大氣污染擴散
正文
大氣中的污染物在湍流的混合作用下逐漸分散稀釋的現象。這種現象主要受氣象條件的制約。研究目的 研究不同氣象條件下大氣污染物擴散規律的目的在於：①根據當地氣象條件，對工業規劃布局提供科學依據，預防可能造成的大氣污染；②根據當地的大氣擴散能力和環境衛生標準，提出排放標準（排放量和排放高度）；③進行大氣污染預報，以便有計畫地採取應急措施，預防環境質量的惡化（長期的）和防止可能發生的污染事故（短期的）。
氣象因素 影響大氣污染擴散的重要氣象因素是大氣湍流。所謂大氣湍流，是指大氣短時間的不同尺度的不規則運動。可以把大氣想像為是由大小不同的渦鏇(稱為湍渦)構成的，一個大湍渦包含著許多小湍渦,而一個小湍渦又包含著許多更小的湍渦。湍渦尺度可以細分到分子水平。大氣湍流運動便是由這些大大小小的湍渦所構成的。處於湍流中的一團污染煙團，被不同的湍渦攜帶而逐漸展開。尺度小於污染煙團的小湍渦不能改變污染煙團的整體位置，但能使煙團邊緣由清晰而逐漸模糊；尺度大於污染煙團的大湍渦能移動整個煙團的位置，造成污染煙團瞬時軌道的彎曲擺動；尺度大小和污染煙團相當的湍渦對污染物的擴散最為有效，能把污染煙團拉開、撕裂，而使它變形，加速它的擴散過程。大氣中存在著各種尺度的湍渦，多種湍渦的綜合作用使污染物在隨風移動的同時逐漸散開，和周圍的潔淨空氣相混合而稀釋。
大氣湍流強弱能直接影響大氣對污染物的擴散能力。下墊面的狀態對大氣湍流強弱發生影響：下墊面粗糙起伏,湍流較強；下墊面光滑平坦,湍流較弱。大氣溫度沿垂直方向分布的狀態對大氣湍流的強弱也產生影響。這種影響以大氣溫度隨高度的變化率(垂直減溫率) Γ和乾絕熱減溫率Γd相比較而確定。Γd值為每100米0.98℃，即每升高100米溫度降低0.98℃。當Γ＞Γd時，湍流有增大趨勢，大氣處於不穩定狀態，對污染物的擴散稀釋能力強；當Γ＜Γd時，湍流有減弱趨勢，大氣處於穩定狀態，擴散稀釋能力弱；當Γ＝Γd時，大氣處於中性平衡狀態，污染物被推到哪裡就停在那裡。
通過示蹤煙雲的擴散實驗，或者觀察煙囪排放的污染煙雲，可以看到煙雲的外形是隨著天氣情況以及一天中不同時間而變化的，煙雲的外形同大氣湍流狀態相聯繫（見煙羽）。
天氣背景 大氣污染擴散與大範圍的天氣背景有關。當某地區為低壓中心控制時，空氣作上升運動，雲天較多，通常大氣呈中性狀態或不穩定狀態，有利於污染物擴散稀釋；當某地區為高壓中心控制時，空氣作下沉運動，並常形成下沉逆溫，不利於污染物向上擴散。如果高壓移動緩慢，長期停留在某一地區，那么，污染物就會長期得不到擴散。尤其是天氣晴朗時，夜間容易形成輻射逆溫，對污染物的擴散更不利，此時易出現污染危害。如果再加上不利的地形條件，往往形成嚴重的污染事件。
擴散理論 對大氣污染擴散過程的研究有兩種途徑：一種是實驗方法,就是針對給定的排放源,測定污染物的濃度分布，並找出濃度分布同時間、空間和氣象條件變化的關係，探索其規律。這種方法也可以在實驗室內用風洞模擬的方法實施。另一種是理論方法，即運用湍流交換的理論建立描寫大氣污染擴散稀釋過程的模式（見大氣污染模式），找出濃度分布與氣象參數的關係。
湍流擴散的主要理論體系有兩種:①梯度-輸送理論：從平均場入手，利用湍流半經驗理論（即通量和梯度之間呈線性關係）可推出湍流擴散方程，在一定的起始條件和邊界條件下可獲得方程的解。但是理論推導的結果和實際結果往往有很大出入。②統計理論：是1921年由G.I.泰勒提出的,從研究個別流體微粒運動入手,並據此以確定表示擴散的特徵量。泰勒用湍流場的統計特徵量來描寫擴散參數，並用可測的氣象參數來表達這些統計特徵量，進而找出擴散參數和可測氣象條件的直接聯繫。由於實際大氣湍流場的非定常性和非均勻性，理論研究十分困難，必須藉助於實驗和假設。大都是假定為在濃度常態分配的條件下,利用泰勒公式定出方差,確定濃度分布。因此，大氣擴散統計理論雖然獲得迅速發展，但也受到本身存在的一些問題的限制。
