四、应用模型

应用模型是系统的中心所在，其它一切都是应用模型的辅助。TSEMIS 中共有大气现状评价、大气质量预测与大气环境规划三个应用模型。

（一）大气环境质量评价模型

大气环境的质量评价过程，可分为五个步骤，即建立扩散计算模型、评价区域网格划分、扩散计算、与国家标准对比和结果输出（图 9-4）。

四、应用模型 - 图1

  1. 扩散计算模型：大气污染源按其排放口高度可分为高架点源和面源两类。排放高度在 40 米以上的划分为高架点源，否则为面源。

  1. 连续点源模型：大气污染扩散与风速有极大关系，按风速，连续点源扩散模式又分为有风、小风和静风模型三种。

    1. 有风扩散模型：在风向较为一致，风速大于 1m/s 的情况下，风向风速可近似看作不变，污染物随气流方向向下风扩散，每个污染源造成的大气污染浓度分布采用连续点源的高斯公式计算。取 x 轴为平均风向，y 轴为横截风向，污染源作为坐标原点，见图 9-5。

某一污染源下风方坐标（x，y）点的浓度值可表示为：

C (x, y,0) = Qi

i πσ σ μ

y2

exp[−( 2σ 2

H 2

+ 2σ

2 )]

（9 - 1）

y z i y z

考虑到污染物在传输过程中的衰减，增加了衰减项，（9-1）式变为

Qi 1

y 2 H 2

Ci (x, y,0) = πσ σ μ

exp(− τ ) exp[−( 2σ

2 + 2σ

2 )] (9 − 2)

y z i y z

式中，Qi 为某排放源源强（mg/s）；μi 为排放源烟囱口高度处平均风速（m/s）； σy、σz 分别为横截风向和垂直方向的大气扩散参数；H 为烟囱有效高度（m）； τ为污染物在扩散过程中的转化系数。

若地面有 N 个连续点源，则坐标（x，y）点的浓度值为：

2 1 8Q 1 − μ 2H2 1

C(x, y,0) = ( π) 2 · πr ·

2

R2 +

r 2

  • exp[−

H 2

2r 2

  • σ2

R2 +

r 2

]（9 - 4）

H2

  1. 小风扩散模型：当风速大于 0.4m/s，小于 1m/s 时，坐标（x，y） 点的污染物浓度值按下式计算：

  2. 无风扩散模型：当风速小于 0.4m/s 时，坐标（x，y）点的污染物浓度值按烟囱扩散模型计算：

2Q r

R H2

a 2 + r 2

C(R) = 2π2 /3 ·( r 2 R2 + a2 H2 )· exp[−

2T2 ]

（9 - 5）

）（9-4）、（9-5）式中 C（x，y，0）、C（R）为污染物近地面浓度（mg/m3）；

（x，y）为计算点坐标（以污染源中心为原点）；Q 为点源源强；μ为排气筒出口处风速（m/s）；H 为排气筒有效高度（m）；a 为水平方向静风扩散系统；γ为垂直方向静风扩散系数；T 为烟羽运行时间（s）；R 为污染源到计算点的水平距离。

  1. 面源扩散模型：面源模型有许多模式，计算较为简便且应用广泛的是 Giffordt Hanna 提出的大气湍流与实验模式（简称 ATDL 模式），本系统采用有面源高度的 ATDL 模式，这个模型采用高斯模型的积分形式，把城市污染源分布划分成许多箱排列的面源，并假设源强在每处箱体中分布均匀，则计算点的浓度公式可为

C(x, y,0) = ∫ ∫

Qi

πμσ σ

y2

[−( 2σ

H 2

2 + 2σ

2 )]dxdy

（9 - 6）

0 −∞

y z y 2

假设污染烟云遵循窄烟云分布，可去掉公式中对变量 y 的依赖关系，则（9- 6）式可表示为：

C(x,0) =

2

( π )

L/ 2

1/2 1

u

1

H 2 N

( j+ ) L 1 H 2

{Q exp[−

] + ∑Q 2 exp[−

]}dx (9 − 7)

0 ∫ dxb

2a2 x2b j ∫ 1

ax b

2a2 x2 b

0

令

2 H 1

i=1

H 2

( j− ) L 2

D0 = ( ) 1/2 ∫ exp[−

Z

]dx

π 0 ax b

2a 2 x2 b

D = 2 1/2

j π

1

( j+ ) L 2

1

1

axb

exp[−

H 2

2a 2 x2b

]dx

( j− ) L

2

式中 C（x，0）为计算点地面浓度值（mg/m3）；Q0 为计算点所在网格的

源强值（mg / m2 ）；Q j 为计算点上风向第j个网格的源强值（mg / m2）；μ 为实测平均风速值（m/s）；a、b 为扩散参数σz 的待定系数；L 为网格的边长（m）。小风和无风时，风向不固定，污染物以湍流方式扩散，向四面八方均匀展开，仍采用（9-8）式计算（x，y）点浓度，风速取 0.4m/s，浓度取所得结果的 1/16。

  1. 长期平均浓度计算模型：
  1. 长期点源排放扩散模型：假设污染物的扩散在污染源的下风方 22.5

°范围内均匀分布，则长期平均浓度计算公式为：

2 7 4

fik Q

1 h jk 2

C = π ∑∑

k =1 j=1 μσ zj

π ·[− 2 ( σ

8 x

) ] (9 − 9)

式中C为某方位距离源x处的年、季长期平均浓度值（mg / m3 ）；Q为

平均源强（mg/s）；j 为大气稳定度类别；k 为风速大小类别；fjk 为出现 j 类稳定度、k 类风速的频率；Hjk 为 j 类稳定度、k 类风速时烟囱的有效高度

（m）；σzj 为 j 类稳定度的垂直扩散参数；μk 为 k 类平均风速值（m/s）。

  1. 长期平均面源排放扩散地面浓度公式：仍采用前面介绍的面源公式的格式，其假设条件不变，用长期平均风向、风速和大气稳定度频率乘以某频率下的污染物浓度，然后累加即获得长期年、季平均浓度值，计算公式：

17 4 7 fijk m

C = ∑ ∑∑ μ

[D 0Q 0 + ∑ DmQm ] (9 − 10)

i=1 j=1 k =1 ik

m=1

式中 ik 为风向类别为 i，风速类别为 k 的平均风速（m/s）；D0，Dm 为面源污染物扩散系数，与（9－8）中的 D0，Dj 相同；Q0，Qm 为某风向网格平均源强

四、应用模型 - 图2（mg/s·m2），与（9－8）式中 Q0，Qj 意义相同。大气扩散的具体计算过程见图 9－6。