目錄5大氣環(huán)境質量評價及影響預測151大氣層和大氣污染1511大氣層概述1512大氣層的結構3513大氣污染及其主要影響因素552大氣邊界層的溫度場6521氣溫的垂直分布6522大氣靜力穩(wěn)定度及其判據(jù)9523逆溫1053湍流擴散的基本理論11531湍流的基本概念11532湍流擴散理論12533點源擴散的高斯模式13BACKTOTOP1754煙氣抬升與地面最大濃度計算17541煙氣抬升高度公式17542我國煙氣抬升高度的計算方法19543地面的最大濃度2155點源特殊擴散模式23551封閉型擴散模式23552熏煙型擴散模式24553小風和靜風時的點源擴散模式2656非點源擴散模式27561線源擴散模式27562多源和面源排放模式27563體源擴散模式2857大氣湍流擴散參數(shù)的計算和測量29571由常規(guī)氣象資料求大氣穩(wěn)定度29572擴散參數(shù)Y、Z的確定32573大氣湍流擴散參數(shù)的測量3458大氣環(huán)境影響評價及預測35581大氣環(huán)境影響評價35582大氣環(huán)境影響算例375大氣環(huán)境質量評價及影響預測為了有效地控制和治理大氣污染，就必須評價過去、現(xiàn)在和未來的大氣環(huán)境質量。正確地推算和預測污染物在大氣中濃度的時空分布；估計人類活動，特別是工程項目對環(huán)境造成的影響。這就是大氣環(huán)境質量評價及影響預測。大氣污染主要是由于燃料的燃燒、汽車尾氣的排放以及某些工廠排出的有害氣體造成的。目前比較引人注意的污染物是粉塵、可吸入顆粒物、二氧化硫、氮氧化物和一氧化碳等。按照污染物的排放方式，可以將大氣污染源分為點源、線源和面源。隨著所處大氣環(huán)境和污染物排放方式的不同，計算大氣環(huán)境影響的模型也不同。51大氣層和大氣污染511大氣層概述1低層大氣的組成地球周圍有一層很厚的氣體，稱這種氣體為大氣，稱這一層氣體為大氣圈。大氣的上界至少應高于1200KM。近代衛(wèi)星探測資料表明，大氣上界約為20003000KM處。在這樣厚的大氣層里，和我們關系最為密切的是低層大氣。低層大氣是由干潔空氣、水汽和雜質等三部分組成的。不含有水蒸氣和雜質的空氣稱為干潔空氣。它是一種混合氣體，主要成分是氮、氧、氬，次要組分是二氧化碳，氖、氦、氟，氚、臭氧等。由于大氣中存在著各種形式的空氣運動，不同高度、不同地區(qū)的空氣進行著充分地交換和混合。因此，從地面大約到90KM的高空，干潔空氣的主要組分比例基本上是不變的。低層大氣中的氣體組分可分為兩部分，一部分是氣體組分比例基本上不隨時間、空間而變，稱為不變氣體組分。它以氮、氧、氬為主。一部分是氣體組分比例隨時間、空間而變化，稱為可變氣體組分。除氮、氧、氬以外的干潔空氣的其它組分均為可變氣體組分。它以水蒸氣、二氧化碳、臭氧為主，其中變化最大的是水蒸氣。大氣中水蒸氣含量是不穩(wěn)定的，它隨著時間、地點、氣象條件如溫度、風、云等的不同而有較大的變化，其變化范圍在04之間。觀測表明，在1520KM高度上，空氣中的水蒸氣含量已減少為地面的一半，在5KM高度上則減少為地面的十分之一，再向上就更少了。因此，水蒸氣沿鉛直方向上分布是不均勻的。水蒸氣含量隨著緯度的增加而減少，最大水蒸氣含量出現(xiàn)在低緯度洋面上。同一地區(qū)的水蒸氣含量，夏季大，冬季小。大氣中的水蒸氣含量雖然很小，它卻是水在自然界大循環(huán)中的重要鏈條。如果空氣中沒有水蒸氣就不會發(fā)生雨、雪等復雜的天氣現(xiàn)象。大氣中的二氧化碳主要來源于燃料的燃燒、動植物的呼吸及有機物的腐敗；一般說來，大氣中的二氧化碳含量，城市比農村多，陸地比海上多，低處比高處多。在20KM以下的大氣層中，空氣中二氧化碳的平均含量為003；在20KM以上的大氣層中，空氣中二氧化碳的平均含量顯著減少。二氧化碳和水蒸氣對太陽短波輻射吸收能力很弱，對長波輻射吸收能力很強；同時還能發(fā)射長波輻射。這對地面和大氣保持一定的溫度，使日較差不致過大，起著重要作用。臭氧是高空氧分子被高能量光量子撞擊離解出氧原子，氧原子再與其它氧分子結合的產物。大氣中的臭氧含量很少，大約為106，而且隨高度分布不均勻。近地層臭氧含量極少，從510KM開始逐漸增加，1215KM以上含量增加特別顯著，2025KM處達到最大值，再向上又逐漸減少。因此，在1235KM處形成了臭氧層。大氣中臭氧的含量雖少，但在大氣中起著很大的作用。臭氧能吸收波長短于029M的紫外線部分，這就保護了動植物有機體免受過量紫外線照射的危害。大氣中的雜質可分為固態(tài)雜質和液態(tài)雜質。固態(tài)雜質主要有煙塵、揚塵、粉塵等，多集中在大氣的低層，通常是陸地多于海上，城市多于農村、冬季多于夏季。液態(tài)雜質是指水汽凝結物，如云、霧滴。雜質是以氣溶膠分散體存在于大氣中的，所以大氣雜質又稱大氣氣溶膠粒子。2描述大氣的物理量對大氣的物理狀態(tài)和在其中發(fā)生的一切物理現(xiàn)象，我們可以用一些物理量加以描述，以便于對它們的比較和識別。對大氣狀態(tài)和大氣物理現(xiàn)象給予描述的物理量叫氣象要素。這些氣象要素的變化揭示了大氣中的物理過程。氣象要素主要有氣溫、氣壓、氣濕、風向、風速、云況、云量、能見度、降水、蒸發(fā)量，日照時數(shù)、太陽輻射、地面及大氣輻射等。這些氣象要素的數(shù)值，都是通過觀測獲得的。下面扼要地介紹幾個主要的氣象要素。氣溫氣象上講的地面氣溫一般是指離地面15M高處在百葉箱中觀測到的空氣溫度。氣溫一般用攝氏溫度表示，理論計算常用熱力學溫度K表示。氣壓是指大氣作用在某面積上的作用力與其面積的比值。