淺議影響城市大氣污染質(zhì)量的氣象因素
導(dǎo)讀：就擴(kuò)散稀釋而言，其他一切氣象因素都是通過(guò)風(fēng)和湍流的作用來(lái)影響空氣污染的，凡是有利增大風(fēng)速，加強(qiáng)湍流的氣象條件都有利于擴(kuò)散稀釋?zhuān)粗嗳弧Ｒ虼舜笥晔莾艋鞘锌諝獾挠行б蜃印?/p>
關(guān)鍵詞：城市，大氣污染，氣象條件
1大氣湍流擴(kuò)散對(duì)污染物擴(kuò)散的影響
大氣中幾乎時(shí)時(shí)處處存在著不同尺度的湍流運(yùn)動(dòng)。在大氣邊界層內(nèi)，氣流受到下墊面的強(qiáng)烈影響，湍流運(yùn)動(dòng)尤為劇烈，湍流輸送的速率在大氣中比分子擴(kuò)散速率大幾個(gè)數(shù)量級(jí)。同樣，當(dāng)污染物從排放源進(jìn)入大氣時(shí)，就在流場(chǎng)中造成了污染物質(zhì)分布的不均勻，形成濃度梯度。由于湍流的擴(kuò)散作用，流場(chǎng)各部分之間發(fā)生強(qiáng)烈的混合和交換，大大加快了污染物的擴(kuò)散速度，污染物從高濃度區(qū)向低濃度區(qū)輸送，逐漸被分散、稀釋。而在風(fēng)場(chǎng)運(yùn)動(dòng)的主風(fēng)向上由于平均風(fēng)速比脈動(dòng)風(fēng)速大很多，因此主風(fēng)向上風(fēng)的輸運(yùn)作用是主要的，只要風(fēng)速足夠大，主風(fēng)向上的湍流輸送作用可忽略不計(jì)。歸納起來(lái):風(fēng)速越大，湍流越強(qiáng)，污染物的擴(kuò)散速度也就越快，濃度相應(yīng)越低，因此風(fēng)和湍流是決定污染物在大氣中擴(kuò)散稀釋最本質(zhì)的因素。就擴(kuò)散稀釋而言，其他一切氣象因素都是通過(guò)風(fēng)和湍流的作用來(lái)影響空氣污染的，凡是有利增大風(fēng)速，加強(qiáng)湍流的氣象條件都有利于擴(kuò)散稀釋?zhuān)粗嗳弧?/p>
2氣象條件對(duì)大氣污染擴(kuò)散的影響
一個(gè)地區(qū)的大氣污染程度往往取決于該地區(qū)排放污染物的源參數(shù)、氣象條件和近地層下墊面的狀況。在源參數(shù)一定的情況下，氣象條件和下墊面狀態(tài)是影響人產(chǎn)一毛污染的重要因素。氣象條件對(duì)城市大氣污染的影響包括以下幾個(gè)方面:
2.1 風(fēng)向
風(fēng)向與污染的關(guān)系主要表現(xiàn)為風(fēng)對(duì)污染物的水平輸送作用上，高值污染濃度常出現(xiàn)在大污染源的下風(fēng)向。以上海市的兩個(gè)S02監(jiān)測(cè)站為例:楊浦站位于工業(yè)區(qū);四平站位于工業(yè)區(qū)邊緣，在楊浦站的西北偏西方約3到4公里處，其北方為郊區(qū)的大片農(nóng)田。測(cè)量結(jié)果顯示，四平站高于楊浦站幾乎都出現(xiàn)在E-SSE風(fēng)的情況下，即在東南風(fēng)輸送下，楊浦工業(yè)區(qū)的高值濃度中心有向西北方轉(zhuǎn)移的趨勢(shì)。。
2.2 風(fēng)速
風(fēng)速的大小和大氣稀釋擴(kuò)散能力的大小存在著直接的對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而對(duì)污染物濃度產(chǎn)生影響。一般來(lái)說(shuō)，隨著風(fēng)速的增大，濃度值迅速減少，但是有時(shí)候也發(fā)現(xiàn)有另外一種情形:例如日本四日市在地面風(fēng)速小于3米/秒時(shí)出現(xiàn)S02濃度僅0.lppm以下，而當(dāng)風(fēng)速超過(guò)5米/秒時(shí)反而出現(xiàn)高濃度，有時(shí)甚至達(dá)到2ppm的程度，這表明風(fēng)速對(duì)污染的影響很復(fù)雜。風(fēng)速小，一方面大氣稀釋擴(kuò)散能力弱，引起局地污染物濃度增加;但另一方面，在微風(fēng)條件下熱煙云抬升較高，從而使地面濃度減少。風(fēng)速大，一方面固然表示大氣擴(kuò)散稀釋能力強(qiáng)，使地面濃度減少;而另一方面，強(qiáng)風(fēng)能使上升煙云彎曲提早抵達(dá)地面，引起地面濃度增加，同時(shí)強(qiáng)風(fēng)將使煙云在建筑物背風(fēng)側(cè)造成下洗，會(huì)增加地面濃度，這一效應(yīng)有時(shí)稱(chēng)作風(fēng)速的次生效應(yīng)，顯然它對(duì)高架源的影響比對(duì)地面源更為重要。
