理想條件下空大氣污染物擴(kuò)散參數(shù)Briggs參數(shù)

1、q(x, y, z; H) Q, u, y , z , H, 擴(kuò)散參數(shù)怎樣給出？3.3.1 早期的大氣擴(kuò)散參數(shù)處理早期的大氣擴(kuò)散參數(shù)處理3.3.1.1 薩頓模式給出RL ()的具體形式,根據(jù)Taylor公式求出擴(kuò)散參數(shù)，再代入Gauss公式得到薩頓公式 薩頓擴(kuò)散參數(shù)Cx,Cy時間間隔宏觀粘滯度，湍流特征量0222zuNwvu薩頓模式RL ()nLLLvNNRRR2)(0)(, 1)0(2)(vNfRLmzzuummn)(,1211nzznyyxCxC2222222121nnnznnnyuwunnNCuvunnNC12221222)2)(1 (4)2)(1 (43.3.1.2 直接測量湍流量的方

2、法直接測量湍流量的方法1)、風(fēng)向脈動標(biāo)準(zhǔn)差(H. E. Cramer,1957)由Taylor公式，在近距離，運行時間不長，有當(dāng)水平風(fēng)向脈動擺角不大（1/T，它們對擴(kuò)散都不起作用，只有那些頻率非常低的湍渦才對擴(kuò)散有貢獻(xiàn)w 上面的參量都是拉氏形式，按下列假定轉(zhuǎn)化成歐拉形式的參量w 假設(shè)1 只要觀測v的時間（取樣時間）大于粒子運行時間的5倍，就可以用定點觀測得到脈動速度方差的代替跟蹤觀測得到的脈動速度方差。225ELvvT 時，當(dāng)假定2：拉氏自相關(guān)系數(shù)與歐拉自相關(guān)系數(shù)形式完全相同，僅在時間尺度上差了一個倍數(shù)。）（）（時，當(dāng)tRRtEL)(2cos)(42cos)(4)(00nFtdtntRdnRn

3、FELLL歐拉變數(shù)表示的湍流時間尺度較小，它的頻率就高。由圖上可以看出：歐拉譜向高頻端有一個位移。 將上式代入Taylor公式的譜形式：dnnTnTnFTvyEy2202222/)/(sin)(/,222)(TvTy下標(biāo)表示取樣時間，T/表示先對v取T/時間的平均以后在計算方差。利用Cramer公式可以寫出xxxxxxuxETEvzuxATApy,p、 v分別表示以角度（弧度）表示的橫風(fēng)向和垂直向濃度分布標(biāo)準(zhǔn)差。當(dāng)擴(kuò)散物質(zhì)的運行時間T足夠小，有： 時間尺度是唯一的待定參量，起初=0.44/i，值改變時，擴(kuò)散參數(shù)不靈敏。 給定值以后，就可以根據(jù)水平風(fēng)向脈動記錄計算各個距離的p，其步驟如下： 1）

4、根據(jù)取樣時間確定平均時間，最大平均時間sn =/5。 2）用不同的平均時間s1、s2, sn 等對原始的風(fēng)向脈動記錄進(jìn)行滑動平均，得到經(jīng)過平滑的n個、風(fēng)向變化序列s1、s2， sn 。 3）對上述風(fēng)向變化序列，分別計算標(biāo)準(zhǔn)差，得到(A)s1、(A)s2, (A)sn 。 4）根據(jù)結(jié)果做(A)s -s曲線圖。 5）根據(jù)圖求出任意y。w 的確定方法：1）根據(jù)定義2）由擴(kuò)散參數(shù)的比求原則上有3）利用經(jīng)驗關(guān)系求值：值與大氣穩(wěn)定度有關(guān)，并與湍流強(qiáng)度成反比，值范圍110。大氣越穩(wěn)定，湍流強(qiáng)度越小，值越大。中性層結(jié)取4。200)()()()()(vtvtvRdRdRTTvELELTTEvLy)()(TTEv

