空气污染气象学
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气象学对空气质量的影响研究气象学是研究大气现象和气候变化等的科学领域,而空气质量则是指大气中各种污染物的含量和组成。
这两个领域之间存在着密切的联系和相互影响。
本文将探讨气象学对空气质量的影响研究,从不同角度解析气象因素在空气质量形成和改善过程中的作用。
一、气象因素对空气质量的形成影响1. 温度和湿度温度和湿度是气象因素中最为直观和重要的因素之一。
高温和高湿度的天气条件下,空气中的水蒸气含量增加,会使空气中的污染物更加容易扩散和稀释,从而降低空气质量。
同时,高温和高湿度也会增加化学反应速率,促使一些有害气体的产生和转化,进一步恶化空气质量。
2. 风速和风向风速和风向对空气质量有着重要的影响。
适度的风速可以促使空气流动,增加空气中的氧气含量,有利于污染物的扩散和稀释,从而改善空气质量。
不过,风向的改变也可能导致来自不同区域的污染物扩散至某一特定区域,影响当地的空气质量。
因此,风速和风向在空气质量的形成和变化中起着重要的作用。
3. 大气压力和稳定度大气压力和稳定度是气象因素中的重要指标,与空气质量密切相关。
高气压和稳定的大气条件下,空气污染物往往难以扩散,导致污染物在一定区域内积累,使空气质量下降。
相反,低气压和不稳定的大气条件有利于污染物的扩散和稀释,有助于改善空气质量。
二、气象学在空气质量改善中的应用1. 气象监测和数据分析气象学通过监测大气的温度、湿度、风速和风向等指标,获取大量的气象数据。
这些数据对于研究空气质量的变化趋势和污染物的扩散特征非常重要。
通过数据分析,科学家能够了解污染物的来源、传输路径和浓度分布,为改善空气质量提供科学的依据和参考。
2. 气象预报和预警气象学在空气质量管理中还有着重要的应用价值。
气象预报和预警系统可以提前预测恶劣天气条件下的空气质量,及时发布相关的预警信息,引导公众采取适当的防护和减排措施。
这对于减少污染物的排放和保护人们的健康具有重要意义。
三、气象学研究在空气质量领域的挑战与展望尽管气象学在空气质量研究中发挥着重要作用,但也面临着一些挑战。
1. 空气污染一般是指:由于人为或自然的因素,使大气组成的成分,结构和状态发生变化,与原本情况比增加了有害物质(称之为空气污染物),使环境空气质量恶化,扰乱并破坏了人类的正常生活环境和生态系统,从而构成空气污染(科学定义)。
2. 空气污染源分为两类:人工源和自然源。
3. 大气污染物(ppm, mg/m3):以各种方式排放进入大气层并有可能对人和生物、建筑材料以及整个大气环境构成危害或带来不利影响的物质。
按照其产生方式可分为:一次、二次污染物。
一次大气污染物:直接以原始形态排放入大气中并达到足够的排放量从而造成健康威胁的污染物。
二次大气污染物指大气中的一次污染物通过化学反应生成的化学物质。
4. P-T法确定稳定度类别分ABCDEF类,依次规定为极不稳定,中等不稳定,弱不稳定,中性,弱稳定,中等稳定状况。
P-T-C法确定稳定度的具体过程:1•先计算太阳高度角;2•由云量和太阳高度角按表查出太阳辐射等级;3•由太阳辐射等级与风速按表查出稳定度类别。
5. 源强:表示污染源排放污染物质量的速率。
源强的单位:对点源,g/s或kg/s;对线源,g/(s.m);对面源,g/(s.)或kg/(h.k);对瞬时源,kg或g。
6. 南极臭氧空洞:每年的春季(9、10月)在南极上空会出现一个面积与极涡范围相当的臭氧弄对低质区。
7. 大气的自净能力:由于大气自身的运动,使得大气污染物输送、稀释、扩散,从而起到对大气的净化作用。
机制:大气输送,大气扩散,沉降和化学转化。
8. 逆温:递减率<0的大气层与正常情况完全相反的现象称为逆温,这样的气层称为逆温层。
逆温分类及特征:根据逆温产生的原因不同,可分为辐射性逆温、沉降性逆温、湍流性逆温、锋面逆温和地形逆温五种。
逆温研究关注点(实际):逆温的频率、厚度、强度、种类、生消规律。
对污染物扩散的影响:由于逆温层的存在,大大抑制了对流,使大气处于稳定状态,像一个盖子一样阻碍着大气的垂直运动。
影响大气污染的气象因素
(1)气象因素的影响.气象条件是影响大气污染的一个重要因素.如风向、风速、气温和湿度等,都直接增加污染物的危害程度.其中.风向问题是工厂配置中必须考虑的条件,污染严重的工厂应该放在居民区下风向.在气象条件中,逆温层被认为是必须十分重视的影响因素.在正常情况下.大气温度随着高度的增加而下降.每升高100m,气温平均下降0.6℃.因下暖上寒污染物容易垂直上升并向高空扩散,如果出现下层气温低,上层气温高的逆温现象则逆温大气层将阻止该层内或层下烟气的上升,抑制大气对流和湍流的形成,影响烟气的稀释扩散,造成污染物的聚集,增加污染物的危害.
