基本介紹
- 中文名：空氣污染氣象學
- 外文名：Air Pollution Meteorology
- 主要研究：大氣運動和大氣中污染物相互作用
- 類別：大氣科學學的一個分支
- 起源：20世紀二三十年代
- 套用：污染預測、城市規劃
簡介,發展歷程,研究內容,研究領域,
簡介
空氣污染氣象學作為一個學科領域，它既是大氣科學的一個分支，又是環境科學與環境工程學科的一個重要組成部分。它研究大氣環境中由自然因子和人為因子支配構成的大氣污染系統的基本特徵和變化規律，並運用氣象學方法研究空氣污染物自排放源進人大氣層後的散布規律，其核心是大氣輸送與擴散。需要研究的是一個發生在多維、多尺度，具有相互聯繫與反饋作用的複雜系統中的包括大氣物理與化學，乃至地質、地理和生物等過程的綜合性聞題。
發展歷程
空氣污染氣象學發展至今，經歷三個階段，第一階段可溯源至20世紀二三十年代至五六十年代，這一時期主要由於產業革命後，工業經濟的發展，尤其與能源利用伴隨而來的空氣污染問題以及二次世界大戰的防化學武器和後來和平利用原子能和核氣象學的發展需要，，空氣污染氣象學作為一個學科分支開始發展。隨著人們環境保護意識的日益增強，在空氣污染管理、控制和規劃決策工作中，需要運用空氣污染氣象學的基本原理與方法，對局地空氣污染物的散布作計算並套用處理。這一時期，研究和處理問題的條件基本上限於均勻、定常條件和一二十公里的水平範圍，主要運用的是高斯模型的技術方法，因此，行內俗稱之為P-G擴散曲線法的時代。隨著大氣污染問題研究與處理的範圍日趨擴大，上述均勻、定常條件和一二十公里水平範圍的不斷突破，即引人了非均勻下墊麵條件(如山地、水陸等)、非定常以及不再能滿足定常和均一分布的氣象條件(如大氣層結穩定度分布)下的大氣輸送與擴散問題。
於是自70年代開始至80年代中期，空氣污染氣象學的學科發展進入第二階段。這時期主要的研究和套用處理，是適應因突破有限條件而帶來的對高斯模型的必需的修正和套用考慮，最具有代表性的如對流邊界層和穩定邊界層條件下的擴散以及山地地形和水陸交界下墊麵條件下的擴散計算，而水平範圍仍只能限於50公里以內。這時邊界層氣象學研究進展和大量的成果被引人並有效地推進局地空氣污染物擴散計算與套用，這也是這一時期空氣污染氣象學發展的重要特點之一。
到上世紀80年代後期至90年代初期，隨著大氣邊界層氣象學實驗和理論研究的進一步發展，電子計算機技術的大力推進，自20世紀70年代初期開始發展起來的三維數值模擬技術得到長足的發展，使得空氣污染氣象學的研究和套用處理有條件進人了全面實施數值模擬，即空氣污染模擬研究的第三階段。這時以數值模擬技術作各種條件下大氣動力學方程組的數值求解的模式大量湧現並日趨成熟完善。採用各種湍流閉合技術乃至直接實現體積平均的大渦模擬(LES)技術可以直接描繪支配污染物擴散的湍流渦旋，使模擬結果更為接近真實。中尺度氣象學與中尺度氣象模擬技術的建立，促使空氣污染氣象學開創了中尺度空氣污染氣象學的新領域而不斷發展，並成為空氣污染氣象學發展進人第三階段的重要標誌。這一進展尤其為城市空氣污染氣象學的套用賦予了強大的生命力。如果說在第二階段對發生在山地地形和水陸交界下墊麵條件下的空氣污染氣象學問題，還可以用一些修正的辦法得到一定程度或部分的處理解決的話，那么，對於城市空氣污染氣象學問題的模擬研究與套用處理，則必需運用全面的數值模擬技術，運用中尺度空氣污染氣象學的多尺度空氣污染模擬技術，才能得到相當完善的處理。
