1、大气污染物的扩散与气象条件大气污染物的扩散与气象条件v 大气污染物的扩散:进入大气中的污染物，受大气水平运动、湍流扩散运动以及大气的各种不同尺度的扰动的影响，而被输送、混合和稀释。大气污染物的扩散与气象条件大气污染物的扩散与气象条件v 影响大气污染物扩散的范围、强度和程度的因素(1)污染物的性质(物理的和化学的，颗粒污染物与气态污物;(2)污染源的参数(污染物的排放量、组成、排放方式、排放源的几何高度及形状、密集程度、相对位 置、烟气温度、排气速率等;(3)气象条件（风向、风速、温度层结、大气稳定度、混合层厚度等;(4)下垫面地表性质(地形起伏程度、粗糙度、地面覆盖物、建筑物等。在污染源参数一
2、 定的情况下，气象条件和下垫面状况对一个地区的大气污染程度有十分重要的影响，它们 决定了大气对污染物的稀释扩散速率、迁移转化途径与方向。大气圈垂直结构大气圈垂直结构 序号名称距离地球表面髙度主要特征1对流层赤道处约1718km，中纬度地 区1012km两 极附近89km集中了整个大气困大气质置的3/4和几乎全部的水蒸气，云、霁、雨等主要天气现象都发生在这一层；气温随高度增加而降低，每升高100巾平均降温约0.65 10；空气具有强烈的对流运动和垂直混合作用；温度和湿度的水平分布不均匀，经常发生大规模空气的水平 和垂直运动2平流层自对流层顶到50 55 km高度几乎没有大气对流运动，大气垂直混合
3、微弱，极少出现雨、雪 天气；集中了大气中大部分臭氧，并在2025 乂饥商度上形成臭氧 层,保护地球上的生命免受紫外线伤害3中间层自 平 流 层 顶 到 8 5 14km 高度气温随高度升高而迅速降低，其顶部气温可达一83-113 ：以下，大气的对流运动强烈，垂直混合明显4热成层自中间层顶到 800 km高度在强烈的太阳紫外线和宇宙射线作用下，再度出现气温随高度升 高而增高的现象气体分子被高度电离，存在大量的离子和电子，又称为电离层5散逸层800 km髙度以上 的大气层统称散 逸层为大气圈的外层,气温很高，空气极为稀薄，空气粒子的运动速度 很髙，可以摆脱地球引力而散逸到太空中表征大气状态的基本气
4、象要素表征大气状态的基本气象要素v所谓表征大气状态的基本气象要素，主要是指通所谓表征大气状态的基本气象要素，主要是指通过常规气象台（站过常规气象台（站)观测记录的气压、观测记录的气压、气温、大气温、大气湿度、云高和云量、能见度、风向和风速、降气湿度、云高和云量、能见度、风向和风速、降水量和降水类型等。水量和降水类型等。1、气压、气压v气压是作用在单位面积上的大气压力，即等于单气压是作用在单位面积上的大气压力，即等于单位面积上向上延伸到大气上界的垂位面积上向上延伸到大气上界的垂 直空气柱的重直空气柱的重量。气压的法定单位为帕量。气压的法定单位为帕 表征大气状态的基本气象要素表征大气状态的基本气象
5、要素v 2、气温v空气温度（简称气温）是表示空气冷热程度的物理量，常用的气温单位为摄氏温度、热力学温度、华氏温度。v(1)干球温度：即空气的真实温度，在空气中用一般温度计测得的温度称为该空气的 干球温度。v(2)湿球温度：用湿纱布包扎温度计的感温部分，纱布下端浸在水中，以维持其处在 润湿状态，就成为湿球温度计。将湿球温度计置于空气中，经一段时间达到稳定后，其计数称为湿球温度。表征大气状态的基本气象要素表征大气状态的基本气象要素3、大气湿度v 大气湿度是表示大气中水汽含量和潮湿程度的物理量。常用的表示方法有绝对湿度、水汽压、相对湿度、露点温度等。v(1)绝对湿度：单位体积空气中所含的水汽质量，常