(2)地形地物的影响.由于地形、地物不同,大气污染物的危害程度会有很大差异.在窝风的丘陵和山谷盆地,污染物不能顺利扩散开去,可能形成一定范围的污染区.污染物沿平行山谷的方向流动,会给下风侧带来更严重的污染.
城市中的高大建筑物和构筑物会使运动着的大气产生涡流.在涡流区大气污染物很难逸散,使涡流区完全处在污染状态中.在污染源多的地域,恰当地利用地形地势,避开高大建筑物和构筑物的影响是促使污染物迅速扩散、减少污染的重要条件.
(3)植物的净化作用.种植花草、树林对过滤和净化大气中的粉尘和有害气体,减轻大气污染起着不可忽视的作用.例如.树木能吸收二氧化碳呼出氧气,每亩树林每天大约吸收70kg的二氧化碳,放出50kg氧气.一亩树林每年能过滤下来的大气粉尘约1000一3000kg,树林还能吸收多种有害气体,如二氧化硫、光化学烟雾等.从环境保护角度看,种植花草、树木是防治大气污染不可缺少的一个措施.。
第三章 大气污染气象学3.1 一登山运动员在山脚处测得气压为1000 hPa ,登山到达某高度后又测得气压为500 hPa ,试问登山运动员从山脚向上爬了多少米? 解:由气体静力学方程式,大气中气压随高度的变化可用下式描述:dP g dZ ρ=-⋅ (1)将空气视为理想气体,即有m PV RT M =可写为 m PMV RTρ==(2) 将(2)式带入(1),并整理,得到以下方程:dP gM dZ P RT=- 假定在一定范围内温度T 的变化很小,可以忽略。
对上式进行积分得:ln gMP Z C RT =-+ 即 2211ln ()P gM Z Z P RT =--(3) 假设山脚下的气温为10。
C ,带入(3)式得:5009.80.029ln10008.314283Z ⨯=-∆⨯ 得 5.7Z km ∆= 即登山运动员从山脚向上爬了约5.7km 。
3.2 在铁塔上观测的气温资料如下表所示,试计算各层大气的气温直减率:105.1-γ,3010-γ,5030-γ,305.1-γ,505.1-γ,并判断各层大气稳定度。
解:d m K z T γγ>=---=∆∆-=-100/35.25.1102988.297105.1,不稳定d m K z Tγγ>=---=∆∆-=-100/5.110308.2975.2973010,不稳定d m K z Tγγ>=---=∆∆-=-100/0.130505.2973.2975030,不稳定d m K z Tγγ>=---=∆∆-=-100/75.15.1302985.297305.1,不稳定d m K zTγγ>=---=∆∆-=-100/44.15.1502983.297505.1,不稳定。
3.3 在气压为400 hPa 处,气块温度为230K 。
若气块绝热下降到气压为600 hPa 处,气块温度变为多少?解:288.00101)(P PT T =, K P P T T 49.258)400600(230)(288.0288.00101===解:由《大气污染控制工程》P80 (3-23),m Z Z u u )(11=,取对数得)lg(lg 11Z Zm u u =设y u u=1lg ,x Z Z =)lg(1,由实测数据得由excel 进行直线拟合,取截距为0,直线方程为:y=0.2442x故m =0.2442。
空⽓污染⽓象学复习资料名词解释:1、空⽓污染⽓象学:是近代⼤⽓科学研究的⼀个新的分⽀学科,研究⼤⽓运动同⼤⽓中污染物相互作⽤的学科,它作为⼤⽓环境问题研究与应⽤的⼀个重要领域,研究排放进⼊⼤⽓层的空⽓污染物的扩散稀释、转化、迁移和清楚的规律,模拟并预测空⽓污染物的浓度分布及其对环境空⽓质量的影响。