度量大氣壓力的單位有毫米汞柱MMHG、標準大氣壓ATM、巴BAR、毫巴MBAR、帕PA；其中標準化單位帕（N/M2）現(xiàn)在作為氣象上的法定計量單位。它們之間的關系如下1ATM76MMHG101325PA101325MBAR大氣壓力的氣壓值等于該地單位面積上的大氣柱重量。因此，對任一地點來說，氣壓總是隨著高度的增加而降低的。據(jù)實測在近地層中高度每升高LOOM，氣壓平均降低約1240PA；氣壓隨高度增加而降低的關系，可用大氣靜力學方程來描述，即GDZP氣濕空氣濕度簡稱氣濕。它是反映空氣中水汽含量多少和空氣潮濕程度的一個物理量。常用的表示方法有絕對濕度、水蒸氣分壓力、比濕、混合比、相對濕度、飽和差等。其中以相對濕度應用普遍，它是空氣中的水蒸氣分壓力與同溫度下飽和水汽壓的比值，以百分數(shù)表示。風氣象上把空氣質點的水平運動稱為風?？諝赓|點的鉛直運動稱為升、降氣流。風是一個矢量，用風向和風速描述其特征。風向指風的來向。風向的表示方法有兩種，一種是方位表示法，一種是角度表示法。風向的方位表示法可用8個方位或16個方位來表示。海洋和高空的風向較穩(wěn)定，常用角度來表示。規(guī)定北風為0，正東風為90。風速是指空氣在水平方向上移動的距離與所需時間的比值。風速的單位一般用MS、KMH。如粗略估計風速，可依自然界的現(xiàn)象來判斷它的大小，即以風力來表示。風力就是風作用到物體上的力，它的大小常以自然界的現(xiàn)象來表示。蒲福在1805年根據(jù)自然現(xiàn)象將風力分為13個等級012級。根據(jù)蒲福制定的公式，也可粗略地由風級算出風速，計算公式為/023HKFU（51）F是風力等級。在大氣邊界層中，由于摩擦力隨著高度的增加而減小，風速將隨高度的增加而增加。表示平均風速的值隨高度變化的曲線稱為風速廓線。風速廓線的數(shù)學表達式稱為風速廓線模式。在大氣擴散計算中，需要知道煙囪和有效煙囪高度處的平均風速，這種低空風速是通過專門氣象觀測得到的。這種氣象觀測沒有特殊需要一般是不進行的。然而，一般氣象站都會觀測地面風10M高處風速，并擁有積累了數(shù)十年的資料。如果能建立起風速廓線模式，用現(xiàn)有的地面風資料，計算出不易測量的不同高度的風速，將為實際工作帶來極大的方便。根據(jù)大氣環(huán)境影響評價技術導則的建議，一般情況下，選用冪指數(shù)風速廓線模式來估算高空風速，即PZU122式中U2、U1分別為距地面Z1和Z2M高度處的10MIN平均風速（M/S）；冪指數(shù)P是地面粗糙度和氣溫層結的函數(shù)。在同一地區(qū)、相同穩(wěn)定度情況下，冪指數(shù)P值為一常數(shù)。在不同地區(qū)或不伺穩(wěn)定度情況下，P值取不同的值。大氣越穩(wěn)定，地面粗糙度越大，P值越大，反之P值則越小。歐文IRWIN,1979給出了6種穩(wěn)定度帕斯圭爾法、兩種粗糙度情況下的冪指數(shù)P；我國的大氣環(huán)境影響評價技術導則，也給出相應的P值，如表51所示。表51不同穩(wěn)定度下風速廓線冪指數(shù)P的取值穩(wěn)定度ABCDEF城市015015020025040050歐文IRWIN鄉(xiāng)村007007010015035055環(huán)評導則010015020025030030云云是大氣中水汽凝結現(xiàn)象，它是由飄浮在空中的大量小水滴或小冰晶或兩者的混合物構成的。云的生成、外形特征、量的多少、分布及其演變不僅反映了當時大氣的運動狀態(tài)，而且預示著天氣演變的趨勢。云量是云的多少。我國將視野能見的天空分為10等分，其中云遮蔽了幾分，云量就是幾。例如，碧空無云，云量為零，陰天云量為10。總云量是指不論云的高低或層次，所有的云遮蔽天空的分數(shù)。低云量是指低云遮蔽天空的分數(shù)。我國云量的記錄規(guī)范規(guī)定以分數(shù)表示，分子為總云量，分母為低云量。低云量不應大于總云量。如總云量為8，低云量為3，記作83。國外將天空分為8等分，其中云遮蔽了幾分，云量就是幾。能見度在當時的天氣條件下，正常人的眼睛所能見到的最大水平距離，稱為能見度即水平能見度；所謂能見就是能把目標物的輪廓從它們的天空背景中分辨出來。為了要知道能見距離的遠近，事先必須選擇若干固定的目標物，量出它們距離測點的距離，例如山頭，塔，建筑物等，作為能見度的標準。在夜間，必須以燈光作為目標物來確定能見度。能見度的單位常用米或千米。能見度的大小反映了大氣的混濁程度，反映出大氣中雜質的多少。（52）512大氣層的結構我們把隨地球引力而旋轉的大氣層叫做大氣圈。大氣圈的最外層的界限是很準確地劃定，但大氣圈也不能認為是無限的。在地球場內受引力而旋轉的氣層高度可達10000公里。有的學者就以10000公里的高度作為大氣圈的最外層。在一般情況下，可以認為地球表面到10001400公里的氣層作為大氣圈的厚度。超出1400公里以外，氣體非常稀薄就是宇宙空間了。地球大氣圈的總質量估計為6000萬億噸。大氣圈中的空氣，分布是不均勻的。海平面上的空氣稠密、在近地面的大氣層里，氣體的密度隨高度上升而迅速變稀，但是在4001400公里的大氣層里，空氣是漸漸變稀薄的。根據(jù)大氣圈中大氣組成狀況及大氣在垂直高度上的溫度變化而劃分的大氣圈層的結構，可以分為五層，即對流層，平流層、中間層、暖層和散逸層。如圖51所示?，F(xiàn)將各層特點分述如下1對流層；對流層是指由下墊面算起，到平均高度為12KM的一層大氣。對流層的上界高度是隨緯度和季節(jié)而變化的，在熱帶平均為1718KM，溫帶平均為1012KM，高緯度和兩極地區(qū)為89KM夏季對流層上界高度大于冬季的。