冷却塔烟气抬升高度及污染物浓度变化特征

介绍了冷却塔烟气排放原理及德国VDI 3784的S/P模式,结合实例研究了冷却塔烟气排放不同参数、不同大气条件下烟气抬升高度变化特征,并使用德国VDI 3945的Austal 2000模式对冷却塔和烟囱的排放浓度进行了对比。结果表明：烟气抬升高度主要取决于出口温度和环境温度之差;随着风速的增大,抬升高度明显变小;随着直径的增加,烟气抬升高度也增加;随着出口速度的增加,抬升高度增加的相对较多;随着出口温度的增加,烟气抬升高度在逐渐增加,稳定度决定增加的倍数;VDI 3945模拟结果表明：小时浓度差别相对较小,而年均浓度差别较大,日均值的差别介于小时和年均之间。     

S/P模式计算的冷却塔烟气抬升高度敏感性试验

德国VDI3784的S/P模式为三维流体动力学积分模式,其方程主要描述了无穷小体积元素的质量、动量、静态污染物质量浓度及能量的守恒。利用德国模式进行了冷却塔烟气排放不同参数、不同大气条件下烟气抬升高度的敏感性试验。结果表明：在影响烟气抬升高度的3个气象要素（风速、气温和湿度）中,风速和气温的变化对结果影响较大,而湿度影响较小。在D类稳定度,当环境风速从0.1 m/s增加到15.0 m/s时,抬升高度从711.7 m变为38.5 m。随着环境温度的升高,抬升高度明显单调变小;当稳定度为A类,环境温度从10升到40时,烟气抬升最大高度从688.9 m降低到45.1 m,降低了14倍多。而环境湿度的变化,对抬升高度的影响不是很明显。对于E类稳定度和F类稳定度,当环境湿度从20%增加到70%,最大抬升高度分别从115.3 m和84.6 m降到112.9 m和81.7 m,分别降低了3.43%和2.08%。在影响烟气抬升高度的其他3个因素（凉水塔直径、烟气出口速度和混合气体温度）中,混合气体温度的变化对结果影响较大,而凉水塔直径和烟气出口速度的影响较小。在各类稳定度条件下,当出口温度从20变到90时,烟气抬升高度增加1.2—13.3倍;在各类稳定度条件下,当凉水塔直径从30 m变到90 m,烟气抬升高度仅增加0.63—1.40倍;在各类稳定度条件下,当出口速度从2.5 m/s变到8.0 m/s,烟气抬升高度增加了0.24—0.74倍。     

S/P模式计算的冷却塔烟气抬升高度敏感性试验

德国VDI3784的S/P模式为三维流体动力学积分模式,其方程主要描述了无穷小体积元素的质量、动量、静态污染物质量浓度及能量的守恒。利用德国模式进行了冷却塔烟气排放不同参数、不同大气条件下烟气抬升高度的敏感性试验。结果表明：在影响烟气抬升高度的3个气象要素（风速,气温和湿度）中,风速和气温的变化对结果影响较大,而湿度影响较小。在D类稳定度,当环境风速从0.1 m/s增加到15.0 m/s时,抬升高度将从711.7 m变为38.5 m。随着环境温度的升高,抬升高度明显单调变小;当稳定度为A类,环境温度从10℃升到40℃时,烟气抬升最大高度从688.9 m降低到45.1 m,降低了14倍多。而环境湿度的变化,对抬升高度的影响不是很明显。对于E和F类,当环境湿度从20 %增加到70 %,最大抬升高度分别从115.3 m和84.6m降到112.9 m和81.7m,分别降低了3.43 %和2.08 %。在影响烟气抬升高度的其他3个因素（凉水塔直径,烟气出口速度和混合气体温度）中,混合气体温度的变化对结果影响较大,而凉水塔直径和烟气出口速度的影响较小。在各类稳定度条件下,当出口温度从20 ℃变到90 ℃时,烟气抬升高度增加1.2-13.3倍;在各类稳定度条件下,当凉水塔直径从30 m变到90 m,烟气抬升高度仅增加0.63-1.40倍;在各类稳定度条件下,当出口速度从2.5 m/s变到8 m/s,烟气抬升高度增加0.24-0.74倍。     