2、⽓象要素:构成和反映⼤⽓状态和⼤⽓现象的基本因素,简称为⼤⽓状态的物理现象和物理量。
3、风:空⽓相对于地⾯的⽔平运动成为风,它有⽅向和⼤⼩,是⽮量。
4、湍流:是⼀种不规则运动,其特征是时空随机变量,包括机械因素和热⼒因素,由机械或动⼒作⽤⽣成的是机械湍流,地表⾮均⼀性和粗糙度均可产⽣这种机械湍流活动。
由各种热⼒因⼦的热⼒作⽤诱发形成的湍流称热⼒湍流,⼀般情况下,⼤⽓湍流的强弱取决于热⼒和动⼒两种因⼦。
在⽓温垂直分布呈强递减时,热⼒因⼦起主要作⽤,⽽在中性层结情况下,动⼒因⼦往往起主要作⽤。
5、⼤⽓温度:指1.5⽶的百叶箱温度。
6、⼲绝热递减率:绝热垂直递减率(绝热直减率):⽓块在绝热过程中,垂直⽅向上每升降单位距离时的温度变化值。
(通常取100m ),单位:℃/100m 。
7、⼲绝热垂直递减率γd (⼲绝热直减率): ⼲⽓块(包括未饱和湿空⽓)在绝热过程中,垂直⽅向上每升降单位距离的温度变化值。
(通常取100⽶),根据计算,得到γd 约为0.98℃/100m ,近似1℃/100m 。
8、混合层⾼度:在实践中,经常会出现这样的温度层结:低层是不稳定的⼤⽓,在离地⾯⼏百到上千⽶⾼空存在⼀个明显的逆温层,即通常所说的上部逆温的情况,它使污染物的垂直扩散受到限制,实际上只能在地⾯⾄逆温的扩散叫“封闭型”扩散。
存在封闭型扩散的空⽓层称混合层。
上部稳定层结的底部的⾼度称为混合层⾼度。
9、地⾯绝对最⼤浓度:两种作⽤的结果:定会在某⼀风速下出现地⾯最⼤浓度的极⼤值,称为地⾯绝对最⼤浓度,⽤Cabsm ,出现最⼤浓度的风速称为危险风速10、烟⽓抬升⾼度:烟囱⾼度He 为烟囱的有效⾼度.这个⾼度就是烟流中⼼线完全变成⽔平时的⾼度.它等于烟囱的实际⾼度Hs 和烟⽓的抬升⾼度△H 之和.He= Hs+ △H11、烟流宽度2y0(或2z0)定义为烟流中⼼线⾄等于烟流中⼼线浓度⼗分之⼀处的距离的⼆倍。
空气污染与气象因素的关系与影响近年来,空气污染成为了越来越多人关注的话题。
从雾霾天数增多到PM2.5超标,都让我们深刻意识到了空气质量的重要性。
然而,却很少有人关注到气象因素对空气污染的影响。
事实上,气象因素是影响空气质量的重要因素,下面来具体了解一下空气污染与气象因素的关系和影响。
一、气象因素对空气质量的影响气象因素对空气质量的影响主要有以下几个方面:1.大气稳定度大气稳定度是指指观测点上空大气的垂直运动状态的一种参数。
在较为稳定的情况下,空气污染物易积累,导致污染物浓度增高;而在较为不稳定的情况下,污染物易受到稀释和消散,空气质量相对较好。
2.风速和风向风速和风向也是影响空气质量的重要因素。
若风速小,容易造成空气污染物的停留和积累;而如果风向不好,比如风送进来了污染物,就对当地空气质量产生了一定的影响。
3.高温和强辐射气温较高,太阳辐射强,会促进光化学反应,加剧氧化污染物的生成速度,从而加重空气污染。
同时,温暖的气流加速了污染物的扩散速度,可能导致较大范围的污染。
二、天气模型对预报空气质量的作用天气模型在气象预报和环境预报中被广泛使用,它可以模拟空气流动、地形影响、辐射、化学变化等因素,进而预测空气污染物浓度和分布范围。
天气模型可以帮助决策者做出科学的环保政策和决策,指导公众生活和出行,以降低污染物含量,改善空气质量。
同时,它还可以提高污染物的控制效率和标准,实现有效的环境保护。
三、气象服务对空气质量的保障作用气象服务在空气质量保障中的作用十分重要。
气象部门可以通过观测、预报、信息发布等手段,向公众提供包括空气质量、污染物浓度、气象因素等方面的服务。