對流層具有下述四個主要特點。11氣溫隨高度的增加而降低，由下墊面至高空，高差每100M氣溫約平均降低065。22對流層內有強烈的對流運動。這主要是由于下墊面受熱不均勻及下墊面物性不同所產生的。一般是低緯度的對流運動較強，高緯度地區(qū)的對流運動較弱。由于對流運動的存在，使高低層之間發(fā)生空氣質量交換及熱量交換，大氣趨于均勻。33對流層的空氣密度最大，雖然該層很薄，但卻集中了全部大氣質量的3/4并且?guī)缀跫辛舜髿庵械娜克?；云、霧、雨、雪等大氣現(xiàn)象都發(fā)生在這層。44氣象要素水平分布不均勻，特別是冷、暖氣團的過渡帶，即所謂鋒區(qū)。在這里往往有復雜的天氣現(xiàn)象發(fā)生，如寒潮、梅雨、暴雨、大風、冰雹等。0102030405060708090100160200240280320熱層中間層平流層對流層N2,O2,H2O,AR,CO2N2,O2,O3,NH42SO4N2,O2,O,O,EO290N2,O2,NO,O21055溫度K高度KM圖51大氣圈層的結構52）對流層又可分摩擦層或稱行星邊界層和自由大氣兩層。自下墊面鉛直向上到12KM這一層為摩擦層。這一層受地面影響最大。摩擦層以上的對流層稱為自由大氣，下墊面的影響一般可忽略不計。2平流層從對流層頂?shù)诫x下墊面55KM高度的一層稱為平流層。從對流層頂?shù)?035KM這一層，氣溫幾乎不隨高度而變化，故有同溫層之稱。從這以上到平流層頂，氣溫隨高度升高而上升，形成逆溫層，故有暖層之稱。由于平流層基本是逆溫層，故沒有強烈的對流運動；空氣垂直混合微弱，氣流平穩(wěn)。水汽、塵埃都很少，很少有云出現(xiàn)，大氣透明度良好。對流層和平流層交界處的過渡層稱為對流層頂。它約數(shù)百米到2KM厚；最大可達45KM厚。對流層頂?shù)臍鉁卦阢U直方向的分布呈等溫或逆溫型。因此，它的氣溫直減率與對流層的相比發(fā)生了突變，往往利用這一點作為確定對流層頂高度的一種依據(jù)。3中間層從下墊面算起的5585KM高度的一層稱為中間層。氣溫隨高度的增高而降低，大約高度每增高1KM，氣溫降低1。空氣有強烈的對流運動，垂直混合明顯，故有高空對流層之稱。4熱成層從下墊面算起85800KM左右高度的一層稱為熱成層或熱層。氣溫隨高度增高而迅速增高，在300KM高度上，氣溫可達1000以上。該層空氣在強烈的太陽紫外線和宇宙射線作用下，處在高度的電離狀態(tài)，故有電離層之稱。電離層具有反射無線電波的能力。因此它在無線電通訊上有重要意義。5散逸層熱成層頂以上的大氣層，統(tǒng)稱為散逸層。該層氣溫極高，空氣稀薄，大氣粒子運動速度很高，?？梢詳[脫地球引力而散逸到太空中去，故稱散逸層。513大氣污染及其主要影響因素所謂大氣污染，是大氣中污染物或由它轉化成的二次污染物的濃度達到了有害程度的現(xiàn)象。大氣污染的形成及危害程度，不僅是以空氣中是否存在某種有害物質來衡量，還需以其作用于生物及非生物體的濃度和作用時間來決定。大氣污染物是指由人類活動或自然過程進入大氣環(huán)境中引起污染的物質。常見的有近百種根據(jù)存在狀態(tài)的不同，大氣污染物可概括為氣溶膠污染物和氣態(tài)污染物兩大類。氣溶膠系指分散在氣體介質中，以液體或固體微粒為分散相，粒徑大部分小于LM的微粒。它具有膠體性質，對光線有散射作用。氣溶膠在氣體介質中作布朗運動，不因重力作用而沉降。根據(jù)氣溶膠物理狀態(tài)的不同可分為粉塵、煙、霧等。氣態(tài)污染物包括無機污染物和有機污染物兩大類。無機污染物有含硫氣體、碳氧化物、含氮氣體、鹵素及鹵化物、光化學產物無機光化學氧化劑、氰化物HCN等；有機污染物有碳氫化合物CH4、C2H4，C6H6、苯并A芘等，脂肪族化合物甲醛、丙酮、有機酸、醇、過氧?；鶃喯跛狨セ蛳跛狨?。大氣的污染具有量微和易變的特點?？諝獾目偭渴呛艽蟮?，但其中污染物質的含量甚微，常用MGM3，或PPM來表示，大氣中污染物質的量隨著時間、空間的變化而變化。進入大氣中的污染物質在輸送和擴散過程中，它們會相互作用產生新的污染物質。大氣的污染的這些特點對污染物的測定和控制均帶來困難，要求有較精密的儀器設備。影響大氣污染的主要因素是污染物的排放情況、大氣的自凈過程，以及污染物在大氣中的轉化情況。1污染物的排放情況（1）與排放量的關系在其他條件相同的情況下，單位時間內排放的污染物越多，則對大氣的污染越重。在同類生產中排放量決定于生產過程、管理制度、凈化設備的有無及其凈化效果等。在同一企業(yè)中，排放量又隨生產量的變化而變化。除上述情況對大氣污染有規(guī)律性的變化外，生產的臨時改變，原料及燃料的改變，生產事故等都能使排放量發(fā)生不規(guī)則的變化。（2）與污染源距離的關系污染物被大氣所稀釋的程度與污染源排出后到達觀察點所通過的距離有關。經過的距離越遠，其污染物擴散開的斷面越大，稀釋程度也越大，因而濃度越低。（3）與排放高度的關系其他條件相同時，污染物排放的高度越高，相應高度處的風速亦越大，加速了污染物與大氣的混合。當排出物擴散到地面時，其擴散開的面積也越大，污染物的濃度也越低。2大氣的自凈過程污染物進入大氣后，大氣能通過各種方式擺脫混入的污染物而恢復其自然組成，這個過程即為大氣的自凈過程。自凈作用有兩種形式11稀釋作用污染物與大氣混合而使污染物濃度降低，稱為稀釋。大氣中污染物的稀釋程度與氣象因素有關。22沉降和其他作用污染物從大氣中沉降或通過其他作用而被除去，這些污染物在大氣中因物理學、物理化學作用被凈化的過程進行得十分緩慢，比較有實際意義的還是大氣對污染物的擴散稀釋作用。3污染物在大氣中的轉化污染物在大氣中的轉化是十分復雜的。目前有些問題還不清楚。