煙型污染，地面污染濃度較高，即下面為湍流擴(kuò)散，上面仍有頂蓋，阻止擴(kuò)散到高空去。城市、鄉(xiāng)村都有類似情況。見(jiàn)圖（5－7）早晨和中午中高架源擴(kuò)散示意圖。第十九頁(yè)，共七十八頁(yè)，2022年，8月28日城市空氣污染實(shí)際的日變化是氣象條件與污染物排放率日變化的綜合結(jié)果。一些城市的空氣污染監(jiān)測(cè)表明，地面濃度常出現(xiàn)兩個(gè)高峰值。日出之后一個(gè)高峰，傍晚以后常出現(xiàn)次高峰。日變化的典型過(guò)程如下。見(jiàn)（圖5-8）北京市工業(yè)區(qū)二氧化硫濃度日變化。第二十頁(yè)，共七十八頁(yè)，2022年，8月28日①?gòu)?0點(diǎn)－04點(diǎn)，此時(shí)薄的夜間混合層雖然不利于擴(kuò)散，但地面濃度很低。這是由于許多生產(chǎn)活動(dòng)暫時(shí)停止，污染物排放量大為減少之故。這一段時(shí)間內(nèi)氣象條件沒(méi)有明顯變化，污染物濃度改變不大。②黎明前后，城市活動(dòng)逐漸增加，污染排放量越來(lái)越大，但湍流混合強(qiáng)度增大不多，所以地面濃度上升，到08點(diǎn)左右達(dá)最大值。③此后因混合層向上發(fā)展，風(fēng)速加大，但污染排放量不再進(jìn)一步增加，污染濃度減小，到午后混合充分發(fā)展時(shí)降到白天的最低值。④接近日落時(shí)，混合層高度開(kāi)始降低，風(fēng)速逐漸減小。此時(shí)，郊區(qū)近地面開(kāi)始形成穩(wěn)定氣層，城市則逐漸形成薄的混合層，地面濃度再一次增加。成為第二個(gè)高峰——次高峰，直到城市的生產(chǎn)和生活開(kāi)始減少為止。⑤隨著污染物排放量的減少，污染濃度下降到最低點(diǎn)，整個(gè)周期從凌晨前后又重新開(kāi)始。第二十一頁(yè)，共七十八頁(yè)，2022年，8月28日4．城市污染的年變化城市污染有明顯的季節(jié)變化。以SO2和飄塵來(lái)說(shuō)，一般冬季濃度最高，春、秋次之，夏季最低；春季和秋季污染濃度的相對(duì)變化比較大。這些變化都是與污染物排放量以及氣象條件變化的特征相吻合。見(jiàn)表（5－2）南北方大氣污染季節(jié)變化比較。第二十二頁(yè)，共七十八頁(yè)，2022年，8月28日表（5－2）南北方大氣污染季節(jié)變化比較項(xiàng)目春夏秋冬二氧化硫（mg／m3）北方0.0900.0440.0940.236南方0.0910.0610.0830.155氮氧化物（mg／m3）北方0.0470.0360.0570.076南方0.0400.0310.0380.047顆粒物（mg／m3）北方0.7880.5610.7021.080南方0.4660.3810.3810.681降塵（t/km2·月）北方43.8830.1131.6141.58南方20.6015.9715.6418.67第二十三頁(yè)，共七十八頁(yè)，2022年，8月28日城市空氣污染的另一個(gè)特點(diǎn)是濃度的空間分布很不均勻，對(duì)SO2和漂塵這類很普遍的污染物質(zhì)也是如此。濃度分布不均勻的根本原因是污染源分布不均勻，而濃度的大小與所處位置有關(guān)。面源造成的污染濃度主要決定于上風(fēng)向幾百米范圍內(nèi)的面源強(qiáng)度；點(diǎn)源的污染范圍較窄，短距離內(nèi)地面濃度可改變幾個(gè)數(shù)量級(jí)。第二十四頁(yè)，共七十八頁(yè)，2022年，8月28日四、城市多源擴(kuò)散模式城市多源擴(kuò)散模式的應(yīng)用主要是對(duì)城市區(qū)域或大工業(yè)區(qū)進(jìn)行空氣污染物分布的模擬處理，它對(duì)城市空氣污染管理與控制具有重要意義。