5、Ey/)()(2.1()()yLyE歐拉時間尺度。）式的拉氏時間尺度和分別代表滿足（和1 . 2,ELELTTTTvvyucucicC為實驗常數(shù)，0.350.80，取0.60。w 適用于開闊平坦地形上的小尺度擴(kuò)散問題，利用A 和E 計算擴(kuò)散參數(shù)，精確度高。但對觀測要求較高，計算量大。3.3.2 穩(wěn)定度級別與擴(kuò)散曲線法穩(wěn)定度級別與擴(kuò)散曲線法 利用常規(guī)氣象資料把大氣的擴(kuò)散能力劃分為六個穩(wěn)定度等級，從A到F（極不穩(wěn)定穩(wěn)定） 用實驗曲線給出每個等級的y和z隨距離的變化，這些實驗曲線稱為擴(kuò)散曲線。 穩(wěn)定度的劃分方法多種，有差別。3.3.2.1 P-G-T方法 Pasquill把風(fēng)速和輻射狀況作為劃分穩(wěn)定

6、度等級的指標(biāo)。 輻射狀況由白天日照和夜間云量來估計。表3.3表3.3 Pasquill穩(wěn)定度分級方法 地面風(fēng)速（m/s）日間日射強(qiáng)度夜間天空狀況強(qiáng)中等弱薄云遮天或云量4/8云量3/86CDDDD 不論何種天空狀況，夜晚頭不論何種天空狀況，夜晚頭1及最后及最后1h穩(wěn)定度為中性。穩(wěn)定度為中性。（日落前1h至日出后1h為夜晚）。 仲夏晴天中午為強(qiáng)日照，寒冬晴天中午為弱日照仲夏晴天中午為強(qiáng)日照，寒冬晴天中午為弱日照。 Turner穩(wěn)定度劃分 首先，依據(jù)研究地域的緯度和赤緯、時角定出太陽高度角h sinh=sinsin+coscoscos 其中時角=(t-12)15o ，t為地方時。 其次，按太陽高度角

7、和天空狀況確定日射等級，見表3.5，3.6 最后，結(jié)合地面風(fēng)速給出穩(wěn)定度，表3.7。地面風(fēng)速 日射等級 43210-1-26CDDDDDD表3.7 Turner的穩(wěn)定度分類方法時間天空狀況日射等級無論日間或夜間 總云量10/10，而且云高4/10-1日間 h15o115oh35o235oh60o4云高為60o1h60o0云高9，不論h0夜間表3.6 日射等級確定規(guī)則w Turner的穩(wěn)定度劃分方法較為確切。只要有地面風(fēng)速、云量、云高常規(guī)觀測資料，就可以客觀地定出穩(wěn)定度級別。所以這種方法是實際工作中最常應(yīng)用的方法。此方法原為機(jī)場每小時的氣象觀測資料而設(shè)計的，機(jī)場多在城郊，下墊面比較平坦，在應(yīng)用于

8、城市下墊面時應(yīng)做穩(wěn)定度等級的訂正。w 上述Pasquill和Turner穩(wěn)定度計算方法，都是用宏觀的氣象資料間接地給出微觀湍流特征。大氣擴(kuò)散速率最終取決于流場的湍流特性，用上述宏觀的氣象條件劃分穩(wěn)定度等級是一種間接方法。有時，大氣宏觀條件大致相同，但流場湍流特性會差別很大。因此用湍流場的特征量表征大氣穩(wěn)定度更為有效。a.常規(guī)氣象資料表征穩(wěn)定度太粗糙，沒有考慮各種大、中尺度過程的影響，也沒有考慮下墊面的影響。與其它穩(wěn)定度分類法相比，差別較大。b.穩(wěn)定度等級代表不同擴(kuò)散速率的等級，擴(kuò)散試驗表明，使用定量的穩(wěn)定度指標(biāo)有時不能說明擴(kuò)散速率的快慢。如風(fēng)向發(fā)生緩慢偏轉(zhuǎn)，顯示有大尺度湍渦的作用，即使是逆溫的

9、情況也不例外。穩(wěn)定度分類擴(kuò)散曲線 a.沒有考慮地面粗糙度的影響，擴(kuò)散曲線是依據(jù)十分平坦的觀測資料得出的，對城市和其它粗糙地形的擴(kuò)散速率估計過低。需進(jìn)行訂正。b.擴(kuò)散曲線的取樣時間為3分鐘，一般短時間平均濃度需要的取樣時間為3060分鐘，必須訂正到相同的時間才可以應(yīng)用。c.垂直擴(kuò)散參數(shù)的曲線適用于地面源，不一定適用于高架源。P-G適用性p75p763.3.3. 擴(kuò)散參數(shù)法的修改完善擴(kuò)散參數(shù)法的修改完善3.3.3.1 國家標(biāo)準(zhǔn)國家標(biāo)準(zhǔn) 20世紀(jì)70年代以來，在我國環(huán)保研究實踐中積累了很多經(jīng)驗，對擴(kuò)散曲線不斷修改和完善，并結(jié)合實際情況制定了國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T13201-91。 穩(wěn)定度、擴(kuò)散參數(shù)確定：w

