什么是烟羽?

[拼音]：yanyu

[外文]：plume

从工厂烟囱中连续排放出来的烟体，外形呈羽毛状，因而得名。烟羽可被看作是由无数个时间间隔为无限短暂的、依次排放的烟团所组成；烟团各部分的运动速率不同。烟囱一开始排放，每个烟团就向下风方向移动。排放物的量，通常用排放率（千克／时或克／秒）表示；排放物在下风方向的分布，一般用排放期间的平均浓度（毫克／米3）表示。

通过对示踪烟羽的扩散实验或实际观察，可以看到烟羽外形是随着天气情况和一天中不同时间而变化的，并且与大气湍流状况有密切关系。烟羽的外形不同，表示污染物浓度的空间分布不同。如果粗略地将大气稳定度划分为中性、稳定和不稳定三种，那么烟羽的几何形态可概括为如图 1所示的a、b、c、d、e五种。

a.环链形：这种烟羽曲折呈环链状，在水平和垂直方向上摆动剧烈，容易分裂而消散，并随着与烟囱距离的增大，污染物浓度迅速降低。这种烟羽多出现在午后低层大气不稳定、湍流发展强烈时，在晴朗的夏天午后为常见。

b.锥形:这种烟羽的形状像一个有水平轴的锥体，烟羽体外形清晰。锥形烟羽多出现在阴天、风速较大、低层大气处于中性平衡时，或在早晚大气温度层结转换的过渡时刻（从稳定过渡到不稳定，或从不稳定过渡到稳定）。此时，近地面气层里的烟羽常沿主导风向流动，呈锥形扩散。锥形烟羽从烟囱到达地面的距离比环链形烟羽长。

c.扇形：俯视这种烟羽，外形呈扇形。扇形烟羽多出现在晴朗夜间或早晨，当低层风小、气温自下向上增高、大气处于稳定状态时。在这种情况下，烟羽只能在稳定气层内缓慢地向两侧扩散。扇形烟羽内部的污染物浓度很高，当遇到山地、丘陵或高大建筑物时，污染物还会下沉，造成地面污染。

d.漫烟形（熏烟形）：漫烟形烟羽多出现在日出后辐射逆温被破坏时。此时，烟轴之上有逆温层，而烟轴之下至地面间气层不稳定，因而烟羽上升扩散到一定程度就受到逆温层的阻挡，使垂直扩散空间仅局限于地面至逆温层底之间。在这种情况下，如果低层风小，则大气稀释能力就更低，高浓度的烟羽会迅速扩展到地面，造成地面的严重污染。烟雾事件大都是在这种情况下发生的。

e.屋脊形（上升形）:这种烟羽多出现在傍晚，当烟轴之下至地面间气层稳定而烟轴之上气层不稳定时，烟羽则在上面不稳定气层中沿主导风向流动，呈屋脊形扩散。屋脊形烟羽体的下边边缘清晰，烟气浓密；而烟羽体上边稀疏，甚至出现不连续的碎片。屋脊形烟羽体的下部，污染物浓度大，但只要不遇到高大建筑物、山地或丘陵，就不会发生下沉作用而造成地面污染。

图1右边定性地画出污染源下风方向某一截面处垂直穿过烟轴中心的平均浓度廓线，示意出烟羽的几何形态和浓度沿垂直方向分布的关系。烟羽中心轴上浓度最高，随着距烟羽轴垂直距离的增大，上下两侧浓度逐渐降低。在扩散空间的大气湍流强度近似均匀的情况下，浓度分布曲线相对应于烟羽轴是对称的，符合正态分布（如图1，a、b、c）；相反，是非正态分布的（如图1，d、e）。湍流强的一侧浓度高，湍流弱的一侧浓度低。随着大气稳定度的变化，烟羽在水平方向的散布及其中心轴处的浓度也会发生变化。例如大气稳定时，烟羽水平散布窄，浓度在烟羽中心轴附近较高而向两侧降低得较快；相反，大气不稳定时，烟羽水平散布宽，浓度在烟羽中心轴附近较低而向两侧降低得较慢。对于同一个扩散烟羽来说，下风方向各处烟羽轴上下的浓度廓线是随着距离的增大而有变平的趋势；烟羽中心轴附近的浓度逐渐降低而在两侧则相应地增高。在同一气象条件下，烟羽外形的侧向范围是随着扩散平均时间的增长而加宽；下风方向某一固定地点浓度的侧向分布曲线是随着取样时间的加长而变平。图2左边表示烟羽的瞬时边界、10分钟内的平均边界和2小时内的平均边界，右边表示在这三种情况下的污染浓度分布。从图2中可看出：瞬间烟羽廓线呈现出一种不规则的变化，并随着同污染源距离的增加而逐渐变宽，其浓度的分布也是不规则的，在峰处浓度很大；10分钟内的平均烟羽廓线呈现出光滑而规则的边界，其浓度的分布是较规则的，但在峰处浓度较大;2小时内的平均烟羽廓线变宽，其浓度分布规则，而且在峰处浓度较小。

图3是由高烟囱排放的烟羽所造成的地面浓度分布；在烟囱底部附近，浓度为零；在某一下风向距离上，浓度迅速升到高值，随后又逐渐减小；烟羽轴投影线上的地面浓度总是比其两侧高。