1、主要学习内容（32学时）,章节 安排,1,2,3,4,6,总论（3）,环境生态学基础（3）,水污染及其控制工程（8）,物理性污染及其控制（4）,大气污染过程及其控制工程（6）,5,固体废物处理及其应用（2）,7,环境质量评价及环境管理（4）,8,清洁生产（2）,第四章大气污染过程及其控制工程,第二节、 大气污染气象过程,一、大气的结构与气象 二、大气污染物的扩散 三、影响大气扩散的若干因素 四、烟囱高度及厂址选择,兴趣是最好的老师,9、大气层垂直结构共分哪几个部分？对流层温度分布的特点是什么？ 10、主要气象要素有哪些？ 11、风的日变化特点是什么？什么是海陆风？山谷风？ 12、什么是气温垂直
2、递减率？大气温度层结有哪几种存在状态？ 13、什么是空气干绝热递减率？ 14、什么是大气稳定度？大气稳定度对空气扩散有何影响？ 15、什么是辐射逆温？简述每天辐射逆温生消过程。 16、烟流型和大气稳定度有何关系？ 17、按照帕斯奎尔（Pasquill）法，大气稳定度更分几类？按此分类大气稳定程度如何排序？ 18、高斯模式的四点假设是什么？ 19、为什么说高斯烟流中心线下游一定存在一个最大浓度点？ 20、烟气抬升分为哪几个阶段？ 21、影响大气扩散的主要因素有哪些？ 22、烟囱的主要作用是什么？是不是烟囱越高对近地面空气污染越轻？ 23、厂址选择主要考虑的空气扩散因素有哪些？按照风向玫瑰图和空气
3、污染系数选择厂址各有什么不同？,一、 大气结构与气象,1、大气的结构 大气层：地面1200 km的空气层。质量98.2集中在30 km以下。 大气结构：根据竖直方向大气密度、温度、组成的分布状况可分为：对流层、平流层、中间层、暖层。, 对流层。10 km，大气质量75，几乎全部水蒸气、微尘杂质，主要天气现象。地表吸热， H，t ，0.65/ 100m，垂直混合较强烈。大气边界层（摩擦层），1.5 km，污染物扩散稀释主要层； 1.5 km，自由大气。 平流层。10 55 km，大气质量24.9 ，稀薄，干燥。22km为同温层，H，t =C。 2225km臭氧层，吸热， H，t ，竖直混合微弱，
4、处于平流运动。 中间层。 80km，质量10-3。 H，t ，对流强烈，垂直方向混合明显。 暖层（电离层）。800km，质量10-5。强烈紫外线下， H，t ，昼夜变化大。电离层。,2、气象要素,气象要素：气压、气温、气湿、云、风、能见度以及太阳辐射等。风和湍流运动直接影响污染物扩散，气温垂直分布又制约着风场与湍流结构。 （1）. 气压大气压强，Pa（mbar、Pa）。273K，450海平面，p0=1013.25hPa为标准大气压。H，p。,（2）. 气温1.5 m处百叶窗内测量到的大气温度。 （3）. 气湿大气湿度，空气水蒸气含量。绝对湿度、水蒸气分压、露点、相对湿度和比湿。,（4）. 云微
5、小水滴或冰晶构成的汇集物质。云吸收或反射太阳的辐射，反映了气象要素的变化和大气运动的状况。 云量：云遮蔽天空的份额。我国将视野天空分10等分，阴天为10；晴天为0。 云高：云底距地面的高度。低云 2500m；中云25005000m；高云5000m。 （5）. 能见度正常视力，从水平方向中能够看到或辨认出目标物的最大距离。反映大气混浊/透明的程度。10个级别，0级50m，9级50km。,（6）. 风空气在水平方向的运动。 风向：风的来向。用16或8个方位表示。用角度表示，北风为0o，顺时针方向夹角称为风向角。 风速：单位时间水平运动的距离。距地10m，一定时间内观测到的平均值。 自由大气为水平匀
