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大氣污染物擴散的影響因素探究

1 大氣污染物擴散影響因素辨析 污染物從污染源排放到大氣中,只是一系列復雜過程的開始,污染物在大氣中的遷移、擴散是這些復雜過程的重要方面。這些過程都是發生在大氣中,大氣的性狀在很大程度上影響污染物的時空分布。實踐證明,風向、風速、大氣穩定度、溫度的空間
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  1 大氣污染物擴散影響因素辨析

  污染物從污染源排放到大氣中,只是一系列復雜過程的開始,污染物在大氣中的遷移、擴散是這些復雜過程的重要方面。這些過程都是發生在大氣中,大氣的性狀在很大程度上影響污染物的時空分布。實踐證明,風向、風速、大氣穩定度、溫度的空間差異、地面粗糙度、雨和霧等,是影響大氣污染的主要因素。

  污染物在大氣中的擴散與過境風、湍流和溫度梯度密切相關,過境風可使污染物向下風向遷移和擴散,湍流可使污染物向各方向擴散,溫度梯度可使污染物發生質量擴散,風和湍流在污染物遷移過程中起主導作用。

  根據湍流形成的原因可分為兩種湍流,一種是動力湍流,它起因于有規律水平運動的氣流遇到起伏不平的地形擾動所產生,它們主要取決于風速梯度和地面粗糙等;另一種是熱力湍流,它起因于地表面溫度與地表面附近的溫度不均一,近地面部分空氣受熱膨脹而上升,隨之上面的冷空氣下降,從而形成垂直運動。湍流具極強的擴散能力,它比分子擴散快 105-106倍,湍流越劇烈,污染物的擴散速度就越快,污染物濃度就越接近區域平均水平。

  降水能有效地吸收、淋洗空氣中的各種污染物;霧像一頂蓋子,雖然能稀釋部分酸性污染物,卻會使空氣污染狀況短時間內加劇。

  地形地勢對大氣污染物的擴散和濃度分布有重要影響。山區地形、海陸界面、大中城市等復雜地形均對大氣污染物擴散產生影響。

  城市建筑密集,高度參差不齊,因此城市下墊面有較大的粗糙度,對風向、風速影響很大,一般說城市風速小于郊區,但由于有較大的粗糙度,城市上空的動力湍流明顯大于郊區。

  2 各因素對大氣污染物擴散的影響

  2.1 城市“熱島效應”.城市“熱島效應”的影響效果與城市規模有關。一般大城市中心區域與周圍鄉村溫差可達 7℃以上,而中等城市可達 5℃左右。城市“熱島效應”對城市大氣污染物擴散的主要影響體現在:加大了市中心區域空氣擾動,其產生的熱力湍流加速了該區域的污染物混合,同時在靜小風情況下阻礙污染物向周邊區域輸送,使大氣污染物更易于在城市中心區域聚集并滯留,所以一般城市中心區域大氣污染物濃度較高。

  2.2 大氣穩定度。大氣穩定度對大氣污染物擴散影響較大,大氣穩定度從穩定到不穩定,決定了大氣對污染物的擴散能力從難以擴散到有利于污染物擴散的過程。

  2.3 粗糙度。粗糙度對污染物擴散的影響分兩方面:一是形成湍流,加快大氣污染物混合,避免局部濃度過高現象發生;二是高層建筑容易形成類似過山氣流的污染物閉塞區,使大氣污染物在高層建筑背后避風區聚集并滯留,不容易向其它區域擴散。這也是大中城市中心區域大氣污染物濃度一般高于周邊地區的一個原因。

  2.4 溫度層結。各溫度層結對大氣污染物擴散的影響各不相同,其中以逆溫情況對大氣污染物的擴散最為不利。氣態污染物和顆粒污染物在大氣層中的位置決定其擴散方式,顆粒污染物以平流輸送和重力沉降為主,一般飄浮于低空,對于氣態污染物來說,平流輸送和垂直擴散都起重要作用,它甚至可以擴散到邊界層以外的大氣中。所以氣態污染物在逆溫情況下相對于顆粒污染物更不利于擴散,對環境的影響也更大。

