第九章
大气污染物排放与扩散
主要内容
? 9.1大气层结构及气象基础知识
? 9.2大气扩散基本理论
? 9.3大气扩散理论应用
? 9.4烟囱高度设计和厂址选择
9.1大气层结构及气象基础知识
? 9.1.1 大气的结构
大气圈在垂直方向上分为 5层。
1．对流层, 大气污染现象主要发生在这一层里，
特别是靠近地面的 l～ 2km范围内。
2．平流层,高度大约 50～ 55km。又称为同温层。
在平流层中，持别是在 20～ 35km范围内臭氧集中，
称为臭氧层。
3．中间层,高度可达 85km左右。
4．热成层,上界达 800km，也称为电离层。
5．逸散层,大气圈的最外层，高度达 800km以上。
大气圈的层状结构
9.1.2气象基础知识
? 表示大气状态的物理量和物理现象，统称气象
要素。
? 气象要素主要有：气温、气压、气湿、风向、
风速、云况、能见度、降水情况、辐射、日照
等。
1) 相对湿度 f：空气的实际水汽压力与饱和水
蒸气压的比
2) 露点温度 td：湿空气在水汽含量不变的情
况下，等压降温至对水汽而言达到饱和状态时
的温度成为露点。
9.1.3大气边界层的温度场
? 气温垂直递减率，简称气温直减率,指单位 (
通常取 l00m)高度差 气温变化率的负值 。
? 若气温随高度增加是递减的,γ 为
正值，反之,γ 为负值。
? 干绝热递减率,干空气 在绝热上升或下降过程
中，每升高或下降单位高差的 温度变化率的负
值,称为干空气温度绝热垂直递减率。
? 式中 Ti表示干空气块的温度，它不
同于周围空气的温度。
z
T
?
????
dz
dT i
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气温的垂直分布
大气中的温度层结有四种典型情况：
? (1)气温随高度的增加是递减的 γ>0,大多数情况
是这种分布，称为正常分布或 递减层结 ；
? (2) 气温直减率等于或近似等于干绝热直减率，
γ ＝ γ d,称为 中性层结 ；
? (3)气温随高度增加而增加 γ<0,称为气温逆转，
简称 逆温；
? (4) 气温不随高度变化 γ ＝ 0，称为 等温层结。
温度层结曲钱
逆温
? 辐射逆温,越接近地面的空气降温越大，而远
离地面的空气降温较小，因而形成了自地面开
始向上的逆温层。
? 下沉逆温,由于空气下沉受到压缩增温而形成
的逆温。
? 平流逆温,由暖空气平流到冷地表面上而形成
的逆温。
? 锋面逆温,在锋面上，如果冷暖空气的温差较
大，也可以出现逆温。
? 湍流逆温,低层空气湍流混合形成的逆温。
下沉逆温的形成示意图 锋面逆温示意图
湍流逆温的形成过程
大气的静力稳定度与大气污染
? 污染物在大气中的扩散与大气稳定度有
密切的关系。 大气静力稳定度可以用气
温直减率与干绝热递减率之差来判别。
? 未饱和湿空气的稳定度的判据：
当 时，大气不稳定；
当 时，大气中性；
当 时，大气稳定。
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气温层结与烟羽形状
? (1)波浪型,烟羽呈波浪状，污染物扩散良好，发生在
不稳定大气中。
? (2)锥型,烟羽呈圆锥形，发生在中性条件下。
? (3)平展型,烟羽垂直方向扩散很小，发生在烟囱出口
处于逆温层 。
? (4)爬升型 (屋脊型 )，烟羽的下部是稳定的大气，上部
是不稳定的大气。
? (5)漫烟型 (熏蒸型 )，烟羽的下部是不稳定的大气，上
部处于逆温层中。
? (6)受限型,发生在烟囱出口上方和下方的一定距离内
大气不稳定区域。
气温层结与典型的烟羽形状
9.1.4大气边界层的风场
? 大气的运动是在各种力的作用下产生的。作用于
大气上的水平力，有 水平气压梯度力、地转偏向
力、摩擦力和惯性离心力 。
? 平均风速随高度的变化曲线称为风速廓线。
? 我国常用幂函数风速廓线模式,,制定地方大气
污染物排放标准的技术原则与方法,
(GB/T13201-91)给出计算公式 (P449)，可 计算得
到烟囱出口以及烟囱有效高度处的平均风速 。
风对大气污染物扩散的影响
? 风从 风速和风向两个方面 对大气污染物的扩散产
生影响,可以用风向频率和污染系数来表征。
风向频率、风速复合玫瑰图
9.2大气扩散基本理论
? 污染物进入大气后，随着大气的运动发生 迁移
