环境学(11级用)-chapter4airandenvironmentkb1.ppt

SECTION 5 Influencing Factors of Air Pollution 第五节 大气污染的影响因素,一、气象因素 meteorologic factor 1、气象的动力因子 dynamic factor 2、气象的热力因子 heat factor 二、地理因素 geographical factor 三、污染源特征 pollution sources characters,形成大气污染的三大要素是：污染源、大气状态（媒介）和受体（受污染的接受体） 大气污染的三个过程是：污染物排放、大气运动的作用和对受体的影响 因此，大气污染的程度与污染物的性质、污染源的排放、气象条件和地理条件等都有关一、气象因素 Meteorologic Factor,1、气象的动力因子 dynamic factor 风 wind 大气湍流 atmosphere turbulence,（1）下风距离downwind distance 排放点与下风方向上地面接收处的距离越远，则会有越多的空气在污染气体到达接收处之前稀释污染气体 （2）风速和风向 wind speed and direction 风速影响污染气流离开排放点后烟流抬升的高度和污染气流混合或稀释的速率。

风速的大小决定着污染物的扩散和稀释状况通常，污染物在大气中的浓度与平均风速成反比若风速增大一倍，则下风向污染物的浓度将减少一半由于地面对风的摩擦阻碍作用，所以风速随高度的下降而减少 100 米高处的风速，约为 1 米高处的 3 倍 一般情况下，污染源应设在下风向风 Wind,风速对污染物浓度的影响有两方面：,一方面，风速增加会使烟流迅速下弯而降低其抬升高度，而抬升高度减小会导致污染物的地面浓度增加； 另一方面，风速增加会加快排放烟流的稀释速率，使下风处浓度降低在不同条件下，这两种不同的风速影响中，会有一个起主要作用这两方面综合作用影响着污染物在下风向出现最大地面浓度的位置污染系数表示风向、风速的联合作用对空气污染物的影响，可用于不同地区之间污染潜势及某固定地区、不同方位长期污染的相对严重程度的比较； 可以通过制作污染系数玫瑰图，比较不同方位长期污染的相对严重程度，从而提出大气污染源布局原则某一风向的污染系数越小，表示从该方向吹来的风造成的污染也越小，因此，选择厂址的一般原则就是在污染系数最小的方位所谓风向频率，就是指某方向的风占全年各风向总和的百分率风向频率玫瑰图（wind roses) Wind roses summarize the frequency of winds of varying velocities（速度） and directions（方向） at one location.,如果从一个原点出发，划许多根辐射线，每一条辐射线的方向就是某个地区的一种风向，而线段的长短则表示该方向风的风向频率，将这些线段的末端逐一连接起来，就得到该地区的风向频率玫瑰图。

大气湍流 Turbulent Flow,空气运动有两种状态，一种是比较有规则的平缓光滑的运动，称为层流（laminar flow) ； 另一种杂乱无章的无规则的大气运动称为大气湍流（turbulent flow) ，通常是指空气在主导风向上出现上下左右无规则的阵性搅动 大气湍流是决定稀释的最本质因素大气越不稳定，稀释作用越强Turbulent flow is a type of fluid ( gas or liquid ) flow in which the fluid undergoes irregular fluctuations , or mixing , in contrast to laminar flow , in which the fluid moves in smooth paths or layers .,,烟气在大气中的扩散特征取决于是否存在湍流以及湍涡的尺度(直径)，如图5－7所示图5－7（a）为无湍流时，烟团仅仅依靠分子扩散使烟团长大，烟团的扩散速率非常缓慢，其扩散速率比湍流扩散小5～6个数量级；图5－7（b）为烟团在远小于其尺度的湍涡中扩散，由于烟团边缘受到小湍涡的扰动，逐渐与周边空气混合而缓慢膨胀，浓度逐渐降低，烟流几乎呈直线向下风运动；图5－7（c）为烟团在与其尺度接近的湍涡中扩散，在湍涡的切入卷出作用下烟团被迅速撕裂，大幅度变形，横截面快速膨胀，因而扩散较快，烟流呈小摆幅曲线向下风运动；图5－7（d）为烟团在远大于其尺度的湍涡中扩散，烟团受大湍涡的卷吸扰动影响较弱，其本身膨胀有限，烟团在大湍涡的夹带下作较大摆幅的蛇形曲线运动。