  逆溫天氣加重了逆溫天氣對環境的影響,這種氣象條件下,大氣污染物聚集于低空,通常形成污染帶或污染域,加重局地污染程度。

  2.5 降水和霧。降水一般分為雨、雪兩種,對大氣污染物均起到沖刷作用,而降雨的作用更加明顯。降水對降低顆粒類污染物濃度的作用較大,對氣態污染物只起微小作用。通常降水可使顆粒類污染物濃度降低 50%~80%,而氣態污染物濃度降低只達到 10%左右。

  霧同時具有對大氣污染物的屏蔽作用、對酸性污染物(SO2和NO2皆屬于酸性污染物) 的稀釋作用和對顆粒類污染物的洗刷作用。NOx濃度因汽車擁有量較大而較高,又霧可以直接進入人的呼吸道,故此種情況危害較大。

  2.6 局地氣候影響

  2.6.1 海(江)陸風。局地氣象條件下,陸地與江河湖海臨近的區域必然受到其影響,但其影響較小。這種影響晝夜迥異:白天,陸地溫度高,空氣密度小,空氣上升,水面溫度相對較低,空氣向陸地運動,補充陸地空氣缺失部分,形成海(江)風;夜晚,陸地降溫較快,而水面溫度下降較緩,溫度相對較高,空氣上升,陸地空氣向水面運動加以補充,形成陸風。

  與城市“熱島效應”比較,白天與城市“熱島效應”相同,夜晚與城市“熱島效應”相反。所以海(江)陸風在白天助長城市“熱島效應”,夜晚削弱城市“熱島效應”.

  2.6.2 山谷風。山谷風與海陸風一樣,山和谷因晝夜溫差而產生。

  白天風向指向山,夜晚風向指向谷。所以夜間污染物易于聚集于谷中。

  3 主要大氣污染物影響程度探究

  由于 NO2與 PM10 和 SO2產生源不同,綜合各種因素對大氣污染物擴散的影響因素,雖然影響程度同樣受過境風遷移作用影響,但其影響程度肯定會有所不同,故將 NO2和 PM10和 SO2的不同程度影響程度予以分別確定。

  各主要大氣污染物采暖期污染較重,非采暖期污染較輕,特別是 PM10和 SO2屬于煤煙型污染物,具有明顯的季節性特點,而 NOx主要污染源是汽車,四季變化不大,主要與汽車數量相關。就某一固定區域而言,氣態污染物 NOx、SO2差異相對較小,主要原因是氣態污染物更容易隨被過境風輸送到較遠的地方,在不利氣象條件下也更容易擴展到整個影響區域,而顆粒物更容易沉降聚集。

  對于低空污染團,一般情況下顆粒類污染物可以被平流輸送至1.5~2.5km 以外的地方,而氣態污染物則要超出幾倍甚至幾十倍。

  事實上,從污染物產生到聚集和滯留是動態過程,也就是說,各種影響因素時刻在對對大氣污染物的傳輸和擴散起作用。

  4 結論

  大氣污染物擴散過程是一個宏觀動態過程,其中各種影響因素在同時起作用,而各種影響因素因季節和局地氣象條件不同而分別起主要和次要作用,即主要影響因素和次要影響因素可以在不同時段相互轉化,進而使大氣污染物主要影響程度也有所差別。

  理解了各種影響因素對大氣污染物擴散的作用原理,掌握了大氣污染物擴散規律,就可以根據實際情況來確定大氣污染物對環境的影響程度和大致的影響范圍。

  參考文獻
  
  [1]李子華。大氣化學[D].南京:南京氣象學院,1988.
  [2]黃石。液體動力學[D].南京:南京氣象學院,1989.
  [3]湯達章。污染氣象學[D].南京:南京氣象學院,1990.

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