大气环境影响评价 (2)PPT讲稿.ppt

大气环境影响评价第1页，共99页，编辑于2022年，星期六第一节第一节 大气环境污染与大气扩散大气环境污染与大气扩散一、大气环境污染一、大气环境污染2、大气污染源的分类、大气污染源的分类大气污染源大气污染源自然污染源自然污染源人为污染源人为污染源工业污染源工业污染源交通运输污染源交通运输污染源农业污染源农业污染源生活污染源生活污染源按污染源的按污染源的几何形状几何形状：点源、线源、面源和体源。：点源、线源、面源和体源。按污染源的按污染源的运动特性运动特性：固定源和流动源。：固定源和流动源。按污染源的按污染源的几何高度几何高度：高架源、中架源和低架源。：高架源、中架源和低架源。按按排放时间长短：排放时间长短：连续源、瞬时源和持续有限时间源。连续源、瞬时源和持续有限时间源。按按排放形式排放形式：有组织排放源、无组织排放源。：有组织排放源、无组织排放源。第2页，共99页，编辑于2022年，星期六第一节第一节 大气环境污染与大气扩散大气环境污染与大气扩散一、大气环境污染一、大气环境污染2、大气污染物的分类、大气污染物的分类含硫化合物含硫化合物含氮化合物含氮化合物含碳化合物含碳化合物卤代化合物卤代化合物放射性物质和其他有毒物质放射性物质和其他有毒物质化化学学成成分分按按相态相态分：气体、固体和液体污染物。分：气体、固体和液体污染物。按按形成的方式形成的方式：一次污染物和二次污染物。：一次污染物和二次污染物。第3页，共99页，编辑于2022年，星期六第五章第五章第五章第五章 大气环境影响评价大气环境影响评价大气环境影响评价大气环境影响评价第一节第一节 大气环境污染与大气扩散大气环境污染与大气扩散二、大气扩散过程二、大气扩散过程 1、大气湍流、大气湍流 2、大气稳定度与污染、大气稳定度与污染 3、影响大气污染的其他因素、影响大气污染的其他因素风风和和湍流湍流是影响大气扩散能力的主要是影响大气扩散能力的主要动力动力因子。因子。大气的温度层结大气的温度层结和和大气稳定度大气稳定度是影响大气扩散能力的主要是影响大气扩散能力的主要热力热力因子。因子。扇形、圆锥形、波浪形、熏烟形、屋脊形扇形、圆锥形、波浪形、熏烟形、屋脊形 第4页，共99页，编辑于2022年，星期六第二节第二节 大气环境影响预测大气环境影响预测一、大气扩散基本公式一、大气扩散基本公式 高斯模式是一类简单实用的大气扩散模式。高斯模式是一类简单实用的大气扩散模式。在在均匀、定常均匀、定常的湍流大气中污染物浓度满足正态分布，的湍流大气中污染物浓度满足正态分布，由此可导出一系列高斯型扩散公式。由此可导出一系列高斯型扩散公式。实际大气不满足均匀、定常条件，因此一般的高实际大气不满足均匀、定常条件，因此一般的高斯扩散公式应用于下垫面均匀平坦、气流稳定的小尺斯扩散公式应用于下垫面均匀平坦、气流稳定的小尺度扩散问题更为有效度扩散问题更为有效。第5页，共99页，编辑于2022年，星期六高斯模式基本假设：烟羽的扩散在水平和垂直方向都是正态分布；在扩散的整个空间风速是均匀、稳定的；污染源排放是连续、均匀的；污染物在扩散过程中没有衰减和增生；x方向，平流作用远大于扩散作用；下垫面平坦。第6页，共99页，编辑于2022年，星期六1连续点源烟流扩散公式连续点源烟流扩散公式 当有风时当有风时(u1.5ms)，可采用烟流扩散公，可采用烟流扩散公式。设地面为全反射体：式。设地面为全反射体：第7页，共99页，编辑于2022年，星期六扩散参数扩散参数y、z通常表示成如下形式：通常表示成如下形式：最大地面浓度最大地面浓度Cmax及出现距离：及出现距离：当，当，第8页，共99页，编辑于2022年，星期六当，当，且且则，则，第9页，共99页，编辑于2022年，星期六2有混合层反射的扩散公式有混合层反射的扩散公式 大气边界层常常出现这样的铅直温度分大气边界层常常出现这样的铅直温度分布：低层是中性层结或不稳定层结，在离地布：低层是中性层结或不稳定层结，在离地面几百米到面几百米到 12 km 的高度中存在一个稳定的高度中存在一个稳定的逆温层，即的逆温层，即上部逆温上部逆温，它，它使污染物的铅直使污染物的铅直扩散受到抑制扩散受到抑制。观测表明，逆温层底上下两。观测表明，逆温层底上下两侧的浓度通常相差侧的浓度通常相差 510倍，倍，污染物的扩散污染物的扩散实际上被限制在地面和逆温层底之间实际上被限制在地面和逆温层底之间。