大氣擴(kuò)散-課件

大氣圈結(jié)構(gòu)及主要?dú)庀笠卮髿馊Υ怪苯Y(jié)構(gòu)主要?dú)庀笠卮髿馊Y(jié)構(gòu)及主要?dú)庀笠卮髿馊Υ怪苯Y(jié)構(gòu)1按氣溫：對(duì)流層（~8,17km）平流層（對(duì)流層頂~50,55km）中間層（平流層頂~85km）電離層（中間層頂~800km）散逸層（電離層以上）大氣邊界層對(duì)流層下層1~2km，地面阻滯和摩擦作用明顯近地層地面上50-100m自由大氣邊界層以上，地面摩擦可以忽略大氣壓力總是隨著高度的增加而減小大氣圈垂直結(jié)構(gòu)按氣溫：大氣圈垂直結(jié)構(gòu)2主要?dú)庀笠?．氣溫

天氣預(yù)報(bào)中：1.5m高、百葉箱內(nèi)氣溫主要?dú)庀笠?．氣溫32．氣壓（大氣的壓強(qiáng)）單位：Pa（帕斯卡，帕）1atm＝101325Pa＝1013.25hPa（mb毫巴）=760mmHg

靜力學(xué)方程:p(氣壓,Pa),z(高度,m),ρ(空氣密度,kg/m3)

主要?dú)庀笠?．氣壓（大氣的壓強(qiáng)）主要?dú)庀笠?3．氣濕（大氣的濕度，濕度）表示空氣中水汽的含量，即空氣的潮濕程度常用表示方法：絕對(duì)濕度，相對(duì)濕度，含濕量，露點(diǎn)等主要?dú)庀笠?．氣濕（大氣的濕度，濕度）主要?dú)庀笠?

4．風(fēng)向和風(fēng)速風(fēng)：水平方向的空氣運(yùn)動(dòng)（垂直方向－升降氣流）風(fēng)向：風(fēng)的來向（8或16個(gè)方位圓周等分）風(fēng)速u：單位時(shí)間內(nèi)空氣在水平方向上運(yùn)動(dòng)距離（m/s,km/h）

F－風(fēng)力級(jí)數(shù)（0～12級(jí)）（km/h）風(fēng)向頻率：某一時(shí)期內(nèi)各方位風(fēng)的次數(shù)，常以百分?jǐn)?shù)表示主要?dú)庀笠?/p>

4．風(fēng)向和風(fēng)速主要?dú)庀笠?主要?dú)庀笠?．云云：是指大氣中小水滴或冰晶膠體的集合體云量:天空被云遮蔽的成數(shù)（我國10等分，國外8等分）云高:云底距地面的高度低云（2000m以下）中云（2000-6000m）高云（6000m以上）云狀:卷云(線)，積云(塊)，層云(面)，雨層云(無定形)

主要?dú)庀笠?．云7主要?dú)庀笠?．能見度正常視力的人，在天空背景下能看清的水平距離級(jí)別（0~9級(jí)，相應(yīng)距離為50～50000米）

主要?dú)庀笠?．能見度8主要?dú)庀笠?．太陽高度角太陽光線與地平面的夾角隨時(shí)間變化，是影響太陽輻射強(qiáng)弱的主要因子之一主要?dú)庀笠?．太陽高度角9主要?dú)庀笠?．大氣湍流是指大氣的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)使大氣中的動(dòng)量、熱量、水氣和污染物的垂直和水平交換作用明顯增強(qiáng)，遠(yuǎn)大于分子運(yùn)動(dòng)的交換強(qiáng)度根據(jù)成因機(jī)械湍流：垂直方向風(fēng)速分布不均勻及地面粗糙度造成熱力湍流：垂直方向溫度分布不均勻及地表面受熱不均造成主要?dú)庀笠?．大氣湍流10大氣穩(wěn)定度氣溫的垂直分布干絕熱直減率大氣穩(wěn)定度及其分類大氣污染與氣象大氣穩(wěn)定度氣溫的垂直分布11氣溫的垂直分布?xì)鉁厥请S高度變化的垂直遞減率：高度每變化100m氣溫變化的度數(shù)，γ（℃/100m）