6、用单位是g/m3。v(2)相对湿度：空气中实际水汽压与当时气温下的饱和水汽压之比，以百分数表示，取整数。v(3)露点温度：空气在水汽含量和气压不变的条件下，降低气温达到饱和时的温度，以摄氏度（）为单位。表征大气状态的基本气象要素表征大气状态的基本气象要素4、云 云是悬浮在大气中的小水滴、过冷水滴、冰晶或它们的混合物组成的可见聚合体，有时也包含一些较大的雨滴、冰粒和雪晶。其底部一般不接触地面，但低云有时能与较高的 山头接触形成所谓的“山戴帽”现象。从大气污染物扩散的角度来讲，主要关心的是云量和云高。表征大气状态的基本气象要素表征大气状态的基本气象要素云髙v 云高指云底距地面的垂直距离，以米为单位
7、，记录取整数。有条件的地面气象观测台(站）应尽量实测云高v 云量v 云量是指云遮蔽全天空视野的成数。云量观测包括总云量、低云量。总云里是指观 测时全天空被所有的云遮蔽的总成数，低云量是指天空被低云族的云所遮蔽的成数，均记 整数。我国将天空分为10等份，云遮蔽了几份，云量就是几；国外常将天空分为8等份，云遮蔽了几份，云量就是几。表征大气状态的基本气象要素表征大气状态的基本气象要素 总云量的观测：全天空无云，总云量记0；天空完全为云所遮蔽，记10；天空完全为云所遮蔽，但只要从云隙中可见青天，则记10；云占全天空十分之一，总云量记1；云占全天空十分之二，总云量记2，其余依次类推。天空有少许云，其量不
8、到天空的十分之零点 五时,总云量记0。低云量的观测方法，与总云量同。任何情况下，低云量不得大于总云量。表征大气状态的基本气象要素表征大气状态的基本气象要素5、能见度 能见度是指视力正常（对比感阈为0.05的人，在当时天气条件下，能够从天空背景中看到和辨认的目标物（黑色、大小适度）的最大距离，以km或m为单位。能见度表示 了大气清洁、透明的程度。能见度的观测值通常分为10级，如表1-5所示。表1-5能见度级数与白曰视程能见度级白日视程/m050150 2002200500表征大气状态的基本气象要素表征大气状态的基本气象要素能见度级白日视程/m35001 00041 0002 00052 000
9、4 00064 00010 000710 000 20 000820 000 50 000950 000表征大气状态的基本气象要素表征大气状态的基本气象要素 6、风向、风速（1）风向、风速的观测记录 空气运动产生的气流，称为风。气象观测中测量的风一般是两维矢量（水平运动、用风向和风速表示。风向，是指风的来向，如西北风即是指从西北方向吹来的风，气象上一般记录为英文 符号NW。风向用十六方位法表示表征大气状态的基本气象要素表征大气状态的基本气象要素 风速是指单位时间内空气移动的水平距离。风速以m/s为单位。从气象台站获得的风速资料有两种表达方式，一种是有数值的，另一种是用字母C表示的，C代表风速已
10、小于测风仪的最低阈值，通常称为静风。需要指出的是，不同气象台站采用的不同测风仪器，其最低阈值是不同的。我国地面气象观测规范规定：风速小于或等于0.2 m/s时记 为静风，风向记为C。表征大气状态的基本气象要素表征大气状态的基本气象要素v 风向、风速玫瑰图 v(1)风向、风速玫瑰图及绘制v 风向玫瑰图，表示各风向的出现频率(单位：），是根据某一地区气象台（站）观测的一定时期内的各风向出现频率统计资料，在极坐标底图上按各风向标出其频率的大小而绘制出的图形，因图形似玫瑰花朵而得名。v 风向频率,是指在一定时间内各个风向出现的次数占所有风向观测记录次数的百分比。v 最多风向，则是指在规定时间段内出现频
11、数最多的风向。v 风向玫瑰图可直观地表示年、季、月等不同时段内各风向出现频率的大小，为环境保护、城市规划、建筑设计、项目选址、总图布置和气候应用等领域所常用。风速玫瑰图，表示各风向下的平均风速（单位：m/s），是在极坐标底图上点绘出的某一地区在某一时段内各风向下的平均风速的统计图。表征大气状态的基本气象要素表征大气状态的基本气象要素表征大气状态的基本气象要素表征大气状态的基本气象要素v 在环境评价中的应用(1)在大气坏境影响评价中，年、季风向玫瑰图是报告书必需的基本气象分析图件。(2)常规气象分析和大气环境影响预测评价，必须绘制评价区近3年或近1年的各 季、年风向玫瑰图，必须提供近20年以上的