上部上部逆温层或稳定层底的高度称为混合层高度逆温层或稳定层底的高度称为混合层高度（或厚度），用或厚度），用h表示。表示。第10页，共99页，编辑于2022年，星期六第11页，共99页，编辑于2022年，星期六设地面及混合层全反射，连续点源的烟设地面及混合层全反射，连续点源的烟流扩散公式如下：流扩散公式如下：第12页，共99页，编辑于2022年，星期六（1）当）当z1.6h浓度在铅直方向已接近均匀分布，可按下式计算：浓度在铅直方向已接近均匀分布，可按下式计算：第13页，共99页，编辑于2022年，星期六3熏烟扩散公式熏烟扩散公式 高架连续点源排入稳定大气层中的烟流，在下风向有效高架连续点源排入稳定大气层中的烟流，在下风向有效源高度上形成狭长的高浓度带。当低层增温使稳定气层自下源高度上形成狭长的高浓度带。当低层增温使稳定气层自下而上转变成中性，或不稳定层结扩展到烟流高度时，使烟流而上转变成中性，或不稳定层结扩展到烟流高度时，使烟流向下扩散产生熏烟过程，造成地面高浓度。向下扩散产生熏烟过程，造成地面高浓度。此时在熏烟高度此时在熏烟高度zf以下浓度在铅直方向接近均匀分布，地以下浓度在铅直方向接近均匀分布，地面浓度计算公式为：面浓度计算公式为：第14页，共99页，编辑于2022年，星期六式中：式中：第15页，共99页，编辑于2022年，星期六 当稳定气层消退到烟流顶高度当稳定气层消退到烟流顶高度 hf 时，全部扩时，全部扩散物质已经向下混合，地面浓度公式为：散物质已经向下混合，地面浓度公式为：第16页，共99页，编辑于2022年，星期六第17页，共99页，编辑于2022年，星期六4连续线源公式连续线源公式 连续线源是指连续排放扩散物质的线状源，其连续线源是指连续排放扩散物质的线状源，其源强处处相等且不随时间变化源强处处相等且不随时间变化。在高斯型模式中，在高斯型模式中，连续线源等于连续点源在线源长度上的积分，其浓连续线源等于连续点源在线源长度上的积分，其浓度公式为：度公式为：式中：式中：Ql线源源强，其单位为单位时间单位长度排放线源源强，其单位为单位时间单位长度排放的物质量；的物质量；f表示连续点源浓度的函数，可根据源高及有无混表示连续点源浓度的函数，可根据源高及有无混合层反射等情况选择适当的表达式。合层反射等情况选择适当的表达式。第18页，共99页，编辑于2022年，星期六对直线型线源等简单的情形则有：对直线型线源等简单的情形则有：(1)线源与风向垂直：取线源与风向垂直：取 x 轴与风向一致，坐标原点轴与风向一致，坐标原点设于线源中点，线源在设于线源中点，线源在 y轴上的长度为轴上的长度为2y0。有地面全。有地面全反射的浓度公式为：反射的浓度公式为：第19页，共99页，编辑于2022年，星期六(2)无限长线源（线源与风成大于无限长线源（线源与风成大于45度角）的地度角）的地面浓度公式为：面浓度公式为：为线源与风的夹角为线源与风的夹角第20页，共99页，编辑于2022年，星期六第21页，共99页，编辑于2022年，星期六5连续面源公式连续面源公式 源强恒定的面源称为连续面源。对面源扩散的源强恒定的面源称为连续面源。对面源扩散的处理方法主要有处理方法主要有虚点源法虚点源法和和积分法积分法等。等。虚点源法虚点源法：设想每个面源单元上风向有一个：设想每个面源单元上风向有一个“虚点源虚点源”，它所造成的浓度效果与对应的面源单元相当。可以用，它所造成的浓度效果与对应的面源单元相当。可以用虚点源的浓度公式计算面源的浓度：虚点源的浓度公式计算面源的浓度：第22页，共99页，编辑于2022年，星期六式中：式中：QA某面源单元的源强，在虚点源法中，其某面源单元的源强，在虚点源法中，其单位与连续点源相同；单位与连续点源相同；x,y,z计算点的坐标，坐标原点位于面源中计算点的坐标，坐标原点位于面源中心在地面的垂直投影点上；心在地面的垂直投影点上；xy,xz虚点源向上风向的后退距离。虚点源向上风向的后退距离。若有：若有：L为面源单元的边长。应用同样的原理，也为面源单元的边长。应用同样的原理，也可以用虚点源计算线源、体源造成的浓度。可以用虚点源计算线源、体源造成的浓度。第23页，共99页，编辑于2022年，星期六6长期平均浓度公式长期平均浓度公式长期平均浓度长期平均浓度：在几天、几月或一年的长时段内，各种：在几天、几月或一年的长时段内，各种风向均可能出现。此时表示短时间烟流横向散布的风向均可能出现。此时表示短时间烟流横向散布的y已已不重要，可以用风向频率计算水平浓度公式。