T—溫度，℃；z—高度，m溫度層結(jié)：在坐標(biāo)圖上，氣溫隨高度的變化可用一條曲線表示1表示正常分布，遞減層結(jié)；γ＞02表示中性層結(jié)；γ=13表示等溫層結(jié)；γ=04表示逆溫；γ＜0氣溫的垂直分布?xì)鉁厥请S高度變化的12干絕熱直減率干絕熱過程：某一小塊干空氣在大氣中做垂直運(yùn)動(dòng)，且不與周圍空氣發(fā)生熱量交換從地面絕熱上升時(shí)，膨脹對(duì)外做功，消耗自身內(nèi)能，溫度降低從高空絕熱下降時(shí)，外界對(duì)該氣塊做功，內(nèi)能增加，溫度升高干絕熱直減率：干空氣塊在絕熱過程中，每上升/下降100m時(shí)，溫度降低/升高的數(shù)值稱為干空氣溫度的絕熱垂直遞減率，簡稱干絕熱直減率，γd（K/100m）

T—溫度，K；z—高度，mγd=0.98K/100m≈1K/100m干絕熱直減率干絕熱過程：某一小塊干空氣在大氣中做垂直運(yùn)動(dòng)，且13干絕熱直減率（續(xù)）γ與γd辨析γd是指干空氣塊垂直位移時(shí)絕熱條件下溫度的變化，固定值0.98K/100mγ是隨空間和時(shí)間變化的，中性層結(jié)時(shí)γ=γd=1K/100m研究大氣邊界層的溫度場時(shí)，干空氣塊垂直運(yùn)動(dòng)時(shí)的溫度變化主要受氣壓變化的影響，熱交換影響很小，因此這可視為一絕熱過程干絕熱直減率（續(xù)）γ與γd辨析14大氣穩(wěn)定度及其分類大氣穩(wěn)定度：大氣在垂直方向上穩(wěn)定的程度，即大氣是否容易發(fā)生對(duì)流定性描述：外力使氣塊上升或下降氣塊去掉外力氣塊減速，有返回趨勢，穩(wěn)定氣塊加速上升或下降，不穩(wěn)定氣塊停在外力去掉處或等速運(yùn)動(dòng)，中性不穩(wěn)定條件下有利于污染物擴(kuò)散大氣穩(wěn)定度及其分類大氣穩(wěn)定度：大氣在垂直方向上穩(wěn)定的程度，即15（單位體積塊）加速度，假定，由狀態(tài)方程可得：定量判斷:

設(shè)想在z0處有一氣塊，其溫度與周圍空氣溫度相同T0，小氣塊在外力作用下向上運(yùn)動(dòng)一段距離△z后，狀態(tài)參數(shù)T’、P’、ρ’，周圍大氣參數(shù)T、P、ρ

氣塊：

環(huán)境：高度

（一般均滿足絕熱條件）（單位體積塊）加速度16

混合層

>0,a>0不穩(wěn)定中性層＝0,a=0中性

<0,a<0弱穩(wěn)定

穩(wěn)定層

<0，a<0逆溫，強(qiáng)穩(wěn)定

判據(jù)：混合層17大氣穩(wěn)定度分類（P263-265）帕斯奎爾(Pasquill)分類將大氣稀釋擴(kuò)散能力分為6個(gè)穩(wěn)定度級(jí)別，ABCDEF不穩(wěn)定：A極不穩(wěn)定，B不穩(wěn)定，C弱不穩(wěn)定中性：D穩(wěn)定：E弱穩(wěn)定，F(xiàn)穩(wěn)定優(yōu)點(diǎn)：根據(jù)常規(guī)氣象資料就可以確定大氣穩(wěn)定度級(jí)別，描述開闊的鄉(xiāng)村地區(qū)比較可靠；缺點(diǎn)：不能準(zhǔn)確描述城市大氣穩(wěn)定度情況特納爾（Turner）的改進(jìn)考慮了太陽高度角、云量等因素，描述更為準(zhǔn)確我國大多地區(qū)全年大氣穩(wěn)定度在D、C~D及C級(jí)，近為中性狀態(tài)，因此大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)以中性穩(wěn)定度作為計(jì)算依據(jù)大氣穩(wěn)定度分類（P263-265）18大氣污染與氣象氣象要素對(duì)大氣污染的影響風(fēng)的影響（P248）風(fēng)向影響著大氣污染物的移動(dòng)方向，污染總在下風(fēng)向風(fēng)速影響著大氣污染物的輸送距離和稀釋程度污染系數(shù)=風(fēng)向頻率/平均風(fēng)速大氣污染與氣象氣象要素對(duì)大氣污染的影響19氣象要素對(duì)大氣污染的影響風(fēng)的影響（P248）邊界層中風(fēng)速隨高度的變化公式對(duì)數(shù)律：適于中性層結(jié)，平坦開闊地帶的近地層冪次律：在計(jì)算煙囪高度或有效源高上的風(fēng)速時(shí)簡單方便，實(shí)際應(yīng)用較廣風(fēng)向隨高度的變化：近地層變化可以忽略大氣污染與氣象氣象要素對(duì)大氣污染的影響大氣污染與氣象20氣象要素對(duì)大氣污染的影響大氣湍流的影響湍流越強(qiáng)，擴(kuò)散效應(yīng)越顯著，污染物稀釋程度越大大氣污染與氣象氣象要素對(duì)大氣污染的影響大氣污染與氣象21氣象要素對(duì)大氣污染的影響大氣穩(wěn)定度的影響（P253）大氣污染與氣象煙流與大氣穩(wěn)定度的關(guān)系波浪型（不穩(wěn)）錐型（中性or弱穩(wěn)）扇型（逆溫）爬升型（屋脊型，下逆，上不穩(wěn)）漫煙型（熏煙型，上逆，下不穩(wěn)）

