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氣象與空氣污染物的擴散

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大氣層結構

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大氣穩定度氣旋與反氣旋： 反氣旋時大氣屬穩定狀態，污染物常無法順利擴散，為空氣品質惡化前兆。

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乾絕熱傾率： 乾燥氣團上升時，氣壓減低氣團體積膨脹，膨脹過程消耗熱量使氣團溫度降低，因氣團上升而冷卻的速率稱為乾絕熱傾率。

優勢傾率： 指實際溫度與高程關係圖中的溫度傾率。中性穩定：優勢傾率＝乾絕熱傾率超絕熱傾率：大氣溫度傾率＞ 1 /100 m℃次絕熱傾率：大氣溫度傾率＜ 1 /100 m℃溫層逆轉：當大氣溫度隨高度 上升，亦即暖空氣在冷空氣上 方，形成溫度反常現象，使地 面污染垂直擴散困難重重。

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大氣穩定度由煙囪排放形成的煙流型態判斷：

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風向—風花圖

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風速

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不少經驗公式，可用來計算 h 值，以下介紹由 M o s e s 及 C a rs o n 氏所發展

的公式，茲敘述如下：

1 . 大氣處超絕熱狀態時

h 3 4 7 5 1 5 0 . 5. / . ( ) /v d u Q us s

2 . 中性穩定時 h 0 3 5 2 6 4 0 . 5. / . ( ) /v d u Q us s

3 . 次絕熱狀況時

h 1 0 4 2 2 4 0 . 5. / . ( ) /v d u Q us s

式 中 ， v d Qs h, , 之 單 位 分 別 為 m / s e c ( 米 / 秒 )、 m ( 米 )、

k J / s e c ( 仟焦耳 / 秒 )。

大氣擴散煙囪有效高度 (H) ＝煙囪本身高度 (h)+ 排放時動力所產生高度 ( h)△

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　 　 　 　 11-1

　 　 一發電廠具有 2 米直徑之煙囪，以 1 5 m / s e c 速率排放廢氣，其熱排放

率為 4 ,8 0 0 仟焦耳 / 秒，風速為 5 m / s e c ，中性穩定。試估算煙柱上升的

高度？如煙囪幾何高度為 4 0 公尺，試求其有效煙囪高度？解 ： h 0 3 5 2 6 4 0 .5. / . ( ) /v d u Q us s

h

h m

H h + h

H m m m

0 3 5 1 5 2 5 2 6 4 4 8 0 0 5

3 8 7

4 0 3 8 7 7 8 7

0 .5. ( ) ( ) / . ( , ) /

.

. .

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單一污染源 ( x=0, y=0 ) ，排放瞬間尖峰濃度很高，但煙氣寬度較窄，經過10 分鐘，尖峰濃度降低，煙氣寬度擴大， 2 小時後，尖峰濃度更低，煙流擴散面積更廣。

高斯擴散模式

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高斯擴散模式

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σy , σz

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　 　 　 　 11-2

　 　 已知 在一 有 陽光 的夏 季 下午 ，平 均 風速 u 4 m / s e c ， 有 一煙 囪點 源 的

污染物排放率為 0 0 1. / s e ck g ，有效煙囪高度為 2 0 m ，試求離煙囪 2 0 0 m 下

風處之地面濃度為多少？解 ： 在不穩定超絕熱狀態，風速 4 m / s e c 時，查土產 1 1 - 2 屬 B 級穩定度，

再對照圖 1 1 - 1 2 ， 2 0 0 公尺處的 y z 3 6 2 0, ，代入高斯擴散模式：

C

g

( , , , ).

.e x p

e x p e x p

.

/

2 0 0 0 0 2 00 0 1

2 3 1 4 4 3 6 2 0

1

2

0

3 6

1

2

0 2 0

2 0

1

2

0 2 0

2 0

6 6 4 1 0

6 6 4

2

2 2

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k g / m

m

3

3

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　 　 　 　 11-3

　 　 一油管洩漏 ，致使 H S2 以 1 0 k g / h r 排放 ，當風速為 3 m / s e c ， C 級 穩

定時，試問洩漏下風 1 5. k m 處之 H S2 濃度？解 ： 由 圖 1 1 - 1 2 所 示 ， 在 x 1 5 0 0 m 處 之 y z 1 6 0 8 0m , m ， Q 1 0

k g / h r g 2 8 1 0 2. / s e c 。

C ( , , , ).

.

. / . /

1 5 0 0 0 0 02 8 1 0

3 1 4 1 6 0 8 0 3

2 3 1 0 0 2 3

2

7 3 3

g m g m