不重要，可以用风向频率计算水平浓度公式。(1)简单的扇形公式：在任意角宽度为简单的扇形公式：在任意角宽度为2n 的扇形区的扇形区内，连续点源的地面公式是：内，连续点源的地面公式是：式中：式中：f在所平均的时段内该扇形区风向所占的成数。在所平均的时段内该扇形区风向所占的成数。u，z应取平均时段内平均风速和铅直扩散参数应取平均时段内平均风速和铅直扩散参数的平均值的平均值(例如，取例如，取D类稳定度的类稳定度的z)。第24页，共99页，编辑于2022年，星期六(2)联合频率计算公式：在长时间内，不同风速和稳定度影联合频率计算公式：在长时间内，不同风速和稳定度影响浓度的权重并不相等。更精确的计算，应该按照每一种响浓度的权重并不相等。更精确的计算，应该按照每一种风向、风速和稳定度的频率加权平均，此时的浓度公式为：风向、风速和稳定度的频率加权平均，此时的浓度公式为：式中：式中：k、m、l风向、稳定度和风速等级的下标；风向、稳定度和风速等级的下标；ck、m、l在每一个给定风向、稳定度和风速时在每一个给定风向、稳定度和风速时的浓度，可取相应的高斯扩散公式计算；的浓度，可取相应的高斯扩散公式计算；k、m、l 风向、稳定度和风速的相对联合频风向、稳定度和风速的相对联合频率，即有：率，即有：第25页，共99页，编辑于2022年，星期六二、实用模拟预测方法二、实用模拟预测方法1模式构成模式构成 空气质量模式是以数学方法定量描述大气污染空气质量模式是以数学方法定量描述大气污染物从源地到接受地所经历的全过程的一种手段或工物从源地到接受地所经历的全过程的一种手段或工具，其核心部分为大气扩散模式，主要描写大气对具，其核心部分为大气扩散模式，主要描写大气对污染物输送、扩散和稀释作用。污染物输送、扩散和稀释作用。污染物在大气中所经历的其他过程，诸如污染物在大气中所经历的其他过程，诸如烟气抬升烟气抬升，干、湿沉积干、湿沉积和和化学转化过程化学转化过程等，则常以某种形式的过程等，则常以某种形式的过程参数、确定参数的方法或计算公式，以及子模式的形式从参数、确定参数的方法或计算公式，以及子模式的形式从属于大气扩散模式；属于大气扩散模式；另一方面，除大气以外，另一方面，除大气以外，污染源污染源和和下垫面下垫面的状况也会影响的状况也会影响污染物在大气中的变化和分布，这些因素及其影响规律亦必污染物在大气中的变化和分布，这些因素及其影响规律亦必须在空气质量模式中得到恰如其分的反映。须在空气质量模式中得到恰如其分的反映。第26页，共99页，编辑于2022年，星期六 通常，一个空气质量模式应包括一组以大气通常，一个空气质量模式应包括一组以大气扩散公式为主体的描写各种过程的数学表达式，扩散公式为主体的描写各种过程的数学表达式，一套模式输入参数和确定参数方法，以及为完成一套模式输入参数和确定参数方法，以及为完成模式计算所需的计算方法和程序：模式计算所需的计算方法和程序：第27页，共99页，编辑于2022年，星期六2模式类型模式类型 按照发展模式的理论途径划分，可将空气质量模式分为：按照发展模式的理论途径划分，可将空气质量模式分为：统统计理论模式、计理论模式、K理论理论(包括高阶闭合包括高阶闭合)模式和相似理论模式；模式和相似理论模式；按模拟区的范围可分：按模拟区的范围可分：微尺度微尺度(建筑物尺度建筑物尺度)模式、局模式、局地尺度地尺度(103104m)模式及中、远距离模式及中、远距离(105m以上以上)输送模式。输送模式。按照模式的时间尺度划分：按照模式的时间尺度划分：短期短期(124h)平均及长期平均及长期(月、月、季、年季、年)平均模式。平均模式。按照污染源的形态划分：按照污染源的形态划分：点源、线源、面源、体源及多源点源、线源、面源、体源及多源或复合源模式。或复合源模式。着重模拟除了大气的输送和扩散稀释过程以外另一种着重模拟除了大气的输送和扩散稀释过程以外另一种过程的模式：过程的模式：如酸雨模式、光化学烟雾模式和干沉积模式等如酸雨模式、光化学烟雾模式和干沉积模式等等等。还有一些则是针对某种特殊气象条件导出的，像。还有一些则是针对某种特殊气象条件导出的，像熏烟型熏烟型扩散模式扩散模式和和热力内边界层扩散模式热力内边界层扩散模式等。等。第28页，共99页，编辑于2022年，星期六 从对模式的应用需要出发：从对模式的应用需要出发：“法规应用级法规应用级”和和“研究研究级级”模式。模式。