12、年风向玫瑰图。(3)建设项目选址与规划、总图布置合理性论证，一般应依据评价区近20年以上的 年风向玫瑰图。(4)环境空气质量现状监测布点，一般应依据监测期间所处季节的近3年或近1年 的季风向玫瑰图。气象条件对大气污染物扩散的影响气象条件对大气污染物扩散的影响 由污染源排放的大气污染物进入大气层,其稀释、扩散和浓度的变化决定于大气边界层（PBL)中的各种尺度的大气过程，尤其是受风向、风速、温度等变化的影响。在大气环 境影响评价中，按空间尺度来分，(1)通常将水平范围小于10 km称为小尺度，10100 km称为中尺度，大于100 km称为大尺度。(2)不同尺度扩散过程，在垂直方向上伸展的髙度也不
13、相同。小尺度一般垂直髙度在1km以下，而大尺度过程可伸展到整个对流层，全球尺度的过程还可伸展到平流层。v般的项目评价基本上属于中、小尺度范围，在大气环境影响评价中，需明确评价的尺度，并据此分析影响大气污染物稀释扩散的主要气象因素。对于中、小尺度的扩散，影响污染物在大气中运动的气象因素主要有风、湍流、温度层结、大气稳定度、大气混合层、降水、天气形势、复杂风场等等。气象条件对大气污染物扩散的影响气象条件对大气污染物扩散的影响 1、风 风是影响大气污染物扩散、稀释的最重要的一个因子，风速的大小决定着污染物的扩散速率，而风向则决定着污染物的落区；风廓线是风速随高度增加而发生的变化曲线，用以研究大气边界
14、层内的风速变化规律。v 排人大气中的污染物，会沿着下风向输送、扩散和稀释，风速越大，污染物被输送的距离越远，其浓度越低。因此，大气污染不仅受风向，也受风速的影响。v 某一风向频率越大，其下风向受污染的几率越高；反之几率越低。也就是说，大气污染的程度与风向频率成正比气象条件对大气污染物扩散的影响气象条件对大气污染物扩散的影响 v 风速随高度变化的模拟 一般情况下，在大气边界层(PBL)中，风速将随髙度增髙而逐渐增大。风速随髙度变化的曲线称为风速廓线。风速廓线的数学表达式称为风速廓线模式。建立起风速廓线模式，就可以利用已有的地面风资料，模拟计箅出不同高度的风速。近地面层常用的两种风速廓线模式是对数
15、律和指数律。气象条件对大气污染物扩散的影响气象条件对大气污染物扩散的影响 2、温度层结v 温度是决定烟气抬升的一个重要因索；v 温廓线是表示温度随髙度增加而发生的变化，能够反映温度随高度的变化影响热力湍流扩散的能力。v 气温随高度的分布称为温度层结，温度层结可利用常规高空气象探测资料得到，也可采用中尺度气象模式模拟。气象条件对大气污染物扩散的影响气象条件对大气污染物扩散的影响 2、温度层结、温度层结v 近地面层的大气温度垂直分布可分为三种情况：近地面层的大气温度垂直分布可分为三种情况：v 一是气温随髙度递减，出现在晴朗的白天风不大时，可称一是气温随髙度递减，出现在晴朗的白天风不大时，可称为正常
16、分布的不稳定层结；为正常分布的不稳定层结；v 二是气温随高度基本不变，出现在多云或二是气温随高度基本不变，出现在多云或 阴天时，可称阴天时，可称为中性层结：为中性层结：v 三是气温随高度递增，即通常所称的逆温现象或稳定层结，三是气温随高度递增，即通常所称的逆温现象或稳定层结，一般一般 出现在少云、无风或小风的傍晚到夜间直至早晨日出现在少云、无风或小风的傍晚到夜间直至早晨日出。出。气象条件对大气污染物扩散的影响气象条件对大气污染物扩散的影响 2、温度层结、温度层结v 逆温是对大气污染物扩散、稀释非常不利的气象条件之一。逆温是对大气污染物扩散、稀释非常不利的气象条件之一。v 逆温层是非常稳定的气层