空氣污染氣象學
空氣污染氣象學研究內容
空氣污染氣象學是一門研究空氣污染問題與氣象學的相互關係的學科。在空氣污染氣象學研究工作中，常利用氣象學的原理和方法來研究不同氣象要素對空氣污染物輸送、擴散的作用和在各種條件下的影響，並預測空氣污染物的散布及其變化規律，目的在能找到並及時處理解決空氣污染問題的正確途徑，保護環境。空氣污染問題的核心是大氣湍流擴散，關心的尺度從幾百米的局地污染、小尺度污染到中尺度和大尺度範圍的污染問題。主要的研究內容包括
(1)各種氣象條件下，空氣污染物的散布規律，包括污染物排放以後的輸送、擴散、清除過程和這些條件下空氣污染物濃度的計算分析。
(2)不同區域範圍，不同下墊麵條件和不同尺度大氣過程支配與影響評估所需的定性與定量分析。
(3)各種大氣環境規劃與管理所需的科學依據和局地工程大氣環境影響評價分析。
(4)空氣污染氣象學的風洞和水槽模擬實驗研究。
研究領域
空氣污染氣象學研究具有廣泛的套用領域，它在以下領域取得許多進展並發揮了重要作用，這些領域主要包括：
(1)在規劃設計工作中，為發展經濟保護環境而提供污染氣象學條件的分析和科學依據。
a、城市建設和工業區規劃——如何使城市建設與工業區規劃布局能夠保證對居民和農作物、城市環境的污染影響及危害減到最小，這是規劃與設計工作中需考慮的諸多因素之一。例如，對風向頻率和不利氣象條件的分析，可以從布局上避免重複污染和高污染濃度的發生。
b、廠址選擇與工程環境影響的評價——通過污染氣象學測試，對擬建廠址地區提供有關通風稀釋和擴散能力的分析，從大氣環境和空氣品質角度做出選址結論和評估。例如，除考慮風向外，污染氣象條件中，重點分析風速和低層逆溫層，包括其出現時間與出現頻率、強度與出現高度，考慮工程排放源可能造成的最大污染物濃度及其影響範圍等。
c、煙囪高度設計——加高煙囪可以減少鄰近地區地面污染物濃度，但需增加投資並造成較遠距離和長遠的污染影響，例如區域污染和酸雨影響等因此需要確定合適的煙囪高度。
(2)發展大氣污染預測業務，實施各種環境多種尺度的污染物濃度預測
a、區域預測——預測尺度在幾百公里以上，時間為1-2天的區域污染狀況，著重研究可能形成大範圍嚴重污染的天氣形勢並利用現有的天氣預報結果。
b、城市空氣品質預測——預測尺度在1-100km範圍，時間在幾小時到1-2天。由於城市下墊面複雜，城市的情況也各異，因而問題很複雜。隨著經濟的發展，人們對環境質量的要求越來越高，所以這是一個新的有發展潛力的方向。
c、局地空氣污染和特定污染源污染物排放的預測——預測範圍在幾十米到數十公里，時間為幾小時到1天的局地污染物濃度分布，這是套用最為廣泛，研究相對成熟的套用領域。
d、大氣環境質量評價——即對大氣環境從空氣品質角度評價其污染狀況。例如，根據不同的目的和要求，按照一定的原則與方法，對區域環境的空氣品質作出分析評估，反映現狀，並研究發展趨勢，實施日常的空氣污染控制與大氣環境管理、綜合防治。
e、監視全球環境變化。這是空氣污染氣象學近些年來確立的一個新研究領域，即由王空氣污染而產生的酸性沉積物、微量氣體及二氧化碳的增加，帶來全球環境變化的可能性和發展趨勢，成為當代空氣污染氣象學研究與套用的熱點。