“法规应用级法规应用级”模式：模式：指已被国家环境保护管理部门推荐应指已被国家环境保护管理部门推荐应用于污染物浓度预测计算的模式。按其精密的程度分成两级：用于污染物浓度预测计算的模式。按其精密的程度分成两级：“筛选模式筛选模式”和和“精细模式精细模式”。“筛选模式筛选模式”：可以用它对某个或某类特定污染源对空气可以用它对某个或某类特定污染源对空气质量的影响作偏保守的评价；质量的影响作偏保守的评价；“精细模式精细模式”：由那些能够对大气物理和化学过程作比较由那些能够对大气物理和化学过程作比较精细处理的方法形成。精细处理的方法形成。“研究级研究级”模式：模式：是指正在进行探索和研究的模式。模是指正在进行探索和研究的模式。模式通常都比较复杂，大多为复杂的数值模式。式通常都比较复杂，大多为复杂的数值模式。第29页，共99页，编辑于2022年，星期六 就目前空气质量模式的研究和应用状况就目前空气质量模式的研究和应用状况来看，来看，“法规应用级法规应用级”模式大多数仍是高斯模式大多数仍是高斯型模式，复杂的数值模式多属型模式，复杂的数值模式多属“研究级研究级”模模式。式。第30页，共99页，编辑于2022年，星期六 3模式选择模式选择 选用空气质量模式通常应当考虑以下几方面的问题。选用空气质量模式通常应当考虑以下几方面的问题。(1)污染源及污染物污染源及污染物 污染源的类型污染源的类型：污染源的形态有点源、线源、面源、：污染源的形态有点源、线源、面源、体源和它们组成的复合源；按其排放方式可分为瞬时源、体源和它们组成的复合源；按其排放方式可分为瞬时源、间断源和连续源；其中，又可按排放温度分为热源和冷源。间断源和连续源；其中，又可按排放温度分为热源和冷源。污染物的性质污染物的性质：可分为气态污染物或颗粒物。对后者，：可分为气态污染物或颗粒物。对后者，还需了解其粒径分布，估计重力沉降、干沉积与扩散的相对重还需了解其粒径分布，估计重力沉降、干沉积与扩散的相对重要性。此外，还应考虑是保守的或是反应性污染物、化学转化要性。此外，还应考虑是保守的或是反应性污染物、化学转化的重要性等等。的重要性等等。第31页，共99页，编辑于2022年，星期六(2)模拟的时空范围及分辨率模拟的时空范围及分辨率模式区的范围：模式区的范围：通常局地空气污染问题以采用高斯型模式通常局地空气污染问题以采用高斯型模式比较适当，即使在复杂下垫面，亦可用它的变形作为筛选模比较适当，即使在复杂下垫面，亦可用它的变形作为筛选模式使用。式使用。模拟的时间尺度：模拟的时间尺度：大气扩散模式计算的基准时间尺度为大气扩散模式计算的基准时间尺度为小时平均，其他时段的平均浓度可在小时平均浓度的基础小时平均，其他时段的平均浓度可在小时平均浓度的基础上逐时上逐时(或按一定的采样间隔或按一定的采样间隔)求和计求和计 算，也可选用专门的算，也可选用专门的长期平均模式，这类模式包含了按频率加权的计算方法，长期平均模式，这类模式包含了按频率加权的计算方法，通常都是计算效率高的高斯型模式。通常都是计算效率高的高斯型模式。要求的空间分辨率：要求的空间分辨率：模式计算浓度的空间分辨率是一项重模式计算浓度的空间分辨率是一项重要和敏感的指标。在一个孤立点源的下风区，相距数百米两要和敏感的指标。在一个孤立点源的下风区，相距数百米两个接受点的污染物浓度可以有数量级的差异，即使在污染源个接受点的污染物浓度可以有数量级的差异，即使在污染源分布比较均匀的城市，相距分布比较均匀的城市，相距1 km监测浓度的差异也常常很大。监测浓度的差异也常常很大。第32页，共99页，编辑于2022年，星期六(3)模拟区的下垫面特征：模拟区的下垫面特征：下垫面可分为平原乡村、城市、下垫面可分为平原乡村、城市、山区及水陆交界地区等。复杂下垫面上气流复杂，复杂山区及水陆交界地区等。复杂下垫面上气流复杂，复杂地形上污染物浓度的空间分布更不均匀，起伏更大。一地形上污染物浓度的空间分布更不均匀，起伏更大。一般来说，由均匀定常假定导出的高斯模式不再适用。般来说，由均匀定常假定导出的高斯模式不再适用。(4)对模式效能的要求：对模式效能的要求：空气质量模式应当具备的效能与空气质量模式应当具备的效能与前述三方面的条件及要求有密切关系。例如，对局地空前述三方面的条件及要求有密切关系。例如，对局地空气污染，通常仅需考虑大气的扩散稀释作用，而对中、气污染，通常仅需考虑大气的扩散稀释作用，而对中、远距离问题则还必须考虑污染物的化学转化和干湿沉积远距离问题则还必须考虑污染物的化学转化和干湿沉积等其他物理化学过程，此时对模式效能将提出不同的要等其他物理化学过程，此时对模式效能将提出不同的要求。