大气扩散-课件

大气扩散大气圈垂直结构主要气象要素1大气扩散大气圈垂直结构1按气温：对流层（~8,17km）平流层（对流层顶~50,55km）中间层（平流层顶~85km）电离层（中间层顶~800km）散逸层（电离层以上）大气边界层对流层下层1~2km，地面阻滞和摩擦作用明显近地层地面上50-100m自由大气边界层以上，地面摩擦可以忽略大气压力总是随着高度的增加而减小大气扩散2按气温：大气扩散2精品资料3精品资料3你怎么称呼老师？如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你是否会认为老师的教学方法需要改进？你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？教师的教鞭“不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我笨，没有学问无颜见爹娘……”“太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”44大气扩散1．气温

天气预报中：1.5m高、百叶箱内气温5大气扩散1．气温52．气压（大气的压强）单位：Pa（帕斯卡，帕）1atm＝101325Pa＝1013.25hPa（mb毫巴）=760mmHg

静力学方程:p(气压,Pa),z(高度,m),ρ(空气密度,kg/m3)

大气扩散62．气压（大气的压强）大气扩散63．气湿（大气的湿度，湿度）表示空气中水汽的含量，即空气的潮湿程度常用表示方法：绝对湿度，相对湿度，含湿量，露点等大气扩散73．气湿（大气的湿度，湿度）大气扩散7

4．风向和风速风：水平方向的空气运动（垂直方向－升降气流）风向：风的来向（8或16个方位圆周等分）风速u：单位时间内空气在水平方向上运动距离（m/s,km/h）

F－风力级数（0～12级）（km/h）风向频率：某一时期内各方位风的次数，常以百分数表示大气扩散8

4．风向和风速大气扩散8大气扩散5．云云：是指大气中小水滴或冰晶胶体的集合体云量:天空被云遮蔽的成数（我国10等分，国外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）云状:卷云(线)，积云(块)，层云(面)，雨层云(无定形)

9大气扩散5．云9大气扩散6．能见度正常视力的人，在天空背景下能看清的水平距离级别（0~9级，相应距离为50～50000米）

10大气扩散6．能见度10大气扩散7．太阳高度角太阳光线与地平面的夹角随时间变化，是影响太阳辐射强弱的主要因子之一11大气扩散7．太阳高度角11大气扩散8．大气湍流是指大气的不规则运动使大气中的动量、热量、水气和污染物的垂直和水平交换作用明显增强，远大于分子运动的交换强度根据成因机械湍流：垂直方向风速分布不均匀及地面粗糙度造成热力湍流：垂直方向温度分布不均匀及地表面受热不均造成12大气扩散8．大气湍流12大气扩散气温的垂直分布干绝热直减率大气稳定度及其分类大气污染与气象13大气扩散气温的垂直分布13大气扩散气温是随高度变化的垂直递减率：高度每变化100m气温变化的度数，γ（℃/100m）

T—温度，℃；z—高度，m温度层结：在坐标图上，气温随高度的变化可用一条曲线表示1表示正常分布，递减层结；γ＞02表示中性层结；γ=13表示等温层结；γ=04表示逆温；γ＜014大气扩散气温是随高度变化的14大气扩散干绝热过程：某一小块干空气在大气中做垂直运动，且不与周围空气发生热量交换从地面绝热上升时，膨胀对外做功，消耗自身内能，温度降低从高空绝热下降时，外界对该气块做功，内能增加，温度升高干绝热直减率：干空气块在绝热过程中，每上升/下降100m时，温度降低/升高的数值称为干空气温度的绝热垂直递减率，简称干绝热直减率，γd（K/100m）

T—温度，K；z—高度，mγd=0.98K/100m≈1K/100m15大气扩散干绝热过程：某一小块干空气在大气中做垂直运动，且不与大气扩散γ与γd辨析γd是指干空气块垂直位移时绝热条件下温度的变化，固定值0.98K/100mγ是随空间和时间变化的，中性层结时γ=γd=1K/100m研究大气边界层的温度场时，干空气块垂直运动时的温度变化主要受气压变化的影响，热交换影响很小，因此这可视为一绝热过程16大气扩散γ与γd辨析16大气扩散大气稳定度：大气在垂直方向上稳定的程度，即大气是否容易发生对流定性描述：外力使气块上升或下降气块去掉外力气块减速，有返回趋势，稳定气块加速上升或下降，不稳定气块停在外力去掉处或等速运动，中性不稳定条件下有利于污染物扩散17大气扩散大气稳定度：大气在垂直方向上稳定的程度，即大气是否容（单位体积块）加速度，假定，由状态方程可得：定量判断:

