第十章— 大气扩散与污染控制 大气污染控制工程课件

二、有上部逆温时的扩散模式
y z , H — u Q σ y σ ze x p ( 2 σ y 2 2 y ) n { e x p [ (z H 2 σ 2 z 2 n L ) 2 ] [ (z H 2 σ 2 z 2 n L ) 2 ] }
地面和逆温层底对烟云多次反射模型
三、地方风
3.城市热岛环流 工业的发展，人口的集中，使城市热源和地面 覆盖物与郊区形成显著的差异，从而导致城市 比周围地区热的现象，称之为城市热岛效应。 在晴朗平稳的天气下可以形成一种从周围农村 吹向城市的特殊局地风，称为城市热岛环流或 城市风。
“热岛效应”引起的城乡大气环流
第四节 大气扩散模式
五、大气稳定度与烟流扩散的关系
5 熏烟型
下层 d ，上层 ＜ 0，上
层大气处于稳定状态，而下层为不稳定状 态。烟流向上的扩散受抑制，能在近地面 附近扩散，往往在下风向造成比其它形式 严重得多的地面污染，许多烟雾事件就是 在此条件下形成的。这种情况多发生在冬 季日出前后。
第三节 大气的运动和风
二、风
风是指水平方向的空气运动，垂直方向的 空气运动称为升降气流。风具有方向（指风的 来向）和大小（m/s）。风向常以八或十六个 方向，或用角度（0°～ 360°）表示
风向的表示方法
二、风
风玫瑰图
三、云
云是由飘浮在空中的大量小水滴或小冰晶或 两者的混合体构成的 。
云按其高度不同分为高云、中云和低云。 云会阻挡太阳对地表的辐射，云的状态和云 量多少影响大气的稳定度，从而影响污染物的扩 散。云量是指云遮蔽天空的份数。 我国将天空分为十份，云遮蔽了几份，云量 就是几。
二、气温的垂直分布
气温直减率:真实大气的气温随高度的变化,
(dT/dz)
温度层结曲线，简称温度层结。
大气中的温度层结有四种类型：
1 d 2 d
3 =0， 4 ＜0，
，递减或超绝热； ，中性； 等温； 气温逆转，简称逆温。
温度层结曲线
三、大气稳定度
大气稳定度是指大气在铅直方向上稳定的 程度。
大气稳定度和烟型
五、大气稳定度与烟流扩散的关系
3 扇型
＜0，大气处于强稳定状态，温度层结为逆 温，烟流的扩散在铅直方向受抑制，在水平方向 扩展成扇形。这种烟型在晴天从夜间到早上常见。
4 屋脊型
上层 d ，下层 d ，上层大气为
不稳定状态，下层为稳定状态。烟流受逆温层的阻 挡不向下扩散，只向上扩散呈屋脊型。这种情况常 见于日落前后。
大气污染控制工程
第十章 大气扩散与污染控制
第十章 大气扩散与污染控制
污染物排入大气后，在大气中扩散稀释， 并被传输和转化。根据当地地形、地物和气象 条件，采取有利的排放方式（如高烟囱、排放 地点），减少其环境影响，这是一种有效而经 济的污染控制方式。
第十章 大气扩散与污染控制
主要的气象要素 大气的热力学过程 大气的运动和风 大气扩散模式 大气污染浓度估算 烟囱计算 厂址选择
四、逆温
4 湍流逆温 低层空气湍流混合形成的逆温
湍流逆温的形成
四、逆温
5 锋面逆温 在对流层中，冷暖空气相遇，暖空气密度
小就会爬到冷空气上面去，冷空气重，则会沉 入到暖空气下方，这样就形成了一个向冷空气 方向倾斜的过渡锋面。如果锋面处冷暖空气的 温差很大，即可在冷空气侧出现逆温。这种逆 温沿着锋面的狭长地带分布，当锋面移动或停 滞时，容易发生严重污染。
熏烟污染的浓度铅直分布
三、熏烟扩散模式
Qp
y,H -
2 1 2π e— u xph(iσ 1 2 yFp2)dpexp(2σ y2 2 yF)
式中，p=(hi-H)/σz
σyF=σy（稳定）+H/8
三、熏烟扩散模式
(1) 当 hi=H + 2σz 时，烟流全部受到逆温层的
流，由于气流的下沉使其气温绝 热上升，因此也会形成逆温层， 称之为下沉逆温，下沉逆温持续 时间很长，范围很广，厚度也较 大。
沉降逆温的形成
四、逆温
3 平流逆温 当暖空气平流到冷地面上时，下层空
气受地表影响大，降温多，而上层空气降 温少，故形成逆温，称之为平流逆温。平 流逆温的强弱取决于暖空气与冷地面的温 差。
3 高架连续点源的最大地面浓度
maxmax
,H
2Q
—
euH2
.σz σy
σ｜ z xmax H/ 2
二、有上部逆温时的扩散模式
上部逆温层就像一个盖子使污染物的铅 直扩散受到限制，扩散只能在地面和逆温层 底之间进行，所以又称为“封闭”型扩散。
推导这种情况下的扩散公式是把逆温层 底看成和地面一样能起全反射的镜面，烟云 多次反射，污染物浓度可看成是实源和无穷 多对虚源作用之总和。
太阳辐射是地球上的主要热源，低层大气的加 热和冷却是太阳、大气和地面之间热交换的结果。 太阳向地面的辐射以短波辐射为主，而大气本身吸 收短波的能力很弱，地球表面上分布的陆地、海洋、 植被等直接吸收太阳辐射的能力很强；
