大气污染控制技术模块三 大气污染物扩散1

模块三大气污染物扩散知识目标：1、掌握气象因素对大气污染物扩散的影响2、掌握污染物浓度的估算方法3、熟悉烟气抬升高度的计算方法技能目标：1、知道大气扩散模式，会进行污染物浓度预测2、会计算烟气抬升高度，知道国家对烟囱高度和布设的规定案例引入：中国环境监测总站最新预报显示，受扩散条件不利等影响，京津冀地区空气质量出现重度污染，受影响的城市包括北京、天津、唐山、廊坊、保定、衡水、邯郸等。中国环境监测总站1日发布中至重度污染过程提示，预计4月1日至2日，受区域性不利扩散条件和局地逆温影响，污染带于太行山以东、燕山以南地区辐合发展，京津冀中南部可能出现中至重度污染，受影响的城市可能包括北京、天津、石家庄、唐山、廊坊、保定、沧州、衡水、邢台、邯郸等，细颗粒物(PM2.5)小时浓度峰值可能达到每立方米230微克。监测显示，4月1日12时，北京空气质量出现严重污染，天津、唐山、邯郸、保定、廊坊、衡水、德州、安阳、新乡空气质量出现重度污染。

中国环境监测总站预计，4月1日至2日，扩散条件转差，京津冀中南部以中至重度污染为主。区域其他地区以良至轻度污染为主，局地可能出现中度污染，首要污染物为PM2.5和可吸入颗粒物(PM10)。其中2日前后，京津冀区域可能受沙尘影响，空气质量可能比预计变差1至2级。预报显示，2日夜间，受冷空气南下影响，污染有望自北向南逐步缓解，但可能受沙尘影响，空气质量比预计变差1至2级。3日污染过程有望基本结束。任务思考：1、结合案例思考气象条件对地区空气污染的影响。2、如何利用气象条件减弱或消除空气污染？大气污染物扩散

主要内容§3.1影响污染物扩散的因素§3.2污染物浓度估算§3.3烟气抬升高度3.1影响污染物扩散的因素3.1.1气象因素对大气污染物扩散的影响

1、主要气象要素（1）气温气象上讲的地面气温一般是指距地面1.5m高处在百叶箱中观测到的空气温度。表示气温的单位一般用摄氏度（℃）或者热力学温度（K）（2）气压气压是指大气的压强。静止大气中某观测高度上的气压值等于其单位面积上所承受的垂直空气柱的质量。（3）气湿空气的湿度简称气湿，表示空气中水汽含量的多少。大气的湿度是决定云、雾、降水等天气状况的重要因素常用的表示方法有：绝对湿度、相对湿度、水汽压力、饱和气压、露点等。（4）风向和风速气象上把水平方向的空气运动称之为风，垂直方向的空气运动称为升降气流。风速是指单位时间内空气在水平方向运动的距离，单位用m/s或km/h表示。（5）云况云层存在的效果是使气温随高度的变化程度减小。从大气污染扩散的观点来看，主要关心云高和云量。云高指云距地面的高度；云量是指云遮蔽天空的成数。（6）能见度能见度指视力正常的人在当时的天气条件下，能够从天空背景中看到或辨认出的目标物（黑色、大小适度）的最大水平距离，单位用m或km。能见度表示大气清洁、透明的程度。（7）天气状况大气中的冷热、阴晴、风雨、雷电等天气现象的短时间综合表现构成不同的天气状况。它也是气象要素之一。天气状况按国际分类有100多种，较重要的有毛毛雨、雨、雷雨、阵雨、雪、雹、雾、霜、露等。很多大气污染事件的发生，都与当时的天气状况有关。2、气象因素的影响（1）风对大气污染物扩散和输送的影响无风或风速很小时（垂直烟流）风速较大时候（弯曲烟流）风对污染物浓度分布的作用：整体输送作用；冲淡稀释作用一般来说，污染物在大气中的浓度与污染物排放量成正比，与平均风速成反比对于地面污染源来说，风速越大，地面污染物浓度就小对高架源，一方面，风速大会降低抬升高度，使烟气的着地浓度增大；另一方面，能增加湍流加快扩散，使烟气的着地浓度降低。（2）大气湍流烟囱排出的烟流在随风飘动的过程中，会上下左右摆动，最后消失在大气中，即湍流的结果。风速越大，湍流越强，污染物的稀释扩散速率就越快，大气污染物的浓度就越低。风和湍流是决定污染物在大气中扩散稀释的最直接最本质的因素，其它一切气象因素都是通过风和湍流的作用来影响扩散稀释的3.1影响污染物扩散的因素（3）气温的垂直分布把高度每升高100m气温的变化值称为气温垂直递减率，用γ表示。