第二十五頁(yè)，共七十八頁(yè)，2022年，8月28日進(jìn)行這類模式操作一般包括以下五個(gè)組成部分（—）污染源的調(diào)查與編目1．污染源的調(diào)查（1）確定污染源的性質(zhì)它包括確定高架點(diǎn)源、線源和面源的原則標(biāo)準(zhǔn)（2）對(duì)三種污染源調(diào)查及資料搜集2．污染源的編目第二十六頁(yè)，共七十八頁(yè)，2022年，8月28日（二）氣象資料的獲取及處理1．風(fēng)（1）地面（10m高處）風(fēng)向風(fēng)速的統(tǒng)計(jì)（2）風(fēng)速隨高度的變化2．逆溫層分布3．大氣穩(wěn)定度狀況4．混合層厚度（三）空氣污染物濃度的監(jiān)測(cè)與分析（四）建立擴(kuò)散模式和計(jì)算公式（五）模式計(jì)算精度與可能產(chǎn)生誤差分析第二十七頁(yè)，共七十八頁(yè)，2022年，8月28日

第二節(jié)山區(qū)空氣污染擴(kuò)散我國(guó)山地、丘陵約占全國(guó)總面積的2／3以上，大部分農(nóng)田、森林分布在這些地區(qū)，許多工礦企業(yè)和城市集鎮(zhèn)位于山區(qū)、丘陵地帶。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，在這類地區(qū)還將建設(shè)更多的工礦企業(yè)，因此研究這類地區(qū)的大氣污染擴(kuò)散具有實(shí)際意義。第二十八頁(yè)，共七十八頁(yè)，2022年，8月28日—、山區(qū)的氣侯特征1．溫度場(chǎng)特征①由于地形作用，輻射逆溫大為增強(qiáng)，夜間山坡冷卻較快，冷空氣沿山坡下滑，在谷地堆積，山谷凹地風(fēng)速較小，湍流微弱，逆溫發(fā)展比平原快，厚度厚，強(qiáng)度大。見(jiàn)圖（5－9）美國(guó)多諾拉谷地逆溫。相反，在山頂和坡地，因風(fēng)速較大，湍流較強(qiáng)，加上冷空氣下滑換來(lái)較暖空氣上升，因此夜間冷卻比平原和山谷地帶和緩，因而山頂和坡地上空逆溫也較弱。第二十九頁(yè)，共七十八頁(yè)，2022年，8月28日②由于山區(qū)地形對(duì)太陽(yáng)輻射的阻擋，逆溫形成時(shí)間比平原早，消散時(shí)間比平原遲。山區(qū)逆溫的生消與局地地形有關(guān)。地形陡峭，相對(duì)高差大的山區(qū)，全年逆溫天數(shù)多，強(qiáng)度大，逆溫層深厚，持續(xù)時(shí)間也長(zhǎng)。就季節(jié)差異來(lái)說(shuō)，一天之中山區(qū)逆溫持續(xù)時(shí)間冬季比夏季長(zhǎng)，逆溫強(qiáng)度也是冬季最強(qiáng)，夏季最弱。第三十頁(yè)，共七十八頁(yè)，2022年，8月28日渡口市07時(shí)逆溫狀況月份123456789101112全年出現(xiàn)天數(shù)28.325.228.321.314.87.27.55.811.517.719.528.2215.3逆溫頂高（米）375285287276264279266325298348405416318逆溫強(qiáng)度（℃/100）1.41.51.41.00.70.40.50.30.50.50.71.10.8該市處于金沙江河谷兩岸，地形陡峭，山高谷深，境內(nèi)的相對(duì)高差一般都是在500～600米以上。表（5－3）中的逆溫頂高是指逆溫層頂至觀測(cè)起始點(diǎn)的相對(duì)高度差，該觀測(cè)點(diǎn)的位置較高，如果從江面算起，則逆溫層的厚度應(yīng)再增加150米左右。表中的數(shù)據(jù)都是多年平均值，如果按極值看，強(qiáng)逆溫厚度可達(dá)600～800米，強(qiáng)度達(dá)4·C／100米以上。