大氣污染擴散

大氣污染擴散是大氣中的污染物在湍流的混合作用下逐漸分散稀釋的過程。主要受風向、風速、氣流溫度分布、大氣穩定度等氣象條件和地形條件的影響。

基本介紹

• 中文名：大氣污染擴散
• 類型：現象
• 制約條件：氣象條件
• 影響因素：大氣湍流

研究目的

研究不同氣象條件下大氣污染物擴散規律的目的在於：①根據當地氣象條件，對工業規劃布局提供科學依據，預防可能造成的大氣污染；②根據當地的大氣擴散能力和環境衛生標準，提出排放標準（排放量和排放高度）；③進行大氣污染預報，以便有計畫地採取應急措施，預防環境質量的惡化（長期的）和防止可能發生的污染事故（短期的）。

氣象因素

影響大氣污染擴散的重要氣象因素是大氣湍流。所謂大氣湍流，是指大氣短時間的不同尺度的不規則運動。可以把大氣想像為是由大小不同的渦旋(稱為湍渦)構成的，一個大湍渦包含著許多小湍渦,而一個小湍渦又包含著許多更小的湍渦。湍渦尺度可以細分到分子水平。大氣湍流運動便是由這些大大小小的湍渦所構成的。處於湍流中的一團污染煙團，被不同的湍渦攜帶而逐漸展開。尺度小於污染煙團的小湍渦不能改變污染煙團的整體位置，但能使煙團邊緣由清晰而逐漸模糊；尺度大於污染煙團的大湍渦能移動整個煙團的位置，造成污染煙團瞬時軌道的彎曲擺動；尺度大小和污染煙團相當的湍渦對污染物的擴散最為有效，能把污染煙團拉開、撕裂，而使它變形，加速它的擴散過程。大氣中存在著各種尺度的湍渦，多種湍渦的綜合作用使污染物在隨風移動的同時逐漸散開，和周圍的潔淨空氣相混合而稀釋。

大氣湍流強弱能直接影響大氣對污染物的擴散能力。下墊面的狀態對大氣湍流強弱發生影響：下墊面粗糙起伏,湍流較強；下墊面光滑平坦,湍流較弱。大氣溫度沿垂直方向分布的狀態對大氣湍流的強弱也產生影響。這種影響以大氣溫度隨高度的變化率(垂直減溫率) Γ和乾絕熱減溫率Γd相比較而確定。Γd值為每100米0.98℃，即每升高100米溫度降低0.98℃。當Γ>Γd時，湍流有增大趨勢，大氣處於不穩定狀態，對污染物的擴散稀釋能力強；當Γ<Γd時，湍流有減弱趨勢，大氣處於穩定狀態，擴散稀釋能力弱；當Γ=Γd時，大氣處於中性平衡狀態，污染物被推到哪裡就停在那裡。

通過示蹤煙雲的擴散實驗，或者觀察煙囪排放的污染煙雲，可以看到煙雲的外形是隨著天氣情況以及一天中不同時間而變化的，煙雲的外形同大氣湍流狀態相聯繫（見煙羽）。

天氣背景

大氣污染擴散與大範圍的天氣背景有關。當某地區為低壓中心控制時，空氣作上升運動，雲天較多，通常大氣呈中性狀態或不穩定狀態，有利於污染物擴散稀釋；當某地區為高壓中心控制時，空氣作下沉運動，並常形成下沉逆溫，不利於污染物向上擴散。如果高壓移動緩慢，長期停留在某一地區，那么，污染物就會長期得不到擴散。尤其是天氣晴朗時，夜間容易形成輻射逆溫，對污染物的擴散更不利，此時易出現污染危害。如果再加上不利的地形條件，往往形成嚴重的污染事件。

擴散理論

對大氣污染擴散過程的研究有兩種途徑：一種是實驗方法,就是針對給定的排放源,測定污染物的濃度分布，並找出濃度分布同時間、空間和氣象條件變化的關係，探索其規律。這種方法也可以在實驗室內用風洞模擬的方法實施。另一種是理論方法，即運用湍流交換的理論建立描寫大氣污染擴散稀釋過程的模式（見大氣污染模式），找出濃度分布與氣象參數的關係。

湍流擴散的主要理論體系有兩種:①梯度-輸送理論：從平均場入手，利用湍流半經驗理論（即通量和梯度之間呈線性關係）可推出湍流擴散方程，在一定的起始條件和邊界條件下可獲得方程的解。但是理論推導的結果和實際結果往往有很大出入。②統計理論：是1921年由G.I.泰勒提出的,從研究個別流體微粒運動入手,並據此以確定表示擴散的特徵量。泰勒用湍流場的統計特徵量來描寫擴散參數，並用可測的氣象參數來表達這些統計特徵量，進而找出擴散參數和可測氣象條件的直接聯繫。由於實際大氣湍流場的非定常性和非均勻性，理論研究十分困難，必須藉助於實驗和假設。大都是假定為在濃度常態分配的條件下,利用泰勒公式定出方差,確定濃度分布。因此，大氣擴散統計理論雖然獲得迅速發展，但也受到本身存在的一些問題的限制。