设想在z0处有一气块，其温度与周围空气温度相同T0，小气块在外力作用下向上运动一段距离△z后，状态参数T’、P’、ρ’，周围大气参数T、P、ρ

气块：

环境：高度

（一般均满足绝热条件）18（单位体积块）加速度

混合层

>0,a>0不稳定中性层＝0,a=0中性

<0,a<0弱稳定

稳定层

<0，a<0逆温，强稳定

判据：19混合层大气稳定度分类（P263-265）帕斯奎尔(Pasquill)分类将大气稀释扩散能力分为6个稳定度级别，ABCDEF不稳定：A极不稳定，B不稳定，C弱不稳定中性：D稳定：E弱稳定，F稳定优点：根据常规气象资料就可以确定大气稳定度级别，描述开阔的乡村地区比较可靠；缺点：不能准确描述城市大气稳定度情况特纳尔（Turner）的改进考虑了太阳高度角、云量等因素，描述更为准确我国大多地区全年大气稳定度在D、C~D及C级，近为中性状态，因此大气污染物综合排放标准以中性稳定度作为计算依据20大气稳定度分类（P263-265）20大气扩散气象要素对大气污染的影响风的影响（P248）风向影响着大气污染物的移动方向，污染总在下风向风速影响着大气污染物的输送距离和稀释程度污染系数=风向频率/平均风速21大气扩散气象要素对大气污染的影响21气象要素对大气污染的影响风的影响（P248）边界层中风速随高度的变化公式对数律：适于中性层结，平坦开阔地带的近地层幂次律：在计算烟囱高度或有效源高上的风速时简单方便，实际应用较广风向随高度的变化：近地层变化可以忽略大气扩散22气象要素对大气污染的影响大气扩散22气象要素对大气污染的影响大气湍流的影响湍流越强，扩散效应越显著，污染物稀释程度越大大气扩散23气象要素对大气污染的影响大气扩散23气象要素对大气污染的影响大气稳定度的影响（P253）大气扩散烟流与大气稳定度的关系波浪型（不稳）锥型（中性or弱稳）扇型（逆温）爬升型（屋脊型，下逆，上不稳）漫烟型（熏烟型，上逆，下不稳）

24气象要素对大气污染的影响大气扩散烟流与大气稳定度的关系波浪型气象要素对大气污染的影响大气稳定度的影响逆温（P252）辐射逆温下沉逆温地形逆温锋面逆温湍流逆温大气扩散25气象要素对大气污染的影响大气扩散25辐射逆温的生消过程a下午正常时；b日落前1h逆温生成初始；c黎明前逆温达到最强；d、e日出后逆温层自下而上消失26辐射逆温的生消过程a下午正常时；b日落前1h逆温生成初始；c地形、地物对大气污染的影响地形的影响海陆交界（P253）大气扩散27地形、地物对大气污染的影响大气扩散27地形、地物对大气污染的影响地形的影响山谷大气扩散28地形、地物对大气污染的影响大气扩散28地形、地物对大气污染的影响地物的影响城市热岛效应（P254）大气扩散29地形、地物对大气污染的影响大气扩散29大气圈结构及主要气象要素

大气稳定度

大气扩散模式烟囱高度设计及厂址选择30大气圈结构及主要气象要素30大气扩散模式烟囱的有效高度大气扩散模式及污染物浓度估算31大气扩散模式烟囱的有效高度31烟囱热工：是炉内排烟的最后通路，维持系统正常通风和氧化燃烧环保：将烟气排入高空，尽量减小烟气对地面的污染大气污染源点源，面源，线源瞬时源，连续源高架源，地面源孤立的高烟囱——高架连续点源高烟囱已是当前解决大气地面污染既经济又有效的方法大气扩散32烟囱大气扩散32烟囱的有效高度（续）烟气抬升△H动力抬升Hm：烟气具有一定的喷出速度热力抬升Ht：烟气有较高的温度、密度较小，浮力抬升烟气的有效高度He：烟囱几何高度Hs与烟气抬升高度△H之和