從上表中也可以看出，山區(qū)逆溫有明顯的季節(jié)變化，各項(xiàng)指標(biāo)都是冬季高于夏季。第三十一頁(yè)，共七十八頁(yè)，2022年，8月28日③山區(qū)逆溫的另一個(gè)特點(diǎn)是“多中心”，溝谷越深，坡越陡，地形越復(fù)雜，就越易形成多個(gè)逆溫中心。逆溫強(qiáng)度的垂直分布也不均勻，一般隨高度減弱。第三十二頁(yè)，共七十八頁(yè)，2022年，8月28日2．風(fēng)場(chǎng)特征山區(qū)地形復(fù)雜，地表面受熱不均勻引起局地環(huán)流。典型的如山谷風(fēng)環(huán)流或更小尺度的局地環(huán)流，地形的起伏改變了低層氣流的路徑和速度分布。因此山區(qū)實(shí)際的風(fēng)場(chǎng)是在某盛行風(fēng)的背景下加上述兩個(gè)方面因素疊加的結(jié)果，所以山區(qū)流場(chǎng)的空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜，時(shí)間變化明顯。第三十三頁(yè)，共七十八頁(yè)，2022年，8月28日2．風(fēng)場(chǎng)特征①山區(qū)風(fēng)場(chǎng)的第一個(gè)顯著特點(diǎn)就是其風(fēng)向、風(fēng)速的水平分布極不規(guī)則。

山區(qū)風(fēng)場(chǎng)和大范圍盛行風(fēng)場(chǎng)可能有很大差別，局地環(huán)流和地形的作用使山區(qū)鄰近點(diǎn)的風(fēng)向常常很不一致，當(dāng)梯度風(fēng)較強(qiáng)時(shí)，不同地點(diǎn)的風(fēng)向相關(guān)程度高一些，梯度風(fēng)較小時(shí)各點(diǎn)風(fēng)向更加不規(guī)則。風(fēng)速也是如此，迎風(fēng)坡、背風(fēng)坡、山頂和山腰兩側(cè)的風(fēng)速都有明顯差別。一般山頂和山腰兩側(cè)流線密集，風(fēng)速較大；迎風(fēng)坡下部氣流受阻，風(fēng)速減弱。而在背風(fēng)坡，流線很快輻散，風(fēng)速急劇減小。在山的背風(fēng)面和地形閉塞的山坳和凹地常出現(xiàn)靜風(fēng)區(qū)。第三十四頁(yè)，共七十八頁(yè)，2022年，8月28日②山區(qū)風(fēng)場(chǎng)的第二個(gè)特點(diǎn)是風(fēng)的垂直結(jié)構(gòu)和平原不同。山區(qū)風(fēng)場(chǎng)的垂直結(jié)構(gòu)比平原復(fù)雜。許多觀測(cè)表明，山區(qū)風(fēng)隨高度的變化有一個(gè)明顯的轉(zhuǎn)變高度，下面是地形風(fēng)上面是梯度風(fēng)。在轉(zhuǎn)變高度上，風(fēng)向或風(fēng)速或兩者都發(fā)生明顯的改變。見(jiàn)圖（5－10）幾種實(shí)測(cè)風(fēng)速廓線圖形。第三十五頁(yè)，共七十八頁(yè)，2022年，8月28日（a）正常型可用冪次律描述的風(fēng)速廓線，平原地區(qū)一般屬于這種風(fēng)速廓線。（b）等速型風(fēng)速隨高度無(wú)明顯的變化。（c）極值型風(fēng)速向上增加至某一高度達(dá)最大值，然后隨高度反而減小。（d）反向型風(fēng)速隨高度出現(xiàn)兩個(gè)極值，一個(gè)最大，一個(gè)最小。（e）其它型不屬于以上各型的很不規(guī)律廓線。第三十六頁(yè)，共七十八頁(yè)，2022年，8月28日廓線類別正常型等速型極值型反向型其它型合計(jì)次數(shù)751413152116388占百分比值（%）19.33.633.813.429.9100表（5－4）渡口市金沙江河谷風(fēng)速廓線分類表（1979～1980）