连续雾霾天气污染物浓度变化及天气形势特征分析

利用MICAPS资料、地面观测资料、NCEP资料和衡水市环境监测站细颗粒物(PM2.5)及PM10浓度资料,对2013年1月衡水市出现的连续雾霾天气从PM10及细颗粒物浓度演变、雾霾天气污染物浓度与地面要素关系、中低层环流形势特征进行了分析,结果表明:1)雾霾天气期间06:00(北京时间,下同)至07:00和16:00至21:00为PM10和细颗粒物浓度较低时段,PM10最大值出现在15:00,细颗粒物最大值出现在02:00,两者并不同时达到极值。2)雾霾天气污染物浓度与地面湿度并不是简单的正相关或负相关关系,还和许多其它因素有关。3)衡水市污染源主要来源于工业污染源、扬尘污染、冬季燃煤采暖、局部污染源及区域性污染。4)雾霾天气相对湿度和能见度基本呈负相关,气压变化不大,风向频率最多为北到东北风,平均风速一般都在2 m/s以下。雾日时大部分时段为雾和霾的混合物。5)重污染日期间500 hPa为平直偏西气流或西北偏西气流,没有明显的槽脊活动。而污染较轻的时段500 hPa为明显的西北气流控制或有槽脊活动。6)雾霾天气期间大部分日数08:00在850hPa以下都存在逆温层;地面气压场偏弱,尤其河北平原一带基本为均压场。最后对雾霾天气影响及对策进行了简单探讨。     

彭州市大气污染物浓度变化特征研究

本文利用2017年彭州市大气污染物(SO₂、NO₂、O₃、CO、PM₁₀、PM_2.5)小时浓度数据并结合地面气象观测资料,统计分析了该地区大气污染物浓度的演变规律及影响因素。结果表明：该地区细粒子(PM₁₀和PM_2.5)污染较为严重,O₃次之,其它污染物浓度水平则低于国家新二级标准限值。观测期间,各污染物浓度表现出明显的日变化与季节变化,其中SO₂、O₃呈单峰型日变化,NO₂、CO和细粒子则呈双峰型日变化;污染物浓度的季节变化基本表现为冬高夏低、春秋次之的变化特征(O₃为夏高冬低),并且固态污染物(PM₁₀、PM_2.5)与气态污染物(NO₂、CO)之间有显著的相关性。在污染物浓度与气象要素相关性分析中表明,湿度对于污染物浓度的影响整体上要弱于温度和风速,除了O₃与温度、风速呈正相关外,其它污染物与两者均呈负相关。除此以外,风向对于当地各种大气污染物的积累与清除也有直接的影响。     

大气污染物浓度变化的非线性特征分析

研究了大气污染物浓度变化的非线性动力学特征,首次详细考察了污染物浓度时间序列的谱分布、结构函数、自相关函数、时间变化曲线的分数维、相空间中吸引子的关联维及最大Lyapunov指数.此外,当前在国际上得到广泛应用的小波分析方法也能对揭示污染物浓度变化的非线性特征提供很好的帮助.     

北京市朝阳区主要大气污染物浓度变化特征

利用2011—2013年北京市朝阳区国家一般气象站PM_(2.5)、O_3、NO、NO_x、CO和SO_2的大气成分监测资料,分析了朝阳区6种主要大气污染物浓度不同时间尺度的变化特征.结果表明:2011—2013年朝阳区PM_(2.5)浓度呈明显增长的趋势,达到重度污染等级的日数增多;而O_3、NO、NO_x、CO和SO_2等气态污染物的年平均浓度变化较小,无明显增长的趋势,5种气态污染物浓度季节差异明显.除O_3浓度为夏季高、冬季低外,PM_(2.5)、NO、NO_x、CO和SO_2浓度均为夏季低、冬季高,可能与冬季采暖期排放的污染物增多有关.污染物浓度的日变化除O_3呈单峰型外,其他5种污染物浓度日变化均大致呈双峰型,可能与人类活动及天气条件有关.朝阳区与宝联、顺义、上甸子地区等代表"城市—近郊—远郊站点的污染物浓度日变化存在极大的差异性,其中PM_(2.5)浓度差异最明显,朝阳站PM_(2.5)浓度日变化呈双峰型,宝联站PM_(2.5)浓度日变化呈三峰型,昌平和上甸子站PM_(2.5)浓度为峰值出现在夜间的单峰型日变化.由此可见,不同地区因城市化发展程度不同,导致局地污染物浓度存在明显的差异.     