6、速运动。大气边界层，H，u,日变化。日出：地面吸热，大气上升运动，上下混合强烈，下层风大，高层风小；夜间：地面冷却，湍流停止，下层风小，高层风大。, 海陆风。陆地和海洋差异产生的热力效应，日变化。陆地热容量海水，地温升、降快。海风：白天，陆地气温海洋，陆地空气上升，低层气压海上。下层空气从海面陆地，高层空间由陆地海洋，形成闭合环流；,陆风：夜间，陆地气温海洋，海洋空气上升，低层气压陆地。下层空气从陆地海洋，高层空间由海洋陆地，形成闭合环流。,季风：海、陆差异热力效应，四季周期变化的大气环流，影响范围比海陆风大得多。 夏季：大陆气温海洋，低层空气从海洋大陆，高层相反流动，类似于白天海风环流。东南
7、风（太平洋高压控制） 冬季：大陆气温海洋，低层空气从大陆海洋，类似于夜间陆风环流。西北风（蒙古高压控制） 。 峡谷风：气流从开阔地区进入流动截面积缩小的狭窄峡谷口，气流加速而形成的强风。,山谷风：山区地理差异产生热力作用，日变化。 谷风：白天，山坡吸热强，气温高，空气上升，从谷底沿山坡向上流动。谷底上空气流下降，形成热力循环。（阴风） 山风：夜间，山坡冷却快，气温低，空气密度大，沿山坡向谷底流动。,3、大气温度的垂直分布,（1）. 气温（垂）直（递）减率 实际大气的气温沿垂直高度的变化率,（2）. 大气的温度层结标准大气：对流层下层 0.3-0.4/100m中层 0.5-0.6/100m上层
8、0.65-0.75/100m,递减层结。H，t，0。晴朗白天，风力较小。空气团降温速度慢，加速上升，不稳定。 等温层结。H，tC，0。阴天、多云、大风。空气团降温速度快，上升运动将减速并转而返回，趋于稳定。,逆温层结。 H，t，0。大气在竖直方向基本停滞，强稳定状态。对大气污染扩散影响极大。,干绝热递减率（干空气温度绝热垂直递减率）:干空气块或在升降过程中未发生水蒸汽相变的湿空气块绝热升降单位距离（通常取100m）温度降升的数值称为干绝热递减率。以d表示：,式中：i代表气块的参数，以区别与周围的气体；d表示干空气； 干绝热过程中，气块每上升或下降100m，温度约降低或升高0.98K。 一般情况
9、下，空气块在大气中是不饱和的，所以它们在大气中升降时的温度变化都近似等于d,4、大气的稳定度,（1）. 大气稳定度 大气在垂直方向上的稳定程度。,不稳定条件下有利于扩散,定性描述,定量判断,则有判据：,19,逆温不利于扩散辐射：,1). 辐射逆温： 地面白天加热，大气自下而上变暖；地面夜间变冷，大气自下而上冷却,（2）逆温,20,逆温,辐射逆温的生消过程,21,逆温,2).下沉逆温 （多在高空大气中，高压控制区内）,22,3).平流逆温暖空气平流到冷地面上而下部降温而形成,4).湍流逆温 下层湍流混合达 上层出现过渡层 逆温,逆温,23,逆温,5).锋面逆温,逆温对大气的影响,逆温对不同城市的
10、影响,26,波浪型（不稳） 锥型（中性or弱稳） 扇型（逆温） 爬升型（下稳，上不稳） 漫烟型（上逆、下不稳）,(3)烟流型与大气稳定度的关系,（4）. 大气稳定度的分类 与天气现象、时空尺度、地理条件密切相关. 帕斯奎尔（Pasquill）法：根据风速、太阳辐射、夜间云量状况，将稳定度分为AF六个级别（极不稳定、不稳定、弱不稳定，中性、弱稳定、稳定）。 常规气象资料确定，简单易行，但没有确切描述太阳辐射强度，云量的确定也不准确，粗略。 特纳尔(Turner)法：根据太阳高度角h和云量(10分制)，确定太阳辐射等级，再由太阳辐射等级和风速确定大气稳定度的级别。,二、 大气污染物扩散模式,1.湍
11、流扩散的基本理论 2.高斯扩散模式 3.污染物浓度的估算方法 4.特殊气象条件下的扩散模式 5.城市及山区的扩散模式,1、 湍流扩散的基本理论,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105106倍 湍流的基本概念 湍流大气的无规则运动 风速的脉动 风向的摆动 起因与两种形式 热力：温度垂直分布不均（不稳定） 机械：垂直方向风速分布不均匀及地面粗糙度,主要阐述湍流与烟流传播及湍流与物质浓度衰减的关系 1.梯度输送理论 类比于分子扩散，污染物的扩散速率与负浓度梯度成正比 2.湍流统计理论 泰勒正态分布 萨顿实用模式 高斯模式 3.相似理论,1、 湍流扩散的基本理论,2、