第三十七頁(yè)，共七十八頁(yè)，2022年，8月28日③由于地形造成的熱力作用引起局地風(fēng)一山谷風(fēng)山風(fēng)（下坡風(fēng)）一夜間，地面因散熱而冷卻，緊貼山坡的空氣比山谷中部同高度上的空氣冷卻得快，因而在水平方向上形成溫度差，溫度差引起密度差，即坡面上的空氣密度比山谷中同高度上的空氣密度大，使得冷而重的山坡空氣沿山坡向谷底中心流動(dòng)，結(jié)果在山谷中匯成一股由山谷流人平原的氣流，這就是所謂“山風(fēng)”或“下坡風(fēng)”。山谷風(fēng)環(huán)流示意圖。第三十八頁(yè)，共七十八頁(yè)，2022年，8月28日谷風(fēng)（上坡風(fēng)）一白天，情況正好與夜間相反。地面因吸收太陽(yáng)輻射而增熱，山坡上的空氣比山谷中部同高度上的空氣增熱快，故山坡上的空氣比同高度處山谷上空的空氣密度小，因而谷底空氣將沿山坡上升，在谷道中匯成一股由平原流人山谷的氣流，這就是所謂“谷風(fēng)”或“上坡風(fēng)”。第三十九頁(yè)，共七十八頁(yè)，2022年，8月28日④有明顯的鉛直氣流平原地區(qū)氣流多是平直的，山區(qū)由于起伏地形的影響，會(huì)強(qiáng)迫氣流上升和下沉，受熱不均勻也會(huì)引起局部的上升和下沉氣流。1981年12月至1982年1月用平衡氣球在渡口市金沙江河谷的觀測(cè)表明，鉛直氣流的平均速度為0.3米／秒左右，大的達(dá)1～1.5米／秒。有時(shí)氣球沿河谷的一側(cè)順山而下，再沿另一側(cè)山坡上升，其軌跡與地形十分吻合。第四十頁(yè)，共七十八頁(yè)，2022年，8月28日3．山區(qū)的湍流特征山區(qū)湍流強(qiáng)度一般比平原大得多。在山區(qū)除了溫度層結(jié)不穩(wěn)定可引起熱力湍流外，由于復(fù)雜的地形受熱不均勻也會(huì)引起局部熱對(duì)流。同時(shí)山區(qū)粗糙的地形也會(huì)產(chǎn)生不同尺度的機(jī)械湍流。擴(kuò)散速率取決于總的湍流強(qiáng)度，即取決于熱力湍流和機(jī)械湍流的總和。平原地區(qū)機(jī)械湍流的貢獻(xiàn)相對(duì)較小，當(dāng)層結(jié)穩(wěn)定時(shí)熱力湍流又不可能發(fā)展，所以總的湍流微弱，擴(kuò)散緩慢。但在山區(qū)，即使在穩(wěn)定條件下，仍能形成較強(qiáng)的機(jī)械湍流，擴(kuò)散速率比平原快得多。第四十一頁(yè)，共七十八頁(yè)，2022年，8月28日二、山區(qū)典型的污染過(guò)程1．山谷中的污染在狹長(zhǎng)的山谷或河谷地帶，除了污染物的側(cè)向擴(kuò)散可能受到兩側(cè)山坡限制外，還有一些特殊過(guò)程。第四十二頁(yè)，共七十八頁(yè)，2022年，8月28日①山谷風(fēng)轉(zhuǎn)換及小風(fēng)下的污染物累積現(xiàn)象一天之中，山谷風(fēng)交替出現(xiàn)，吹山風(fēng)時(shí)排放的污染物向外流動(dòng)。若不久轉(zhuǎn)人谷風(fēng)，被污染的空氣又被帶回谷內(nèi)。特別是山谷風(fēng)轉(zhuǎn)換時(shí)刻，風(fēng)向不穩(wěn)定，時(shí)進(jìn)時(shí)出，不斷重復(fù)這種“拉鋸”，使排放源周圍空氣中污染物濃度不斷增加。如果同時(shí)有逆溫存在，風(fēng)速很小，風(fēng)向變化頻繁，則污染更加嚴(yán)重。

