浅议影响城市大气污染质量的气象因素
导读：就扩散稀释而言，其他一切气象因素都是通过风和湍流的作用来影响空气污染的，凡是有利增大风速，加强湍流的气象条件都有利于扩散稀释，反之亦然。因此大雨是净化城市空气的有效因子。
关键词：城市，大气污染，气象条件
1大气湍流扩散对污染物扩散的影响
大气中几乎时时处处存在着不同尺度的湍流运动。在大气边界层内，气流受到下垫面的强烈影响，湍流运动尤为剧烈，湍流输送的速率在大气中比分子扩散速率大几个数量级。同样，当污染物从排放源进入大气时，就在流场中造成了污染物质分布的不均匀，形成浓度梯度。由于湍流的扩散作用，流场各部分之间发生强烈的混合和交换，大大加快了污染物的扩散速度，污染物从高浓度区向低浓度区输送，逐渐被分散、稀释。而在风场运动的主风向上由于平均风速比脉动风速大很多，因此主风向上风的输运作用是主要的，只要风速足够大，主风向上的湍流输送作用可忽略不计。归纳起来:风速越大，湍流越强，污染物的扩散速度也就越快，浓度相应越低，因此风和湍流是决定污染物在大气中扩散稀释最本质的因素。就扩散稀释而言，其他一切气象因素都是通过风和湍流的作用来影响空气污染的，凡是有利增大风速，加强湍流的气象条件都有利于扩散稀释，反之亦然。
2气象条件对大气污染扩散的影响
一个地区的大气污染程度往往取决于该地区排放污染物的源参数、气象条件和近地层下垫面的状况。在源参数一定的情况下，气象条件和下垫面状态是影响人产一毛污染的重要因素。气象条件对城市大气污染的影响包括以下几个方面:
2.1 风向
风向与污染的关系主要表现为风对污染物的水平输送作用上，高值污染浓度常出现在大污染源的下风向。以上海市的两个S02监测站为例:杨浦站位于工业区;四平站位于工业区边缘，在杨浦站的西北偏西方约3到4公里处，其北方为郊区的大片农田。测量结果显示，四平站高于杨浦站几乎都出现在E-SSE风的情况下，即在东南风输送下，杨浦工业区的高值浓度中心有向西北方转移的趋势。。
2.2 风速
风速的大小和大气稀释扩散能力的大小存在着直接的对应关系，从而对污染物浓度产生影响。一般来说，随着风速的增大，浓度值迅速减少，但是有时候也发现有另外一种情形:例如日本四日市在地面风速小于3米/秒时出现S02浓度仅0.lppm以下，而当风速超过5米/秒时反而出现高浓度，有时甚至达到2ppm的程度，这表明风速对污染的影响很复杂。风速小，一方面大气稀释扩散能力弱，引起局地污染物浓度增加;但另一方面，在微风条件下热烟云抬升较高，从而使地面浓度减少。风速大，一方面固然表示大气扩散稀释能力强，使地面浓度减少;而另一方面，强风能使上升烟云弯曲提早抵达地面，引起地面浓度增加，同时强风将使烟云在建筑物背风侧造成下洗，会增加地面浓度，这一效应有时称作风速的次生效应，显然它对高架源的影响比对地面源更为重要。
2.3 稳定度
大气层结稳定度是决定大气稀释扩散能力的另一个重要因子，它对地面S02浓度的影响比风速更为显著，逆温与污染物浓度的关系包含逆温强度、逆温层厚度等几个方面。一般来说，污染物浓度随着逆温强度的增加而增加:随着逆温层厚度的增大，污染物浓度值也增大，但是从日变化的角度来看，不能说大气层结稳定的时刻、特别是逆温层存在的时刻，污染浓度一定最高。有资料表明，污染浓度的大小不仅同相应的排放率有极大关系，也和气象要素的日变化相联系。
2.4 云量及辐射
云量及辐射与大气稳定度的关系很密切，因此也影响着污染物的扩散。一般来说，晴朗的白天，特别是中午，太阳辐射最强，温度层结是递减的，大气处于极不稳定状态，晴朗的夜间，黎明前逆温最强。日出及日落前后为转换期，均接近中性层结。云层对辐射起屏障作用，它既阻挡白天太阳辐射，又阻挡夜间地面向上的辐射。总的效果是减小气温随高度的变化，使白天递减和夜间逆温的温度层结均受到削弱。减弱的程度视云量的多少而定。
2.5 降水
降水对污染物有净化作用。降水的净化作用与降水强度有关。降水强度越大，对污染物的净化作用也就越强。因此大雨是净化城市空气的有效因子。另据日本的经验:一小时降水量在1毫米以下的降水，不论它持续多长时间，地而污染物浓度都不会降低。