气象服务可以促进公众的环保意识和行为习惯,提高环保意识,降低污染物的排放和产生,为环境保护工作提供保障。
四、结语空气污染已成为全球性的问题,每一个人都应该认识到环保的重要性。
气象因素是空气质量的重要影响因素之一。
了解气象因素对空气质量的影响,有利于我们更加全面地认识和理解空气质量问题,并采取有效的措施来改善空气质量,为人类健康和环境保护作出贡献。
空气污染气象条件对比分析空气污染是当今社会面临的严重问题,它给人们的健康和生活带来了很大的威胁。
而气象条件是影响空气污染的重要因素之一。
不同的气象条件会对空气污染产生不同的影响,因此进行空气污染气象条件对比分析,有助于我们更好地了解和应对空气污染问题。
本文将从气象条件对空气污染的影响、气象条件对比分析方法以及实际案例分析等方面展开论述。
一、气象条件对空气污染的影响1. 风速风速是影响空气污染扩散的重要因素之一。
当风速较小时,空气中的污染物容易停留在某一区域内,造成污染物浓度的积聚,从而加剧空气污染的程度。
而当风速较大时,污染物容易被风吹散,降低了空气污染的程度。
风速较小时空气污染更严重,而风速较大时空气污染程度相对较轻。
2. 温度温度也会对空气污染产生一定影响。
一般来说,温度较高时,大气对流活动较为剧烈,有利于污染物的扩散和稀释,从而降低了空气污染程度。
而温度较低时,大气对流活动减弱,容易形成温度逆温层,导致污染物滞留,加剧了空气污染的程度。
二、气象条件对比分析方法1. 数据搜集进行空气污染气象条件对比分析时,首先要对相关的气象数据进行搜集。
包括风速、风向、温度、湿度等气象数据,还要搜集空气质量监测数据,以及污染物排放源的信息等。
2. 数据比对根据搜集到的数据,可以进行数据比对,包括同一地点不同时间段的气象条件对比,以及不同地点相同时间段的气象条件对比等。
3. 统计分析对搜集到的数据进行统计分析,比如计算不同时段的风速平均值、温度平均值、湿度平均值等,分析它们与空气污染程度的关系。
还可使用相关统计方法,如相关性分析等,探索气象条件与空气污染之间的关联。
4. 模拟模型还可借助气象模拟模型等工具,对搜集到的气象数据进行模拟和预测,分析不同气象条件对空气污染的影响程度,从而为未来的预防和治理提供依据。
三、实际案例分析为了更好地了解气象条件对空气污染的影响,下面将分别以北京和上海两个城市为例进行对比分析。
气象学在大气环境污染治理中的应用在当今社会,大气环境污染已成为全球面临的严峻挑战之一,对人类的健康和生态系统的平衡造成了巨大威胁。
而气象学作为一门研究大气现象和规律的科学,在大气环境污染治理中发挥着至关重要的作用。
通过对气象条件的深入研究和分析,我们能够更好地理解污染物的扩散、传输和转化过程,从而为制定有效的治理策略提供科学依据。
气象学在大气环境污染治理中的应用首先体现在对污染物扩散的预测和模拟方面。
气象因素如风速、风向、温度、湿度、大气稳定度等都会显著影响污染物在大气中的扩散和传输。
通过建立气象模型和污染物扩散模型,可以较为准确地预测污染物在不同时间和空间的分布情况。
这有助于提前采取措施,如调整工业生产布局、限制车辆行驶等,以减少污染物对人口密集区和生态敏感区的影响。
例如,在一个城市中,如果预计将出现不利于污染物扩散的气象条件,如静稳天气,环保部门可以提前通知相关企业减少污染物排放,并加强对空气质量的监测。
同时,公众也可以提前做好防护措施,减少户外活动,降低污染物对健康的危害。
气象学还能帮助我们分析大气污染物的来源和成因。
通过对气象数据的长期观测和分析,可以发现某些污染物浓度的变化与特定的气象条件之间存在关联。
比如,在特定的季节或天气条件下,某些地区的污染物浓度会明显升高。