就已知而言，如二氧化硫可轉變?yōu)榱蛩釤熿F，氮氧化物及有機物質在陽光照射下，可變?yōu)槌粞?、醛類、過乙酰硝酸酯等。轉化后的生成物比原來污染物的危害有的更為嚴重。BACKTOTOP52大氣邊界層的溫度場受下墊面影響的低層大氣，其厚度約為12KM，稱為大氣邊界層或行星邊界層。下墊面以上100M左右的一層大氣稱為近地層或摩擦邊界層。近地層到大氣邊界層頂?shù)囊粚臃Q為過渡區(qū)。由于大部分大氣擴散問題，都發(fā)生在這層。因此，了解大氣邊界層中的溫度場、風場及湍流特征，對于解決大氣擴散問題，進行大氣環(huán)境評價是十分重要的。521氣溫的垂直分布1氣溫層結氣溫沿鉛直高度的變化，稱氣溫層結或層結。氣溫隨高度變化快慢這一特征可用氣溫垂直遞減率來表示。氣溫垂直遞減率的數(shù)學定義式為,DT/DZ；它系指單位通常取100M高差氣溫變化速率的負值。如果氣溫隨高度增高而降低，為正值，如果氣溫隨高度增高而增高，為負值。大氣中的氣溫層結有四種典型情況，氣溫隨高度的增加而遞減，0，稱為正常分布層結，或遞減層結；氣溫隨高度的增加而增加，T、PP時必有0，氣塊做加速運動，大氣處于不穩(wěn)定狀態(tài)。如果氣塊的溫度低于環(huán)境大氣的溫度，加速度A0，氣塊加速運動，大氣不穩(wěn)定；當D0，大氣穩(wěn)定，（514）（515）Z/值越大，大氣越穩(wěn)定；當Z/20920KJ/S，有風、中性和不穩(wěn)定條件，X10HS13251USH式中HS排氣筒距地面幾何高度M；例51某城市電廠有一座高100M的煙囪，煙囪出口內徑5M，煙囪出口煙流速度1742MS，煙囪出口工況煙氣流量342M3S,煙氣溫度100，大氣溫度20，煙囪出口處平均風速4MS，試用霍蘭德和布里吉斯公式計算09和13KM處陰天時的抬升高度。解熱釋放率為/2567437801553SKJQTPVSAH計算結果和使用公式如表53所示。計算表明，即使將霍蘭德公式的結果再放大一倍，仍小于用布里吉斯公式計算的結果。因此，適當選用抬升公式在環(huán)境評價工作中具有重要意義。環(huán)境評價導則規(guī)定，對于一、二級評價項目，可通過實際觀測，采用更符合實際條件的煙氣抬升公式。表53電廠煙流抬升高度的計算公式和結果模型X計算公式結果M霍蘭德1051UQDVHHS97（538）（539）布里吉斯0910HS13251HSH246542我國煙氣抬升高度的計算方法排放因素和氣象因素都會影響煙氣的抬升高度，我國在中華人民共和國環(huán)境保護行業(yè)標準（HJ/T2293）環(huán)境影響評價技術導則大氣環(huán)境中，按不同情況指定選用相應的抬升公式。（1）（1）有風時，中性和不穩(wěn)定條件，熱釋放率QH大于或等于2100KJ/S，且煙氣溫度與環(huán)境溫度的差值T大于或等于35K時，H采用下式計算102UHQNNSH式中NO煙氣熱狀況及地表系數(shù)，見表54；N1煙氣熱釋放率指數(shù)，見表54；N2排氣筒高度指數(shù)，見表54；QH煙氣熱釋放率，KJ/S；HS排氣筒距地面幾何高度，M，超過240M時，取HS240M；U排氣筒出口處平均風速M/S；無實測值時，用10M處平均風速10U和風速廓線計算?？梢钥闯鲞@一情況使用的是布里吉斯公式。表54NO、N1、N2的選取QH，KJ/S地表狀況（平原）NON1N2農村或城市遠郊區(qū)14271/32/3QH21000城市及近郊區(qū)13031/32/3農村或城市遠郊區(qū)03323/52/52100QH21000且T35K城市及近郊區(qū)02923/52/5（2）（2）有風時，中性和不穩(wěn)定條件，當熱釋放率QH1700KJ/S,或者T35K時，（540）（541）（538）（539）1051UQDVHHS式中VS排氣筒出口處煙氣排出速度，M/S；D排氣筒出口直徑，M；U排氣筒出口處平均風速M/S；可以看出這一情況使用的是霍蘭德公式。（3）（3）有風時，中性和不穩(wěn)定條件，當1700QH2100KJ/S時，401721HQHH11170480052UQUDVHHS表55不同排放、氣象因素選用抬升公式情況一覽表排放因素氣象因素QHKJ/STK有風，中性和不穩(wěn)定條件（10U15M/S）有風,穩(wěn)定（10U15M/S）小風、靜風（10U5M/S210035102HQNNSH布里吉斯模式17002100407121H在霍蘭德和布里吉斯間修正17003515UQDVHHS霍蘭德模式133098UDZTA8341095DZTQHAH（4）（4）有風、穩(wěn)定條件，按下式計算煙氣抬升高度HM（543）（542）（544）1331098UDZTQHAH式中Z是垂直方向氣溫梯度（K/M），00098（K/M）是干絕熱直減率D的取值。（5）（5）靜風和小風條件，定義小風15M/S10U05M/S；靜風10U05M/S）按下式計算煙氣抬升高度HM8341095DZTQHAH式中符號同前，但Z取值宜小于001K/M。按不同的排放、氣象因素選用抬升公式情況匯總于表55。543地面的最大濃度高架源的污染源是在空中，我們時常關心的是污染物到達地面的濃度，而不是空中任一點的濃度。地面濃度是以X軸為對稱的，X軸上具有最大值，向兩側方向遂漸減小。因此，地面軸線濃度是我們所關心的。我們知道標準差Y、Z反映的是Y和Z方向上的濃度分布，隨距離X的增大，濃度分布趨于平均，即Y、Z隨X而增大。根據(jù)地面軸線濃度公式2EXP0,ZZYHUQXC式中的兩項ZY項隨X而減小，2EPZH項隨X而增大；兩項共同作用的結果，必然在某一距離X處出現(xiàn)濃度C的最大值。