氣象要素對(duì)大氣污染的影響大氣污染與氣象煙流與大氣穩(wěn)定度的關(guān)系22氣象要素對(duì)大氣污染的影響大氣穩(wěn)定度的影響逆溫（P252）輻射逆溫下沉逆溫地形逆溫鋒面逆溫湍流逆溫大氣污染與氣象氣象要素對(duì)大氣污染的影響大氣污染與氣象23輻射逆溫的生消過程a下午正常時(shí)；b日落前1h逆溫生成初始；c黎明前逆溫達(dá)到最強(qiáng)；d、e日出后逆溫層自下而上消失輻射逆溫的生消過程a下午正常時(shí)；b日落前1h逆溫生成初始；c24地形、地物對(duì)大氣污染的影響地形的影響海陸交界（P253）大氣污染與氣象地形、地物對(duì)大氣污染的影響大氣污染與氣象25地形、地物對(duì)大氣污染的影響地形的影響山谷大氣污染與氣象地形、地物對(duì)大氣污染的影響大氣污染與氣象26地形、地物對(duì)大氣污染的影響地物的影響城市熱島效應(yīng)（P254）大氣污染與氣象地形、地物對(duì)大氣污染的影響大氣污染與氣象27大氣圈結(jié)構(gòu)及主要?dú)庀笠?/p>

大氣穩(wěn)定度

大氣擴(kuò)散模式煙囪高度設(shè)計(jì)及廠址選擇大氣圈結(jié)構(gòu)及主要?dú)庀笠?8大氣擴(kuò)散模式煙囪的有效高度大氣擴(kuò)散模式及污染物濃度估算大氣擴(kuò)散模式煙囪的有效高度29煙囪熱工：是爐內(nèi)排煙的最后通路，維持系統(tǒng)正常通風(fēng)和氧化燃燒環(huán)保：將煙氣排入高空，盡量減小煙氣對(duì)地面的污染大氣污染源點(diǎn)源，面源，線源瞬時(shí)源，連續(xù)源高架源，地面源孤立的高煙囪——高架連續(xù)點(diǎn)源高煙囪已是當(dāng)前解決大氣地面污染既經(jīng)濟(jì)又有效的方法煙囪的有效高度煙囪煙囪的有效高度30煙囪的有效高度（續(xù)）煙氣抬升△H動(dòng)力抬升Hm：煙氣具有一定的噴出速度熱力抬升Ht：煙氣有較高的溫度、密度較小，浮力抬升煙氣的有效高度He：煙囪幾何高度Hs與煙氣抬升高度△H之和

He=Hs+△H=Hs+(Hm+Ht)有效高度He，又稱有效源高，是大氣污染物擴(kuò)散計(jì)算的重要參數(shù)，對(duì)大氣環(huán)境質(zhì)量控制和煙囪幾何高度設(shè)計(jì)均有重要意義煙囪的有效高度（續(xù)）31煙氣抬升高度計(jì)算煙氣抬升過程噴出階段：煙囪出口煙氣具有一定的初始動(dòng)量浮升階段：煙溫高于周圍環(huán)境溫度，浮力瓦解階段：煙氣與空氣混合，失去動(dòng)量和浮力開始隨風(fēng)飄動(dòng)變平階段：煙氣完全變平，隨風(fēng)飄動(dòng)影響煙氣抬升的因素?zé)煔獬跏紕?dòng)量：出口煙氣速度，煙囪出口處的內(nèi)徑溫差混合程度：煙囪出口風(fēng)速u，大氣湍流強(qiáng)度通常，