但是，即使对相同的模拟对象，求。但是，即使对相同的模拟对象，也可以用简单的参也可以用简单的参数化方法，给出化学转化速率的方法来解决，模式使用数化方法，给出化学转化速率的方法来解决，模式使用者仍有一定的选择余地。者仍有一定的选择余地。第33页，共99页，编辑于2022年，星期六 总之，由于空气污染问题的复杂性，迫使人们不得不总之，由于空气污染问题的复杂性，迫使人们不得不通过多种途径和手段来研究并建立适合各种特定条件的通过多种途径和手段来研究并建立适合各种特定条件的空气质量模式。它们的针对性很强，选用时需空气质量模式。它们的针对性很强，选用时需 要认真加以鉴别。除了以上四方面的问题以外，还应根据要认真加以鉴别。除了以上四方面的问题以外，还应根据各自的应用目的和条件作更加具体的分析。各自的应用目的和条件作更加具体的分析。模式选择是一个关键的阶段，它常常同时决定了资料搜模式选择是一个关键的阶段，它常常同时决定了资料搜集、外场测试等工作的规模，以至总的工作方向。集、外场测试等工作的规模，以至总的工作方向。4模式性能评价模式性能评价 实践表明，模式计算结果存在着误差和所谓的实践表明，模式计算结果存在着误差和所谓的“不不确定性确定性”，其中，一部分称为，其中，一部分称为“固有的固有的”，另一部分称，另一部分称作是作是“可约束的可约束的”。固有的误差：固有的误差：是指由于湍流活动等不可分辨的细节引起的不是指由于湍流活动等不可分辨的细节引起的不可重复性，进而造成的对总体的平均偏差。可重复性，进而造成的对总体的平均偏差。第34页，共99页，编辑于2022年，星期六另一类可约束误差则由以下原因造成：另一类可约束误差则由以下原因造成：模式使用的排放源、气象和地形资料的误差；模式使用的排放源、气象和地形资料的误差；模式包括的所有计算公式和参数不合适引起的误差；模式包括的所有计算公式和参数不合适引起的误差；用来检验模式的浓度实测资料的误差。用来检验模式的浓度实测资料的误差。由此可见，由此可见，通过模式选择阶段的各项分析以后只是选定了通过模式选择阶段的各项分析以后只是选定了“拟用模式拟用模式”。这个模式对特定的地区和应用目的是否真正适。这个模式对特定的地区和应用目的是否真正适用，还要经过模式性能评价这一必不可少的工作程序。当模式用，还要经过模式性能评价这一必不可少的工作程序。当模式预测的结果将直接被用作环境保护的决策、规划和工程设计的预测的结果将直接被用作环境保护的决策、规划和工程设计的依据时，这项工作就更加重要，应该通过模式性能评价向环境依据时，这项工作就更加重要，应该通过模式性能评价向环境保护机构提供模式不确切性的定量分析。保护机构提供模式不确切性的定量分析。模式性能评价主要包模式性能评价主要包括模式的合理性、保真性和灵敏性分析几个方面的内容。括模式的合理性、保真性和灵敏性分析几个方面的内容。第35页，共99页，编辑于2022年，星期六(1)合理性分析合理性分析：在进行模式性能评价时，可考虑选取一个：在进行模式性能评价时，可考虑选取一个参考模式参考模式，用以校核拟用模式，进一步考核其物理模型，用以校核拟用模式，进一步考核其物理模型和参数化方案等的合理性，必要时还可作一些对比性的和参数化方案等的合理性，必要时还可作一些对比性的计算经验。计算经验。(2)模式检验模式检验：主要目的是检查模式的：主要目的是检查模式的“保真性保真性”。一般应使一般应使用同步的排放源、气象和浓度监测资料，检验模式计算值与用同步的排放源、气象和浓度监测资料，检验模式计算值与实测值的符合程度实测值的符合程度。这是模式性能评价的最主要的内容。这是模式性能评价的最主要的内容。检验模式所使用的资料应满足以下标准：检验模式所使用的资料应满足以下标准：排放源、气象与浓度资料的同时性；排放源、气象与浓度资料的同时性；对所要求的时间和空间分辨率具有代表性；对所要求的时间和空间分辨率具有代表性；必须是不同于建立模式所使用过的独立的数据；必须是不同于建立模式所使用过的独立的数据；数据的平均时段与环境保护法规的规定数据的平均时段与环境保护法规的规定致。致。第36页，共99页，编辑于2022年，星期六浓度计算值与实测值的比较是通过计算一系列的统计特征量来浓度计算值与实测值的比较是通过计算一系列的统计特征量来实现的，常用的检验项目有以下几类：实现的，常用的检验项目有以下几类：浓度差分析：以相同时间、地点的观测值和计算值为数据对，浓度差分析：以相同时间、地点的观测值和计算值为数据对，求其差值：求其差值：下标下标o，p分别表示观测值与模式预测值。