10、 云量 + 太陽高度角 太陽輻射等級w 太陽輻射等級 + 地面風(fēng)速 大氣穩(wěn)定度w 由穩(wěn)定度等級查算擴(kuò)散參數(shù) 有風(fēng)時（風(fēng)速u 1.5m/s）擴(kuò)散參數(shù) 小風(fēng)(0.5 u 1.5m/s)和靜風(fēng)(u 0.5m/s)擴(kuò)散參數(shù)w 注意：根據(jù)下墊面條件調(diào)整確定穩(wěn)定度等級；取樣時間訂正 。p79表3.10-a 太陽輻射等級 云量，1/10太陽輻射等級數(shù)總云量/低云量夜間h15o15oh35o3565o4/4-2-1+1+2+357/4-10+1+2+38/4-100+1+15/570000+18/800000表3.10-b 大氣穩(wěn)定度等級地面風(fēng)速 m/s太陽輻射等級+3+2+10-1-21.9AABBDEF2

11、2.9ABBCDEF34.9BBCCDDE55.9CCDDDDD6DDDDDD表3.11-a 橫向擴(kuò)散參數(shù) 冪函數(shù)表達(dá)式數(shù)據(jù)擴(kuò)散參數(shù)穩(wěn)定度等級11下風(fēng)距離y=1x1A0.9010740.8509340.4258090.602052010001000B0.9143700.8650140.2818460.396353010001000BC0.9193250.8750860.2295000.314238010001000C0.9242790.8851570.1771540.232123010001000CD0.9268490.8869400.1439400.189396010001000D0.929

12、4180.8887230.1107260.14669010001000DE0.9251180.8927940.09856310.124308010001000E0.9208180.8968640.08640010.101947010001000F0.9294180.8887230.05536340.0733348010001000表3.11-c 小風(fēng)和靜風(fēng)時擴(kuò)散參數(shù)的系數(shù)穩(wěn)定度0102U100.5m/s1.5m/sU100.5m/sU100.5m/s 1.5m/sU100.5m/sA0.930.761.57B0.760.560.47C0.550.350.21D0.470.270.12E0.44

13、0.240.07F0.440.240.05 取樣時間的訂正取樣時間的訂正w 取樣時間指連續(xù)取得觀測數(shù)據(jù)并用以計算平均值的時間長度。對污染物濃度計算，即指大氣采樣的時間。假設(shè)大氣湍流場是均勻、平穩(wěn)的，這是Gauss公式的前提，所以在Guass公式中沒有指明平均風(fēng)速和擴(kuò)散參數(shù)的采樣時間及觀測高度。但在應(yīng)用中，為了使各種觀測資料和計算結(jié)果具有可比性，必須考慮這些因素。w 污染物擴(kuò)散在鉛直方向受地面限制，風(fēng)向傾角變化范圍較小，當(dāng)取樣時間超過幾分鐘后，鉛直風(fēng)向脈動范圍變化不大，所以對鉛直向擴(kuò)散參數(shù)可以不做取樣時間的訂正。水平風(fēng)向可在360o范圍內(nèi)改變，而表3.11中的擴(kuò)散參數(shù)適用于采樣時間為0.5小時的

14、情形，如果采樣時間大于或小于這個時段需進(jìn)行訂正。qyy)(1212適用時間范圍，hq11000.30.510.2y2、y1分別為取樣時間為2、1時的橫風(fēng)向擴(kuò)散參數(shù)。等級A（度）A22.5B17.522.5C12.517.5D7.512.5E3.87.5F3.8(2)溫度梯度法 p81(3)PBL湍流參量法823.3.3.3 不同源高、不同下墊面不同源高、不同下墊面 穩(wěn)定度的高度變化 擴(kuò)散曲線依據(jù)的源高、源特性 不同 z0的影響，p87 表3.233.3.3.4 擴(kuò)散曲線的內(nèi)插完善擴(kuò)散曲線的內(nèi)插完善 綜合，表3.253.3.3.2 其它穩(wěn)定度分類方法其它穩(wěn)定度分類方法 (1)風(fēng)向脈動標(biāo)準(zhǔn)差美國環(huán)

