大氣污染物的擴(kuò)散與氣象條件

大氣污染物的擴(kuò)散與氣象條件第一頁，共三十一頁，2022年，8月28日大氣污染物的擴(kuò)散與氣象條件

影響大氣污染物擴(kuò)散的范圍、強(qiáng)度和程度的因素(1)污染物的性質(zhì)(物理的和化學(xué)的，顆粒污染物與氣態(tài)污物〉;(2)污染源的參數(shù)(污染物的排放量、組成、排放方式、排放源的幾何高度及形狀、密集程度、相對(duì)位置、煙氣溫度、排氣速率等〉;(3)氣象條件（風(fēng)向、風(fēng)速、溫度層結(jié)、大氣穩(wěn)定度、混合層厚度等〉;(4)下墊面地表性質(zhì)(地形起伏程度、粗糙度、地面覆蓋物、建筑物等〉。

在污染源參數(shù)一定的情況下，氣象條件和下墊面狀況對(duì)一個(gè)地區(qū)的大氣污染程度有十分重要的影響，它們決定了大氣對(duì)污染物的稀釋擴(kuò)散速率、遷移轉(zhuǎn)化途徑與方向。第二頁，共三十一頁，2022年，8月28日大氣圈垂直結(jié)構(gòu)序號(hào)名稱距離地球表面髙度主要特征1對(duì)流層赤道處約17?18km，中緯度地區(qū)10?12km兩極附近8?9km集中了整個(gè)大氣困大氣質(zhì)置的3/4和幾乎全部的水蒸氣，云、霽、雨等主要天氣現(xiàn)象都發(fā)生在這一層；氣溫隨高度增加而降低，每升高100巾平均降溫約0.6510；空氣具有強(qiáng)烈的對(duì)流運(yùn)動(dòng)和垂直混合作用；溫度和濕度的水平分布不均勻，經(jīng)常發(fā)生大規(guī)?？諝獾乃胶痛怪边\(yùn)動(dòng)2平流層自對(duì)流層頂?shù)?0?55km高度幾乎沒有大氣對(duì)流運(yùn)動(dòng)，大氣垂直混合微弱，極少出現(xiàn)雨、雪天氣；集中了大氣中大部分臭氧，并在20~25乂饑商度上形成臭氧層,保護(hù)地球上的生命免受紫外線傷害3中間層自平流層頂?shù)?514km高度氣溫隨高度升高而迅速降低，其頂部氣溫可達(dá)一83℃--113℃

：以下，大氣的對(duì)流運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，垂直混合明顯4熱成層自中間層頂?shù)?00km高度在強(qiáng)烈的太陽紫外線和宇宙射線作用下，再度出現(xiàn)氣溫隨高度升高而增高的現(xiàn)象^氣體分子被高度電離，存在大量的離子和電子，又稱為電離層5散逸層800km髙度以上的大氣層統(tǒng)稱散逸層為大氣圈的外層,氣溫很高，空氣極為稀薄，空氣粒子的運(yùn)動(dòng)速度很髙，可以擺脫地球引力而散逸到太空中第三頁，共三十一頁，2022年，8月28日表征大氣狀態(tài)的基本氣象要素

所謂表征大氣狀態(tài)的基本氣象要素，主要是指通過常規(guī)氣象臺(tái)（站)觀測(cè)記錄的氣壓、氣溫、大氣濕度、云高和云量、能見度、風(fēng)向和風(fēng)速、降水量和降水類型等。1、氣壓氣壓是作用在單位面積上的大氣壓力，即等于單位面積上向上延伸到大氣上界的垂直空氣柱的重量。氣壓的法定單位為帕第四頁，共三十一頁，2022年，8月28日表征大氣狀態(tài)的基本氣象要素

2、氣溫空氣溫度（簡(jiǎn)稱氣溫）是表示空氣冷熱程度的物理量，常用的氣溫單位為攝氏溫度、熱力學(xué)溫度、華氏溫度。(1)干球溫度：即空氣的真實(shí)溫度，在空氣中用一般溫度計(jì)測(cè)得的溫度稱為該空氣的干球溫度。(2)濕球溫度：用濕紗布包扎溫度計(jì)的感溫部分，紗布下端浸在水中，以維持其處在潤(rùn)濕狀態(tài)，就成為濕球溫度計(jì)。將濕球溫度計(jì)置于空氣中，經(jīng)一段時(shí)間達(dá)到穩(wěn)定后，其計(jì)數(shù)稱為濕球溫度。