地表吸收太阳辐射后并向空中进行长波辐射， 大气吸收长波辐射的能力很强。因此近地层大气温 度变化主要受地表温度的影响，随地表的温度的升 高或降低，近地面空气自下而上被加热或冷却。
一、高斯扩散模式
污染物在扩散中无衰减和增生，地面对污染物没 有吸收、吸附作用。就像一面镜子，对污染物起 着全反射的作用，可以用“像源法”来解决这个 问题。
扩散模式的坐标系
由地表面产生的全反射
一、高斯扩散模式
空间任意一点的污染物浓度：
y z , H — u Q σ y σ ze x p ( 2 σ y 2 2 y ) { e x p [ ( z 2 σ H 2 z) 2 ] e x p [ ( z 2 σ H 2 z) 2 ] }
二、有上部逆温时的扩散模式
χD可由烟流宽度和扩散参数的关系确定。烟 流在铅直方向扩展的宽度为：
zο2.15σ z
LH2.15 σ z,σ zL 2 .1H 5
由上式可计算出一个下风距离χ，此χ就是χD 。
三、熏烟扩散模式
熏烟污染过程的浓度铅直分布，y方向浓度分 布仍呈正态分布。显然，此时的地面浓度公 式可由有上部逆温的扩散模式导出，式中L应 换成逆温层消失高度 hi ，源强Q只应包括在 hi以下的部分。
二、气温的垂直分布
绝热上升或绝热下降:在大气中，某一气团（气块） 因某种原因作上升或下降运动，在运动过程中不与 周围大气热量交换。 干绝热直减率:干空气块绝热上升或下降100m时， 温度降低或升 高的值，用 d 表示:
d (dT i/dz)d
根据热力学第一定律和气体状态方程，可以得出，
d g /C p 0 .9 8 C /1 0 0 m
(1)当χ≤χD时，烟流扩散不受逆温的影响，扩散公 式采用高斯模式进行计算。
(2)当χ≥2χD 时，污染物经过多次反射后，在z方向 上浓度渐趋均匀，水平方向仍呈正态分布，地面浓 度的计算公式为：
y,H 2π — Q uLσ yexp(2σ y22y)
(3)当χD<χ<2χD时，取χ=χD和χ=2χD两点的浓度进 行内插。
五、大气稳定度与烟流扩散的关系
1 波浪型
d ，大气全层不稳定。烟
流上下飞舞，沿主导风向流动扩散 很快，形成波浪型。这种烟型多发 生在晴天中午和午后。
2 圆锥型
= d ，大气处于中性或弱稳定
状态，烟流的扩散在水平、垂直 方向大致相同，烟气沿风向愈扩 愈大形成锥形。多发生在阴天中 午或冬季夜间。
Ti0 T0
则：
ag d z
T
d 决定了 z 和 a的方向是否一致，即决定
了大气的稳定程度，所以可以把 和 d的大小比
较作为大气稳定度的判据。
三、大气稳定度
当 d 时，a 和 z 的方向一致，开始的
运动将加速进行，大气是不稳定的。 当 d 时，a 和 z 的方向相反，开始
引起大气运动的作用力 大气边界层中风随高度的变化 地方风
一、引起大气运动的作用力
作用于大气的力，有气压梯度力；地转偏 向力(科里奥利力)；摩擦力；大气作曲线运动 时还要受到惯性离心力的作用。这些力之间不 同的结合构成了不同形式的运动，但水平气压 梯度力是引起大气运动的直接动力。
二、大气边界层中风随高度的变化
四、 能见度
能见度是指视力正常的人在当时天气条件下， 能够从天空背景中看到或辨认出目标物（黑色， 大小适度）的最大水平距离，单位m或km。能见 度反映了大气清洁、透明的程度。
第二节 大气的热力学过程
太阳、大气和地面的热交换 气温的垂直分布 大气稳定度 逆温 大气稳定度与烟流扩散的关系
一、太阳、大气和地面的热交换
二、有上部逆温时的扩散模式
混合层高度是从地面算起至第一层稳定层底的高 度，决定于起始温度的垂直结构和地面的增温情况。 可用绝热线上升法
来确定：任一时间 的地面温度和 d 绘 制的直线与北京时间 7点探空曲线的交点， 可作为该时间的混合层 高度。
混合层高度的估算方法
二、有上部逆温时的扩散模式
设χD为烟羽边缘刚好到达逆温层底时该点离烟源 的水平距离，则：
高斯扩散模式 有上部逆温时的扩散模式 熏烟扩散模式 颗粒物扩散模式 城市和山区的扩散模式
一、高斯扩散模式
高斯扩散模式是在污染物浓度符合正态分 布的前提下导出的，其基本假设为：烟羽 的扩散在水平和垂直方向都是正态分布； 在扩散的整个空间风速是均匀的、稳定的； 污染源排放是连续的、均匀的；污染物在 扩散过程中没有衰减和增生；在x方向，平 流作用远大于扩散作用；地面足够平坦。
的运动将受到抑制，大气是稳定的。
当 d 时，a=0, 大气是中性的。
四、逆温
具有逆温层的大气层是稳定的。某一高度上 的逆温层就象一个“盖子”一样，阻碍大气的铅 直运动，不利于污染物的扩散稀释。