《城市气象学》课件：03城市大气污染-new.ppt

1、 简史简史 空气污染物（类型和源地）空气污染物（类型和源地） 影响污染的因素影响污染的因素 空气污染和城市环境空气污染和城市环境 酸沉降酸沉降 室内污染室内污染 扩散模式及练习题扩散模式及练习题 人类发明火以后，“烟问题”；爱德华一世国王在1273年签署一项法令禁止使用海煤；在1850前，伦敦 “浓豌豆汤”雾而声名狼藉；1911年前后，“smog”(烟雾)一词，烟和雾的混合体；1952年12月的第一周，伦敦灾难(煤烟型烟雾)；工业革命把污染带入美国(光化学烟雾)；中国的污染. 直接排放入大气中的空气污染物 氮氧化物一次污染物和空气中的某些成分经过化学反应才成为的污染物，称二次污染物，如水汽和其

2、他污染物等反应生成的污染物，硝酸、硫酸、臭氧等。 气溶胶 一氧化碳（CO） 二氧化硫（SO2 ） 挥发性有机化合物（VOCs） 氮氧化物 近地层臭氧气溶胶足够小的能悬浮在空气中的固态粒子和液滴有些使人不愉快但无害，有些是危险的。 在云雾降水中的作用：凝结核 对大气辐射过程的影响：散射和吸收 对大气光学特性的影响：大气能见度 对大气电学特性的影响：捕获带电离子，影响大气电场 在大气化学过程中的作用：吸附或参与反应生成新的微粒一氧化碳城市空气主要污染物，无色，无味，巨毒的气体(易被红血球获得)，由含碳燃料的不完全燃烧产生。一次污染物中最丰富。 无色有臭味气体，主要是由燃烧含硫化石燃料而来（如煤和石

3、油），源地：发电厂、加热设备、熔炉、石油精练和造纸厂等，火山喷发、或从海洋飞沫中的硫酸盐粒子而来。 危害：呼吸、减少某些植物产量、生成硫酸。英国伦敦烟雾主要物质为飘尘和这种物质。挥发性有机化合物(VOCs)主要是碳氢化合物，单独的有机化合物由氢和碳组成。室温环境是固、液和气态存在。数千种，但甲烷（自然产生，对健康危害未知）是最丰富的，其他包括苯、醛和一些氟氯烃。某些(如苯)致癌，一些反应成为二次有害污染物 氮氧化物来自燃料高温燃烧时氧和氮的反应。两种主要的氮污染物是NO2和NO，统称NOx，或氮氧化物。伤害心肺、呼吸器官，生成硝酸、导致光化学烟雾。光化学烟雾“落衫基烟雾”ba NO+O3NO2

4、+O2NO2+ONO+O2氟立昂(CFCs)进入平流层，紫外能量使其分解成Cl原子，然后进行下面的过程：Cl+O3ClO+O2ClO+OCl+O2 皮肤癌增加；皮肤癌增加； 眼睛白内障和太阳灼伤骤增；眼睛白内障和太阳灼伤骤增； 人的免疫系统受抑制；人的免疫系统受抑制； 紫外辐射对农作物和动物有不利影响；紫外辐射对农作物和动物有不利影响； 海洋浮游植物生长减缓；海洋浮游植物生长减缓； 平流层变冷导致气流方式改变，影响平流层变冷导致气流方式改变，影响O3的生成和损耗。的生成和损耗。 风的影响； 逆温； 大气稳定度； 地形的作用城市热岛效应：城市比周围乡村暖强热岛：夜晚冬天夜晚长被高压控制，晴朗、无

5、风空气潮湿。北京城市热岛1980年 继“煤烟型”(伦敦烟雾)、“光化学烟雾型”（落杉基烟雾）的污染后， 现代人正进入“室内空气污染”为标志的第三污染时期。一种无色易溶的刺激性气体，甲醛可经呼吸道吸收。有致畸、致癌作用，长期接触甲醛，可引起鼻腔、口腔、鼻咽、咽喉、皮肤和消化道的癌症。对神经系统、免疫系统、肝脏等都有毒害。一种无色而具有强烈刺激性臭味的气体，碱性物质。吸收组织水分，破坏细胞膜结构，减弱人体对疾病的抵抗力。浓度过高有腐蚀作用，还会导致心脏停搏和呼吸停止。 无色具有特殊芳香气味的液体，是室内挥发性有机物的一种。 已经被确认是严重致癌物质。 中毒会造成嗜睡、头痛、头晕、恶心、呕吐、胸部紧

6、束感、视物模糊，震颤、呼吸浅而快、心律不齐、抽搐和昏迷。 苯在各种建筑材料的有机溶剂中大量存在，比如各种油漆的添加剂和一些防水材料等等。 由镭衰变产生的自然界惟一的天然放射性惰性气体，它没有颜色，也没有任何气味。 容易被呼吸系统截留，并在局部区域不断累积而诱发肺癌。氡是导致人类肺癌的第二大杀手（吸烟第一），世界卫生组织把它列为使人致癌的19种物质之一。各种天然石材由于产地、地质结构和生成年代不同，其放射性也不同。国家质量技术监督局曾对市场上的天然石材进行了监督抽查，从检测结果看，其中花岗岩超标较多，放射性较高。天然石材中的放射性危害主要有两个方面，即体内辐射与体外辐射。 1.通风换气；2.合理

