第二节大气中污染物的迁移

作者:admin 来源:未知 点击数: 发布时间:2020年09月07日

  第二节大气中污染物的迁移_化学_自然科学_专业资料。第二节 大气中污染物的迁移 ?大气中污染物的迁移是指从污染源排放出来的污染物 由于空气的运动使其传输和分散的过程. ?污染物的迁移过程可导致污染物浓度降低. 主要内容: ?辐射逆温层 ?大气稳定度

  第二节 大气中污染物的迁移 ?大气中污染物的迁移是指从污染源排放出来的污染物 由于空气的运动使其传输和分散的过程. ?污染物的迁移过程可导致污染物浓度降低. 主要内容: ?辐射逆温层 ?大气稳定度 ?大气污染数学模式 ? 影响大气污染物迁移的因素 一、辐射逆温层 ? ? 对流层大气的重要热源是来自地面的长波辐射,故离 地面越近气温越高;离地面越远气温越低。 随高度升高气温的降低率称为大气垂直递减率: ?在对流层中,dT/dz0,Γ=0.6K/100m,即每升高100m 气温降低0.6℃。 ?一定条件下出现反常现象: 当Γ=0 时,称为等温层; 当Γ0 时,称为逆温层。大气层稳定性强,对大气的垂 直运动起阻碍作用。 根据逆温形成的过程不同,可分为两种: ? 近地面层的逆温 自由大气层的逆温 {} 动力条件 热力条件 ?辐射逆温 ? ?平流逆温 ?融雪逆温 ?乱流逆温 ?下沉逆温 ?地形逆温 ?锋面逆温 辐射逆温产生特点: ? ? ? 因地面强烈辐射冷却降温而形成。 该逆温层多发生在距地面100-150 m 高度内。 最有利于辐射逆温发展的条件是平静而晴朗 的夜晚。 云和风能减弱辐射逆温。 风速超过2-3 m/s,逆温就不易形成。 ? ? ? 辐射逆温:地面因强烈辐射作用而冷却降温形成的近 地面层大气逆温现象。 ? 形成条件:白天日照强烈,夜间天空晴朗无风、无云。 ABC-白天温度层结曲线;FEC-夜间层结曲线;DBC-清晨层结曲线. ? 日出后地面温度上升, 逆温层近地面处首先破坏, 自 下而上逐渐变薄,最后消失。 二、大气稳定度 1、概念 ? 指气层的稳定度,即大气中某一高度上的气块 在垂直方向上相对稳定的程度。 ? 受密度层结和温度层结共同作用。 2大气稳定度状况 ? 稳定的大气:当大气中某一气块在垂直方向上有一个小 的位移,如果层结大气使气块趋于回到原来的平衡位置, 则称层结是稳定的,ΓdΓa ? 不稳定的大气:如果层结大气使气块趋于继续离开原来 位置,则称层结是不稳定的,ΓdΓa ? 中性的大气:介于上两者之间,Γd=Γa ? 研究大气垂直递减率,可用于判断,气块稳定情况,气 体垂直混合情况,考察污染物扩散情况。 三、大气污染数学模式 1.高架连续点源大气污染模式 (1)烟流模型基本公式 基本假定: – 坐标系(见p50图2-25) 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) ? 依正态分布假定和地面对烟流的反射作用,由全反射原理推 导可得出下风向任一点的浓度分布。 c —污染物浓度,g/m3 Q—源强, g/s;指污染物排放速率,与空气中污染物质的浓度成正比。 ū —烟囱高度处的平均风速,m/s; σy—侧向扩散参数,污染物在y方向分布的标准偏差,是距离y的函数,m; σz—竖向扩散参数,污染物在z方向分布的标准偏差,是距离z的函数,m; H—烟囱的有效高度(烟轴高度,由烟囱几何高度Hs和烟流抬升高度ΔH组成, 即H=Hs+ΔH),ΔH:烟囱顶距烟轴的距离,随x而变化的。 (2) 有效源高计算 ?有效源高H,系指烟流中心线距地面的高度;为烟囱 高度HS与烟羽抬升高度 △ H之和, H= HS+ △ H。 ?抬升高度△ H计算式:烟羽抬升主要取决于两个方面, 一是烟羽排出时的初始动量和浮力;二是周围大气的性质。 通常采用经验或半经验公式计算得到。 ? Holland公式: Vs实际状态烟流出口速度,m/s; d烟囱出口直径,m; Ts Ta分别是烟气出口温度和环境大气温度,K; P大气压,Pa; Qh烟气热释放率,J/s,单位时间排出烟气的热量; ū烟囱口高度处的平均风速,m/s Holland公式比较保守,适用于中性大气条件,特 别在烟囱高、热释放率比较强的情况下。 Holland建 议稳定时减小10%~20% ,不稳时增加10%~20%。 ? (3) 扩散参数的确定 ? ? P-G曲线法 Pasquill根据常规气象资料:风速、云量、云状和日照等, 将大气扩散稀释能力分为A、B、C、D、E、F六个稳定度 等级。 ? y ? z 与下风向距离x Gifford建立了不同稳定度等级下, 的函数关系,并绘制成P-G曲线. 方法要点: ?