第六章大气污染预测.ppt

第六章 大气扩散与模拟 6.1.大气扩散模式--大气环境影响预测 大气环境影响预测：即找出污染源与环境浓度的对应关系，推断各种条件下污染物浓度分布及其随时间的变化 通常采用模式预测法进行大气环境影响预测。 所谓大气扩散模式，就是以大气扩散理论和实验研究结果为基础，将各种污染源、气象条件和下垫面条件模式化，从而描述污染物在大气中输送、扩散、沉降、转化的数学模式。  湍流或称紊流，大气的极端无规则运动称为大气湍流。 湍流表现---- 风速的脉动、风向的摆动 可以把大气湍流看成是由无数多个大小不同的湍涡(涡旋)构成的。 每一个湍涡都有自己的运动速度和方向。 一个大湍涡包含许多较小的湍涡，较小湍涡又包含很多更小的湍涡。目前可以识别到1mm尺度的湍涡 不同尺度湍流对烟团的扩散作用 1）湍流运动与分子运动 大气中污染物的扩散主要依赖湍流 湍流运动有点象分子的热运动，不同的是，分子的运动以分子为单位，湍流以湍涡为单位，湍涡运动速度比分子运动速度大的多，它比分子扩散快105-106倍。 无湍流时，污染物单靠分子扩散，扩散速度很小； 湍流混合加快了扩散速度：湍流运动的方向和大小都极不规则，使流场各部分间强烈混合。 若只有风无湍流，从烟囱中排出的废气像一条“烟管”一样几乎保持着同样粗细，吹向下方，很少扩散。 湍流起因与两种形式  1）热力湍流：主要由于大气的铅直不稳定度而引起，如地面对大气的加热，造成地面附近的大气温度比上层高很多，导致不稳定。 2）机械湍流：由动力因子产生，由于大气垂直方向上的风速梯度不同和地面粗糙度不同而产生。 它的强度主要取决于风速梯度和地面粗糙度。风大--湍流大 实际湍流是上述两种湍流的迭加。在气温垂直分布呈强递减时，热力因子起主要作用，而中性层结时，动力因子往往起主要作用。 湍流强度的表示法 湍流强度可用相对湍流强度表示湍流强度(速度方差)---相对湍流强度：在实际应用中，相对湍流强度应用较多。习惯上称它为湍流强度。其计算方法是 湍流强度(速度方差)： 相对湍流强度的定义式为， 风向方差：风向摆动也可用方位角的方差或标准差来描述。 描述湍流运动的两种方法 1）欧拉法：在空间划出一个控制体为对象，考察流体流经它的情形。欧拉法注重于特定时刻整个流场及某定点不同时刻的流体运动性质。具体：在固定气象站上，用固定的仪器测流经此站的风的变化 Eulerian model does not follow an air parcel, but focuses on a set location, which does not move. 2）拉格朗日法d/dt ：它在流体运动时，追随研究一个典型的流体单元。具体跟随示踪粒子移动穿过湍流场测量 污染物的扩散是拉格朗日的形式，但往往采用欧拉的方法予以测量。 following a parcel of air as it travels through the atmosphere. The parcel is not set in any fixed location. 6.1.2 湍流扩散理论--湍流扩散理论有三种： 6.1.2 .1湍流梯度输送理论 1） 表达方法： 德国科学家菲克，在1855年发表了一篇题为“论扩散”的著名论文。在这篇论文中，他首先提出了梯度扩散理论。他把这个理论表述为：“假定食盐在其溶剂中的扩散定律与在导体中发生的热扩散相同。” 湍流梯度输送理论的基本假定：由湍流所引起的局地的某种属性的通量与这种属性的局地梯度成正比，通量的方向与梯度方向相反，比例系数 K 称为湍流交换系数。（k:若为热量，则为热量交换系数） 类比于分子扩散，污染物的扩散速率与浓度梯度成正比：菲克定律的数学陈述： 2）研究方法：利用欧拉提出的方法，在充满流体的空间固定多个点，量测各固定点上的各个参数的变化。 理论基础：质量守恒定律，把扩散类似分子扩散，脉动值用平均值代替。 湍流统计理论 1） 表达方法： 粒子的湍流运动是随机的，不规则的，t时刻y(t)的值是不可测的，但经过多次相同的试验就可以发现其唯一的集合区域一个稳定的统计分布。即虽然不能回答一个粒子在某时刻的确切位置，却能给出它在每个位置上的概率。 若已知离子的概率密度函数为