圖（5－12）吹山谷風(fēng)時(shí)污染物流向示意圖第四十三頁(yè)，共七十八頁(yè)，2022年，8月28日②山谷中的漫煙型污染山谷中的漫煙型污染是一種嚴(yán)重的污染。一般在早晨日出后出現(xiàn)，地面濃度極高，傍晚又出現(xiàn)一回次高峰。如，某地有一河谷地帶，該河谷基本上呈南北走向，寬1.5～2千米，兩側(cè)山坡相對(duì)高度為700～800米，某冶煉廠煙囪高120米。日出前的幾個(gè)小時(shí)內(nèi)，風(fēng)速很小，由于夜間的逆溫，沿著河谷吹向下游的氣流是穩(wěn)定的，煙流經(jīng)抬升達(dá)到300米高度后就不再升高，維持在這個(gè)高度上順流而下，幾乎沒(méi)有什么擴(kuò)散，煙流中的SO2濃度很高。日出以后，河谷兩側(cè)的山坡受太陽(yáng)照射，很快增溫，東側(cè)仍較冷，于是形成局地環(huán)流。

圖（5－13）山谷中的局地環(huán)流第四十四頁(yè)，共七十八頁(yè)，2022年，8月28日在四川省渡口市觀測(cè)到另一種漫煙過(guò)程。該市弄弄坪區(qū)的高架源處在山坡上，加上抬升高度，夜間煙氣積聚在逆溫層上部。如前所述，渡口市冬季逆溫層厚度可達(dá)500～600米，逆溫層的上部要到中午前后才完全消散，故發(fā)生漫煙的時(shí)間比平原遲。。圖（5－14）是該地區(qū)一月份SO2平均濃度日變化曲線圖。各地面采樣點(diǎn)的日最高濃度都規(guī)則地出現(xiàn)在11時(shí)30分左右。春秋季的地面濃度也以11時(shí)30分左右最高，但不如冬季明顯，第四十五頁(yè)，共七十八頁(yè)，2022年，8月28日2．下坡風(fēng)及“冷湖”中的污染下坡風(fēng)晴朗的夜間，山坡輻射冷卻，冷空氣沿山坡向下流動(dòng)，形成一層厚度不大的下坡風(fēng)，其厚度超過(guò)50米的機(jī)會(huì)較少。位于山坡上的排放源的高度未超過(guò)下坡風(fēng)的厚度，污染物將被帶向谷底。第四十六頁(yè)，共七十八頁(yè)，2022年，8月28日“冷湖”現(xiàn)象在山區(qū)，有些地方四周地形高，中間是凹地，夜間沿山坡流下的冷空氣沒(méi)有出口，在凹地中積聚，形成強(qiáng)逆溫層，稱為“冷湖”現(xiàn)象。當(dāng)梯度風(fēng)不大時(shí)，凹地是靜風(fēng)。有些非典型的山谷地帶，沒(méi)有明顯的山谷風(fēng)，也可能出現(xiàn)強(qiáng)逆溫和靜風(fēng)相配合的氣象條件。山谷凹地中這種逆溫和靜風(fēng)的伴隨出現(xiàn)，可能造成最不利的污染形勢(shì)。如果污染源位于凹地之中，上部受到逆溫層的限制或下沉的冷空氣帶回谷底，四周則受到地形的限制，加上靜風(fēng)條件，污染物排不出去，會(huì)在凹地中積聚形成高濃度。第四十七頁(yè)，共七十八頁(yè)，2022年，8月28日3．背風(fēng)區(qū)的污染氣流過(guò)山會(huì)在背風(fēng)區(qū)出現(xiàn)明顯的上升氣流和下沉氣流，有時(shí)還會(huì)出現(xiàn)劇烈的湍流區(qū)。當(dāng)氣流垂直于山脈走向越過(guò)山背時(shí)，由于山的影響，在山的背風(fēng)一側(cè)常形成波狀流動(dòng)稱為地形波或叫背風(fēng)波。這種波動(dòng)是一種重力波，是由于氣流過(guò)山被強(qiáng)迫抬升，當(dāng)大氣層結(jié)比較穩(wěn)定時(shí)，在重力——慣性力的交替作用下作振動(dòng)，于是形成背風(fēng)波，在下風(fēng)方向出現(xiàn)一系列上升和下沉氣流。第四十八頁(yè)，共七十八頁(yè)，2022年，8月28日過(guò)山氣流引起的污染通常有以下幾種情況.幾種典型的背風(fēng)區(qū)污染。①排放源位于山前，煙流隨過(guò)山氣流帶向地面，造成下沉污染。第四十九頁(yè)，共七十八頁(yè)，2022年，8月28日②排放源位于過(guò)山下沉氣流或湍流區(qū)，此時(shí)煙流被向下傾斜的氣流帶向地面，或由于強(qiáng)烈的湍流混合很快擴(kuò)散到地面，造成地面的高污染濃度。