He=Hs+△H=Hs+(Hm+Ht)有效高度He，又称有效源高，是大气污染物扩散计算的重要参数，对大气环境质量控制和烟囱几何高度设计均有重要意义33烟囱的有效高度（续）33烟气抬升高度计算烟气抬升过程喷出阶段：烟囱出口烟气具有一定的初始动量浮升阶段：烟温高于周围环境温度，浮力瓦解阶段：烟气与空气混合，失去动量和浮力开始随风飘动变平阶段：烟气完全变平，随风飘动影响烟气抬升的因素烟气初始动量：出口烟气速度，烟囱出口处的内径温差混合程度：烟囱出口风速u，大气湍流强度通常，

喷出速度高于烟囱出口附近风速2倍为宜；≤u，下沉，下洗34烟气抬升高度计算34烟气抬升高度计算（续）烟气抬升高度计算（P261）理论及经验公式较多，各有一定的适用条件和局限性博赞科特(Bosanguet)Ⅰ式：将Hm和Ht分别计算，结果偏大，×65%布里吉斯(Briggs)式：估算相对准确，适用不稳定或中性大气条件霍兰德(Holland)公式：适用于中性大气状况(否则应修正)，偏保守35烟气抬升高度计算（续）35我国国家标准(GB/T13201-91)推荐公式3636大气扩散大气扩散基本理论主要阐述湍流与烟流传播和物质浓度衰减的关系仍在研究中，目前主要有三种理论梯度输送理论统计理论相似理论3种研究方法基于扩散方程式的数学分析法现场试验研究法实验室模拟37大气扩散大气扩散基本理论37大气扩散基本理论（续）统计理论泰勒：泰勒公式，正态分布萨顿：首次应用泰勒公式，提出了大气污染物扩散的实用模式高斯：在实测资料分析及先前研究基础上，得到了高斯模式38大气扩散基本理论（续）38高斯模式的有关假定坐标系右手坐标，x为风向，y在水平方向垂直于x轴，z为垂直向四点假设

1.污染物浓度在y、z轴上的分布为正态分布2.风只在x轴向作稳定平流，平流输送作用远大于扩散作用3.源强是连续均匀稳定的4.地表面足够平坦，扩散过程中污染物质量守恒（不考虑转化）

39高斯模式的有关假定39大气扩散由假定1，可得下风向任一点的浓度分布由统计理论可写出方差的表达式由假定4可得源强积分式（单位时间物料守恒）未知数：浓度C，待定函数A(x)，待定系数a，b四个方程，可以解出四个未知数：得到高斯模式40大气扩散由假定1，可得下风向任一点的浓度分布40大气扩散镜像全反射---->像源法实源：

像源：

实源的贡献

像源的贡献

实际浓度41大气扩散镜像全反射---->像源法实源的贡献像源的贡上式中，x增大，、增大，则第一项减小，第二项增大，必然在某x处C有最大值地面浓度模式：取z＝0代入上式，得地面轴线浓度模式：再取y=0，代入地面最大浓度模式：

考虑地面轴线浓度模式42上式中，x增大，、增大，则第一项减小，第二

地面最大浓度模式（续）：设（实际中成立）由此求得43地面最大浓度模式（续）：设大气扩散

相当于无界连续点源C的2倍令He=0，则有44大气扩散相当于无界连续点源C的2倍令He=0，则有44习题：试证明，高架连续点源在出现地面最大浓度的距离上，烟流中心线上的浓度与地面轴线浓度的比值等于1.38

45习题：试证明，高架连续点源在出现地面最大浓度的距离上，烟流中4646扩散参数、的确定的意义正态分布的标准偏差，表征大气湍流扩散能力的核心参数，代表了烟流在y、z向的扩散幅度x的函数，随着扩散距离x的增加而增大确定方法P-G曲线法：应