12、 高斯扩散模式,高斯模式的有关假定 坐标系右手坐标，y为横风向，z为垂直向 四点假设 a污染物浓度在y、z风向上分布为正态分布 b全部高度风速均匀稳定 c源强是连续均匀稳定的 d扩散中污染物是守恒的（不考虑转化）,高斯扩散模式,高斯烟流的形态,高斯烟流的浓度分布,高斯烟流中心线上的浓度分布，最大浓度及落地点距离,高架连续点源扩散,镜像全反射-像源法 实源： 像源：,高架连续点源扩散模式,高架连续点源扩散模式,颗粒物扩散模式,粒径小于15m的颗粒物可按气体扩散计算 大于15m的颗粒物：倾斜烟流模式,表4-1 地面反射系数,3、 污染物浓度的估算,q 源强 计算或实测 平均风速 多年的风速资料 H
13、 有效烟囱高度 、 扩散参数,1.烟气抬升高度的计算,烟气抬升高度的计算,烟气抬升的各个阶段,烟气抬升高度的计算,抬升高度计算式 （1）有风时，中性和不稳定条件下烟气抬升高度H(m),又分三种情况（计算公式略）（2）有风时，稳定条件下：（3）静风和小风时,扩散参数的确定,大气稳定度分类，采用修订的帕斯圭尔稳定度分类法（PS），共划分AF六个等级,1-横向扩散回归指数； 2-铅直扩散回归指数； 1-横向扩散参数回归系数； 2-铅直扩散参数回归系数； X-距排气筒下风向的水平距离，m.,4、 特殊气象条件下的扩散模式,主要指气象条件与高斯模式不一样（温度层结构均一，实际中难以实现） 封闭型扩散模式
14、 相当于两镜面之间无穷次全反射 实源和无穷多个虚源贡献之和 n为反射次数，在地面和逆面 实源在两个镜子里分别形成n个像,熏烟型扩散模式,假设： D 换成hf（垂向均匀分布）；q只包括进入混合层部分， 则仍可用上面公式,熏烟型扩散模式,5、 城市及山区扩散模式,城市大气扩散模式 1.线源扩散模式,城市大气扩散模式,2.面源扩散模式 大气排放规范里规定条件：烟囱高15m以下；单个排放量0.04t/h,三、 影响大气扩散的若干因素,一、气象因子（大气稳定度、风） 1.大气稳定度与气温层结有关。越不稳定，扩散越快。稳定度不同，扩散型态也不一样，从而形成以下5这种典型烟云： 波浪型：不稳定。即0，d。湍
15、流强烈，左右剧烈翻卷的波浪状，晴朗白天。地面落地浓度较高，最大浓度点距排放源较近。 锥型：中性或弱稳定。0，d。扩散能力弱于波浪型，圆锥形扩散，阴白天/强风夜间。输送距离较远，落地浓度较低。 带型（扇型）：逆温稳定。0，d。无湍流，水平缓慢扩散，弱风晴朗夜晚和早晨。不易扩散，输送较远。地面污染与源高有关。,爬升型（屋脊型）。上不稳定，0；下稳定，0。有辐射逆温日落前后，地面浓度小。 熏烟型（漫烟型）。上稳定，0；下不稳定，0。日出之后，辐射逆温消失时。地面污染最严重。,2. 风污染源下风向的污染程度较严重。 C1/u，u，C，污染轻。 某城市SO2浓度观测数据： u23，SO2； u23，SO
16、2基本不变，风速扩散影响甚微。,二、地理环境的影响 （ 地形状况、地面物体 ）,1、地形状况陆地、海洋、平地、山地扩散产生不同影响。 局部地形的热力作用促使形成地方风，最终影响污染物扩散。 海陆风：形成局部环流，抑制向远处扩散。例如 白天（海风），海岸附近的污染物从高空向海洋扩散出去，随着海风环流回到内地； 日出、日落后，海风与陆风交替，大气相对稳定，甚至逆温； 季风与海陆风交汇，东南沿海夏季风，夜间与陆风相遇，污染物浓度也较高。 山谷风：形成局部环流，污染物在环流中长时间滞留。 峡谷风：不利于污染物的扩散，并造成峡谷下游地区的污染。,2. 地面物体 热岛效应：城市人口、工业集中。消耗燃料成为