噴出速度高于煙囪出口附近風(fēng)速2倍為宜；≤u，下沉，下洗煙氣抬升高度計(jì)算32煙氣抬升高度計(jì)算（續(xù)）煙氣抬升高度計(jì)算（P261）理論及經(jīng)驗(yàn)公式較多，各有一定的適用條件和局限性博贊科特(Bosanguet)Ⅰ式：將Hm和Ht分別計(jì)算，結(jié)果偏大，×65%布里吉斯(Briggs)式：估算相對(duì)準(zhǔn)確，適用不穩(wěn)定或中性大氣條件霍蘭德(Holland)公式：適用于中性大氣狀況(否則應(yīng)修正)，偏保守?zé)煔馓叨扔?jì)算（續(xù)）33我國國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T13201-91)推薦公式大氣擴(kuò)散-課件34大氣擴(kuò)散模式及污染物濃度估算大氣擴(kuò)散基本理論主要闡述湍流與煙流傳播和物質(zhì)濃度衰減的關(guān)系仍在研究中，目前主要有三種理論梯度輸送理論統(tǒng)計(jì)理論相似理論3種研究方法基于擴(kuò)散方程式的數(shù)學(xué)分析法現(xiàn)場試驗(yàn)研究法實(shí)驗(yàn)室模擬大氣擴(kuò)散模式及污染物濃度估算大氣擴(kuò)散基本理論35大氣擴(kuò)散基本理論（續(xù)）統(tǒng)計(jì)理論泰勒：泰勒公式，正態(tài)分布薩頓：首次應(yīng)用泰勒公式，提出了大氣污染物擴(kuò)散的實(shí)用模式高斯：在實(shí)測資料分析及先前研究基礎(chǔ)上，得到了高斯模式大氣擴(kuò)散基本理論（續(xù)）36高斯模式的有關(guān)假定坐標(biāo)系右手坐標(biāo)，x為風(fēng)向，y在水平方向垂直于x軸，z為垂直向四點(diǎn)假設(shè)

1.污染物濃度在y、z軸上的分布為正態(tài)分布2.風(fēng)只在x軸向作穩(wěn)定平流，平流輸送作用遠(yuǎn)大于擴(kuò)散作用3.源強(qiáng)是連續(xù)均勻穩(wěn)定的4.地表面足夠平坦，擴(kuò)散過程中污染物質(zhì)量守恒（不考慮轉(zhuǎn)化）

高斯模式的有關(guān)假定37無界空間連續(xù)點(diǎn)源高斯模式由假定1，可得下風(fēng)向任一點(diǎn)的濃度分布由統(tǒng)計(jì)理論可寫出方差的表達(dá)式由假定4可得源強(qiáng)積分式（單位時(shí)間物料守恒）未知數(shù)：濃度C，待定函數(shù)A(x)，待定系數(shù)a，b四個(gè)方程，可以解出四個(gè)未知數(shù)：得到高斯模式無界空間連續(xù)點(diǎn)源高斯模式由假定1，可得下風(fēng)向任一點(diǎn)的濃度分布38高架連續(xù)點(diǎn)源高斯模式鏡像全反射---->像源法實(shí)源：

像源：

實(shí)源的貢獻(xiàn)

像源的貢獻(xiàn)

實(shí)際濃度高架連續(xù)點(diǎn)源高斯模式鏡像全反射---->像源法實(shí)源的貢獻(xiàn)39上式中，x增大，、增大，則第一項(xiàng)減小，第二項(xiàng)增大，必然在某x處C有最大值地面濃度模式：取z＝0代入上式，得地面軸線濃度模式：再取y=0，代入地面最大濃度模式：

考慮地面軸線濃度模式上式中，x增大，、增大，則第一項(xiàng)減小，第二40

地面最大濃度模式（續(xù)）：設(shè)（實(shí)際中成立）由此求得地面最大濃度模式（續(xù)）：設(shè)41地面連續(xù)點(diǎn)源高斯模式

相當(dāng)于無界連續(xù)點(diǎn)源C的2倍令He=0，則有地面連續(xù)點(diǎn)源高斯模式相當(dāng)于無界連續(xù)點(diǎn)源C的2倍令He=0，則42習(xí)題：試證明，高架連續(xù)點(diǎn)源在出現(xiàn)地面最大濃度的距離上，煙流中心線上的濃度與地面軸線濃度的比值等于1.38

習(xí)題：試證明，高架連續(xù)點(diǎn)源在出現(xiàn)地面最大濃度的距離上，煙流中43大氣擴(kuò)散-課件44擴(kuò)散參數(shù)、的確定的意義正態(tài)分布的標(biāo)準(zhǔn)偏差，表征大氣湍流擴(kuò)散能力的核心參數(shù)，代表了煙流在y、z向的擴(kuò)散幅度x的函數(shù)，隨著擴(kuò)散距離x的增加而增大確定方法P-G曲線法：應(yīng)用較廣泛，平坦開闊地