第五頁，共三十一頁，2022年，8月28日表征大氣狀態(tài)的基本氣象要素

3、大氣濕度大氣濕度是表示大氣中水汽含量和潮濕程度的物理量。常用的表示方法有絕對(duì)濕度、水汽壓、相對(duì)濕度、露點(diǎn)溫度等。(1)絕對(duì)濕度：?jiǎn)挝惑w積空氣中所含的水汽質(zhì)量，常用單位是g/m3。(2)相對(duì)濕度：空氣中實(shí)際水汽壓與當(dāng)時(shí)氣溫下的飽和水汽壓之比，以百分?jǐn)?shù)表示，取整數(shù)。(3)露點(diǎn)溫度：空氣在水汽含量和氣壓不變的條件下，降低氣溫達(dá)到飽和時(shí)的溫度，以攝氏度（℃）為單位。

第六頁，共三十一頁，2022年，8月28日表征大氣狀態(tài)的基本氣象要素

4、云云是懸浮在大氣中的小水滴、過冷水滴、冰晶或它們的混合物組成的可見聚合體，有時(shí)也包含一些較大的雨滴、冰粒和雪晶。其底部一般不接觸地面，但低云有時(shí)能與較高的山頭接觸形成所謂的“山戴帽”現(xiàn)象。從大氣污染物擴(kuò)散的角度來講，主要關(guān)心的是云量和云高。。

第七頁，共三十一頁，2022年，8月28日表征大氣狀態(tài)的基本氣象要素

⑴云髙云高指云底距地面的垂直距離，以米為單位，記錄取整數(shù)。有條件的地面氣象觀測(cè)臺(tái)(站）應(yīng)盡量實(shí)測(cè)云高⑵云量云量是指云遮蔽全天空視野的成數(shù)。云量觀測(cè)包括總云量、低云量?？傇评锸侵赣^測(cè)時(shí)全天空被所有的云遮蔽的總成數(shù)，低云量是指天空被低云族的云所遮蔽的成數(shù)，均記整數(shù)。我國將天空分為10等份，云遮蔽了幾份，云量就是幾；國外常將天空分為8等份，云遮蔽了幾份，云量就是幾。第八頁，共三十一頁，2022年，8月28日表征大氣狀態(tài)的基本氣象要素

總云量的觀測(cè)：全天空無云，總云量記0；天空完全為云所遮蔽，記10；天空完全為云所遮蔽，但只要從云隙中可見青天，則記10—；云占全天空十分之一，總云量記1；云占全天空十分之二，總云量記2，其余依次類推。天空有少許云，其量不到天空的十分之零點(diǎn)五時(shí),總云量記0。低云量的觀測(cè)方法，與總云量同。任何情況下，低云量不得大于總云量。第九頁，共三十一頁，2022年，8月28日表征大氣狀態(tài)的基本氣象要素

5、能見度能見度是指視力正常（對(duì)比感閾為0.05〉的人，在當(dāng)時(shí)天氣條件下，能夠從天空背景中看到和辨認(rèn)的目標(biāo)物（黑色、大小適度）的最大距離，以km或m為單位。能見度表示了大氣清潔、透明的程度。能見度的觀測(cè)值通常分為10級(jí)，如表1-5所示。表1-5能見度級(jí)數(shù)與白曰視程能見度級(jí)白日視程/m0〈50150?2002200?500第十頁，共三十一頁，2022年，8月28日表征大氣狀態(tài)的基本氣象要素

能見度級(jí)白日視程/m3500?100041000—200052000?400064000?10000710000?20000820000?500009〉50000第十一頁，共三十一頁，2022年，8月28日表征大氣狀態(tài)的基本氣象要素

6、風(fēng)向、風(fēng)速（1）風(fēng)向、風(fēng)速的觀測(cè)記錄空氣運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的氣流，稱為風(fēng)。氣象觀測(cè)中測(cè)量的風(fēng)一般是兩維矢量（水平運(yùn)動(dòng)、用風(fēng)向和風(fēng)速表示。風(fēng)向，是指風(fēng)的來向，如西北風(fēng)即是指從西北方向吹來的風(fēng)，氣象上一般記錄為英文符號(hào)NW。風(fēng)向用十六方位法表示第十二頁，共三十一頁，2022年，8月28日表征大氣狀態(tài)的基本氣象要素