、扩散稀释和降解转化 。
? 迁移,污染物随着大气在 x,y,z三个方向上
平移运动所产生的迁移作用。 推流迁移只改变
污染物所处的位置，并不改变污染物的浓度。
? 分散稀释,主要作用机理有分子扩散，湍流扩
散和弥散作用。
? 降解和转化作用 包括重力沉降，降水和云雾对
污染物的清洗作用，地表面对大气污染物的清
除作用，大气中污染物的化学反应。
大气扩散模式
? 污染源的情况
1.污染物的成分和性质
2.源的几何形状和排放方式
污染源按其几何形状划分，可分为 点源,线源、
面源和体源。
按施放污染物的持续时间来划分，可分为瞬时源
和 连续源 。
3.源强,通常瞬时点源的源强以一次排放的总量表
示。 连续点源的源强以单位时间的排放量表示 。
4.源的高度
源高对地面污染物浓度的影响
点源扩散的高斯模式
? 1.瞬时单烟团正态扩散模式 是一切正态
扩散的基础。
? 2.无边界连续点源的扩散模式,所谓无
界连续点源是指无限大空间内的连续点
源。
? 3.高架连续排放点源高斯扩散模式
P点的实际污染物浓度应为实源和虚源作用之和。
? ① 地面任一点浓度，令 z=0
? ② 地面轴线浓度，令 y=0，
? ③最大落地点浓度和落地点距离 cmax,xmax
? ④ 地面绝对最大浓度
危险风速 uabsm：出现地面绝对最大浓度的风速
0?dxdc
? 4.连续排放点源扩散模式
地面连续点源扩散模式可由高架连续点源扩散
模式导出。今其 有效源高 H＝ 0时 得空间任一点
浓度为，
? 地面连续点源所产生的污染物浓度是无界连续
点源所产生的污染物浓度的两倍。
9.3大气扩散理论应用
9.3.1烟气抬升高度计算
? 有效源高 He由烟囱几何高度 H1与烟气抬升高度
△ H组成。 He＝ H1＋△ H
? 有效源高 He 的计算,HJ/T2.2-93计算方法 ；
Holland公式； Bviggs公式
9.3.2大气稳定度分级以及扩散参数确定
? Pasquill分级方法；
? 修订的 Pasquill分类法；
? 扩散参数的确定
9.4烟囱高度设计和厂址选择
9.4.1烟囱高度设计计算
? 1.根据地面最大浓度公式计算
? 2,根据地面绝对最大浓度不超过容许浓度的
计算方法
? 3,根据一定保证率计算
? 4,根据点源烟尘允许排放率计算 (P值法 )
9.4.2烟囱设计中的几个问题
? 1.上部逆温出现频率较高时
? 2.烟气抬升公式的选择
? 3.烟囱出口流速会影响到烟囱高度的设计。
? 4.烟囱高度不得低于周围建筑物高度的 2.5倍
9.4.3厂址选择
? 1.背景浓度
? 2.风向、风速
? 3.温度层结
? 4.地形
大气污染物排放与扩散
主要内容
? 9.1大气层结构及气象基础知识
? 9.2大气扩散基本理论
? 9.3大气扩散理论应用
? 9.4烟囱高度设计和厂址选择
9.1大气层结构及气象基础知识
? 9.1.1 大气的结构
大气圈在垂直方向上分为 5层。
1．对流层, 大气污染现象主要发生在这一层里，
特别是靠近地面的 l～ 2km范围内。
2．平流层,高度大约 50～ 55km。又称为同温层。
在平流层中，持别是在 20～ 35km范围内臭氧集中，
称为臭氧层。
3．中间层,高度可达 85km左右。
4．热成层,上界达 800km，也称为电离层。
5．逸散层,大气圈的最外层，高度达 800km以上。
大气圈的层状结构
9.1.2气象基础知识
? 表示大气状态的物理量和物理现象，统称气象
要素。
? 气象要素主要有：气温、气压、气湿、风向、
风速、云况、能见度、降水情况、辐射、日照
等。
1) 相对湿度 f：空气的实际水汽压力与饱和水
蒸气压的比
2) 露点温度 td：湿空气在水汽含量不变的情
况下，等压降温至对水汽而言达到饱和状态时
的温度成为露点。
9.1.3大气边界层的温度场
? 气温垂直递减率，简称气温直减率,指单位 (
通常取 l00m)高度差 气温变化率的负值 。
? 若气温随高度增加是递减的,γ 为
正值，反之,γ 为负值。
? 干绝热递减率,干空气 在绝热上升或下降过程
中，每升高或下降单位高差的 温度变化率的负
值,称为干空气温度绝热垂直递减率。
? 式中 Ti表示干空气块的温度，它不
同于周围空气的温度。
z
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d ???