17、，阻碍烟流向上和向下扩散，只在逆温层是非常稳定的气层，阻碍烟流向上和向下扩散，只在水平水平 方向有扩散，在空中形成一个扇形的污染带；而且，一方向有扩散，在空中形成一个扇形的污染带；而且，一旦逆温层消退，在近地面会有短时间旦逆温层消退，在近地面会有短时间 的熏烟污染现象，可能的熏烟污染现象，可能会造成相对较高浓度污染。会造成相对较高浓度污染。v 通过对温廓线的分析，可以知道逆温层出现的时间、频率、通过对温廓线的分析，可以知道逆温层出现的时间、频率、平均髙度范围和强度等，进而分析项目排放污染物造成污染平均髙度范围和强度等，进而分析项目排放污染物造成污染较严重时较严重时 的气象条件及规律，可有针对性
18、地提出减缓或避免的气象条件及规律，可有针对性地提出减缓或避免逆温熏烟污染的环境保护与防治措施。逆温熏烟污染的环境保护与防治措施。气象条件对大气污染物扩散的影响气象条件对大气污染物扩散的影响 表征大气温度层结的参数主要温度垂直递减率，干绝热递减率1 1、气团运动的绝热过程气团运动的绝热过程 空气移动空气移动,高压区高压区低压，膨胀降温，压缩升温。低压，膨胀降温，压缩升温。当气团在水平方向运动当气团在水平方向运动,非绝热过程。非绝热过程。当气团作垂直升降运动时，近似为绝热过程。当气团作垂直升降运动时，近似为绝热过程。气象条件对大气污染物扩散的影响气象条件对大气污染物扩散的影响 高温暖气团倾向于从地
19、表移动到低压的高处，气团绝热膨胀并降温。若没有水汽凝结，冷却速率为0.98/100m，称为温度的干干绝热递减率绝热递减率（r rd d）。然而，一般气团中都含有水蒸气，冷凝放潜热，得到温度的垂直递减率温度的垂直递减率（r r）,冷却速率为0.65/100m。当污染源排放的污染刚进入大气环境的时候，可视为一个绝热过程。膨胀降温20压缩升温21温度垂直递减率，干绝热递减率温度垂直递减率，干绝热递减率气象条件对大气污染物扩散的影响气象条件对大气污染物扩散的影响 3、湍流v 大气呈无规则的、三维的小尺度运动称为大气湍流。v 其表现为气流的速度和方向随时间和空间位置的不同而呈随机变化，并由此引起温度、湿
20、度以及污染物浓度等屑性的随机涨落。v 大气总是处于不停息的湍流运动之中，排放到大气中的污染物质，在湍流作用下被扩散和稀释。v 如我们日常所看到的，烟囱中冒出的烟气总是向下风方向飘去并不断地向四 周扩散，这就是大气对污染物的输送和稀释扩散的过程。气象条件对大气污染物扩散的影响气象条件对大气污染物扩散的影响 3、湍流、湍流v 大气湍流是由一系列不规则的涡旋运动组成的，这种涡旋称为湍涡。当湍流由小涡旋组成，它的尺度比烟团小时，因扩散作用缓慢，所以烟团几乎呈水平方向作直线运动（图 a）；若湍流由大涡旋组成，其尺度比烟团大时，由于烟团被大尺度的大气湍流夹带，烟团本身截面尺度变化不大，烟团呈长蛇形（图b）
21、；当湍流的涡旋尺度与烟团尺度相近 时，烟团被湍涡拉开撕裂而变形，故而烟团很快得到扩散（图c）气象条件对大气污染物扩散的影响气象条件对大气污染物扩散的影响 4、大气稳定度 气象条件对大气污染物扩散的影响气象条件对大气污染物扩散的影响 大气稳定度：是指大气中某一高度上的气块在垂直方向上相对稳定的程度。根据大气垂直递减率（r）和干绝热递减率（rd）的对比关系，可以确定大气稳定度。稳定：气团离开原来位置后有回归的趋势（rrd）中性：介于上述两种情况之间（r=rd）注意其中rd基本为不变常数0.98k/100m，r则可能变化很大。气象条件对大气污染物扩散的影响气象条件对大气污染物扩散的影响 解释解释：当当rrrrd d时，时，气团离开原来位置上升到某一高度时，由于rrd，所以气团内降温（速率为rd）要比气团外降温（速率为r）幅度大，相同起始温度情况下，气团内温度会比气团外温度低，所以气团有回归趋势。当当r rr rd d时，时，气团离开原来位置上升到某一高度时，由于rrd，所以气团内降温（速率为rd）要比气团外降温（速率为r）幅度小，相同起始温度情况下，气团内温度会比气团外温度高，所以气团有继续移动离开趋势。rrd不稳定