風(fēng)速是指單位時(shí)間內(nèi)空氣移動(dòng)的水平距離。風(fēng)速以m/s為單位。從氣象臺(tái)站獲得的風(fēng)速資料有兩種表達(dá)方式，一種是有數(shù)值的，另一種是用字母C表示的，C代表風(fēng)速已小于測(cè)風(fēng)儀的最低閾值，通常稱為靜風(fēng)。需要指出的是，不同氣象臺(tái)站采用的不同測(cè)風(fēng)儀器，其最低閾值是不同的。我國《地面氣象觀測(cè)規(guī)范》規(guī)定：風(fēng)速小于或等于0.2m/s時(shí)記為靜風(fēng)，風(fēng)向記為C。

第十三頁，共三十一頁，2022年，8月28日表征大氣狀態(tài)的基本氣象要素

風(fēng)向、風(fēng)速玫瑰圖(1)風(fēng)向、風(fēng)速玫瑰圖及繪制風(fēng)向玫瑰圖，表示各風(fēng)向的出現(xiàn)頻率(單位：℅），是根據(jù)某一地區(qū)氣象臺(tái)（站）觀測(cè)的一定時(shí)期內(nèi)的各風(fēng)向出現(xiàn)頻率統(tǒng)計(jì)資料，在極坐標(biāo)底圖上按各風(fēng)向標(biāo)出其頻率的大小而繪制出的圖形，因圖形似玫瑰花朵而得名。風(fēng)向頻率,是指在一定時(shí)間內(nèi)各個(gè)風(fēng)向出現(xiàn)的次數(shù)占所有風(fēng)向觀測(cè)記錄次數(shù)的百分比。最多風(fēng)向，則是指在規(guī)定時(shí)間段內(nèi)出現(xiàn)頻數(shù)最多的風(fēng)向。風(fēng)向玫瑰圖可直觀地表示年、季、月等不同時(shí)段內(nèi)各風(fēng)向出現(xiàn)頻率的大小，為環(huán)境保護(hù)、城市規(guī)劃、建筑設(shè)計(jì)、項(xiàng)目選址、總圖布置和氣候應(yīng)用等領(lǐng)域所常用。風(fēng)速玫瑰圖，表示各風(fēng)向下的平均風(fēng)速（單位：m/s），是在極坐標(biāo)底圖上點(diǎn)繪出的某一地區(qū)在某一時(shí)段內(nèi)各風(fēng)向下的平均風(fēng)速的統(tǒng)計(jì)圖。第十四頁，共三十一頁，2022年，8月28日表征大氣狀態(tài)的基本氣象要素

第十五頁，共三十一頁，2022年，8月28日表征大氣狀態(tài)的基本氣象要素

在環(huán)境評(píng)價(jià)中的應(yīng)用(1)在大氣壞境影響評(píng)價(jià)中，年、季風(fēng)向玫瑰圖是報(bào)告書必需的基本氣象分析圖件。(2)常規(guī)氣象分析和大氣環(huán)境影響預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)，必須繪制評(píng)價(jià)區(qū)近3年或近1年的各季、年風(fēng)向玫瑰圖，必須提供近20年以上的年風(fēng)向玫瑰圖。(3)建設(shè)項(xiàng)目選址與規(guī)劃、總圖布置合理性論證，一般應(yīng)依據(jù)評(píng)價(jià)區(qū)近20年以上的年風(fēng)向玫瑰圖。(4)環(huán)境空氣質(zhì)量現(xiàn)狀監(jiān)測(cè)布點(diǎn)，一般應(yīng)依據(jù)監(jiān)測(cè)期間所處季節(jié)的近3年或近1年的季風(fēng)向玫瑰圖。第十六頁，共三十一頁，2022年，8月28日氣象條件對(duì)大氣污染物擴(kuò)散的影響