若存在一小块干空气在大气中作垂直运动，且不与周围空气进行热交换，称为干绝热过程。把干空气块在绝热过程中，每改变100m，温度改变的数值称为干空气温度的绝热垂直递减率，简称为干绝热直减率。用γd表示由于气象条件的不同，气温垂直递减率可大于零，等于零或小于零，近地面气层中气温的垂直分布有三种情况①递减层结气温随高度递减，γ>0一般出现在晴朗的白天风不大的时候，近地层中气温随高度增加而降低是基本特征②逆温层结气温随高度递增，γ＜0一般出现在少云或无风的夜间

③等温层结气温随高度基本不变，γ=0这种情况常出现于多云天或阴天(4)大气稳定度

指近地层大气做垂直运动的强弱程度。不稳定中性稳定空气块受到外力的作用，产生了上升或下降的运动，当外力消除后？γ>γdγ

<γdγ=γd3.1影响烟气扩散的因素大气稳定度是影响污染物在大气中扩散的极其重要的因素。当大气处于不稳定状况时，对流强烈，烟气扩散迅速。当大气处于强稳定状况时，出现逆温，好像一个“盖子”，使烟气不易扩散，污染物聚集地面，可造成严重污染严重的大气污染往往发生在逆温及无风的天气3.1影响污染物扩散的因素大气稳定度与烟流

3.1影响污染物扩散的因素①波浪型（looping）多出现在太阳光较强的晴朗中午，大气处于不稳定状态，对流强烈，微风，伴随较强的热扩散。烟羽由连续及孤立的烟团组成，在上下左右方向上摆动很大，呈波浪形，扩散速度较快，烟团向下风向输送。

②锥型（coning）大气处于近中性或弱稳定状态。高空风较大，扩散主要靠热和动力因子作用。烟羽离开排放口一定距离后，中心轴线仍基本保持水平，外形似一个椭圆锥。扩散速度比波浪型低，污染物输送较远。

③扇型（fanning）(平展型)

在烟囱的出口处于逆温层中，上下层大气均属于强稳定状态，几乎无湍流发生。从上面看，烟羽呈扇形展开，故称扇型。由于烟羽在垂直方向扩散很小，象一条带子飘向远方，因此又称长带型。污染物可传输到较远地方，遇山或高大建筑物阻挡时，污染物不易扩散稀释。当有效源高度很低时，在近距离的地面上会造成严重污染。④爬升型（lofting）多出现在日落后，地面有辐射逆温，大气稳定，而高空受冷空气影响，大气不稳定。烟羽的下侧边缘清晰，呈平直状，而上部出现湍流扩散，又称上扬型。若烟囱高度处于不稳定层时，烟气中污染物不向下扩散，一般来说不会对地面造成污染。

⑤漫烟型（trapping）多发生在日出之后的8~10时之间，由于地面增热，低层空气被加热，使下层辐射逆温被逐渐破坏，而此时上层大气仍处于逆温状态。烟囱上面的逆温层就象一个“锅盖”，阻止烟气向上扩散，大量下沉，因此又称下喷形。在污染源附近的下风向，地面污染物浓度很高，造成严重污染。3.1影响污染物扩散的因素（5）天气形势大范围的气压分布和大气运动状况。低压控制区，空气又上升运动，云较多，风速较大，天气多为中性或不稳定状态有利于稀释扩散。3.1影响污染物扩散的因素3.1.2下垫面对污染物扩散的影响（1）城市下垫面对污染物扩散的影响

城市下垫面的特点是：①城市人口密集、工业集中，能耗水平高；②城市的覆盖物（如建筑、水泥路面等）热容大，白天吸收太阳辐射热，夜间放热缓慢；③城市上空笼罩着一层烟雾和二氧化碳，使地面有效辐射冷却效应减弱。

城市风热岛环流3.1影响污染物扩散的因素(2)地形对大气污染物扩散的影响烟气越过不太高的丘陵，在背风面下滑，产生涡流，出现严重污染。

山丘对烟气扩散的影响山风与谷风日出日落前后，山风与谷风交替出现，时而山风，时而谷风，风向不稳定，风速很小。此时，山沟中污染源排出的污染物由于风向来回摆动，产生循环积累，造