2.6 天气形势
天气形势是指大范围气压分布的状况，一定的天气现象和气象条件都与相应的天气形势联系在一起，因此，与空气污染有关的气象因素也与天气形势有密切联系，进而天气形势与大气扩散也有密切联系。在低压(气旋)控制区内，空气有上升运动，多云天气较多，而且通常风速较大，大气为中性或不稳定状态，有利于污染物的扩散稀释。相反，在强的高压(反气旋)控制区内，天气晴朗，风速较小。由于大范围的空气下沉运动，在几百米到一、二千米上空容易形成下沉逆温，像盖子一样阻止向上的湍流扩散，如果高压系统是静止或缓慢移动的，那么连续几天的微风或逆温，使大气对污染物的扩散稀释能力大大下降，呈现所谓“空气停滞”现象。此时如果有足够的污染源，就会出现较大范围的污染危害。发表。
3下垫面条件对城市大气污染的影响
除气象条件外，下垫面状态也是影响城市大气污染的重要因素。这是因为下垫面的粗糙度及其构成直接影响着该地区的气象条件。对一个具体城市来说，要同时考虑城区和郊区的地理情况，影响大气污染扩散的下垫面有以下几个方面:
3.1 城市下垫面
城市下垫面的三大基本特征是干、热、粗。一方面，非均匀的下垫面造成动力学粗糙度增大(其地面粗糙度可从1到3米之间变化)，使得城区风速减小，气流不规则，湍流强度增大，这也称作机械湍流增强。另一方面，由城乡水平温差(一般大于3℃以上)引起的热岛效应和热岛环流，冷空气从四周的乡村流向市中心，在市中心形成复合上升气流，并将暖空气带到高空，为满足动量守恒原理，在市中心上空与乡村区域形成补偿的辐射和下沉气流，连同市中心的辐射上升气流组成完整的闭合环流，即热力湍流。
3.2 水域下垫面
水域下垫面所产生的特殊流场势必影响污染物的输送和扩散。在大的水域和陆地的交界处，由于水面和陆地的热力和动力作用截然不同，会改变局地的气象条件。水域引起的最明显的局地气流是海陆风。由于水、陆的热性质不同，造成了它们之间温度的差别。温度的差别造成压力差，进而形成局地的水陆风环流，一般称为海陆风。在近地面，白天吹海风，夜间吹陆风，它的上面是反向气流，吹海风时，反向气流从陆地返回海洋。
水域引起的另一个气象条件是局地气团变性。春末夏初，白天陆地温反比水温高得多，当气流从水面吹向陆地的时候，低层的空气很快增温，温度层结自下向上转向超绝热状态，形成热边界层。热边界层在海岸附近开始形成，在空气向内陆运动的过程中，受地面加温变性的气层逐渐增厚。因此，热边界层顶向内陆逐渐增高。热边界层内的空气受地面加热变性，它的温度层结和未受地面影响的上层空气不同。如果原先水面上的层结是稳定的，热边界层以上的气流仍维持稳定状态，并保持水面气层的低湍流特性。发表。热边界层内的层结则是不稳定的，加上陆地比水面粗糙，故这一层内的湍流交换大为加强。此时，热边界层内外气层的特性截然不同。一旦沿岸地区出现上述热边界层时，如果岸边有一高架源，就会在陆地上形成持续的漫烟污染。水面的另一个特点是比陆地光滑，它的粗糙度随风速和波浪状况变化，但一般都比陆地小得多。因此，水面上的大气湍流强度较小，扩散速率比陆地低。
3.3 山地下垫面
山地下垫面对污染物扩散最明显的影响是山谷风和逆温，山谷风是山风和谷风的总称，它主要是由于山坡和谷地受热不均而产生的。在白天，太阳先照射到山坡上，使山坡_L大气比谷地上同高度的大气温度高，形成了由谷地吹向山坡的风，称为谷风，在高空形成了由山坡吹向山谷的反谷风，它们同山坡上升气流和谷地下降气流一起形成了山谷风局地环流。在夜间，山坡和山顶比谷底冷却得快，使山坡和山顶的冷空气顺山坡下滑到谷底，形成了山风，在高空则形成了自山谷向山顶吹的反山风。它们同山坡下降气流和谷地上升气流一起构成了山谷风局地环流。山区由于它复杂的地形结构，在夜间常出现比平原更强的逆温。夜间山坡冷却得快，冷空气沿山坡下滑，在谷底积聚，再加上谷底风速小，所以逆温发展的速度比平原快，逆温层更厚。如果凹地四周是封闭的，冷空气逐渐堆积滞留，形成逆温强度很大的“冷湖”，且日出后消散也很慢。
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