实际上烟云的扩散过程通常不是仅由上述单一情况所完成，因为大气中同时并存的湍涡具有各种不同的尺度2、气象的热力因子 Heat Factor 温度的层结与逆温 气温的干绝热递减率 大气稳定度,温度的层结与逆温,温度层结：指在地球表面上方大气的温度随高度变化的情况，或者说是在垂直地球表面方向上的气温分布气温的垂直递减率（γ）指垂直于地球表面方向上，每升高100m气温的变化值0.65℃/100m） 但在一定条件下,对流层的某一高度有时也会出现气温随高度增加而升高的现象,这种气温逆转的现象就是逆温Temperature Inversions 气温的干绝热递减率(γd)(1℃/100m) 在物理学上，若一系统在与周围物体没有热量交换而进行状态变化时，称为绝热变化 状态变化所经历的过程称为绝热过程 在绝热过程中，系统的状态变化及对外做功靠系统内能变化来达到一般满足，大气绝热过程，系统与周围环境无热交换,,大气稳定度及其判据: 定义：大气在垂直方向上稳定的程度； 反映其是否容易对流 定性描述：,不稳定条件下有利于扩散,,大气稳定度取决于气温垂直递减率（γ）与干绝热递减率（γd ）之对比 当 γγd 时，不稳定 γ=γd时 ， 中性,,二、影响大气污染的地理地形因素 Geographical Factor 海陆风 sea-land breeze 山谷风 mountain-valley breeze 城市热岛效应 urban heat island effect,1．海陆风 sea-land breeze,海陆风对空气污染的影响有如下几种作用： 一种是循环作用，如果污染源处在局地环流之中，污染物就可能循环积累达到较高的浓度，直接排入上层反向气流的污染物，有一部分也会随环流重新带回地面，提高了下层上风向的浓度。

另一种是往返作用，在海陆风转换期间，原来随陆风输向海洋的污染物又会被发展起来的海风带回陆地海风发展侵入陆地，下层海风的温度低，陆地上层气流的温度高，在冷暖空气的交界面上，形成一层倾斜的逆温顶盖，阻碍了烟气向上扩散，造成封闭型和漫烟型污染2．山谷风 mountain-valley breeze,山谷风对污染物输送有明显的影响吹山风时排放的污染物向外流出，若不久转为谷风，被污染的空气又被带回谷内特别是山谷风交替时，风向不稳，时进时出，反复循环，使空气中污染物浓度不断增加，造成山谷中污染加重3．城市热岛环流 urban heat island effect,,城市是人口密集和工业集中的地区由于人类的活动和工业生产中大量消耗燃料，使城市成为一大热源此外，城市建筑物的材料多为热容量较高的砖石水泥，白天吸收较多的热量，夜间因建筑群体拥挤而不宜冷却，成为一巨大的蓄热体因此，城市与周围郊区的气温比周围郊区气温高，年平均气温一般高于乡村1～1.5℃，冬季可高出6～8℃由于城市气温高，热气流不断上升，乡村低层冷空气向市区侵入，从而形成封闭的城乡环流这种现象与夏日海洋中的孤岛上空形成海风环流一样，所以称之为城市“热岛效应”。