第五十頁(yè)，共七十八頁(yè)，2022年，8月28日③污染源位于背風(fēng)側(cè)回流區(qū)中，此時(shí)煙流被回流區(qū)的下沉氣流帶回地面，而且部分污染物可能在回流區(qū)內(nèi)往返積累造成高污染濃度。只有當(dāng)排放源高度超過(guò)回流層高度后，才不會(huì)受回流的影響。第五十一頁(yè)，共七十八頁(yè)，2022年，8月28日根據(jù)對(duì)過(guò)山氣流的分析，若背風(fēng)坡地形相對(duì)開(kāi)闊，靠近坡面排放的污染物會(huì)被過(guò)山氣流帶到坡底，但對(duì)排放源較高的煙流，則可能只是被下壓到一定的高度，不一定完全下壓觸地，高度超出過(guò)山氣流層的煙源則基本上不受影響。若山后是狹窄的深谷，過(guò)山氣流只能影響上部流場(chǎng)，不易侵人山谷的中下部。因此，在山區(qū)建立排放源時(shí)，其位置應(yīng)盡可能離開(kāi)盛行風(fēng)向背風(fēng)面的山腳，并要有足夠的高度，避免過(guò)山氣流直接下壓和強(qiáng)湍流區(qū)的影響。第五十二頁(yè)，共七十八頁(yè)，2022年，8月28日四、山區(qū)的擴(kuò)散參數(shù)前面提到的狹長(zhǎng)山谷中擴(kuò)散模式和NOAA模式所采用的擴(kuò)散參數(shù)都是直接采用“高斯煙流”模式所用擴(kuò)散參數(shù)的方法。但嚴(yán)格講由于山區(qū)氣流十分復(fù)雜，不能直接采用以前方法。因此一般山區(qū)擴(kuò)散參數(shù)的獲取有兩個(gè)途徑：1．在總結(jié)山區(qū)擴(kuò)散經(jīng)驗(yàn)規(guī)律基礎(chǔ)上，根據(jù)山區(qū)湍流強(qiáng)，擴(kuò)散快的特點(diǎn)，按我國(guó)規(guī)定把穩(wěn)定度提級(jí)后再查找σyσz。2．有條件最好是進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)大氣擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)或在實(shí)驗(yàn)室作風(fēng)洞模擬實(shí)驗(yàn)來(lái)確定σy，σz。下面是我國(guó)某山區(qū)擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)結(jié)果。第五十三頁(yè)，共七十八頁(yè)，2022年，8月28日3．背風(fēng)區(qū)的污染氣流過(guò)山會(huì)在背風(fēng)區(qū)出現(xiàn)明顯的上升氣流和下沉氣流，有時(shí)還會(huì)出現(xiàn)劇烈的湍流區(qū)。當(dāng)氣流垂直于山脈走向越過(guò)山背時(shí)，由于山的影響，在山的背風(fēng)一側(cè)常形成波狀流動(dòng)稱為地形波或叫背風(fēng)波。第五十四頁(yè)，共七十八頁(yè)，2022年，8月28日過(guò)山氣流引起的污染通常有以下幾種情況，見(jiàn)圖（5－16）幾種典型的背風(fēng)區(qū)污染。幾種典型的背風(fēng)區(qū)污染第五十五頁(yè)，共七十八頁(yè)，2022年，8月28日①排放源位于山前，煙流隨過(guò)山氣流帶向地面，造成下沉污染。②排放源位于過(guò)山下沉氣流或湍流區(qū)，此時(shí)煙流被向下傾斜的氣流帶向地面，或由于強(qiáng)烈的湍流混合很快擴(kuò)散到地面，造成地面的高污染濃度。③污染源位于背風(fēng)側(cè)回流區(qū)中，此時(shí)煙流被回流區(qū)的下沉氣流帶回地面，而且部分污染物可能在回流區(qū)內(nèi)往返積累造成高污染濃度。