计算抬升凝结高度的一个新方法

通常都是采用T-lnp图用图解法确定抬升凝结高度.为了使用计算机作探空的自动分析,这里介绍一种由美国气象局斯塔克波尔(stackpole)提出的数值分析方法. 抬升凝结高度是这样一个压温点,气块干绝热上升到这一点上达到了饱和.也就是说,在这一点上,气块的混合比等于由气块的初始气压及露点所决定的饱和混合比.这个压温点,可以看作是两个未知数所组成的两个方程的解,这两个未知数即抬升凝结高度的气压     

哈尔滨一次灰霾天气污染物浓度变化及气象条件分析

2014年10月22-24日,哈尔滨地区发生了一次持续性的灰霾天气过程。本文利用气象观测资料和污染物浓度监测资料,分析了颗粒物的浓度演变特征、气象要素特征及产生持续性灰霾天气的可能原因。研究表明,该次过程中绝大部分时间能见度低于10 km,空气质量指数(AQI)指数最大时达到500。此次灰霾天气高空主要受偏西气流控制,环流较平直,过程前期地面受高压场后部影响,后期位于低压前部,灰霾期间风力较小,空气湿度条件较低,地面空气干燥;近地层虽然没有出现逆温,但气温垂直递减率较小,大气层结较稳定。     

稳定大气中烟流抬升高度的确定

本文通过Boussinesq近似的非线性动力方程组,得到了烟流抬升高度的解析表达式,讨论了地形、大气稳定度等物理因子对烟流抬升高度的影响。结果表明:地形的分布对烟流抬升高度的确定有一定影响,大气稳定度对高度的影响尤为明显。本文还讨论了理论公式的实用条件。     

论环境湍流对烟气抬升的作用

考虑环境湍流对烟气抬升具有增强烟气夹卷和促进烟气与环境空气间动、热量交换的双重作用，导出了中性层结条件下热烟气浮升的轨迹方程，并且无需对抬升的截止作任何假设，导得了理论的终极抬升公式。经与国内外烟气抬升实测资料对比，发现这些结果与实况基本一致。     

强浮升烟流终极抬升高度的确定

对强浮升烟流,采用通常意义上确定的抬升高度计算污染物浓度分布尤其是地面最大浓度会造成较大的误差。我们认为此时应取地面浓度达最大值处为烟流抬升的截止点。在这一假设条件下,本文得出了强浮升烟流的终极抬升高度计算公式和地面最大浓度距离计算公式。美国PPSP试验资料验证了我们的主要结论。     

城市边界层高度变化特征与颗粒物浓度影响分析

利用2007年以来西安郊区泾河观象台大气细颗粒物质量浓度资料和气象自动站资料以及探空资料,采用国标法、罗氏法和位温法三种不同方法计算边界层高度。结果表明,三种方法得到的结果有一定差异,但日变化分布一致,可以用于分析边界层高度变化特征。边界层高度季节变化明显,春、夏、秋和冬季边界层高度分别是1300,1200,820和800 m。边界层日变化与颗粒物浓度呈显著负相关关系,即冬季边界层顶高度低,三种粒径颗粒物质量浓度高,夏季则相反。PM2.5、PM1.0、PM1.0分别在PM10、PM2.5、PM10含量中有明显月变化,表明西安除了本地污染源之外,春季易受上游风沙天气影响。     

