大气湍流扩散

[拼音]：daqi tuanliu kuosan

[外文]：turbulent diffusion of atmosphere

相邻的空气质点群，在湍流运动中沿完全不同的轨迹作无规则的运动，使它们之间的距离不断增加，使空气中本来浓度较大的物质，逐渐变得稀疏，相反地，原来在不同地方的物质，也能通过湍流运动而相互混合（见大气湍流）。这种现象和气体或液体中的分子扩散很相似，但两者间的物理过程完全不同，后者是由分子的脉动运动所造成的。

从理论上讲，大气的湍流扩散服从统计规律，宜用统计理论进行研究，但因它和分子扩散现象相似，故最通用的研究方法是借用分子扩散方程的形式，用湍流扩散系数代替分子扩散系数，从这种方程出发进行研究。对于空间任一点(x、y、z)，其湍流扩散方程为

一般以平均风向为x方向，y为横风方向，z 为铅直方向。式中x是悬浮物质的浓度，Kx、Ky、Kz分别为x、у、z方向的湍流扩散系数，在非各向同性的湍流扩散中，Kx、Ky、Kz不相等。当扩散源点(排污口)的高度、几何形状以及排放物质的浓度和单位时间内的排放量给定后，即可求出不同气象条件下，扩散物质浓度随空间和时间(t)的分布。在简单的情况下，浓度呈正态分布。

大气湍流扩散过程中，x、у、z 方向上的扩散能力的强弱，由Kx、Ky、Kz来度量。大气中的分子扩散过程甚弱，通常分子扩散系数D≈1.6×10-5米2/秒，与湍流扩散相比几乎可以忽略不计。湍流扩散系数不但是时间和空间的函数，而且依赖于湍流运动的性质和大尺度的气象条件，通常用实验的方法来确定。附图给出烟囱中烟的排放情况与大气层结稳定性的关系。图的右侧为烟的典型形状，左侧为实际气温的铅直分布（实线）和温度的干绝热递减率铅直分布（虚线）（见大气静力稳定度）。如果大气下层为中性稳定层结，上层为稳定层结，则烟不向上扩散，而向下扩散，致使下层烟的浓度增大(b)。通常在大气层结不稳定而且风大的气象条件下，湍流扩散强;而在层结稳定且风小的气象条件下，湍流扩散弱。大气湍流扩散研究，具有重大的实际意义。它和工业排放物对大气的污染直接有关（见空气污染气象学）；在军事上也有其重要的用途，如研究核弹爆炸后的尘埃分布等。