7、采光；3.新装修的房屋经通风换气后请有检验资格的技术部门检验合格后方宜入住。 1998年2月28日，北京市开始向社会公布空气质量周报；1999年3月1日，开始公布空气质量日报；1999年6月1日，北京市在全国率先公布对人体健康威胁较大的可吸入颗粒物；1999年8月1日，公布二氧化氮；目前，每天公布的空气质量指标共5项：二氧化硫(SO2)、二氧化氮(NO2)、一氧化碳(CO)、臭氧(O3)、可吸入颗粒物(PM10)。空气中存在着各种各样的污染物，就一个地区而言，各种污染物浓度交替变化。为了评估该地区的空气质量，目前世界上许多发达国家或地区，采用空气污染指数(简称API)来表示区域空气质量状况。

8、API是将一系列复杂繁多的监测数据，按一定方法进行处理，变成广大市民便于理解和掌握的形式。目前，我国空气质量划分为五级7档。1984年北京市在全国率先建立空气质量自动监测系统。监测空气中二氧化硫、一氧化碳、氮氧化物(一氧化氮、二氧化氮)、臭氧和可吸入颗粒物等污染物，以及测定温度、湿度、风向、风速等气象参数。目前的空气质量日报是根据国家环保局认证的、位于市区7个国控监测点位的监测数据，经换算为空气污染指数后，通过新闻媒体(WWW)向群众公布。七、扩散模式：七、扩散模式：无界空间连续点源扩散模式无界空间连续点源扩散模式 )exp()exp(),(22bzayAzyxccdycdyyy22cdzcd

9、zzz22)2/(12ya)2/(12zbcudydzq)2/(zyuqA)(21exp2),(2222zyzyzyuqzyxc高架连续点源扩散高架连续点源扩散 高架连续点源的扩散必须考虑地表对扩散的影响，最高架连续点源的扩散必须考虑地表对扩散的影响，最简单的方法是假设地表对污染物没有吸收、吸附作用，简单的方法是假设地表对污染物没有吸收、吸附作用，即全反射，可以用即全反射，可以用“像源像源”法处理。法处理。空间任一点的浓度可以看成两部分浓度之和：一部分空间任一点的浓度可以看成两部分浓度之和：一部分是不存在地面时该点的浓度；另一部分是由于地面全是不存在地面时该点的浓度；另一部分是由于地面全反射作

10、用而增加的污染物浓度。相当于不存在地面时反射作用而增加的污染物浓度。相当于不存在地面时位置在（位置在（0，0，H）实源和在（）实源和在（0，0，H）的）的“像源像源”在该点造成的浓度之和。在该点造成的浓度之和。 2222222)(exp2)(exp2exp2);,(zzyzyHzHzyuqHzyxc22222exp2exp); 0 ,(zyzyHyuqHyxc222exp); 0 , 0 ,(zzyHuqHxc城市大气污染的扩散模式城市大气污染的扩散模式城市中分布有大量的污染源，在模式计算时，一般采用固定坐标系，即城市中分布有大量的污染源，在模式计算时，一般采用固定坐标系，即x轴指向东方，轴指

11、向东方，y轴指向北方，轴指向北方，z轴指向天顶，简称轴指向天顶，简称EON坐标系，污染源和坐标系，污染源和计算点的位置也是固定在这个坐标系中的。在计算各个风向、各个污染源计算点的位置也是固定在这个坐标系中的。在计算各个风向、各个污染源的污染物扩散浓度时，前面介绍的模式都是选用的污染物扩散浓度时，前面介绍的模式都是选用x轴指向平均风向，因而轴指向平均风向，因而这涉及到坐标系的变换问题。这涉及到坐标系的变换问题。在在EON坐标系中，设污染源坐标为（坐标系中，设污染源坐标为（Ep, Np），计算点坐标为），计算点坐标为(Er, Nr)，风向与风向与E轴的夹角为轴的夹角为，则在平均风坐标系中，计算点的

12、坐标，则在平均风坐标系中，计算点的坐标(x,y)为为 sin)(cos)(prprNNEExsin)(cos)(prprEENNyEONxyEpNpUErNr PR坐标变换图坐标变换图编程练习编程练习(选作选作)计算区域：计算区域：4000m4000m，网格间距均为，网格间距均为100m，即计算点总，即计算点总数为数为4141个。个。污染源数据：共污染源数据：共3个污染源，排放二氧化硫个污染源，排放二氧化硫源序号源序号 有效源高有效源高m 坐标坐标m 源强源强mg/s1 40 (1700,2000) 80002 60 (2000,2000) 100003 40 (2300,2000) 9000

13、风资料：某天风资料：某天4个时刻的风向、风速、稳定度资料个时刻的风向、风速、稳定度资料时刻时刻 风向风向 稳定度稳定度 风速风速 水平扩散参数水平扩散参数 垂直扩散参数垂直扩散参数0800 W D 2.5 0.11*X0.93 0.10*X0.83 1400 S B 4.0 0.28*X0.92 0.13*X0.962000 E D 3.0 0.11*X0.93 0.10*X0.830200 N E 2.0 0.09*X0.92 0.09*X0.79计算区域二氧化硫背景浓度为：计算区域二氧化硫背景浓度为：0.05mg/m3要求：编写程序计算三个污染源对各点二氧化硫浓度贡献，并要求：编写程序计算三个污染源对各点二氧化硫浓度贡献，并叠加在一起，再取叠加在一起，再取4个时刻的平均值。加上背景浓度后的等个时刻的平均值。加上背景浓度后的等值线图。给出哪些点的浓度超过了值线图。给出哪些点的浓度超过了0.15mg/m3。上交源程序、等值线图、超标点坐标。上交源程序、等值线图、超标点坐标。The end