風玫瑰圖詳解

最近南丁格爾玫瑰圖,在疫情通報被央視等媒體廣泛傳播。而事實上玫瑰圖有很多種,風玫瑰圖廣泛應用於城市規劃和大氣污染評價中。其原理是基於風對污染物的水平輸送這一共識,可用來指示污染物的行蹤。下面介紹幾種風玫瑰圖,1~5是評價一個污染源對周圍環境影響;6是評價某地被周圍污染源污染的狀況。

1. 風頻玫瑰圖

評價某個污染源對周圍環境的影響,風頻愈大的方位,在它的下風向被污染的機率就愈大.因風向是指風的來向,而污染又發生在此風向的下方,因此實際污染狀況圖與風向頻率玫瑰圖的方位相差一百八十度。

風頻玫瑰圖未能反映風速大小對污染物的擴散作用,實際上風速的作用很大,風速與污染濃度成反比,小風條件不利擴散,特別值得註意。為此在作常規風玫瑰圖之外,同時作小風((1米/秒)風頻玫瑰圖。

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2. 污染系數玫瑰圖

為瞭反映風向和風速的聯合作用,常引用污染系數的概念,其表達式如下:

污染系數=風向頻率/平均風速

污染系數隨風頻的增大而增大,隨風速的增加而減小。污染系數愈大說明污染愈重,用污染系數值繪制的玫瑰圖,比風向頻率玫瑰圖要好,因為它反映瞭風向、風速兩個方面共同作用。

污染系數=風向頻率/(平均風速/總平均風速)

為瞭歸一化,方便比較可采用此方法標準化。

3. 污染機率玫瑰圖

考慮到大氣污染擴散規律是受到多種氣象因素共同作用的結果, 有人曾提出按風的方位計算其污染指數的方法,並可繪制成污染指數玫瑰圖。污染指數概括反映瞭風、大氣穩定度、降水及混合層高度等氣象因素對污染物擴散的共同作用,污染指數按下式計算:

Id=SP/uh

(I—風的污染指數,S—大氣穩定度,P—降水,u—風速,h—混合層厚度,d—方位)

s、p、u、h在計算時均按實際氣象資料數值轉換成無量綱的相對值,這樣經過計算I也是一個無量綱的數,Id值愈大則說明d方位下側污染愈重。

風的污染指數,綜合瞭影響大氣瀉染擴散的多種氣象因素的作用,它比污染系數的表達方式又前進瞭一步。

對氣象資料統計後發現在有降水洗滌條件下,I值最大不超過0.8,把I≤0.8歸於大氣清潔型,在統計中將I≤0.8,即不生成大氣污染的那部分風剔除是合理的,用剔除後統計的污染指數稱為污染機率,其統計形式如下:

式中F——污染機率,I`——I>0.8的污染指數,n——為某風向I>0.8出現的次

數,N——為各風向I>0.8出現次數的總和。

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4. 超標概率等值線圖

按多種氣象因素組合條件(如風速等級、穩定度類型)、根據污染源源強、用適當的大氣擴張模式,分別計算出各種氣象條件組合下距源不同距離處各點的污染濃度值。將這些濃度值與環境標準或目標值相比較,超過標準者記作“1”,而低於標準者記作“0”。

計算某方位中某點的超標概率時,則根據各組合找到的該點的“0”或“1”分別與該方位相應氣象組合出現的聯合頻率相乘,最後迭加該方位該點所有各組合聯合頻率相乘積的總和,即為該方位該點的超標概率。某方位某點的數值越大則表明污染源對該點的污染超標概率越大。用這些資料繪制的等值線圖即超標概率等值線圖。

從圖3不僅可以瞭解到哪個方位受污染超標情況,而且還可以指出在此方位的那個范圍污染超標機率多,為評價工作帶來很多方便。

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5. 超標概率健康等值線圖

將污染源所在點周圍,同樣按方位呈放射狀,等間距分成若幹個網格,使每個網格的中心即是圖3超標概率點所在位置,統計各網格入口密度或需評價的其它生物項等,用這一密度與相應超標概率相乘,並用這一結果繪制一新的等值線圖,此圖與圖3不同之處是明顯的,

因在超標概率比較大的地段,人口密度也不一定大,相反在超標概率不太大的地段由於人口過密,危害甚大,倒是我們應該特別註意的地方,而這種作用恰恰在後一種圖表示出來瞭。這就使評價工作進一步落實在被污染的人與物上。從而為廠址選址提供瞭十分可靠的依據。

6. 污染玫瑰圖

污染玫瑰圖是在風玫瑰圖的基礎上,將研究區域內同一時刻的污染物濃度和風向及風速對應起來,按照十六或八個方位的污染物濃度值繪制出的,因此可以直觀的反映出污染源的位置信息。污染玫瑰圖以研究區域為中心,污染物所處的風向是指周邊地區向研究區域輸送污染物的位置分佈,從內到外的白色圓圈顯示的是風速大小,顏色深淺對應的是污染物的濃度高低。

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參考文獻:

[1] 霍煥.風玫瑰圖在大氣污染評價中的應用[J].環境保護,1983(05):17-19.

[2] 蔣玉珍.污染系數及風玫瑰圖[J].新疆氣象,1986(10):29-32.

[3] 劉曉詠,王自發,王大瑋,等. 2019. 京津冀典型工業城市沙河市大氣污染特征及來源分析[J]. 大氣科學, 43(4): 861-874.

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