核环境学基础-4

为干绝热递减率，用γd表示，单位K/100m
（由压力变化引起）
d


dTi dz
定性
空气块 空气块
膨胀（做功）
耗内 能
T
压缩（外气对它做功）
内能
T
2、气温的垂直分布（温度层结）
气温直减率 dT （大气）
dZ
dT
dZ
>d ＝d，
＝0 ， <0 ，
正常分布层结 （递减层结） 中性层结（绝热直减率） 等温层结 逆温层结
)
地面轴线浓度模式：再取y=0代入上式


(x,0,0, h)


Q

u y
z
exp(
h2
2
2 z
)
地面最大浓度模式：
考虑地面轴线浓度模式


(x,0,0, h)


Q

u y z
exp(
h2
2
2 z
)
上式， x 增大，则 项增大，必然在某
、 增大，第一项减小，第二
y
z
x 处有最大值
00 00
Q
x udydz
00 00
③
将①代入②中，积分可得
a

1
2
2 y
,b

1
2
2 z
④
将①和④代入③，积分可得
A(x) Q
⑤

2
将④⑤代入①可得
u

y
z
无界空间连续点源的扩散公式

( x,
y, z)

2
Q

u y z
exp[
1 2
y2
(

2 y
设 y c （实际中成立）
z

d x(x,0,0, h) 0
由此求得
d z

x

2Q

uh2e
z y
, z

x xm a x

h 21/ 2
地面连续点源的弥散模式
地面源高斯模式令h=0


(x,
y,
z,0)


Q

u y z
exp(
y2
2
2 y
) exp(
z2
辐射逆温层的产生是有规律的，一般只在夜间形成，早晨 随着太阳不断加热地表，地面温度上升，逆温自下而上逐 渐消失，一般在上午完全消失。
下午 日落前1h 夜间
日出 上午10h
烟流形状与大气稳定度的关系 波浪型（不稳） γ〉γd 锥型（中性or弱稳） γ≈γd 扇型（逆温）γ<0 爬升型（下逆，上不稳） •漫烟型（上逆、下不稳）
扩散参数是表征湍流扩散剧烈程度的物理量，是影响污染 物浓度的重要参数。
P－G曲线法（帕斯奎尔-吉福特方法） 帕斯奎尔在1961年推荐一种仅需要常规气象观测资料就能估算σy，σz的方 法，吉福德(Gifford)进一步将它制成应用更方便的图表。应用观测到的风 速、云量、云状和日照等天气资料，将大气扩散稀释能力分为6个等级： A — 极不稳定，B —不稳定，C — 弱不稳定，D — 中性，E — 弱稳定， F —稳定。若稳定级别为A～B，则表示按A 、B级的数据内插。
1005
气
压
1010
梯
度
1015
力
风向
1020
地转偏向力
气压梯度力
地转偏向力
风向
在气压梯度力和地转偏向力共同作用下的风
（北半球高空）
15
3. 摩擦力
水平气压梯度力使空气运动产生加速度，但 风速加大总是有限度的。因为处于运动状态不 同的气层之间，空气和地面之间都会相互发生 作用，对气流运动产生阻力。气层之间产生的 阻力，称为内摩擦力；地面对气流运动产生的 阻力，叫外摩擦力。摩擦力总是和运动的方向 相反。摩擦力的存在限制了风速的加大。
建立三个坐标系：1、以实源在地面的投影点为原点，P点坐标为 （x，y，z）； 2、以实源为原点；3、以像源为原点。
（1）实源贡献：P点在以实源为原点的坐标系中的垂直坐标为 （z-h）。不考虑地面的影响，实源在P点形成的污染物浓度为：

1(x,
y,
z)

2
Q

u
y z
exp(
1 2
y2

2 y
气块加速度与其位移方 向相反，气块减速运动
气块加速度与其位移方 向相同，气块加速运动
混合层
中性层 稳定层
d >0, a>0 d <0, a<0 d ＝0，a=0
<0 ， a<0
不稳定 稳定 中性
逆温，非常稳定
有关辐射逆温
在晴朗无云或少云、风力不大的夜晚，地面辐射冷却很快， 贴近地面的大气温度下降最多，而高层大气冷却慢，造成 温度自下而上的增加，称为辐射逆温。
水平气压 梯度力
风向
（百帕） 1000 1005
1010
（北半球）
地面摩擦力
地转偏向力
与空气运动方向相反近地1～2km内明显
4.2.2湍流扩散基本理论
一、湍流扩散的基本概念
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 1、什么是湍流？ 除在水平方向运动外，还会由上、下、左、右方向的乱运动，风 的这种特性和摆动称为大气湍流。（有点象分子的热运动） 或者说湍流是大气的无规则运动 。
2
2 z
)
相当于无界源的2 倍（镜像垂直于地面，源强加倍）
地面浓度模式，令z＝0