17、热源，建筑材料热容量高，白天吸收热不宜冷却，成为蓄热体。t城市t郊区，夏季1.5，冬季7。城市热气流上升，乡村冷空气侵入，形成城乡环流。加强湍流，有助于源附近的扩散，但环流使周围污染物回流。,街道和建筑吸放热不均匀，形成小型环流。如白天屋顶吸热强，街道受热弱，屋顶热空气上升，街道上冷空气下降，构成谷风式环流。晚上反向形成山风式环流。影响街道扩散能力（汽车）。 源附近高大建筑物。建筑物使风速减小，还会引起局部环流的扩散。如建筑物背面气流下沉，并在地面处形成返回气流，产生涡流。,三、污染物特征的影响,除扩散外，不同性质污染物还存在沉降、化合分解等净化作用。干沉积、湿沉积、放射性衰变。 干沉积。重力
18、沉降：粒子d，沉降v，应考虑l0m颗粒的沉降速度；下垫面清除作用：l0m污染物碰到下垫面的地面、水面、植物与建筑物等，因碰撞、吸附、静电吸引或动物呼吸等作用被逐渐从烟流中清除出来(计算时可不考虑)。 湿沉积。水汽凝结物与降水的净化作用。 放射性衰变。放射物质可能产生的衰变现象。可能减少某种污染物，但也可能增加新的污染物。非常复杂，尚未掌握它们对污染物浓度变化的规律性。,四、 烟囱高度及厂址,（一）、烟囱高度的设计方法 高烟囱的作用：克服流动p（自然通风）；污染散逸到高空，降低浓度。 1. 烟囱高度对烟气扩散的影响地面浓度Cmax与H2成反比。C(高h2)C(低h1)，长距离后逐渐接近。Xmax
19、(h2)Xmax(h1)，Cmax(h2)Cmax(h1) 。高烟囱使下风处约10 km的烟气浓度都降低，距离再远则影响程度接近。,2. 烟囱高度的设计 烟囱达到一定高度后，增加高度对落地浓度降低已无明显作用，而烟囱的造价也近似地与烟囱高度的平方成正比。烟囱高度设计的基本要求是：在排放源造成的地面Cmax不超过国家规定的标准数值下，使得建造投资费用最小。,3. 影响烟囱设计高度的因素 计算公式。各种公式对地形、气象条件依赖性强，计算差别大。选择适合相应条件的公式。,气象参数。 风速：u，扩散Cmax；但u使得H Cmax（抬升高度减小） 存在一Cmax最大值的风速。危险风速,烟流出口速度VS。
20、 VS ，H 、Cmax。一般要求VS /u1.5。可采用集合式烟囱以提高VS 。 烟气的干、湿沉降。为避免建筑物造成的干、湿沉降现象，而导致烟囱地区污染增加。要求：烟囱与建筑物相距约20倍h；（烟囱高度）h 2.5倍建筑物高度；排放粉尘烟囱， h15m， VS 2030m/s. 烟囱的散热。尽量减少烟道与烟囱的散热，以提高出口烟温，增加热力抬升能力。如，排烟温度150， u 5 m/s，每提高1烟气温度热力抬升高度增加约1.5m。,（二）、厂址的选择,从环境保护出发，合理的厂址为：本底环境污染物浓度低，大气扩散能力强，污染物可输送到对人类影响小或污染危害轻的地方。 1. 本底环境浓度选择本底
21、环境浓度小的地区，已超过、或将超过国家大气环境质量标准规定的地区不宜建厂。 2. 风向和风速考虑区域的风向频率f。 厂址应设置在污染受体最小频率风向的上侧，使受体污染时间最少； 减少各企业之间发生重叠污染，不宜将各污染源布置在最大频率风向一致的直线上； 厂址设置在对农作物损害最小的最大频率下风。,按 f 考虑，只能保证受污染时间最短，但不能确保污染程度最轻 污染系数 f / u综合考虑 f 和风速 u。某方位f，u，下风向污染程度轻。 空气污染系数综合了风向和风速的作用，代表了某方位下风向空气污染的程度污染源设在最小的方位的上风向。,3. 温度层结对大气稳定度出现频率进行分析。注意逆温：低排放源不宜建在近地层逆温频率高、持续时间长的地区。其它气象条件：低云、雾多易形成污染，降水多净化空气。 4. 地形 低洼区，排放源H农田、居民区高度。 山坡， H湍流区及下坡风的厚度。 低风速山谷，H谷内静风、微风高度。 大型水域与山地毗邻（形成局部环流），不利于扩散，不宜建厂。,本节结束,谢谢!,