由污染源排放的大氣污染物進(jìn)入大氣層,其稀釋、擴(kuò)散和濃度的變化決定于大氣邊界層（PBL)中的各種尺度的大氣過程，尤其是受風(fēng)向、風(fēng)速、溫度等變化的影響。在大氣環(huán)境影響評(píng)價(jià)中，按空間尺度來分，(1)通常將水平范圍小于10km稱為小尺度，10?100km稱為中尺度，大于100km稱為大尺度。(2)不同尺度擴(kuò)散過程，在垂直方向上伸展的髙度也不相同。小尺度一般垂直髙度在1km以下，而大尺度過程可伸展到整個(gè)對(duì)流層，全球尺度的過程還可伸展到平流層。―般的項(xiàng)目評(píng)價(jià)基本上屬于中、小尺度范圍，第十七頁，共三十一頁，2022年，8月28日在大氣環(huán)境影響評(píng)價(jià)中，需明確評(píng)價(jià)的尺度，并據(jù)此分析影響大氣污染物稀釋擴(kuò)散的主要?dú)庀笠蛩?。?duì)于中、小尺度的擴(kuò)散，影響污染物在大氣中運(yùn)動(dòng)的氣象因素主要有風(fēng)、湍流、溫度層結(jié)、大氣穩(wěn)定度、大氣混合層、降水、天氣形勢(shì)、復(fù)雜風(fēng)場(chǎng)等等。氣象條件對(duì)大氣污染物擴(kuò)散的影響第十八頁，共三十一頁，2022年，8月28日1、風(fēng)風(fēng)是影響大氣污染物擴(kuò)散、稀釋的最重要的一個(gè)因子，風(fēng)速的大小決定著污染物的擴(kuò)散速率，而風(fēng)向則決定著污染物的落區(qū)；風(fēng)廓線是風(fēng)速隨高度增加而發(fā)生的變化曲線，用以研究大氣邊界層內(nèi)的風(fēng)速變化規(guī)律。排人大氣中的污染物，會(huì)沿著下風(fēng)向輸送、擴(kuò)散和稀釋，風(fēng)速越大，污染物被輸送的距離越遠(yuǎn)，其濃度越低。因此，大氣污染不僅受風(fēng)向，也受風(fēng)速的影響。某一風(fēng)向頻率越大，其下風(fēng)向受污染的幾率越高；反之幾率越低。也就是說，大氣污染的程度與風(fēng)向頻率成正比氣象條件對(duì)大氣污染物擴(kuò)散的影響第十九頁，共三十一頁，2022年，8月28日風(fēng)速隨高度變化的模擬一般情況下，在大氣邊界層(PBL)中，風(fēng)速將隨髙度增髙而逐漸增大。風(fēng)速隨髙度變化的曲線稱為風(fēng)速廓線。風(fēng)速廓線的數(shù)學(xué)表達(dá)式稱為風(fēng)速廓線模式。建立起風(fēng)速廓線模式，就可以利用已有的地面風(fēng)資料，模擬計(jì)箅出不同高度的風(fēng)速。近地面層常用的兩種風(fēng)速廓線模式是對(duì)數(shù)律和指數(shù)律。氣象條件對(duì)大氣污染物擴(kuò)散的影響第二十頁，共三十一頁，2022年，8月28日第二十一頁，共三十一頁，2022年，8月28日2、溫度層結(jié)溫度是決定煙氣抬升的一個(gè)重要因索；溫廓線是表示溫度隨髙度增加而發(fā)生的變化，能夠反映溫度隨高度的變化影響熱力湍流擴(kuò)散的能力。氣溫隨高度的分布稱為溫度層結(jié)，溫度層結(jié)可利用常規(guī)高空氣象探測(cè)資料得到，也可采用中尺度氣象模式模擬。氣象條件對(duì)大氣污染物擴(kuò)散的影響第二十二頁，共三十一頁，2022年，8月28日2、溫度層結(jié)近地面層的大氣溫度垂直分布可分為三種情況：一是氣溫隨髙度遞減，出現(xiàn)在晴朗的白天風(fēng)不大時(shí)，可稱為正常分布的不穩(wěn)定層結(jié)；二是氣溫隨高度基本不變，出現(xiàn)在多云或陰天時(shí)，可稱為中性層結(jié)：三是氣溫隨高度遞增，即通常所稱的逆溫現(xiàn)象或穩(wěn)定層結(jié)，一般出現(xiàn)在少云、無風(fēng)或小風(fēng)的傍晚到夜間直至早晨日出。氣象條件對(duì)大氣污染物擴(kuò)散的影響第二十三頁，共三十一頁，2022年，8月28日2、溫度層結(jié)逆溫是對(duì)大氣污染物擴(kuò)散、稀釋非常不利的氣象條件之一。逆溫層是非常穩(wěn)定的氣層，阻礙煙流向上和向下擴(kuò)散，只在水平方向有擴(kuò)散，在空中形成一個(gè)扇形的污染帶；而且，一旦逆溫層消退，在近地面會(huì)有短時(shí)間的熏煙污染現(xiàn)象，可能會(huì)造成相對(duì)較高濃度污染。通過對(duì)溫廓線的分析，可以知道逆溫層出現(xiàn)的時(shí)間、頻率、平均髙度范圍和強(qiáng)度等，進(jìn)而分析項(xiàng)目排放污染物造成污染較嚴(yán)重時(shí)的氣象條件及規(guī)律，可有針對(duì)性地提出減緩或避免逆溫熏煙污染的環(huán)境保護(hù)與防治措施。