江苏地区连续性雾霾天气的污染物浓度变化和特征分析

针对2013年1月江苏淮安地区发生的一次连续性雾霾天气过程,分析该天气过程中PM10和PM2.5的质量浓度演变特征、能见度与气象要素之间的关系、中低层环流特征以及污染物来源。结果表明:雾霾期间PM10和PM2.5质量浓度最低值出现在05:00至07:00(北京时间,下同)和13:00至17:00,最高值出现在21:00至23:00,PM10和PM2.5质量浓度并非同时达到极大值;持续变化较小的气压梯度、较低的风速、相对湿度的增大以及PM2.5和PM10质量浓度的增高是雾霾发生发展的必要条件;能见度与气压、相对湿度、PM2.5质量浓度的相关性较好,建立回归方程,对能见度的整体变化趋势拟合效果较好;高空环流形势平稳、中低层的暖平流、持续稳定少动的地面高压场分布为雾霾天气的持续发生发展提供了有利的形势背景;稳定的层结结构、中低层偏东及偏东北方向气团的输送、本地污染源以及严重的空气污染是此次过程中能见度偏低、霾天数较多的主要原因。     

银川大气污染物浓度变化特征及其与气象条件的关系

利用2013年银川地区6个监测点污染物质量浓度和同期气象要素数据,对区域内污染物浓度变化特征及其与气象条件的关系进行分析。结果表明：银川市区PM10年均值超标0.7倍,PM_2.5年均值超标0.4倍,SO₂和NO₂也有一定程度超标,CO和O₃未超标|1、2、11月和12月为SO₂、NO₂、PM₁₀、PM_2.5、CO质量浓度较高月,O₃浓度最高月为5月,次高月为10月|9:00-12:00和21:00-00:00是SO₂、NO₂、PM₁₀、PM_2.5和CO质量浓度较高的两个时段,O₃浓度一般于15:00达到最大;6类污染物普遍表现出季节性的准7 d周期和全年性的准30 d周期|空气质量状况良的频率是56 %,轻度污染26 %,优仅为12%;首要污染物以PM₁₀、PM_2.5和SO₂为主|风速与SO₂、NO₂和CO具有良好的负相关关系,与O₃则呈显著正相关关系,风速对PM₁₀和PM_2.5影响较复杂,当风速小于某一值时,有利于PM₁₀和PM_2.5扩散,当风速达到一定程度后,又会导致PM₁₀和PM_2.5浓度的增加|降水对污染物有较好的冲刷作用,且对SO₂的清除作用最明显,对O₃的清洁作用最弱。     

福州市污染物浓度时空分布及影响因子分析

利用2001年8月1日至2002年7月31日的气象资料和逐时污染物浓度数据,分析福州市污染物的时空分布特征,气象条件和非气象条件对污染物浓度的影响。结果表明：福州市的空气质量较好,夏半年空气质量优于冬半年。各污染物的日变化有明显的变化规律。污染物的浓度变化与空气污染气象条件的优劣密切相关,各气象要素对大气污染物有一定的制约关系,但并非简单的线性关系。人类活动对污染物浓度的变化影响较大。     

考虑动量和浮力通量耗散的烟气抬升解析模式

环流湍流对烟流抬升有重要的作用。本文考虑了环境湍流引起的烟流的动量和浮力通量耗散，导出了烟流抬升的控制方程，给出了烟流的轨迹方程和中性条件下热浮力烟流的终极抬升高度。在烟囱附近，轨迹方程接近2/3次律；当下风距离增大时，与2/3次律有明显偏离并逐渐变平。与外场试验资料的比较表明，本模式能较好地模拟浮力烟流的轨迹和终极高度。     

用积云一维定常模式计算烟囱烟流的抬升高度

本文用积云一维定常模式摸拟烟囱烟流抬升状况,用数值实验的方式摸拟和计算烟气在静稳条件下的抬升高度,从另一个角度给出了烟气抬升研究的方法。     

环境空气污染物浓度的预报方法

如何充分利用气象资料,开展环境空气污染浓度的预报,是改善环境空气质量,防止空气污染事件的有效方法之一。