这可能是由于当地的污染源排放增加,也可能是由于气象条件不利于污染物的扩散和稀释。
通过深入研究这些关联,可以有针对性地制定减排措施,从源头上控制污染物的排放。
此外,气象学在大气环境监测中也发挥着重要作用。
传统的大气环境监测主要依靠地面监测站点,但这些站点的分布往往有限,难以全面反映大气污染物的空间分布情况。
而气象卫星、气象雷达等先进的气象观测手段可以提供大范围、高时空分辨率的大气信息,有助于更全面、准确地监测大气污染物的分布和变化。
例如,气象卫星可以监测到大气中的气溶胶、颗粒物等污染物的分布情况,为评估大气污染的范围和程度提供重要依据。
气象学中的大气颗粒物和空气污染空气污染是现代社会公认的环境问题之一。
与此同时,气象学家对大气中颗粒物的关注也越来越多。
这些颗粒物不仅会对人类健康造成损害,还可能干扰气象现象的发展。
1. 大气颗粒物的种类和来源大气颗粒物是指在空气中悬浮的微小固体或液态物质,其直径一般小于10微米,其中更细小的颗粒物还被称作细颗粒物(PM2.5)。
这种颗粒物的来源复杂,包括自然因素(如沙尘暴、火山喷发等)、人为因素(如工业废气、机动车排放等)以及生物因素(如花粉、微生物等)。
这些颗粒物对人体健康的影响一直备受关注。
细颗粒物能够进入人体肺部和血液循环系统,引起呼吸系统疾病、心血管疾病等健康问题。
2. 大气颗粒物的分布和扩散大气颗粒物的分布和扩散是气象学家的研究重点之一。
大气中存在着复杂的气流、温度、湿度等因素,这些因素之间相互作用,影响着颗粒物在空气中的行为。
例如,气流的作用会使颗粒物向上或向下运动,更高的湿度则会让它们更容易被转化为液态形式,降落到地表。
这些因素的变化也会导致颗粒物浓度分布的变化。
3. 大气颗粒物的影响除了对人类健康造成的危害外,大气颗粒物还可能干扰气象现象的发展。
例如,云的形成和降水的发生都与颗粒物有关。
颗粒物会作为云凝结核,引导云的形成;而当颗粒物浓度过高时,它们也会影响降水的形成和降雨量。
此外,大气颗粒物还可能会影响光线的传播,潜在影响着气象探测技术、卫星遥感技术等。
4. 控制大气颗粒物控制大气颗粒物是一项重要的任务。
各国需要采取严格的法律法规和措施来防止大气污染和控制颗粒物排放,包括工业、交通等行业的限制和管理。
气象学家也需要加强研究,以便更好地评估和理解气象现象和空气质量之间的关系,为制定公共决策提供科学依据。
结语:空气污染和大气颗粒物的问题需要全球共同应对。
除了国际合作,各国还需要加强监测、研究和管理,积极探索新的减排技术和解决方案,共同打造一个更加健康的生态环境。
空气污染气象学的研究与发展:
平原地区的空气污染与气象:主要研究平坦地形上空大气污染物的输送和扩散的规律,估算烟囱排放和地面厂房泄漏的污染物对周围环境和下风地区的影响。
它是选定烟囱位置和高度,进行厂区和居民区的合理布局的重要依据。
由于平原地区的风向和风速在某一水平面上基本是均匀的,因此,污染物的输送规律比较简单。
污染源对周围地区的污染频率,由当地风向频率所决定。
显然最高频率风向的下风地区受污染机会最多。
气流绕过厂区建筑物时,在其背风面产生下沉气流,若烟囱口在此气流内,污染物将被带到背风区。
为了避免对附近地区的影响,至少烟囱应比附近建筑物高一倍半。
大气扩散能力和大气稳定度(见大气静力稳定度)密切相关。
在晴天小风条件下:夜间在近地面几百米高度内出现辐射逆温,大气稳定,湍流受到抑止,扩散缓慢;中午气温铅直递减率大于1°C/100米时,大气处于不稳定状态,热力湍流发展,扩散能力很强;当气温铅直递减率等于1°C/100米时,大气处于中性状态,湍流得以维持,扩散能力介于稳定和不稳定条件之间。