(x,
y,0,0)


Q

u y z
exp(
y2
2
2 y
)
地面轴线浓度模式：再取y=0

(x, y,0,0)
Q

u y z
长期释放的年平均浓度
估算气载流出物释放造成的公众剂量，需要估算在假设源 强为常数的前提下整个日历年度内烟囱周围不同地点处空 气的年平均污染浓度。 对于全年气象条件的变化，可通过对风向、风速、稳定度 联合频率的统计计算加以描述。
生了促使大气由高压区流向低压 区的力，叫水平气压梯度力。
a.导致大气水平运动 的原动力
1.水平气压 梯度力
b. 垂直于 等压线
c .由高压 指向低压
气压梯度力
G 1 P
n
（百帕） 1000 1005 1010
2.地转偏向力
由于地球自转而产生的使运动着的大气偏离气压梯度方 向的力称为地转偏向力
第四章 放射性物质在大气中的行为
4.1放射性物质在大气中的化学行为 4.2放射性物质在大气中的输运和弥散 4.3放射性物质在大气中的沉积和再悬浮
1、大气的化学组成
氮（78.09%），氧（20.95%），氩（0.934%）， 其它（CO2、稀有气体、水蒸汽等）
大气分层结构：对流层、平流层、中间层、热层、 散逸层

z2

2 z
)]
（4.15）
ū — 平均风速，m/s；
Q—源强， Bq/s；
σy—侧向扩散参数，污染物在y方向分布的标准偏差，m； σz—竖向扩散参数，污染物在z方向分布的标准偏差，m；
2、高位连续点源扩散模式
高位源既考虑到地面的影响，又考虑到高出地面一定高度的排 放源。地面对污染物的影响很复杂，如果地面对污染物全部吸 收，则4.15式仍适用于地面以上的大气，根据假设d可认为地 面就象镜子一样对污染物起全反射作用，按全反射原理，可用 “像源法”处理——把P点污染物浓度看成为两部分作用之和。 即相当于位置在（0，0，h）的实源和位置在（0，0，-h）的 像源，当不存在地面时在P点产生的浓度之和。
当地的纬度
Dn 2v sin
风速
地球自转角速度
Dn 2v sin
a.伴随风的产生而产生
水平气压 梯度力
b.垂直于空气的运动 方向(即风向),北半球向指向右，
南半球指向左；
（百帕）c. 只改变风向不改变风速；
1000
1005 1010
d.由低纬向
高纬增大；
地转偏向力 （北半球）
（百帕） 1000
风速的脉动（上、下）
风向的摆动（左、右） 2、湍流与扩散的关系
把湍流想象成是由许多湍涡形成的，湍涡的不规则运动而形成它 与分子运动极为相似。
3、起因与两种形式 热力：温度垂直分布不均，其强度主要取决于大气稳定度
机械：垂直方向风速分布不均匀及地面粗糙度，其强度主要 取决于风速梯度和地面的粗糙度
) exp(
1 2
(z h)2

2 z
)
（2）像源贡献：P点在以像源为原点的坐标系中的垂直坐标为
（z+h），像源在P点形成的污染物浓度为：

2 (x,
y,
z)

2
Q

u
y z
exp(
1 2
y2

2 y
) exp(
1 2
(z h)2

2 z
)
实际浓度


(x,
y, z, h)

帕斯奎尔和特纳提出的日射-云量和风速方法最大 的优点是可根据常规气象观测资料进行大气稳定 度分类。它将大气稳定度划分为A—F六个等级， 其中A为极不稳定条件，B为不稳定条件，C为稍 不稳定条件，D为中性条件，E为稍微稳定条件， F为稳定条件。由A至F表示大气弥散强度逐渐减 弱。
1、大气扩散参数（σy，σz）的确定