2.3 穩(wěn)定度
大氣層結(jié)穩(wěn)定度是決定大氣稀釋擴(kuò)散能力的另一個(gè)重要因子，它對(duì)地面S02濃度的影響比風(fēng)速更為顯著，逆溫與污染物濃度的關(guān)系包含逆溫強(qiáng)度、逆溫層厚度等幾個(gè)方面。一般來(lái)說(shuō)，污染物濃度隨著逆溫強(qiáng)度的增加而增加:隨著逆溫層厚度的增大，污染物濃度值也增大，但是從日變化的角度來(lái)看，不能說(shuō)大氣層結(jié)穩(wěn)定的時(shí)刻、特別是逆溫層存在的時(shí)刻，污染濃度一定最高。有資料表明，污染濃度的大小不僅同相應(yīng)的排放率有極大關(guān)系，也和氣象要素的日變化相聯(lián)系。
2.4 云量及輻射
云量及輻射與大氣穩(wěn)定度的關(guān)系很密切，因此也影響著污染物的擴(kuò)散。一般來(lái)說(shuō)，晴朗的白天，特別是中午，太陽(yáng)輻射最強(qiáng)，溫度層結(jié)是遞減的，大氣處于極不穩(wěn)定狀態(tài)，晴朗的夜間，黎明前逆溫最強(qiáng)。日出及日落前后為轉(zhuǎn)換期，均接近中性層結(jié)。云層對(duì)輻射起屏障作用，它既阻擋白天太陽(yáng)輻射，又阻擋夜間地面向上的輻射。總的效果是減小氣溫隨高度的變化，使白天遞減和夜間逆溫的溫度層結(jié)均受到削弱。減弱的程度視云量的多少而定。
2.5 降水
降水對(duì)污染物有凈化作用。降水的凈化作用與降水強(qiáng)度有關(guān)。降水強(qiáng)度越大，對(duì)污染物的凈化作用也就越強(qiáng)。因此大雨是凈化城市空氣的有效因子。另?yè)?jù)日本的經(jīng)驗(yàn):一小時(shí)降水量在1毫米以下的降水，不論它持續(xù)多長(zhǎng)時(shí)間，地而污染物濃度都不會(huì)降低。
2.6 天氣形勢(shì)
天氣形勢(shì)是指大范圍氣壓分布的狀況，一定的天氣現(xiàn)象和氣象條件都與相應(yīng)的天氣形勢(shì)聯(lián)系在一起，因此，與空氣污染有關(guān)的氣象因素也與天氣形勢(shì)有密切聯(lián)系，進(jìn)而天氣形勢(shì)與大氣擴(kuò)散也有密切聯(lián)系。在低壓(氣旋)控制區(qū)內(nèi)，空氣有上升運(yùn)動(dòng)，多云天氣較多，而且通常風(fēng)速較大，大氣為中性或不穩(wěn)定狀態(tài)，有利于污染物的擴(kuò)散稀釋。相反，在強(qiáng)的高壓(反氣旋)控制區(qū)內(nèi)，天氣晴朗，風(fēng)速較小。由于大范圍的空氣下沉運(yùn)動(dòng)，在幾百米到一、二千米上空容易形成下沉逆溫，像蓋子一樣阻止向上的湍流擴(kuò)散，如果高壓系統(tǒng)是靜止或緩慢移動(dòng)的，那么連續(xù)幾天的微風(fēng)或逆溫，使大氣對(duì)污染物的擴(kuò)散稀釋能力大大下降，呈現(xiàn)所謂“空氣停滯”現(xiàn)象。此時(shí)如果有足夠的污染源，就會(huì)出現(xiàn)較大范圍的污染危害。發(fā)表。
3下墊面條件對(duì)城市大氣污染的影響
除氣象條件外，下墊面狀態(tài)也是影響城市大氣污染的重要因素。這是因?yàn)橄聣|面的粗糙度及其構(gòu)成直接影響著該地區(qū)的氣象條件。對(duì)一個(gè)具體城市來(lái)說(shuō)，要同時(shí)考慮城區(qū)和郊區(qū)的地理情況，影響大氣污染擴(kuò)散的下墊面有以下幾個(gè)方面:
3.1 城市下墊面