分别表示观测值与模式预测值。最大浓度分析：在空气污染分析中，地面最大浓度最大浓度分析：在空气污染分析中，地面最大浓度常是人们最关心的。常是人们最关心的。最大浓度差：最大浓度差：式中：式中：分别表示观测和预测的地面最分别表示观测和预测的地面最大浓度。大浓度。第37页，共99页，编辑于2022年，星期六浓度比值分析：计算每一对浓度计算值与观测值的比浓度比值分析：计算每一对浓度计算值与观测值的比值值 K=p/o 至今仍将至今仍将K值落在值落在052范围内作为模式精度是否可取的范围内作为模式精度是否可取的指标。通常较佳模式指标。通常较佳模式K值落在上述范围内的成数应超过值落在上述范围内的成数应超过50。相关分析：计算由浓度观测值和计算值组成的数据对序列相关分析：计算由浓度观测值和计算值组成的数据对序列的相关系数的相关系数 第38页，共99页，编辑于2022年，星期六上式可用来分别计算时间相关、空间相关和时空相关。它是表上式可用来分别计算时间相关、空间相关和时空相关。它是表征预测与实际情况一致性的重要指标。但是它不能描述浓度的征预测与实际情况一致性的重要指标。但是它不能描述浓度的差值或比值所反映的信息，即不能表示模式计算值在总体上是差值或比值所反映的信息，即不能表示模式计算值在总体上是否过高或过低，故应与否过高或过低，故应与d或或K值配合分析。值配合分析。如果如果r值较高，但差值指标不好，则只要对模式作线性值较高，但差值指标不好，则只要对模式作线性订正即可大大改善精度。值得注意的是厂只能反映计算值订正即可大大改善精度。值得注意的是厂只能反映计算值与观测值之间的线性相关，而不能从中发现它们之间的非与观测值之间的线性相关，而不能从中发现它们之间的非线性关系。线性关系。浓度分布比较：为了更直观地考察模式的预测效能，还浓度分布比较：为了更直观地考察模式的预测效能，还可以绘制计算浓可以绘制计算浓 度和观测浓度的等值线图，比较它们高、度和观测浓度的等值线图，比较它们高、低中心区的位置、数值以及分布图形是否一致。低中心区的位置、数值以及分布图形是否一致。第39页，共99页，编辑于2022年，星期六 (3)灵敏度分析：灵敏度的定义是模式输出灵敏度分析：灵敏度的定义是模式输出(计算浓度计算浓度)对输入变量的偏导数。通过此项分析，可以定量判别影响对输入变量的偏导数。通过此项分析，可以定量判别影响空气质量的各个因子的相对重要性，确定它们的误差和不空气质量的各个因子的相对重要性，确定它们的误差和不确切性对模式输出的影响。这项工作至少有以下几方面的确切性对模式输出的影响。这项工作至少有以下几方面的意义：意义：分析模式输入一输出响应关系的合理性，为改进模式提供分析模式输入一输出响应关系的合理性，为改进模式提供依据。依据。明确模式所依据的各项基础资料的相对重要性以及对它明确模式所依据的各项基础资料的相对重要性以及对它们的精度和分辨率要求，以便改进观测和搜集方案，以及确们的精度和分辨率要求，以便改进观测和搜集方案，以及确定模式输入参数的方法。定模式输入参数的方法。为评价控制空气污染的策略提供可靠性分析和环境为评价控制空气污染的策略提供可靠性分析和环境效益分析。效益分析。第40页，共99页，编辑于2022年，星期六 综上所述，不论是为了改进或建立一个新的空气质量综上所述，不论是为了改进或建立一个新的空气质量模式，还是将现有的模式应用于某个实际问题，对模式的模式，还是将现有的模式应用于某个实际问题，对模式的合理性、保真性和灵敏度检验都是一个重要的环节合理性、保真性和灵敏度检验都是一个重要的环节,它将提它将提高模式的质量和应用结论的可靠程度。高模式的质量和应用结论的可靠程度。三、平原局地空气质量模式三、平原局地空气质量模式 局地空气质量模式应用范围：污染物的输送距离小局地空气质量模式应用范围：污染物的输送距离小于于 20 km的场合，在均匀平坦的下垫面最多不超过的场合，在均匀平坦的下垫面最多不超过 50 km。常用局地空气质量模式：高斯型扩散公式。常用局地空气质量模式：高斯型扩散公式。视污染源的状况和应用的需要，视污染源的状况和应用的需要，局地空气质量模式可以局地空气质量模式可以采用风向坐标系或者地理坐标系采用风向坐标系或者地理坐标系。