在大风或有云的条件下,风速的增大,虽可增加湍流强度,但由于大风或云层的关系,逆温强度减弱,热对流的发展也受影响。
F.帕斯奎尔根据太阳辐射强度(按太阳高度角、云状和云量划分为强、中、弱三级)、云量和风速各因素,将大气稳),定度分为6类(见表)其中A最不稳定,B不稳定,C稍不稳定,D中性(白天或夜间的阴天情况下都属中性),E稳定,F最稳定。
计算污染物的浓度时,采用扩散实验概括的理想化模式。
高烟囱排放的连续点源在下风方向地面的污染物浓度χ的计算公式为:
公式
式中Q为源强(单位时间排放的质量);ū为平均风速;以排放源为原点,水平面上y轴垂直于平均风向,z轴铅直向上为正方向;σy和σz分别为y方向和z方向的大气扩散参数,H 为烟囱高度和烟气抬升高度之和(称为烟囱有效高度)。
各类稳定度下的大气扩散参数沿下风方向相对于排放源的距离x 的变化,可由图查找或按σ=axb计算。
其中a和b的数值与大气稳定度有关,由实验测定。
对于工厂地面设备和厂房泄漏的气体,可按面源或线源来计算,计算公式可由点源公式推导出来。
水陆交界地区的空气污染与气象:在沿海或湖滨地区,水陆之间的温差产生的局地环流称为海(湖)陆风(见海陆风)。
低层气流把排入的污染物输送到一定距离后,又从高空返回到原地,使原地的污染浓度增高。
有时陆风带走的污染物被海风带回,也使空气中的污染物浓度增高。
美国洛杉矶市的光化学烟雾就是在这种环流条件下产生的。
春夏两季,水温比陆面温度低得多。
水面上的空气流经陆面时被加热,把原在水面上空形成的逆温层破坏。
这时逆温层上部积聚的污染物被热对流带到地面,使该处污染物浓度加大,称为“熏烟”现象。
由于湖
面逆温可维持几个小时,这种现象可延续较长的时间。
同样,在秋冬两季,由陆面吹来的稳定空气流经不结冰的水面时,也会出现“熏烟”现象。
由于陆面的粗糙度一般大于水面,所以陆面上的大气湍流扩散通常比水面上的强。
山区的空气污染与气象:地形起伏使得接受的太阳日辐射强度和辐射冷却不均匀,由此引起的热力环流,称为地形风。
山坡白天有上坡风,夜间有下坡风;山谷白天有谷风,夜间有山风(见山谷风)。
深谷还可以出现山谷风的闭合环流,其上部的反向气流称为反向山谷风。
在山区和平原之间,还有大型坡风(又称山区-平原风)。
在山谷中的不同位置,不同高度的气流有很大差异,因此不同排放点的污染物输送路径也不相同。
山坡上的烟囱高度若低于坡风的厚度(几十米),则污染物被下坡风带到平原或山谷中,这对利用山坡地形来增加烟囱的排放高度是不利的,若排放口处于闭合环流之中,也不利于污染物排出,而使当地污染物的浓度增高。
高烟囱的烟气,在迎风的山坡上造成的污染较大。
气流过山的动力作用在背风坡产生下沉气流或涡旋;谷风在不稳定条件下,风速较大时也出现下沉现象。
这都会使烟囱排放的烟气向下倾斜或下沉到地面。
山谷中的曲折地段,因地形阻塞而出现小风,会使这一地区的污染加重。
山区逆温维持时间比平原地区长,而且还可能出现多层逆温。
逆温层和山谷构成一个“管道”,限制了污染物的扩散,加重了下风地区的污染。
污染物在两个逆温层之间积累,当逆温破坏后,就出现“熏烟”现象。
虽然地形引起的气流扰动,加大了湍流的强度,山区的大气扩散参数比平原地区要大几倍,但由于水平输送不如平原地区,因此山区(尤其是山间盆地和谷地)的空气污染,通常比平原严重。
城市空气的污染与气象:城市热岛效应,使夜间的低空不出现逆温(见城市气候),但在几百米高度之上,仍为一稳定层所覆盖,而在稳定层之下形成城市混合层。
混合作用使该层内的浓度铅直分布趋于均匀。
同时,热岛效应使农村的冷空气向城市辐合而上升,形成了热岛环流。