城市下墊面的三大基本特征是干、熱、粗。一方面，非均勻的下墊面造成動(dòng)力學(xué)粗糙度增大(其地面粗糙度可從1到3米之間變化)，使得城區(qū)風(fēng)速減小，氣流不規(guī)則，湍流強(qiáng)度增大，這也稱(chēng)作機(jī)械湍流增強(qiáng)。另一方面，由城鄉(xiāng)水平溫差(一般大于3℃以上)引起的熱島效應(yīng)和熱島環(huán)流，冷空氣從四周的鄉(xiāng)村流向市中心，在市中心形成復(fù)合上升氣流，并將暖空氣帶到高空，為滿足動(dòng)量守恒原理，在市中心上空與鄉(xiāng)村區(qū)域形成補(bǔ)償?shù)妮椛浜拖鲁翚饬鳎B同市中心的輻射上升氣流組成完整的閉合環(huán)流，即熱力湍流。
3.2 水域下墊面
水域下墊面所產(chǎn)生的特殊流場(chǎng)勢(shì)必影響污染物的輸送和擴(kuò)散。在大的水域和陸地的交界處，由于水面和陸地的熱力和動(dòng)力作用截然不同，會(huì)改變局地的氣象條件。水域引起的最明顯的局地氣流是海陸風(fēng)。由于水、陸的熱性質(zhì)不同，造成了它們之間溫度的差別。溫度的差別造成壓力差，進(jìn)而形成局地的水陸風(fēng)環(huán)流，一般稱(chēng)為海陸風(fēng)。在近地面，白天吹海風(fēng)，夜間吹陸風(fēng)，它的上面是反向氣流，吹海風(fēng)時(shí)，反向氣流從陸地返回海洋。
水域引起的另一個(gè)氣象條件是局地氣團(tuán)變性。春末夏初，白天陸地溫反比水溫高得多，當(dāng)氣流從水面吹向陸地的時(shí)候，低層的空氣很快增溫，溫度層結(jié)自下向上轉(zhuǎn)向超絕熱狀態(tài)，形成熱邊界層。熱邊界層在海岸附近開(kāi)始形成，在空氣向內(nèi)陸運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，受地面加溫變性的氣層逐漸增厚。因此，熱邊界層頂向內(nèi)陸逐漸增高。熱邊界層內(nèi)的空氣受地面加熱變性，它的溫度層結(jié)和未受地面影響的上層空氣不同。如果原先水面上的層結(jié)是穩(wěn)定的，熱邊界層以上的氣流仍維持穩(wěn)定狀態(tài)，并保持水面氣層的低湍流特性。發(fā)表。熱邊界層內(nèi)的層結(jié)則是不穩(wěn)定的，加上陸地比水面粗糙，故這一層內(nèi)的湍流交換大為加強(qiáng)。此時(shí)，熱邊界層內(nèi)外氣層的特性截然不同。一旦沿岸地區(qū)出現(xiàn)上述熱邊界層時(shí)，如果岸邊有一高架源，就會(huì)在陸地上形成持續(xù)的漫煙污染。水面的另一個(gè)特點(diǎn)是比陸地光滑，它的粗糙度隨風(fēng)速和波浪狀況變化，但一般都比陸地小得多。因此，水面上的大氣湍流強(qiáng)度較小，擴(kuò)散速率比陸地低。
3.3 山地下墊面
山地下墊面對(duì)污染物擴(kuò)散最明顯的影響是山谷風(fēng)和逆溫，山谷風(fēng)是山風(fēng)和谷風(fēng)的總稱(chēng)，它主要是由于山坡和谷地受熱不均而產(chǎn)生的。在白天，太陽(yáng)先照射到山坡上，使山坡_L大氣比谷地上同高度的大氣溫度高，形成了由谷地吹向山坡的風(fēng)，稱(chēng)為谷風(fēng)，在高空形成了由山坡吹向山谷的反谷風(fēng)，它們同山坡上升氣流和谷地下降氣流一起形成了山谷風(fēng)局地環(huán)流。在夜間，山坡和山頂比谷底冷卻得快，使山坡和山頂?shù)睦淇諝忭樕狡孪禄焦鹊祝纬闪松斤L(fēng)，在高空則形成了自山谷向山頂吹的反山風(fēng)。它們同山坡下降氣流和谷地上升氣流一起構(gòu)成了山谷風(fēng)局地環(huán)流。山區(qū)由于它復(fù)雜的地形結(jié)構(gòu)，在夜間常出現(xiàn)比平原更強(qiáng)的逆溫。夜間山坡冷卻得快，冷空氣沿山坡下滑，在谷底積聚，再加上谷底風(fēng)速小，所以逆溫發(fā)展的速度比平原快，逆溫層更厚。如果凹地四周是封閉的，冷空氣逐漸堆積滯留，形成逆溫強(qiáng)度很大的“冷湖”，且日出后消散也很慢。
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