此外，为满足法规此外，为满足法规应用的要求，应用的要求，应能计算几种不同平均时间的污染物浓度。应能计算几种不同平均时间的污染物浓度。第41页，共99页，编辑于2022年，星期六1坐标系坐标系 基本的高斯扩散公式都采用风向坐标系，但基本的高斯扩散公式都采用风向坐标系，但在以下情况下还需建立地理坐标系：在以下情况下还需建立地理坐标系：需要计算多源迭加浓度；需要计算多源迭加浓度；需要计算不同风向迭加的时间平均浓度；需要计算不同风向迭加的时间平均浓度；以高斯公式为计算核的数值积分模式（例如线以高斯公式为计算核的数值积分模式（例如线源积分模式、烟团轨迹模式等）。源积分模式、烟团轨迹模式等）。(1)风向坐标系风向坐标系：取：取 x 轴与平均风向一致，轴与平均风向一致，y 轴在轴在水平面上与风向垂直，水平面上与风向垂直，z 轴指向天顶的直角坐标轴指向天顶的直角坐标系，坐标原点设在污染源在地面的垂直投影点上。系，坐标原点设在污染源在地面的垂直投影点上。它是随平均风向改变的坐标系。它是随平均风向改变的坐标系。第42页，共99页，编辑于2022年，星期六(2)地理坐标系地理坐标系：是固定在某个地理位置上的直角坐：是固定在某个地理位置上的直角坐标系。为了方便，通常将坐标原点设在模拟区下垫标系。为了方便，通常将坐标原点设在模拟区下垫面的西南端点，面的西南端点，x轴指向东，轴指向东，y轴指向北，轴指向北，z轴指向天轴指向天顶。所有污染源和浓度计算点的位置用它们在地理顶。所有污染源和浓度计算点的位置用它们在地理坐标系中的坐标来确定，坐标系中的计算网络根据坐标系中的坐标来确定，坐标系中的计算网络根据所要求的空间分辨率来设计。所要求的空间分辨率来设计。两种坐标系的转换：两种坐标系的转换：设地理坐标系为设地理坐标系为EON，风向坐标系为，风向坐标系为xoy，它们，它们之间的转换公式为：之间的转换公式为：x(NpNr)cos(EpEr)sin y(NpNr)sin(EpEr)cos 第43页，共99页，编辑于2022年，星期六式中：式中：x，y 高斯公式中使用的坐标变量；高斯公式中使用的坐标变量；(Ep，Np)、(Er，Nr)分别表示污染源和计算分别表示污染源和计算点在地理坐标系中的坐点在地理坐标系中的坐 标，标，为风向方位角。为风向方位角。第44页，共99页，编辑于2022年，星期六 若下垫面十分平坦，可将风向坐标系和地理若下垫面十分平坦，可将风向坐标系和地理坐标系的原点设在同一个水平面上，计算中不需坐标系的原点设在同一个水平面上，计算中不需要作要作 z 坐标的换算，否则应考虑每一对计算点和坐标的换算，否则应考虑每一对计算点和污染源所在位置在地理坐标系中的高度差。污染源所在位置在地理坐标系中的高度差。2小时平均浓度的计算小时平均浓度的计算 局地大气扩散模式所代表的平均时间为数十分局地大气扩散模式所代表的平均时间为数十分钟，通常把它计算得浓度定为小时平均浓度钟，通常把它计算得浓度定为小时平均浓度(过去，过去，习惯上称为习惯上称为“一次一次”浓度浓度)。局地空气污染计算中最。局地空气污染计算中最关心的是如何求出最大的关心的是如何求出最大的“一次一次”浓度，通常有以浓度，通常有以下几种方法：下几种方法：第45页，共99页，编辑于2022年，星期六(1)逐时计算法：有的国家规定至少要逐时计算一年逐时计算法：有的国家规定至少要逐时计算一年的小时平均浓度，然后用平均的方法求取其他时段的的小时平均浓度，然后用平均的方法求取其他时段的平均浓度并与空气质量标准相比较。这种方法当然不平均浓度并与空气质量标准相比较。这种方法当然不会漏算那些很少出现的最大值。但是这样做至少需要会漏算那些很少出现的最大值。但是这样做至少需要输入一年逐时的气象参数输入一年逐时的气象参数(可利用气象台站的常规观可利用气象台站的常规观测资料求取测资料求取)。(2)分类计算法：按气象条件分类计算分类计算法：按气象条件分类计算“一次一次”浓度，特别是计算各类条件下可能出现的最大地浓度，特别是计算各类条件下可能出现的最大地面浓度和它离源的距离。通常是将大气稳定度分面浓度和它离源的距离。通常是将大气稳定度分为为6类或类或4类，输入模式计算的扩散参数和抬升高类，输入模式计算的扩散参数和抬升高度公式应与各自的稳定度类别一致，风速和混合度公式应与各自的稳定度类别一致，风速和混合层高度亦取每一类别的平均值。层高度亦取每一类别的平均值。