科普驿站 第九十六期
主题：大气污染
科目：生态
难度：B1
讲师：燕归
七、相关大气运动及其污染治理
1.要增加烟气上升高度，减轻地面烟气浓度应注意哪些？
（1）提高排烟温度，提高排烟温度就会增加烟气的浮力。
（2）增加烟气的喷出速度，可以增加烟气上升的惯性力作用，但出口速度过大，会促进烟气与空气的混合，反而减少了浮升力作用。
（3）增加排出的烟气量，对惯性力和浮升力作用均有帮助。故可将分散的烟囱集合起来排放，以增加排放的烟气量。
2.影响烟气抬升高度的因素：烟气本身的势力性质、动力性质以及气象条件和近地层下垫面的状况。
（1）作用于大气上的力：气压梯度力、重力、地转偏向力、摩擦力 (即粘滞力)和惯性离心力。这些力之间的不同结合，构成了不同形式的大气运动和风。大气水平运动对污染物的扩散有两个作用：一是整体的输送作用，二是冲淡稀释作用。风向决定污染物迁移运动的方向，风速决定污染物的迁移速度。
（2）考察一个地区的大气污染时，一定要了解当地的风向；风速越大，单位时间内污染物混合的清洁空气量越大，冲淡稀释作用就越好。一般来说，大气中污染物浓度与污染物的总排放量成正比，而与风速成反比。
（3）大气湍流：大气除了整体水平运动外，还存在着不同于主流方向的各种不同尺度的次生运动，也被称作旋涡运动，这种极不规则的大气运动就是大气湍流。大气湍流与大气的热力因子–大气垂直稳定度、近地面的风速以及下垫面等机械因素有关。前者形成的湍流称为热力湍流，后者所形成的湍流称为机械湍流，大气湍流就是这两种湍流综合作用的结果。大气湍流以近地层大气表现最为突出，风速时强时弱，风向不停摆动，就是存在大气湍流的具体表现。
（4）大气湍流和污染的关系：大气的湍流运动使湍流场中各部分之间强烈混合，当污染物由污染源排入大气时，高浓度的污染物由于湍流混合，不断被清洁空气掺入，同时又无规则地分散到其它方向，使污染物不断地被稀释、冲淡。因此，水平运动和湍流是决定污染物在大气中扩散状态的最直接和最本质的因素，也是决定污染物扩散的因素。凡有利于增大风速、增强湍流的气象条件，都有利于污染物的稀释扩散，反之，将会使污染加重。
4.影响大气污染的地理因素
（1）地形和地物的影响：地面是一个凹凸不平的粗糙曲面，当气流沿地面流过时，必然要同各种地形地物发生摩擦作用，使风向风速同时发生变化，其影响程度与各障碍物的体积、形状、高低有密切关系。
（2）山谷风：发生在山区，是以24小时为周期的局地环流。山谷风在山区最为常见，主要是由于山坡和谷地受热不均而产生的。
（3）海陆风：发生在海陆交界地带，是以24小时为周期的一种大气局地环流。海陆风是由于陆地和海洋的热力性质的差异而引起的。
（4）城市热岛环流：城市热岛环流是由城乡温度差引起的局地风。产生城市热岛环流的主要原因是：
a.城市人口密集、工业集中，能耗水平高；
b.城市的覆盖物（如建筑、水泥路面等)热容量大，白天吸收太阳辐射热，夜间放热缓慢，使低层空气变暖；
c.城市上空笼罩着一层烟雾和CO2，使地面有效辐射减弱。
城市市区净热量收入比周围乡村多，故平均气温比周围乡村高（特别是夜间），气压比乡村低，于是形成了所谓城市热岛。据统计，城乡年平均温差一般为0.4-1.5℃，有时可达6-8℃。其差值与城市的大小、性质、当地气候条件及纬度有关。城市热岛会形成一种从周围农村吹向城市市区的特殊的局地风，称为城市热岛环流或城市风。其在市区汇合就会产生上升气流。若城市周围有较多排放污染物的工厂，就会使污染物在夜间向市中心输送，造成严重污染，特别是夜间城市上空有逆温层存在时。
5.影响大气污染的其他因素
（1）污染物的性质和成分：不同的化学成分在大气中造成的化学反应和消除过程不同；粒径大小不同的固体颗粒在大气中的沉降速度及清除过程是不同的。
（2）污染源的几何形状和排放方式：点源、线源、面源；瞬时源和连续源；地面源和高架源
（3）影响大气污染的气象因子：a、大气稳定度；b、风：风向、风速。它有输送作用和冲淡作用；c、湍流：湍流的尺度和烟团尺度相仿时，有利于烟团的扩散；d、辐射和云：辐射增强,不稳定；e、天气形式：气团、气压。
八、大气运动学公式推导
1.大气是否稳定的判别依据？
用气块法判断，假定一气块的状态参数为Ti,Pi,和ρi,周围大气状态参数分别为T,P,ρ,则单位体积气块受四周大气的浮力为ρg，本身重力为-ρi·g，在此二力作用下产生向上加速度为
利用准静力条件Pi=P，则有
若气块运动过程满足绝热条件，则运动∆z高度时，温度Ti=Tio-γd·∆z,而同样高度的周围空气温度T=To-γ·∆z。假设起始温度相同，To=Tio，则有
由上式可见，当γ-γd>0，a＞0，气块加速运动，大气不稳定，其余同理。
2.中性层结下的风速廓线模式。
可用对数律模式描述：
（u为高度z处的平均风速，μ^*为摩擦速度，K为卡门常数，取0.35，Zo为地面粗糙度）
3.非中性层结下的风速廓线模式。
用简单指数律模式描述为：
（m为稳定度参数）
4.大气污染实源和虚源对扩散模式的影响。
实源的作用：以高斯模型为例，取污染源外一点P（0，0，H），P点在以实源为原点的坐标系中的垂直坐标为（z-H）即距烟流中心线的垂直距离。不考虑地面影响，它在P点造成的污染物浓度按下列公式计算，即：
不难得出实际污染物浓度为c(实)+c(虚)，即：
本期科普就讲到这里，感谢各位的观看，更多内容我们下期补充。
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