另一方面，地面最大污染物濃度出現(xiàn)的位置和數(shù)值，與高架污染源在空中的位置有關，空中的位置則是以有效源高表現(xiàn)。因此還要考慮氣象因素。1給定風速條件下地面的最大濃度標準差Y、Z通常可表示成下列冪函數(shù)形式1XY；2XZ（546）（533）（545）式中1、2、1、2均為常數(shù)。將（546）代入（533），對X求導，并令其等于零，便可取得地面最大污染物濃度的模式CMAX和出現(xiàn)的位置XM。12MAXPHUEQC12EXP1221122HP求出地面最大濃度出現(xiàn)的位置XM2211HXM當12時，則547，549化簡成為下列常用形式YZHUEQC2MAX2MXZ2危險風速和地面絕對最大濃度以上高架連續(xù)點源的地面最大濃度計算式是在風速不變的情況下導出的。實際中，風速是變化的。風速對地面最大濃度具有雙重影響。由547來看，風速增大時地面最大濃度應該減小。但另一方面，有效源高H中隱含著，風速增大時煙流抬升高度減小的影響，這使得地面最大濃度反而增大?？梢栽O想，在某一風速下定會出現(xiàn)地面最大濃度的極大值，并稱其為地面絕對最大濃度。將抬升公式寫成以下形式（547）（548）（549）（552）（550）（551）1UBHB為抬升公式中除風速以外的一切量。將（552）代入（550），對U求導，并令其等于零，便有S/，則有當SHB/時，CMAX是所有地面最大濃度中的極大值YSZABSMHBEQC2地面最大濃度隨風速的變化呈單峰形。在每一個風速下都有一個地面最大濃度，而由式553確定的CABSM，則是所有地面最大濃度中的極大者，即所謂地面絕對最大濃度。出現(xiàn)絕對最大濃度的風速稱為危險風速。在危險風速下，煙流抬升高度和煙囪幾何高度相等，有效煙囪高度為煙囪幾何高度的兩倍。BACKTOTOP55點源特殊擴散模式551封閉型擴散模式實際中，時常會出現(xiàn)這樣的氣溫層結，低層為不穩(wěn)定大氣，在離地面幾百米到12KM高空，存在一個明顯的逆溫層，即通常所稱的上部逆溫情況。它使污染物的鉛直擴散受到抑制，實際上被限制在地面到逆溫層之間進行。因此，有上部逆溫時的擴散亦稱為封閉型擴散。為推導封閉型擴散，首先假設擴散制到逆溫層中的污染物可忽略不計，把逆溫層底和地面看作是起全反射的鏡面。這樣，封閉型擴散實際上是污染物在地面和逆溫層底之間的空間進行擴散。仍可用像源法處理這個問題，這時污染源在兩個鏡面上所形成的像不是一個，而是無窮多個像對。污染物的濃度可看成是實源和無窮多對像源作用之和。于是，地面到上部逆溫層底之間的空間中任一點的污染物濃度可以在高斯模式的高架源基礎上疊加計算KNZZYZYNHHNHHUQC222EXPEXP式中H混合層高度（M）；K為進行計算的反射次數(shù)。在導則中建議進行計算的（553）（554）反射次數(shù)K，在二級評價項目，可取K4，三級評價項目可取K0。若煙流邊緣剛剛到達上部逆溫層底的那一點，到污染源的水平距離用XD表示,則在X0HSH45，線源下風向的濃度模式為，2EXP2ZZLHSINUQC2有限長線源擴散模式當估算有限長線源產生的環(huán)境濃度時，必須考慮有限長線源兩端引起的“邊緣效應”。隨著接收點距線源距離的增加，邊緣效應將在更大的橫風距離上起作用。當風向垂直于有限長線源時，通過所關心的接收點作垂直于有限長線源的直線，該直線與有跟長線源的交點選作坐標原點，直線的下風方向為X軸。線源的范圍為從Y1延伸到Y2。有限線源擴散模式為YYPZZLPDPHUQC2121250EXEX2；式中562多源和面源排放模式如果需要評價的點源數(shù)多于一個，計算地面濃度時應將各個源對接受點濃度的貢獻進行疊加。在評價區(qū)內選一原點，以平均風的上風方為正X軸，評價區(qū)內任一地面點（X，Y）的濃度可按各點源對（X，Y）點的濃度貢獻的疊加，其公式形式與前相同但應注意對應坐標的變換。根據(jù)污染源下風向任一點的大氣污染物地面濃度估計方程（531）式的描寫2EXP0,ZYZYHUQXC污染源I在下風向任一點K處造成的大氣污染物地面濃度可寫作（569）（570）（531）（571）2EXPZIYIKZYIKHUQT多源在接受點K處的最終污染物濃度為IKKTC城市的家庭爐灶和低矮煙囪數(shù)量很大，單個排放量很小，如按點源處理計算量十分龐大。導則規(guī)定平原城區(qū)排氣筒高度不高于40M或排放量小于004T/H的排放源可作為面源處理。面源擴散的處理模式是將評價區(qū)在選定的坐標系內網(wǎng)格化。即以評價區(qū)的左下角為原點；分別以東（E）和北（N）為X和Y軸。網(wǎng)格和單元，一般可取11KM2,評價區(qū)較小時，可取500500M2,建設項目所占面積小于網(wǎng)格單元,可取其為網(wǎng)格單元面積。然后，按網(wǎng)格統(tǒng)計面源的主要污染物排放量T/HKM2和面源平均排放高度（M）等參數(shù)。假設每一面源單元的排放量都集中到面源單元的形心上。每一面源單元，在下風方向所造成的濃度，可用一虛擬點源在下風方向造成同樣的濃度所代替。假設虛擬點源在面源單元中心線處產生的煙流寬度（2Y0430Y）等于面源單元寬度（W）,則有Y0W/430。設虛擬點源在面源單元形心處的上風向XY0處，可由穩(wěn)定度和Y的冪函數(shù)表達式求得虛擬點源的位置。然后以虛擬點源模式計算其他點的污染物濃度。563體源擴散模式當無組織排放源為體源時,地面濃度可按高架連續(xù)點源擴散模式計算，但需對擴散參數(shù)Y和Z進行修正。將修正后的Y、Z代入高架連續(xù)點源擴散模式計算即可。修正后的Y、Z分別為341YYLX342ZZLX式中LY、LZ體源在Y和Z方向的邊長。