大气稳定度及其在大气污染治理技术中的应用

（一）大气稳定度的状态

大气稳定度表示空气块在竖直方向稳定程度，即气块是否安于原来所在的层次，是否易于发生对流，气象学家把近地层大气划分为稳定、中性和不稳定三种状态。假如有一空气块（团）受到对流冲击力的作用，产生了向上或向下运动，那么就可能出现三种情况：如果空气团受力移动后，逐渐减速，并有返回原来高度的造势，这时的气层，对于该气团而言是稳定的；如果空气团一高，离开原位就逐渐加速运动，有远离原来高度的造势，这时的气层，对于

该气团而言是不稳定的；如果空气团被推到某一高度后，既不加速也不减速，保持不动，这时的气层，对于该气团而言是中性气层。图3.4表示一个球的重力模型，不稳定的情形就像处于山顶的球；中性情形就像平地上的球；稳定情形则像是处在山谷里的球。

图3.4　用一个球的重力模型说明大气稳定度的示意图

（二）大气稳定度的分类方法

在研究大气污染问题时，大气稳定是个重要因素，它是确定大气扩散系数的基础。大气稳定度的分类方法很多。

1.帕斯奎尔（Pasquill）分类

这一方法是根据离地表10m高处的平均风速、太阳辐射强度和云量等常规气象资料，将大气稳定度分为A、B、C、D、E、F六个级别。帕斯奎尔划分大气稳定度级别的标准见表3.1。对表3.1的几点说明如下。

①稳定度级别中，A为极不稳定，B为不稳定，C为弱不稳定，D为中性，E为弱稳定，F为稳定。

②稳定度级别A～B表示按A、B级的数据内插。

③夜间的定义为日落前1h至日出后1h。

④不论何种天空状况，夜间前后1h算作中性，即D级稳定度。

⑤仲夏晴天中午为强日照，寒冬晴天中午为弱日照。

⑥这种方法，对于开阔的乡村地区还能给出比较可靠的稳定度级别。但是对于城市，则不是太准确。因为城市地区有较大的粗糙度及城市热岛效应的影响。特别是在静风晴朗自夜间，这时乡村地区的大气状态是稳定的。但在城市中，高度相当于城市建筑平均高度数倍之内的大气是弱稳定或者是中性的，而在其上部则有一个稳定层。

表3.1　大气稳定度级别

2.帕斯奎尔分类方法的改进(www.xing528.com)

用简单的常规的气象资料就可以确定大气稳定度等级，这是帕斯奎尔分类方法的优点。但是也看到，这种方法没有确切地规定太阳的辐射强度，云量的观测也不准确，人为的因素较多，为此特纳尔（Turner）做了改进与补充。

特纳尔提出，在确定大气稳定度等级时，首先根据某时某地的太阳高度角和云量按表3.2确定太阳辐射的等级数，然后再根据太阳的辐射等级和地面10m处的风速查表3.3来确定稳定度等级。

表3.2　太阳辐射的等级数

表3.3　大气稳定度级别

太阳辐射能是地面和大气最主要的能量来源，太阳高度角为太阳光线与地平面间的夹角，是影响太阳辐射强弱的最主要的因子之一。某时某地的太阳高度角按下式计算。

式中　h0——太阳高度角，度；

　　　φ——地理纬度，度；

　　　δ——太阳赤纬，度，可从天文年历查到，其概略值见表3.4；

　　　t——时角，以正午为零，下午取正值则上午为负，每小时的时角为15

表3.4　太阳倾角（赤纬的概略值）

续表

按照上述方法，只要有风速、云量和太阳高度角等资料，就可以客观地确定大气稳定度的等级。根据我国国家气象局与气象科学研究院对全国各地风向脉动资料整理推算结果，全国大部分地区的全年平均大气稳定度为帕斯奎尔级别的D、C～D及C级，近为中性状态。因此我国大气污染物综合排放标准选择中性大气稳定度作为计算的依据。