气温的垂直分布
大气中的温度层结有四种典型情况：
? (1)气温随高度的增加是递减的 γ>0,大多数情况
是这种分布，称为正常分布或 递减层结 ；
? (2) 气温直减率等于或近似等于干绝热直减率，
γ ＝ γ d,称为 中性层结 ；
? (3)气温随高度增加而增加 γ<0,称为气温逆转，
简称 逆温；
? (4) 气温不随高度变化 γ ＝ 0，称为 等温层结。
温度层结曲钱
逆温
? 辐射逆温,越接近地面的空气降温越大，而远
离地面的空气降温较小，因而形成了自地面开
始向上的逆温层。
? 下沉逆温,由于空气下沉受到压缩增温而形成
的逆温。
? 平流逆温,由暖空气平流到冷地表面上而形成
的逆温。
? 锋面逆温,在锋面上，如果冷暖空气的温差较
大，也可以出现逆温。
? 湍流逆温,低层空气湍流混合形成的逆温。
下沉逆温的形成示意图 锋面逆温示意图
湍流逆温的形成过程
大气的静力稳定度与大气污染
? 污染物在大气中的扩散与大气稳定度有
密切的关系。 大气静力稳定度可以用气
温直减率与干绝热递减率之差来判别。
? 未饱和湿空气的稳定度的判据：
当 时，大气不稳定；
当 时，大气中性；
当 时，大气稳定。
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气温层结与烟羽形状
? (1)波浪型,烟羽呈波浪状，污染物扩散良好，发生在
不稳定大气中。
? (2)锥型,烟羽呈圆锥形，发生在中性条件下。
? (3)平展型,烟羽垂直方向扩散很小，发生在烟囱出口
处于逆温层 。
? (4)爬升型 (屋脊型 )，烟羽的下部是稳定的大气，上部
是不稳定的大气。
? (5)漫烟型 (熏蒸型 )，烟羽的下部是不稳定的大气，上
部处于逆温层中。
? (6)受限型,发生在烟囱出口上方和下方的一定距离内
大气不稳定区域。
气温层结与典型的烟羽形状
9.1.4大气边界层的风场
? 大气的运动是在各种力的作用下产生的。作用于
大气上的水平力，有 水平气压梯度力、地转偏向
力、摩擦力和惯性离心力 。
? 平均风速随高度的变化曲线称为风速廓线。
? 我国常用幂函数风速廓线模式,,制定地方大气
污染物排放标准的技术原则与方法,
(GB/T13201-91)给出计算公式 (P449)，可 计算得
到烟囱出口以及烟囱有效高度处的平均风速 。
风对大气污染物扩散的影响
? 风从 风速和风向两个方面 对大气污染物的扩散产
生影响,可以用风向频率和污染系数来表征。
风向频率、风速复合玫瑰图
9.2大气扩散基本理论
? 污染物进入大气后，随着大气的运动发生 迁移
、扩散稀释和降解转化 。
? 迁移,污染物随着大气在 x,y,z三个方向上
平移运动所产生的迁移作用。 推流迁移只改变
污染物所处的位置，并不改变污染物的浓度。
? 分散稀释,主要作用机理有分子扩散，湍流扩
散和弥散作用。
? 降解和转化作用 包括重力沉降，降水和云雾对
污染物的清洗作用，地表面对大气污染物的清
除作用，大气中污染物的化学反应。
大气扩散模式
? 污染源的情况
1.污染物的成分和性质
2.源的几何形状和排放方式
污染源按其几何形状划分，可分为 点源,线源、
面源和体源。
按施放污染物的持续时间来划分，可分为瞬时源
和 连续源 。
3.源强,通常瞬时点源的源强以一次排放的总量表
示。 连续点源的源强以单位时间的排放量表示 。
4.源的高度
源高对地面污染物浓度的影响
点源扩散的高斯模式
? 1.瞬时单烟团正态扩散模式 是一切正态
扩散的基础。
? 2.无边界连续点源的扩散模式,所谓无
界连续点源是指无限大空间内的连续点
源。
? 3.高架连续排放点源高斯扩散模式
P点的实际污染物浓度应为实源和虚源作用之和。
? ① 地面任一点浓度，令 z=0
? ② 地面轴线浓度，令 y=0，
? ③最大落地点浓度和落地点距离 cmax,xmax
? ④ 地面绝对最大浓度
危险风速 uabsm：出现地面绝对最大浓度的风速
0?dxdc
? 4.连续排放点源扩散模式
地面连续点源扩散模式可由高架连续点源扩散
模式导出。今其 有效源高 H＝ 0时 得空间任一点
浓度为，
? 地面连续点源所产生的污染物浓度是无界连续
点源所产生的污染物浓度的两倍。
9.3大气扩散理论应用
9.3.1烟气抬升高度计算
? 有效源高 He由烟囱几何高度 H1与烟气抬升高度
△ H组成。 He＝ H1＋△ H
? 有效源高 He 的计算,HJ/T2.2-93计算方法 ；
Holland公式； Bviggs公式
9.3.2大气稳定度分级以及扩散参数确定
? Pasquill分级方法；
? 修订的 Pasquill分类法；
? 扩散参数的确定
9.4烟囱高度设计和厂址选择
9.4.1烟囱高度设计计算
? 1.根据地面最大浓度公式计算
? 2,根据地面绝对最大浓度不超过容许浓度的
计算方法
? 3,根据一定保证率计算
? 4,根据点源烟尘允许排放率计算 (P值法 )
9.4.2烟囱设计中的几个问题
? 1.上部逆温出现频率较高时
? 2.烟气抬升公式的选择
? 3.烟囱出口流速会影响到烟囱高度的设计。
? 4.烟囱高度不得低于周围建筑物高度的 2.5倍
9.4.3厂址选择
? 1.背景浓度
? 2.风向、风速
? 3.温度层结
? 4.地形