（572）（574）（573）57大氣湍流擴散參數(shù)的計算和測量571由常規(guī)氣象資料求大氣穩(wěn)定度薩頓是遵循統(tǒng)計理論推導出大氣擴散實用模式的首創(chuàng)者。薩頓擴散模式在50年代得到廣泛應用。雖然薩頓擴散模式給出了根據(jù)氣象觀測資料計算污染物濃度的方法，但需要較多的氣象觀測資料，這些資料又是很難得到的（往往需要現(xiàn)場觀測），同時計算較繁瑣。從實用的角度看，薩頓模式不夠理想。在實際工作中，總是希望根據(jù)易得到的氣象觀測資料如常規(guī)氣象觀測資料就能估算出污染物在大氣中的擴散狀況。我國的環(huán)境影響評價技術導則中推薦當使用常規(guī)氣象資料時，大氣穩(wěn)定度等級可采用修訂的帕斯奎爾（PASQUILL）穩(wěn)定度分級法（簡記PS），分為強不穩(wěn)定、不穩(wěn)定、弱不穩(wěn)定、中性、較穩(wěn)定和穩(wěn)定六級。它們分別表示為A、B、C、D、E、F。確定等級時首先由云量與太陽高度角（日高角）,查出太陽輻射等級數(shù)，再由太陽輻射等級數(shù)與地面風速確定穩(wěn)定度等級。11日高角和日高圖太陽高度角（或日高角）是指當時當?shù)靥枌嶋H照射到水平面上的角度。圖57反映了在當?shù)卣嫣枙r正午12點日高角H、太陽傾角（赤緯角）和當?shù)鼐暥冉侵g的相互關系。由于太陽到地球的距離遠遠大于地球的半徑，因此；即SINHCOSCOS根據(jù)日期可以查得太陽傾角（赤緯角）。表56列出了太陽傾角的概略值。表56太陽傾角的概略值月旬赤緯角月旬赤緯角度月旬赤緯角度圖510正午12點日高角、太陽傾角和緯度角間關系（553）（575）度上22上17上7中21中19中31下195下219下1上15上22上5中12中23中82下96下2310下12上5上22上15中2中21中183下27下1911下21上6上17上22中10中14中234下138下1112下23僅有正午12點日高角H計算是不夠的。用表示地球自轉與真太陽時之間對應角度，稱為時角；正午12時,0，地球自轉一周,360；平均每小時15；故有真太陽時與時角換算關系T1215/小時這里的T是真太陽時。我們通常使用的時間并不是一地的真太陽時，而是地方區(qū)時北京時間，真太陽時用地方區(qū)時和經度由下式計算真太陽時地方區(qū)時北京時間區(qū)時經度120E實際經度/15575式可進一步寫成任一時刻日高角H的計算式SINHSINSINCOSCOSCOS根據(jù)正午12點真太陽時（T0）和由H0求得的日出日落真太陽時，在納布可夫坐標上點出兩點并聯(lián)連成直線，即稱為日高圖。使用日高圖可方便地查出任一時刻的日高角。例52已知,北京處于11628E,400N，求三月上旬的日出與日落時間北京時間,并畫出納布可夫日高圖。解三月上旬5，計算正午12點HH90（）45計算日出日落真太陽時，由0SINSINCOSCOSCOS0748540OTGTGCOS857，求出距正午12點時間為T857/15571H5小時43分；（576）（555）（577）畫出納布可夫日高圖如圖511，使用日高圖可查出其他時刻的日高角（例如800）。由經度求時間補償，T120116284分/度149分由日落日出真太陽時125小時43分，求得日出的北京時間為602；日落的北京時間為1728。22由日高角和云量求幅射等級云是大氣中水汽凝結現(xiàn)象，它是由飄浮在空中的大量小水滴或小冰晶或兩者的混合物構成的。云量是云的多少。我國云量的記錄規(guī)范規(guī)定以分數(shù)表示，分子為總云量，分母為低云量。我國將視野能見的天空分為10等分，其中云遮蔽了幾分，云量就是幾?？傇屏渴侵覆徽撛频母叩突驅哟?，所有的云遮蔽天空的分數(shù)。低云量是指低云遮蔽天空的分數(shù)。根據(jù)日高角和云量觀測值，可由表57求出太陽的幅射等級。表57太陽輻射等級數(shù)云量，1/10太陽輻射等級數(shù)總云量/低云量夜間H1515H3535H65H65442112357410123841001155700001880000033由幅射等級和地面風速求穩(wěn)定度由幅射等級和地面風速求穩(wěn)定度的方法如表58所示。這里的地面風速（M/S）系指距地面10M高度處10MIN平均風速，如使用氣象臺（站）資料，其觀測規(guī)則與中央氣象局編定的地面氣象觀測規(guī)范相同。表58大氣穩(wěn)定度的等級太陽輻射等級地面風速，M/S32101219AABBDEF229ABBCDEF圖511納布可夫日高圖真太陽時H349BBCCDDE559CCDDDDD6DDDDDD572擴散參數(shù)Y、Z的確定帕斯圭爾和吉福德根據(jù)常規(guī)氣象觀測資料確定穩(wěn)定度級別，在大量擴散試驗的數(shù)據(jù)和理論分析的基礎上，總結出每一種穩(wěn)定度級別的擴散參數(shù)隨距離變化的經驗曲線，解決了擴散參數(shù)的取值問題。這一經驗曲線一般稱為帕斯圭爾一吉福德擴散曲線，簡稱PG擴散曲線。PG曲線是帕斯奎爾根據(jù)美國大草原計劃中地面源的實驗結果等總結出來的，其中LKM以外的曲線是外推的結果，此外它也未考慮地面粗糙度對擴散的影響，因而不適用于城市和山區(qū)。改進方法之一是總結在城市或粗糙下墊面條件下的實驗資料，國內外在這方面都做了大量工作，給出了不少確定擴散參數(shù)方法。改進辦法之二是對PG曲線進行修正。我國的“環(huán)境評價技術導則”采用了在粗糙下墊面時，按實測的穩(wěn)定度等級向不穩(wěn)定方向提高12級，然后使用PG曲線的冪函數(shù)式計算。