15、保局(EPA, 1990)，推薦了用表征湍流強(qiáng)度的風(fēng)向標(biāo)準(zhǔn)差A(yù)， E 劃分穩(wěn)定度的方法。p79表3.25 Briggs擴(kuò)散參數(shù) (單位：m) (a) 開闊鄉(xiāng)間條件穩(wěn)定度級別yz A0.22x(1+0.0001x)-1/20.20 xB0.16x(1+0.0001x)-1/20.12xC0.11x(1+0.0001x)-1/20.08x(1+0.0002x)-1/2D0.08x(1+0.0001x)-1/20.06x(1+0.0015x)-1/2E0.06x(1+0.0001x)-1/20.03x(1+0.0003x)-1F0.04x(1+0.0001x)-1/20.016x(1+0.0003x

16、)-1(b)城市條件yz A-B0.32x(1+0.0004x)-1/20.24x(1+0.001x)-1/2C0.22x(1+0.0004x)-1/20.20 xD0.16x(1+0.0004x)-1/20.14x(1+0.0003x)-1/2E-F0.11x(1+0.0004x)-1/20.08x(1+0.0015x)-1/23.3.4 風(fēng)向脈動與擴(kuò)散函數(shù)法將擴(kuò)散參數(shù)y和z與風(fēng)向脈動標(biāo)準(zhǔn)差A(yù)和E聯(lián)系起來,由此形成了一種由風(fēng)向脈動與擴(kuò)散函數(shù)確定擴(kuò)散系數(shù)的方法，這是擴(kuò)散參數(shù)研究的主要進(jìn)展之一。由Taylor公式： tL拉格朗日時間尺度，fy、fz擴(kuò)散函數(shù)當(dāng)T 很小時，有Taylor公式可得：

17、)(LyvytTfT)(LzwztTfTTxvATxwE A、E可以從風(fēng)向脈動資料算出，只要知道擴(kuò)散函數(shù)fy、fz和估計tL的方法，就可算出擴(kuò)散參數(shù)。許多外場擴(kuò)散試驗都有擴(kuò)散參數(shù)和A、E的同步觀測資料，據(jù)此可以反推得出擴(kuò)散函數(shù)fy、fz的形式。w P. R. Draxler匯總了11次試驗資料，將擴(kuò)散資料按源高、穩(wěn)定度及鉛直向或水平向進(jìn)行分類，分別求出擴(kuò)散函數(shù)。 其中T為擴(kuò)散時間，Ti為fy或fz等于0.5所需的時間。這種方法對于不穩(wěn)定時地面源的鉛直擴(kuò)散和穩(wěn)定時高架源的鉛直擴(kuò)散是不適合的。w Pasquill 5 . 0)(90. 011izyTTff)()()(LeyALeyevLyvytu

18、xxftuxfuxtTTf)(xxfAy匯總擴(kuò)散函數(shù)表達(dá)式，表匯總擴(kuò)散函數(shù)表達(dá)式，表3.27 p953.3.5 擴(kuò)散參數(shù)研究狀況(1) 實用體系(2) 觀測試驗(3) 施放高度對擴(kuò)散參數(shù)的影響(4) PBL結(jié)構(gòu)及湍流參量與擴(kuò)散w實用體系a. 穩(wěn)定度擴(kuò)散級別與擴(kuò)散曲線法 b. 風(fēng)向脈動與擴(kuò)散函數(shù)法c. 對上述兩種確定擴(kuò)散參數(shù)的實用體系有如下實施意見wy 1）10km以內(nèi)，研究透徹，資料多，數(shù)據(jù)可靠，不同擴(kuò)散參數(shù)結(jié)果彼此接近。 2）最佳公式： 3）y可用P-G曲線做粗略估計，但應(yīng)根據(jù)粗糙度和取樣時間進(jìn)行訂正)(xfxAywz 1) 研究少，測量數(shù)據(jù)少，可靠性差，與y比，更多地依賴于溫度層結(jié)。 2) P-G曲線的z根據(jù)近地面源1km以內(nèi)的擴(kuò)散試驗資料得出，其它都是外推的結(jié)果，故P-G曲線適用于近地面源的近距離擴(kuò)散。 wz 3)一般情況下應(yīng)考慮z0的影響，只