氣象條件對(duì)大氣污染物擴(kuò)散的影響第二十四頁，共三十一頁，2022年，8月28日表征大氣溫度層結(jié)的參數(shù)主要溫度垂直遞減率，干絕熱遞減率1、氣團(tuán)運(yùn)動(dòng)的絕熱過程?

空氣移動(dòng),高壓區(qū)→低壓，膨脹降溫，壓縮升溫。?

當(dāng)氣團(tuán)在水平方向運(yùn)動(dòng),非絕熱過程。?

當(dāng)氣團(tuán)作垂直升降運(yùn)動(dòng)時(shí)，近似為絕熱過程。氣象條件對(duì)大氣污染物擴(kuò)散的影響第二十五頁，共三十一頁，2022年，8月28日?

高溫暖氣團(tuán)傾向于從地表移動(dòng)到低壓的高處，氣團(tuán)絕熱膨脹并降溫。若沒有水汽凝結(jié)，冷卻速率為0.98℃/100m，稱為溫度的干絕熱遞減率（rd）。?

然而，一般氣團(tuán)中都含有水蒸氣，冷凝放潛熱，得到溫度的垂直遞減率（r）,冷卻速率為0.65℃/100m。?

當(dāng)污染源排放的污染剛進(jìn)入大氣環(huán)境的時(shí)候，可視為一個(gè)絕熱過程。膨脹降溫20℃壓縮升溫21℃溫度垂直遞減率，干絕熱遞減率氣象條件對(duì)大氣污染物擴(kuò)散的影響第二十六頁，共三十一頁，2022年，8月28日3、湍流大氣呈無規(guī)則的、三維的小尺度運(yùn)動(dòng)稱為大氣湍流。其表現(xiàn)為氣流的速度和方向隨時(shí)間和空間位置的不同而呈隨機(jī)變化，并由此引起溫度、濕度以及污染物濃度等屑性的隨機(jī)漲落。大氣總是處于不停息的湍流運(yùn)動(dòng)之中，排放到大氣中的污染物質(zhì)，在湍流作用下被擴(kuò)散和稀釋。如我們?nèi)粘Ｋ吹降?，煙囪中冒出的煙氣總是向下風(fēng)方向飄去并不斷地向四周擴(kuò)散，這就是大氣對(duì)污染物的輸送和稀釋擴(kuò)散的過程。氣象條件對(duì)大氣污染物擴(kuò)散的影響第二十七頁，共三十一頁，2022年，8月28日第二十八頁，共三十一頁，2022年，8月28日3、湍流大氣湍流是由一系列不規(guī)則的渦旋運(yùn)動(dòng)組成的，這種渦旋稱為湍渦。當(dāng)湍流由小渦旋組成，它的尺度比煙團(tuán)小時(shí)，因擴(kuò)散作用緩慢，所以煙團(tuán)幾乎呈水平方向作直線運(yùn)動(dòng)（圖a）；若湍流由大渦旋組成，其尺度比煙團(tuán)大時(shí)，由于煙團(tuán)被大尺度的大氣湍流夾帶，煙團(tuán)