從實測中發(fā)現(xiàn)，在污染源正下風方向的污染物濃度，隨著采樣時間的增長而減小。這主要是因風的擺動增大了橫風向的擴散能力引起的。在垂直方向的擴散，因受地面的限制，雖然Z隨采樣時間增長而增大，但當時間增長到1020MIN后，Z就不再隨之增大了。污染物平均濃度與采樣時間的關系通常表示如下表59時間稀釋指數(shù)的取值穩(wěn)定度022H027029031032035224H036039042045048NTC12；NYT122式中CL、C2采樣時間是T1、T2時的濃度；Y1、Y2采樣時間是T1、T2時的水平擴散參數(shù)；N時間稀釋指數(shù)，取值范圍在01705之間，如表59。表510擴散參數(shù)的冪函數(shù)表達式數(shù)據(jù)（取樣時間05H）1XY2XZ穩(wěn)定度等級（PS）1下風距離，M2下風距離，M0901074042580901000112154007999030015260008548300500A0850934060205210002108810000212500B09143702818460100009410150127190500（578）086501403963531000109356005702550009193250229501000094101501146820500BC087508603142381000100770075718500092427901771540100009175950106803C0885157023212310000926849014394010000838628012615202000088694018939610000756410235667200010000CD08155750136659100000929481011072601000082621201046341100006320230400167100010000D08887230146669100005553608107631000009251180098563101000O77686401046340200008927940124308100005723470400167200010000DE04991491038110000092081800860010100007883700927530100008968640124308100005651880433384100010000E041474317324110000092948100553634010000784400620770100005259690370015100010000F088872300733481000032265924069110000橫向和縱向的擴散參數(shù)由546式，結合表510數(shù)據(jù)計算，并按下列情況修正1105H取樣時間，平原地區(qū)、農村及城市遠郊區(qū)；A、B、C級穩(wěn)定度直接由表510查算，D、E、F級穩(wěn)定度向不穩(wěn)定方向提半級后查算。2205H取樣時間，工業(yè)區(qū)或城區(qū)中的點源；A、B級不提級，C級提到B級，D、E、F級向不穩(wěn)定方向提一級后查算。3305H取樣時間，丘陵山區(qū)的農村或城市，擴散參數(shù)選取方法同工業(yè)區(qū)。44大于05H取樣時間鉛直方向擴散參數(shù)不變，橫向擴散參數(shù)及稀釋系數(shù)滿足578。55小風（15M/SU1005M/S）和靜風（U1005/S）時，05H取樣時間的擴散參數(shù)建議按表511選取，大于05H時，橫向擴散參數(shù)及稀釋系數(shù)滿足578。表511小風和靜風擴散參數(shù)的系數(shù)01、020102穩(wěn)定度（PS）U1005M/S15M/SU1005M/SU1005M/S15M/SU1005/SA093076015157B076056047047C055035021021D047027012012E044024007007F044024005005573大氣湍流擴散參數(shù)的測量大氣湍流擴散參數(shù)主要指擴散參數(shù)（XYZ），以及脈動速度標準差U、拉格朗日積分尺度LVUT,等湍流參數(shù)（上、下標中的U、分別代表X、Y、Z方向的速度分量）。擴散參數(shù)用于正態(tài)模式；湍流參數(shù)主要用于可能采用的平流擴散方程、隨機游動等數(shù)值模式。雖然環(huán)境質量評價中使用的大氣湍流擴散參數(shù)，將盡量直接使用現(xiàn)有的試驗資料或推薦的數(shù)據(jù)，但遇到在復雜地形地區(qū)承擔的一、二級評價項目，也需要進行大氣湍流擴散參數(shù)的測量。對于熱釋放率較大的污染源有時需要進行煙氣抬升高度（H）的測量。對大氣湍流擴散參數(shù)測量周期的要求上，導則規(guī)定，一般可只做一期，有效天數(shù)約20天左右，以在不同大氣穩(wěn)定度條件下能獲取足夠的統(tǒng)計樣本數(shù)為原則。盡可能做全不穩(wěn)定、中性和穩(wěn)定三類條件。如受客觀條件限制，只做了其中的一或兩類，采用與共它經驗資料類比的辦法，補全各類穩(wěn)定度條件下的數(shù)據(jù)。以下介紹測量大氣湍流擴散參數(shù)的幾種主要方法。11示蹤劑濃度法設置一個人工源或利用生產煙囪，以一定的源強釋放示蹤劑，在下風向不同距離的地面和高空設置若干采樣點，通過采樣分析得到示蹤劑的濃度分布，再通過擴散模式反求得大氣擴散參數(shù)；這種實驗方法稱為示蹤劑濃度法。這種方法的優(yōu)點是可以直接獲得濃度。