大气中的污染物在湍流的混合作用下逐渐分散稀释的现象。这种现象主要受气象条件的制约。

简介

研究目的

气象因素

天气背景

扩散理论

简介

大气污染扩散是大气中的污染物在湍流的混合作用下逐渐分散稀释的过程。主要受风向、风速、气流温度分布、大气稳定度等气象条件和地形条件的影响。

研究目的

研究不同气象条件下大气污染物扩散规律的目的在于：①根据当地气象条件，对工业规划布局提供科学依据，预防可能造成的大气污染；②根据当地的大气扩散能力和环境卫生标准，提出排放标准（排放量和排放高度）；③进行大气污染预报，以便有计划地采取应急措施，预防环境质量的恶化（长期的）和防止可能发生的污染事故（短期的）。

气象因素

影响大气污染扩散的重要气象因素是大气湍流。所谓大气湍流，是指大气短时间的不同尺度的不规则运动。可以把大气想象为是由大小不同的涡旋(称为湍涡)构成的，一个大湍涡包含着许多小湍涡,而一个小湍涡又包含着许多更小的湍涡。湍涡尺度可以细分到分子水平。大气湍流运动便是由这些大大小小的湍涡所构成的。处于湍流中的一团污染烟团，被不同的湍涡携带而逐渐展开。尺度小于污染烟团的小湍涡不能改变污染烟团的整体位置，但能使烟团边缘由清晰而逐渐模糊；尺度大于污染烟团的大湍涡能移动整个烟团的位置，造成污染烟团瞬时轨道的弯曲摆动；尺度大小和污染烟团相当的湍涡对污染物的扩散最为有效，能把污染烟团拉开、撕裂，而使它变形，加速它的扩散过程。大气中存在着各种尺度的湍涡，多种湍涡的综合作用使污染物在随风移动的同时逐渐散开，和周围的洁净空气相混合而稀释。

大气湍流强弱能直接影响大气对污染物的扩散能力。下垫面的状态对大气湍流强弱发生影响：下垫面粗糙起伏,湍流较强；下垫面光滑平坦,湍流较弱。大气温度沿垂直方向分布的状态对大气湍流的强弱也产生影响。这种影响以大气温度随高度的变化率(垂直减温率) Γ和干绝热减温率Γd相比较而确定。Γd值为每100米0.98℃，即每升高100米温度降低0.98℃。当Γ＞Γd时，湍流有增大趋势，大气处于不稳定状态，对污染物的扩散稀释能力强；当Γ＜Γd时，湍流有减弱趋势，大气处于稳定状态，扩散稀释能力弱；当Γ＝Γd时，大气处于中性平衡状态，污染物被推到哪里就停在那里。

通过示踪烟云的扩散实验，或者观察烟囱排放的污染烟云，可以看到烟云的外形是随着天气情况以及一天中不同时间而变化的，烟云的外形同大气湍流状态相联系（见烟羽）。

天气背景

大气污染扩散与大范围的天气背景有关。当某地区为低压中心控制时，空气作上升运动，云天较多，通常大气呈中性状态或不稳定状态，有利于污染物扩散稀释；当某地区为高压中心控制时，空气作下沉运动，并常形成下沉逆温，不利于污染物向上扩散。如果高压移动缓慢，长期停留在某一地区，那么，污染物就会长期得不到扩散。尤其是天气晴朗时，夜间容易形成辐射逆温，对污染物的扩散更不利，此时易出现污染危害。如果再加上不利的地形条件，往往形成严重的污染事件。

扩散理论

对大气污染扩散过程的研究有两种途径：一种是实验方法,就是针对给定的排放源,测定污染物的浓度分布，并找出浓度分布同时间、空间和气象条件变化的关系，探索其规律。这种方法也可以在实验室内用风洞模拟的方法实施。另一种是理论方法，即运用湍流交换的理论建立描写大气污染扩散稀释过程的模式（见大气污染模式），找出浓度分布与气象参数的关系。

湍流扩散的主要理论体系有两种:①梯度-输送理论：从平均场入手，利用湍流半经验理论（即通量和梯度之间呈线性关系）可推出湍流扩散方程，在一定的起始条件和边界条件下可获得方程的解。但是理论推导的结果和实际结果往往有很大出入。②统计理论：是1921年由G.I.泰勒提出的,从研究个别流体微粒运动入手,并据此以确定表示扩散的特征量。泰勒用湍流场的统计特征量来描写扩散参数，并用可测的气象参数来表达这些统计特征量，进而找出扩散参数和可测气象条件的直接联系。由于实际大气湍流场的非定常性和非均匀性，理论研究十分困难，必须借助于实验和假设。大都是假定为在浓度正态分布的条件下,利用泰勒公式定出方差,确定浓度分布。因此，大气扩散统计理论虽然获得迅速发展，但也受到本身存在的一些问题的限制。