只有當(dāng)排放源高度超過(guò)回流層高度后，才不會(huì)受回流的影響。第五十六頁(yè)，共七十八頁(yè)，2022年，8月28日三、山區(qū)污染擴(kuò)散模式1．狹長(zhǎng)山谷中的擴(kuò)散模式在狹長(zhǎng)山谷中，當(dāng)煙體的邊緣接近兩側(cè)山坡時(shí)，側(cè)向擴(kuò)散受到兩側(cè)壁的限制。因此可以認(rèn)為在離源一定距離后，經(jīng)過(guò)側(cè)壁的多次反射，橫向濃度接近均勻分布，而垂直向仍為正態(tài)分布（無(wú)上層逆溫時(shí)），這時(shí)可以仿照封閉型擴(kuò)散的處理方法，得到在y向均勻分布以后高架點(diǎn)源的地面濃度公式。第五十七頁(yè)，共七十八頁(yè)，2022年，8月28日當(dāng)X≥2Xy時(shí)，煙流橫向擴(kuò)散就基本趨于均勻了。第五十八頁(yè)，共七十八頁(yè)，2022年，8月28日⒉NDAA模式美國(guó)國(guó)家海洋與大氣局分析了起伏地形對(duì)煙流的影響后提出了以高斯煙流為基礎(chǔ)的NoAA模式；其要點(diǎn)如下：第五十九頁(yè)，共七十八頁(yè)，2022年，8月28日（1）在大氣為中性和不穩(wěn)定層結(jié)時(shí)（A、B、C、D層結(jié)）假設(shè)煙流中心和地形的高度差始終保持初始的有效源高，即煙流中線軌跡與地面平行，隨地形起伏而起伏。在這種假設(shè)條件下，地形的影響被排除，此時(shí)地面軸線濃度用以前講的高斯地面軸線濃度即可：第六十頁(yè)，共七十八頁(yè)，2022年，8月28日（2）在大氣為穩(wěn)定層結(jié)時(shí)（E、F）假設(shè)煙流中心線與海平面平行，于是對(duì)起伏地形、煙流中心線與地面不平行。設(shè)地形高度為hr，于是引進(jìn)經(jīng)高度修正后的地面軸線濃度計(jì)算公式：式中hT是地形高度，亦即計(jì)算點(diǎn)地面高于煙囪底的高度，并令當(dāng)ht＞H時(shí)，H—hT＝0，此時(shí)煙流中心線直接落于地面計(jì)算點(diǎn)，即地面濃度等于煙流中心濃度。第六十一頁(yè)，共七十八頁(yè)，2022年，8月28日（3）對(duì)NOAA模式的評(píng)價(jià)顯然，NOAA模式未考慮煙流隨地形起伏的變化，包括煙流可能發(fā)生形變或繞流而不一定直接觸地；另外亦未引人山區(qū)擴(kuò)散速率比平原地區(qū)高的因素。因此模式計(jì)算結(jié)果誤差較大?？偟膩?lái)說(shuō)，由于山區(qū)氣象及地形條件復(fù)雜、風(fēng)向和風(fēng)速分布極不規(guī)則，因此山區(qū)污染的研究及山區(qū)污染濃度的計(jì)算都十分困難，以上介紹的模式都作了很多簡(jiǎn)化，與實(shí)際情況有較大差距，只能作為粗略估算。第六十二頁(yè)，共七十八頁(yè)，2022年，8月28日第六十三頁(yè)，共七十八頁(yè)，2022年，8月28日第三節(jié)水域附近的空氣污染擴(kuò)散由于經(jīng)濟(jì)、交通等原因世界上許多城市和工業(yè)區(qū)往往位于沿海和大溯沿岸。我國(guó)沿海地區(qū)也是人口和工業(yè)集中，經(jīng)濟(jì)比較發(fā)達(dá)的地區(qū)。因此研究這類地區(qū)的湍流擴(kuò)散和污染物的輸送狀況是很重要的課題。在水陸交界區(qū)域，由于水體和陸地的粗糙度、熱力性質(zhì)和輻射傳輸?shù)葎×业乃讲町?，形成了局地氣象特征，使得這些區(qū)域的大氣擴(kuò)散規(guī)律與平原地區(qū)有明顯的不同，出現(xiàn)一些特殊的空氣污染過(guò)程。