由于示蹤劑在大氣中的擴散比示蹤物如氣球更接近于污染物在大氣中的擴散，因此，這種方法直觀、可靠，主要缺點是需要人力、物力較多，不經濟。22平移球示蹤法（等容球或平衡球）大氣擴散是大氣湍流中無數(shù)個湍渦運動的結果，如果能測量出大氣湍流中湍渦在空間運動的軌跡，大氣擴散就容易描寫了。平移球示蹤法正是這種思想指導下產生的。它是以一個特制的氣球在空間中飄游來模擬不可見的湍渦運動，通過測量氣球的運動軌跡，進行數(shù)據(jù)處理，獲得大氣擴散參數(shù)的一種方法。氣球分兩種，一種是具有彈性的，如橡膠材料的，稱為平衡球。一種是非彈性材料的，如聚脂薄膜，稱為等容氣球。氣球的形狀多為圓形和四面體形。把氣球充以比空氣輕的氣體，如氦氣或氫氣和二氧化碳的混合，使氣球具有某一定高度空氣的密度。當把氣球釋放到空中時，它就在一個一定高度的等密度面內隨大氣一起運動。氣球飛行高度可以預先選定。一般選將來污染源排放的煙流運行高度為宜。氣球內的壓力要充到比周圍大氣壓高出幾十百帕的超壓，以防止氣球在上升過程中體積的變化。定高氣球的釋放可以通過鐵塔、未生產煙囪、系留氣球、引導氣球和地面直接釋放等進行。定高氣球的軌跡可用光學經緯儀、照像經緯儀、雷達或無線電定位法進行觀測。目前，在我國應用最多的方法是光學經緯儀觀測法。定高氣球空間坐標的計算方法有三角計算法和矢量計算法，兩者都有應用。對定高氣球觀測數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)處理、坐標變換，可獲得風場的各參量的信息，如三維風速分量、風速的平均值和脈動值等。33放煙照相法（光學輪廓法）光學輪廓法或稱照像法，是對煙流進行連續(xù)拍照而獲得一組煙流照片，把一組煙流形狀重合在一起，可以得到一個采樣時間內光滑收斂的煙流包絡線不收斂者剔除。由包絡線按照特定的公式去推求大氣擴散參數(shù)和煙流抬升高度的方法。光學輪廓法的優(yōu)點是所需儀器少。主要儀器是普通照相機或攝影機，或立體經緯儀照相機，消耗材料少。因此，它所需經費少、人力少，比較經濟。它的主要缺點是受天氣條件影響較大，如陰天、雨天、霧天無法作業(yè)，研究的大氣擴散范圍小，一般為1一4KM。它主要是研究鉛直方向的擴散參數(shù)和抬升高度，研究水平方向Y軸向的擴散參數(shù)較難。這種方法獲得資料的可靠性和其它方法相比大體相當。4激光測煙雷達法激光測煙雷達是一種利用激光遙測空間煙流各種參數(shù)的儀器，是激光在環(huán)境科學領域中應用的實例。它由激光發(fā)射系統(tǒng)和接收系統(tǒng)兩大部分組成。激光由發(fā)射系統(tǒng)發(fā)出，在前進的過程中遇到煙流的粒子時要發(fā)生散射，激光在向煙流內部不斷深入過程中，散射不斷在發(fā)生。在散射中有后項散射，它不時地向接收系統(tǒng)發(fā)射回來。當激光穿過煙流以后，大氣的后項散射比前者弱得多。接收系統(tǒng)把接收到的回波信息顯示在螢光屏上，用照相機把回波信息記錄下來，然后進行數(shù)據(jù)處理，可得到大氣擴散的各種信息。這種研究大氣擴散的方法稱為激光測煙雷達法。激光測煙雷達法有許多優(yōu)點。激光測煙雷達法需要的人力少，實驗材料消耗少；它基本上不受天氣的影響，白天、夜間均可進行作業(yè)。但是，激光雷達法一次投資較大，數(shù)據(jù)處理技術較復雜。5環(huán)境風洞模擬實驗法上述幾種大氣擴散實驗方法都是在野外現(xiàn)場作業(yè)的。天氣現(xiàn)象是一個隨機過程，變化很大，常在現(xiàn)場出現(xiàn)一些無法進行實驗的天氣，為要捕捉到一定天氣條件下的大氣擴散現(xiàn)象，往往需要等候這種氣象條件的到來，耽誤了時間，浪費了人力資金消耗較多。同種天氣的重現(xiàn)性也不依人們的意志為轉移。環(huán)境風洞模擬實驗彌補了這種不足。把研究地區(qū)的地形、地物、地貌按一定比例做成模型后把它放到特制的環(huán)境風洞中，在環(huán)境風洞中再現(xiàn)研究地區(qū)的自然界中的大氣擴散過程。通過研究按一定比例尺寸縮小的大氣擴散過程，來達到研究自然界大氣擴散的目的。我們把這種方法稱為環(huán)境風洞模擬實驗法。環(huán)境風洞模擬實驗法的主要優(yōu)點是便于規(guī)律性的研究。特別是復雜地形條件下，單一氣象要素的變化對大氣擴散影響的規(guī)律，在現(xiàn)場是無法進行的，在環(huán)境風洞中可以人為地做到這一點。用環(huán)境風洞研究大氣擴散省人力、省時間、省資金。在風洞中，可以多次重復同一實驗便于獲得規(guī)律性的結果。它的主要缺點是初投資較大。所獲得的結果也需要和現(xiàn)場實驗結果相對比，才能確定其可靠性。隨著環(huán)境風洞技術的不斷發(fā)展，其獨立牲將會逐步提高。環(huán)境風洞模擬實驗法的理論基礎是相似理論。要使環(huán)境風洞擴散現(xiàn)象與自然界的相似，必須遵守一定的相似條件。這些相似條件稱為相似準則。大氣擴散模擬應遵守的相似條件有幾何相似，風場相似，擴散狀態(tài)相似和邊界條件相似。BACKTOTOP58大氣環(huán)境影響評價及預測581大氣環(huán)境影響評價通過對建設項目大氣環(huán)境影響評價，查清建設項目周圍大氣環(huán)境質量現(xiàn)狀，預測建設項目建成后可能對周圍大氣環(huán)境產生的影響，并作出評價。對設計中擬采取的大氣污染防治措施進行可行性論證，提出建議，使建設項目建成后對大氣環(huán)境質量的影響控制在大氣環(huán)境質量標準容許的范圍內。大氣環(huán)境影響評價是對建設項目的大氣環(huán)境可行性的論證。它