该环流的水平辐合流场使接近地面的污染物向城市汇集,加重了城市的污染;另一方面,其辐合上升气流使高烟囱的烟气上升,输往远处,又可减少对城市的污染。
此外,城市的建筑群使地面的粗糙度增大,减弱了风速的铅直变化,加上建筑物之间的“渠道”作用,形成了复杂的局地环流。
以上种种情况,都说明城市中的污染物的输送过程相当复杂。
但总的说来,城市建筑物对气流的扰动和热对流作用,使城市的湍流比平原地区强,因此大气扩散参数比平原地区大得多。
在空气污染气象学的发展进程中,开始,只是从大气污染的现状出发,一方面对宏观的污染状况进行监测调查与分析,另一方面深入探索空气污染的微观机制及其存在的状态,物理和化学性质、动力学和运动学规律以及生态效应,研究它们与气象条件的关系和相互影响。
因此,随着环境科学、生态学、大气化学和大气边界层研究的发展,空气污染气象学必将会有更大的发展。
空气污染气象学的研究意义和应用:
空气污染气象学研究的理论意义主要在于它将大气湍流运动与扩散的基本理论引人来处理空气污染的散布问题。
梯度输送理论和湍流统计长期以来对空气污染物散布的理论反洗和模
拟研究起了作用,尽管它们各自具有一些长期理论性,但在它们各自适用的范围可以用于准确地预测空气污染物浓度并在应用中不断取得进展。
尤其是需要处理非均匀非定常和中远距离较大尺度大气过程的作用和影响,在对流边界层扩散、稳定边界层扩散和中远距离大气输送与扩散以及大气化学转换,干湿迁移和清除研究领域具有更为重大的意义。
空气污染气象学具有广泛的应用领域,他在以下领域取得了许多发展并发挥重要的作用,这些领域包括:
1、在规划设计工作中,为发展经济保护环境而提供污染气象学条件的分析和科学依据;(1)城市建设和工业规划——如何使城市建设与工业区规划布局能够保证对居民和农作物、城市环境的污染影响及危害减至最小,这是规划与设计工作中需要了解的诸多因素之一。
(2)厂址选择与工程环境影响的评价—通过污染气象学测试,对拟建厂地区提供有关通风稀释和扩散能力的分析,从大气环境的空气质量角度做出选址结论和评估。
(3)烟囱高度设计—加高烟囱可以减少近区局地地面污染物那番能浓度,但需要增加投资并造成较远距离和长远的污染影响,例如区域污染和酸雨影响等。
因此,在工程设计中烟囱高度的确定,通常应以空气污染气象学原理和处理方法所得结论为依据,以力求确当。
由于各地气象条件不同,下垫面条件有差异,尤其是环境的原有布局和背景污染水准亦不同,实际应用中应根据具体情况计算确定。
2、发展大气污染预测业务,实施各种环境多种尺度的污染物浓度预测:
(1)区域预测——预测尺度在几百公里以上,时间为1~2天的区域污染状况,着重研究可能形成大范围严重污染的天气形势并利用现有的天气预报成果。
此项工作已经起步,有待不断发展;
(2)城市空气质量预测—预测尺度在10~100KM范围,数小时到1~2天时段的城市空气污染状况。
由于城市条件各异,问题比较复杂,正在不断发展;
(3)局地空气污染和特定污染源污染物排放的预测—预测范围在几十到数千米,时间为几小时到1天的局地污染物浓度分析。
这是应用最为广泛,研究相对成熟的应用领域。
3、大气环境质量评价,即对大气环境从空气质量角度评价其污染状况,例如,根据不同的目的和要求,按一定的原则和方法,对区域环境的空气质量做出分析评估,以求反映现状,研究发展趋势,实施日常的空气污染控制与大气环境管理、综合防治。
4、监视全球环境变化,这是空气污染气象学进二三十年来确定的一个新的研究领域,即由于空气污染而产生的酸性沉积物、微量气体及二氧化碳的增加,带来全球环境变化的可能性和发展趋势,成为当代空气污染气象学研究与应用的热点。