大氣湍流擴散

相鄰的空氣質點羣，在湍流運動中沿完全不同的軌跡作無規則的運動，使它們之間的距離不斷增加，使空氣中本來濃度較大的物質,逐漸變得稀疏,相反地，原來在不同地方的物質，也能通過湍流運動而相互混合（見大氣湍流）。這種現象和氣體或液體中的分子擴散很相似，但兩者間的物理過程完全不同，後者是由分子的脈動運動所造成的。

從理論上講，大氣的湍流擴散服從統計規律，宜用統計理論進行研究,但因它和分子擴散現象相似,故最通用的研究方法是借用分子擴散方程的形式，用湍流擴散係數代替分子擴散係數，從這種方程出發進行研究。對於空間任一點(x、y、z),其湍流擴散方程為

一般以平均風向為x方向，y為橫風方向，z 為鉛直方向。式中x是懸浮物質的濃度，Kx、Ky、Kz分別為x、у、z方向的湍流擴散係數，在非各向同性的湍流擴散中，Kx、Ky、Kz不相等。當擴散源點(排污口)的高度、幾何形狀以及排放物質的濃度和單位時間內的排放量給定後，即可求出不同氣象條件下,擴散物質濃度隨空間和時間(t)的分佈。在簡單的情況下，濃度呈正態分佈。

大氣湍流擴散過程中，x、у、z 方向上的擴散能力的強弱，由Kx、Ky、Kz來度量。大氣中的分子擴散過程甚弱，通常分子擴散係數D≈1.6×10米/秒，與湍流擴散相比幾乎可以忽略不計。湍流擴散係數不但是時間和空間的函數，而且依賴於湍流運動的性質和大尺度的氣象條件，通常用實驗的方法來確定。附圖給出煙囱中煙的排放情況與大氣層結穩定性的關係。圖的右側為煙的典型形狀，左側為實際氣温的鉛直分佈（實線）和温度的幹絕熱遞減率鉛直分佈（虛線）（見大氣靜力穩定度）。如果大氣下層為中性穩定層結，上層為穩定層結，則煙不向上擴散，而向下擴散,致使下層煙的濃度增大(b)。通常在大氣層結不穩定而且風大的氣象條件下,湍流擴散強;而在層結穩定且風小的氣象條件下，湍流擴散弱。大氣湍流擴散研究，具有重大的實際意義。它和工業排放物對大氣的污染直接有關（見空氣污染氣象學）；在軍事上也有其重要的用途，如研究核彈爆炸後的塵埃分佈等。 參考書目

F.Pasquill,Atmospheric Diffusion,2nd ed.,Ellis Horwood，Chichester，1974.

D.B.特納爾著，中國科學院大氣物理研究所譯：《大氣擴散估算手冊》，科學技術文獻出版社，北京，1978（D.B.Turner，Workbook of Atmospheric Dispersion Estimates，U.S.Government Printing Office，Washington，D.C.1970.）