第46页，共99页，编辑于2022年，星期六(3)保证率计算法：按一定的保证率设计计算条件，使保证率计算法：按一定的保证率设计计算条件，使实际可能出现的污染物浓度小于计算值的概率等于所实际可能出现的污染物浓度小于计算值的概率等于所规定的保证率。规定的保证率。目前这种方法仅在少数专门的课题中研究采目前这种方法仅在少数专门的课题中研究采用。在有些环境影响评价工作中，能够给出可造用。在有些环境影响评价工作中，能够给出可造成浓度超标的不利气象条件可能出现的概率，这成浓度超标的不利气象条件可能出现的概率，这是值得提倡的，通常可根据风向、风速和大气稳是值得提倡的，通常可根据风向、风速和大气稳定度的联合频率确定。此时应注意不同的气象条定度的联合频率确定。此时应注意不同的气象条件组合可能对应相同的浓度值，特别是有抬升的件组合可能对应相同的浓度值，特别是有抬升的源，要注意风速对浓度的双重影响。源，要注意风速对浓度的双重影响。第47页，共99页，编辑于2022年，星期六 应当指出，我国目前普遍采用的计算一次浓应当指出，我国目前普遍采用的计算一次浓度的方法与大气环境质量标准之间还不能完全协度的方法与大气环境质量标准之间还不能完全协调一致。后者规定的调一致。后者规定的“一次一次”最大允许浓度是指最大允许浓度是指任何一次均不得超过的数值，而前述分类计算法充任何一次均不得超过的数值，而前述分类计算法充其量只能求得分类的平均值。从这个意义来说，前其量只能求得分类的平均值。从这个意义来说，前述逐时计算法相对更合理。事实上，对平原地区的述逐时计算法相对更合理。事实上，对平原地区的一般污染源，利用常规气象资料按照一定的法规模一般污染源，利用常规气象资料按照一定的法规模式逐时计算全年的污染物浓度，不失为一种既经济式逐时计算全年的污染物浓度，不失为一种既经济又比较可靠的方法。又比较可靠的方法。第48页，共99页，编辑于2022年，星期六3日均浓度计算日均浓度计算 日均浓度通常是取一日内若干个等间隔的一日均浓度通常是取一日内若干个等间隔的一次浓度求平均。风向在一日内是会改变的，所以次浓度求平均。风向在一日内是会改变的，所以应采用地理坐标系，以便计算不同风向浓度的迭应采用地理坐标系，以便计算不同风向浓度的迭加和平均。对任意给定的计算点：加和平均。对任意给定的计算点：为保证日均值有代表性，一般取为保证日均值有代表性，一般取N8，即至少需，即至少需要输入要输入8个不同时次一次浓度所需的模式输入参数。个不同时次一次浓度所需的模式输入参数。所不同的是，还需输入所有污染源和计算点的坐标和所不同的是，还需输入所有污染源和计算点的坐标和每个计算时次的风向值。每个计算时次的风向值。第49页，共99页，编辑于2022年，星期六 计算日均浓度的关键在于如何用比较简单的方法计算日均浓度的关键在于如何用比较简单的方法求取对各种典型气象条件具有代表性的值，以及如何求取对各种典型气象条件具有代表性的值，以及如何求得法规需要的最大日均浓度。求得法规需要的最大日均浓度。(1)逐日计算法：逐日计算法：在逐时计算法的基础上可以得到在逐时计算法的基础上可以得到一年内任意一年内任意24小时的平均浓度。小时的平均浓度。这种方法的优点这种方法的优点是信息量大，可以得到每个计算点最大的日均浓是信息量大，可以得到每个计算点最大的日均浓度和日均浓度的概念分布等对大气环境规划和排度和日均浓度的概念分布等对大气环境规划和排污总量控制等非常有价值的信息。当然，它需要污总量控制等非常有价值的信息。当然，它需要的基础数据量和计算量都比较大，一般不易办到。的基础数据量和计算量都比较大，一般不易办到。第50页，共99页，编辑于2022年，星期六(2)典型日典型日(控制日控制日)法：法：所谓所谓“典型日典型日”，是指与模拟，是指与模拟区典型空气质量状况相对应的有代表性的区典型空气质量状况相对应的有代表性的“气象日气象日”。若若能通过某种方法找出若干组典型日的气象条件，则能避免能通过某种方法找出若干组典型日的气象条件，则能避免逐时、逐日计算之苦。逐时、逐日计算之苦。气象分析法：气象分析法：这是单纯利用气象资料寻求这是单纯利用气象资料寻求“典型典型日日”气象参数的方法，并不考虑污染源的状况，甚至气象参数的方法，并不考虑污染源的状况，甚至不考虑污染源是否存在。它仅根据模拟区的气象资料不考虑污染源是否存在。它仅根据模拟区的气象资料和大气扩散规律，分析并归纳出代表该地区一般的、和大气扩散规律，分析并归纳出代表该地区一般的、有利和不利的日均大气扩散稀释条件，必要时可作