第六十四頁(yè)，共七十八頁(yè)，2022年，8月28日—、海陸風(fēng)環(huán)流的影晌大型水域附近最明顯的局地環(huán)流是海（湖）陸風(fēng)環(huán)流。海陸風(fēng)是以日為周期的中小尺度天氣過(guò)程。由于水陸的熱力性質(zhì)不同，造成他們之間的溫度差。水的導(dǎo)熱率、比熱、熱容量等都比陸地大，因而水面溫度變化比陸面緩慢，其日變化也比陸地小，這樣導(dǎo)致水面上和陸地上氣溫的差異，從而生成海陸風(fēng)。在近地面，白天吹海風(fēng)，海風(fēng)上面是返回海洋的反向補(bǔ)償氣流，其厚度約等于海風(fēng)的一倍，夜間則吹陸風(fēng)，海陸風(fēng)環(huán)流示意圖

第六十五頁(yè)，共七十八頁(yè)，2022年，8月28日海陸風(fēng)環(huán)流對(duì)大氣污染的擴(kuò)散有幾種作用1．循環(huán)作用海風(fēng)上方的補(bǔ)償氣流和下層風(fēng)向相反，對(duì)一些排放或抬升較高的污染源，進(jìn)人反向補(bǔ)償氣流的污染物向下擴(kuò)散后，會(huì)隨海風(fēng)環(huán)流帶回陸地，提高低層上風(fēng)向污染物的濃度。第六十六頁(yè)，共七十八頁(yè)，2022年，8月28日

2．海陸風(fēng)轉(zhuǎn)換時(shí)的重復(fù)污染海陸風(fēng)是有日變化的環(huán)流，在海陸風(fēng)轉(zhuǎn)換期，隨陸風(fēng)輸向水體方向的污染物又會(huì)被發(fā)展起來(lái)的海風(fēng)帶回陸地，形成重復(fù)污染。見(jiàn)圖（5－18）陸風(fēng)，湖風(fēng)轉(zhuǎn)換前后污染物的輸送。海陸風(fēng)轉(zhuǎn)換期平均風(fēng)速較小，氣流比較紊亂，單個(gè)源排放的污染物常常被分散在較廣闊的范圍內(nèi)，上述的重復(fù)污染不一定引起過(guò)高的濃度。但對(duì)一個(gè)工業(yè)區(qū)或城市來(lái)說(shuō)，許多源的重復(fù)污染彼此交叉重迭，就會(huì)使整個(gè)地區(qū)平均污染物濃度增高，這一點(diǎn)對(duì)沿海城市的污染有不可忽視的影響。第六十七頁(yè)，共七十八頁(yè)，2022年，8月28日3．海風(fēng)“鋒面”的影響如果大范圍的盛行風(fēng)和海風(fēng)方向相反，隨著海風(fēng)人侵，下層海風(fēng)溫度較低，上層陸上氣流溫度較高，海風(fēng)的前沿形成一層傾斜的逆溫頂蓋，這與大尺度天氣系統(tǒng)的“冷鋒”有些相似。見(jiàn)圖（5－19）海風(fēng)人侵時(shí)污染物輸送示意圖。第六十八頁(yè)，共七十八頁(yè)，2022年，8月28日海風(fēng)前緣為輻合上升氣流帶，污染物隨輻合氣流上升，然后隨上層盛行風(fēng)吹向海洋，在海洋上擴(kuò)散到下層的部分污染物，又將隨海風(fēng)進(jìn)入內(nèi)陸。海風(fēng)入侵的距離和厚度看它和盛行風(fēng)的強(qiáng)弱而定，在近岸處通常厚度可達(dá)幾百米，入侵距離可達(dá)幾千米。沿岸較低的排放源排放的煙流隨海風(fēng)吹向內(nèi)陸，它的擴(kuò)散受上部逆溫頂蓋的限制，封閉，可形成地面較高濃度的污染。第六十九頁(yè)，共七十八頁(yè)，2022年，8月28日二、熱力邊界層的影晌

1．熱力邊界層的大氣污染過(guò)程

水陸溫差除了以日為周期的變化外，水陸熱力性質(zhì)的差異，還使得它們溫度年變化的位相不同，水體溫度變化位相落后于相鄰的陸地。春末夏初，水面溫度開(kāi)始上升，但陸地溫度升得更快一些。當(dāng)遠(yuǎn)岸的大氣處于穩(wěn)定狀態(tài)，隨著系統(tǒng)性的向岸氣流吹向陸上時(shí)，受陸地下墊