大气分成A---F共六个稳定度等级 (依据气象参数:云、日照、风速······) ?x--σ y曲线(六条),(分别对应A、B····F稳定度级) 扩散参数的确定-P-G曲线法 P-G曲线的应用 – 根据常规资料确定稳定度级别 扩散参数的确定-P-G曲线法 P-G曲线的应用 – 利用扩散曲线确定 ? y 和 ? z 四、影响大气污染物迁移的因素 大气污染迁 移的影响因素 ? 影响 特征 风:是指空气水平方向的运动,风可使污染物向 下风向扩散; 湍流:是指空气不同与水平方向的次生运动,湍 流可使污染物向各方向扩散; 浓度梯度:可使污染物发生质量扩散。 大气中气块的两种不同性质的运动 ? 摩擦层:在对流层中(1~2km以下),空气的水平运动 受地表的的机械摩擦、地表强烈的热力作用的影响而产生 乱流,该层又称为乱流混合层,摩擦层顶以上的气层称为 自由大气。 乱流的形成: 动力乱流(湍流) 乱流 热力乱流(对流) ?动力乱流:有规律水平运动的气流遇到起伏不平的地形扰 动所产生的,也称为湍流; ?热力乱流:也称为对流,起因于地表面温度与地表面附近 的温度不均一,近地面空气受热膨胀而上升,随之上面的 冷空气下降,从而形成对流。 ?在摩擦层内,有时以动力乱流为主,有时动力乱流与热力 乱流共存,且主次难分。这些都是使大气中污染物迁移的 主要原因。 气块在不同尺度湍涡下的扩散 气块尺度湍涡尺度 a 湍涡尺度气块尺度 b 气块尺度≈湍涡尺度 c 不同稳定度状况下的最大混合层高度 大气中,一理想的处于平衡状态的气块,受到周围大气 温差带来的浮力作用,产生向上(或向下)的加速度运动, 推导可得: 结论: 受热气块不断向上运动,直到T’与T相等,气块与周 围大气达到中性平衡。这时所相应的高度,定义为对流 混合层上限,或称为最大混合层高度(MMD)。 不同稳定度状况下的最大混合层高度 实线:实际大气气温随高度的递变 虚线:干燥气块温度随高度的变化 a图:白天,正常大 气中气块沿干绝热线 膨胀而上升,所达到 的最大混合层高度; b图:为夜间稳定大气 时的最大混合层高度, 在这种情况下最大混 合层高度明显低; c图:是白天有逆 温出现时的最大 混合层高度。 2.天气形势与地理地势的影响 天气形势对迁移扩散影响的几点说明: 天气形势是指大范围气压分布的状况,局部地区的气象 条件总是受天气形势的影响; ? ? ? 局部地区的扩散条件与大范围的天气形势互相关联; 某些天气系统与区域性大气污染有密切联系,不利的天 气形势和地形特征结合在一起常常可使某一地区的污染程 度加重。 一个例子: 在大气环流中,在北纬30°形成的下沉气流,常使 其内部气温绝热升高,形成下沉逆温层。 地理地势对迁移扩散的影响 由于不同地形地貌之间的物理性质存在着很大差异, 从而引起热辐射状况在水平方向上分布不均匀; ? 上述热力差异在弱的天气系统条件下有可能产生局地 环流。诸如海陆风、城郊风和山谷风等。 ? (1) 海陆风 海洋由于大量海水,其表面温度变化缓慢,而大陆表 面温度变化剧烈; ? 受地表辐射的影响,白天陆地上空的气温增加得比海面 上空快,在海陆之间形成指向大陆的气压梯度,较冷的空 气从海洋流向大陆形成海风; ? 夜间情况相反,陆地上空的空气流向海洋生成陆风。 ? 海陆风对空气污染的影响: 一是循环作用;处在局地环流之中的污染源,污染物有可 能循环积累达到较高的浓度,直接排人上层反向气流的污 染物,有一部分会随环流重新带回地面,提高了下层上风 向的浓度。 二是往返作用;在海陆风转换期间,随陆风输向海洋的污 染物会被发展起来的海风带回陆地。 (2)城郊风 在城市中心,企、事业单位和居民燃烧大量燃料,使大量 热能被排入到大气中,造成市区温度比郊区高,这个现象称 为城市热岛效应。 ? 城市热岛上暖而轻的空气上升,四周郊区的冷空气向城市 流动,便形成了城郊环流; ? 在城郊环流作用下,城市和郊区排放的烟尘等污染物被聚 积在城市上空,形成烟幕,导致市区大气污染加剧。 ? (3)山谷风 山谷风是山区山坡和谷地受热不均而产生的一种局 地环流; ? 白天受热的山坡把热量传递给其上面的空气,使坡 上空气比同高度的谷中空气温度高,比重轻,产生上 升气流;同时,谷底中的冷空气沿坡爬升补充上升空 气流下的空间,便形成由谷底流向山坡的气流,称为 谷风; ? 夜间情况相反,山坡上的空气温度下降较谷底快, 山坡上的冷空气沿坡下滑形成山风。 ? 山区地形逆温的特点 山区辐射逆温因地形作用而增强,夜间冷空气沿坡 下滑,在谷底聚积,逆温发展的速度比平原快,逆温 层更厚,强度更大。 ? 因地形阻挡,河谷和凹地的风速很小,更有利于逆 温的形成,因此山区全年逆温天数多,逆温层较厚, 逆温强度大,持续时间也较长。 ? 山区地形逆温和山谷风转换时往往造成山区严重空 气污染重要因素。 ?

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