排放源附近的高大密集的建筑物对烟流的扩散有明显影响地面上的建筑物除了阻碍了气流运动而使风速减小，有时还会引起局部环流，这些都不利于烟流的扩散例如，当烟流掠过高大建筑物时，建筑物的背面会出现气流下沉现象，并在接近地面处形成返回气流，从而产生涡流结果，建筑物背风侧的烟流很容易卷入涡流之中，使靠近建筑物背风侧的污染物浓度增大，明显高于迎风侧，如图5－19所示如果建筑物高于排放源，这种情况将更加严重通常，当排放源的高度超过附近建筑物高度2.5倍或5倍以上时，建筑物背面的涡流才不对烟流的扩散产生影响大部分的工业废气通过烟囱或输送管垂直地向空中排放当此污染气流离开排放点时，烟流将扩散并与周围的空气混合 水平方向的空气运动将使排放的烟流朝顺风方向弯曲在顺风300～3000m内的某点，该烟流将呈水平状态当烟流上升、弯曲及开始在水平方向运动的同时，污染气体将被烟流周围的空气稀释当污染气体被大量的空气稀释后，最终会向地面分散三、污染源特征,pollution sources characters,实际上，大气污染物在扩散过程中，除了在湍流及平流输送的主要作用下被稀释外，对于不同性质的污染物，还存在沉降、化合分解、净化等质量转化和转移作用。

虽然这些作用对中、小尺度的扩散为次要因素，但对较大粒子沉降的影响仍须考虑，而对较大区域进行环境评价时净化作用的影响不能忽略大气及下垫面的净化作用主要有干沉积、湿沉积和放射性衰变等 干沉积包括颗粒物的重力沉降与下垫面的清除作用 粒子的直径和密度越大，其沉降速度越快，大气中的颗粒物浓度衰减也越快，但粒子的最大落地浓度靠近排放源 湿沉积包括大气中的水汽凝结物(云或雾)与降水(雨或雪)对污染物的净化作用 放射性衰变是指大气中含有的放射物质可能产生的衰变现象 这些大气的自净化作可能减少某种污染物的浓度，但也可能增加新的污染物由于问题的复杂性，目前尚未掌握它们对污染物浓度变化的规律性Section 6 Air Pollution Control 第六节 大气污染控制,1 现状,我国是世界上大气污染最严重的国家之一，大气污染也是我国环境问题中最突出的问题2000年与1995年废气中主要污染物排放状况对比单位（万吨）,一、我国大气污染的基本情况,,2 我国大气污染的特点 1）煤烟型为主，主要污染物是二氧化硫和 烟尘 2）大气污染程度具有明显的空间上和时间 上的差异 3）我国的大气污染具有区域性特征。

3 我国大气污染严重的原因,1）以煤为主的能源结构 2）能源浪费严重，燃烧方式落后 3）大中城市汽车数量急剧增加，汽车尾气 污染严重 4）城市布局不合理，人口密度过大，工厂集 中等清洁能源,绿色交通,末端治理,环境自净,,防治大气污染的根本方法，是使用清洁能源和清洁生产工艺，但在技术和经济条件还不足以彻底根治污染源的时候，从污染源着手，通过运用各种有效的措施进行综合防治，大力削减污染物的排放，来改善大气环境的质量，仍然有其重要意义二、大气污染综合治理措施 Integrated Approach to Protect The Atmosphere,,无论是颗粒状污染物还是气体状污染物，都能够在大气中扩散，大气污染的程度受到区域自然条件、能源构成、工业结构和布局、交通状况以及人口密度等多种因素的影响大气污染的综合防治，应该立足于环境问题的区域性、系统性和整体性之上，从区域环境的整体出发，充分考虑该地区的环境特征，对所有能够影响大气质量的各项因素做全面、系统的分析，充分利用环境的自净能力，综合运用各种防治大气污染的技术措施，并在这些措施的基础上选择最佳的防治措施，以达到控制区域性大气环境质量、消除或减轻大气污染的目的。

1、优化工业结构和工业布局 2、提高能源利用效率 3、清洁能源开发和利用 4、绿化造林 5、工业污染控制 6、加强大气环境质量管理,Integrated Approach to Protect The Air,国际上通常用能源消耗强度（ energy intensity ）来衡量一个国家经济的能源效率 能源消耗强度。