中性层结γ=γd.PPT

第四节 大气中污染物的扩散 主要气象要素对大气污染的影响 主要污染源扩散模式 1.大气边界层的温度场 2.大气水平运动和湍流 3.影响大气污染的地理因素 4.影响大气污染的其它因素 5.大气中污染物扩散模式 6.扩散参数的确定 1.湍流扩散的基本理论 2.高斯扩散模式 3.污染物浓度的估算方法 4.特殊气象条件下的扩散模式 5.城市及山区的扩散模式 6.烟囱高度设计 1.大气边界层的温度场 气温垂直递减 原因：对流层中气体接受地面热量不同； 对流层中水汽和固体杂质分布不均，对地面热辐射接受不同。 1。气温的垂直递减率： γd 干绝热递减率：干空气块或为饱和的湿空气块在绝热条件下每升高单位高度（100m）所造成的温度下降数值。 Ti：干空气块的温度，不同于周围空气的温度。 多数大气过程可视为绝热过程，气温变化由外界压力变化引起。 当空气块绝热上升：气体对外作功，消耗内能，温度下降；绝热下降时：外界对其作功，气体内能增加，温度上升。 一小的干空气块，设在z处Vi ,Pi,Ti,周围空气V ,P,T上升至z+dz处Vi ＋dVi ,Pi +dPi,Ti+d Ti ，周围空气V +dV P+dP,T+dT 假定空气气压满足准静力条件：pi=p,pi+dpi=p+dp dp=-ρg.dz Ti=T 温度层结：气温随高度的分布 1:正常分布层结γ0；2：中性层结γ= γd ；3：等温层结γ=0 ；4：逆温γ0 2。大气稳定度（垂向） 当一空气块受外力作用后产生上升（下降）运动后，去除外力， 1。稳定大气：气块减速并有返回原来高度的趋势，此大气为称为稳定大气。 2。非稳定大气：气块加速上升或下降，此大气为称为非稳定大气。 3。中性大气：气块被推到哪里就停在那里或作等速运动，此大气为称为非稳定大气。 大气稳定度判定方法 设一空气块，状态参数为Pi,Ti，ρi,周围空气为P,T,ρ。 利用准静力条件及理想气体状态方程： 如为绝热运动，在Δz处，气块温度Ti= Ti0-γd.Δz，周围大气T= T0-γ.Δz 假设T0=Ti0 判定依据： γ-γd 3。逆温 γ0，γ-γd0，逆温层大气为稳定大气 逆温层可称为阻隔层，会造成较为严重的大气污染。 逆温分类 辐射逆温：多见于冬季白天，200－300m,最大达400m 下沉逆温:压缩逆温，高压控制区，数百米，多发生在高空大气 平流逆温：中纬度沿海地区，海上暖空气流到大陆或冷空气上 湍流逆温：湍流运动形成 锋面逆温：暖空气团爬到了冷空气团上层，冷空气一面可见 4。不同温度层结下的烟型 反卷型（波浪型）： γ-γd0,多见于晴朗的白天 锥型： γ-γd≈0 平展型： γ-γd-1(烟囱出口在逆温层） 上升型（屋脊型）：下部大气稳定，上部大气，日落 熏蒸型（漫烟型）：下部γ-γd0,上部γ-γd-1，上午 8－9点 第二节 大气水平运动和湍流 作用于大气的力： 气压梯度力 地转偏向力 惯性离心力 摩擦力 重力 近地层风速廓线 风速廓线：平均风速随高度变化的曲线，数学表达式为风速廓线模式。 中性层结条件下的风速廓线模式 非中性层结条件下的风速廓线模式 大气的湍流运动 扩散的要素 风：平流输送为主，风大则湍流大 湍流：扩散比分子扩散快105～106倍 湍流的基本概念 湍流——大气的无规则运动 风速的脉动 风向的摆动 起因与两种形式 热力：温度垂直分布不均（不稳定） 机械：垂直方向风速分布不均匀及地面粗糙度 湍流扩散理论 主要阐述湍流与烟流传播及湍流与物质浓度衰减的关系 1.梯度输送理论 类比于分子扩散，污染物的扩散速率与负浓度梯度成正比 2.湍流统计理论 泰勒，正态分布 萨顿实用模式 高斯模式 3.相似理论 影响大气污染的地理因素 地形和地物的影响 山谷风 海陆风 城市热岛环流 其它因素： 污染物的性质和成分 污染源的几何形状和排放方式 第五节 大气中污染物的扩散模式 1.湍流扩散的基本理论 2.高斯扩散模式 3.污染物浓度的估算方法 4.特殊气象条件下的扩散模式 5.城市及山区的扩散模式 6.烟囱高度设计 高斯模式的有关假定: 坐标系 右手坐标，y为横风向，z为垂直向 四点假设 a．污染物浓度在y、z风向上分布为正态分布 b．全部高度风速均匀稳定 c．源强是连续均匀稳定的 d．扩散中污染物是守恒的（不考虑转化） 高斯扩散模式 高斯扩散模式的坐标系 无界空间连续点源扩散模式 由正态分布假定，得下风向任一点的浓度分布 方差的表达式