ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Параметры и критерии, определяющие концентрацию аэрозоля в приземном слое воздуха из "Очистка газов" Если температура окружающего воздуха понижается с высотой так, что ее вертикальный градиент больше адиабатического, что бывает при сильно нагретой солнцем поверхности земли, то движущийся снизу объем воздуха получает ускорение за счет сил плавучести (архимедовых сил) и образующиеся таким образом нагретые конвективные токи поднимаются на большую высоту, а взамен их вниз опускаются холодные струи воздуха. Такие условия называются неустойчивыми, конвективными, Они характеризуются интенсивным вертикальным перемешиванием воздуха. Если вертикальный градиент температуры воздуха близок к нулю или становится отрицательным (т.е. температура с высотой возрастает, возникает инверсия температуры), то вертикально поднимающийся объем воздуха оказывается холоднее окружающих масс и его движение затухает. Такие условия называются устойчивыми, инверсионными, они характеризуются очень слабым турбулентным обменом. [c.278] В табл. 11.1 и 11.2 приведен упрощенный качественный вариант способа Пасквилла - Тернера, который позволяет судить о наличии одной из трех основных градаций устойчивости атмосферы неустойчивой стратификации (н), безразличной или нейтральной (б) и устойчивой (у) [91,92]. [c.278] Три основных вида устойчивости в настоящее время принято делить на семь классов сильная неустойчивость, умеренная неустойчивость, слабая неустойчивость, безразличное (нейтральное) состояние, слабая устойчивость, умеренная устойчивость, сильная устойчивость. [c.278] Примечание. / — солнце низко 2 — средняя высота солнца 3 — солнце высоко 4 — солнце очень высоко буквы в скобках — при снеговом покрове. [c.278] Параметры, характеризующие состояние устойчивости приземного слоя атмосферы, приведены в табл. 11.3 для всех классов устойчивости атмосферы. [c.279] Рассеяние аэрозолей в условиях каждого отдельного класса устойчивости атмосферы имеет свои особенности, формирующие характерный вид дымовой струи. По виду реальных струй можно получить информацию о термодинамическом состоянии нижней атмосферы. Так, в теплое время года в ясную погоду при неустойчивых условиях наблюдается волнообразная (задымляющая) струя, представляющая собой совокупность клубов дыма, переносимых крупными вертикальными вихрями. Поскольку клубы достигают земли близко от источника, максимальная приземная концентрация при неустойчивых условиях для данной высоты трубы сравнительно велика, но затем быстро снижается с удалением от источника в направлении ветра. [c.279] В тех случаях, коща температурный градиент близок к адиабатичесшму и существует безразличное состояние, наблюдается так называемая конусообразная струя. Расстояние до максимума приземной концентрации в этом случае больше, чем при неустойчивых условиях, а максимальная концентрация меньше. [c.279] Если верхняя граница приземного устойчивого (инверсионного) слоя оказывается ниже уровня выброса, то создаются наиболее благоприятные условия для рассеяния примеси, выбрасываемой из труб, так как в этом случае образуется так называемая приподнятая струя и рассеяние происходит только в слое выше верхней границы инверсии, которая предотвращает перенос примеси к земле. Такие условия летом обычно кратковременны и могут существовать на протяжении лишь нескольких часов, тавным образом ночью. Зимой эти условия могут быть довольно продолжительными. [c.280] При переходе от ночной инверсии к дневной конвекции в ясное теплое утро приземная инверсия, разрушаясь у поверхности земли, становится приподнятой и может образовать крышку над вершиной трубы, препятствующую распространению примеси вверх, в то время как развивающиеся у земли конвективные вихри перемешивают струю только в пределах прилегающего к земле неустойчивого слоя. В таких задымляющих условиях может наблюдаться увеличение приземных концентраций вблизи трубы, но в течение непродолжительного периода времени, порядка десятков минут При антициклональной погоде в осенне-зимний период, характеризующийся слабыми ветрами и штилями, приподнятая инверсия может носить характер инверсии оседания, и в таком случае опасные условия задымления могут существовать в течение нескольких часов и даже суток. [c.280] Особенности рассеяния аэрозолей в случае слабых ветров, приподнятых инверсий и сочетания приподнятых инверсий и слабых ветров также во многом определяется классом устойчивости атмосферы. Опытами и расчетами показано, что при наличии слоев с ослабленной ( 1,5 м/с) скоростью ветра приземная концентрация примеси от высокого источника в условиях однородной вертикальной стратификации может увеличиться не более чем в два раза, так как при уменьшении скорости ветра увеличивается дополнительная высота выброса, обусловленная подъемом струи над устьем трубы за счет теплового и динамического факторов (см. ниже). Слабые ветры наблюдаются чаще всего в крайних классах устойчивости и совсем не наблюдаются при безразличной стратификации. Как показали эксперименты, слабые ветры при неустойчивой стратификации или в переходное время суток имеют тенденцию увеличивать параметры диффузии по сравнению с теми, которые характерны для соответствующих классов устойчивости. Следовательно, подобные условия уменьшают концентрацию примеси, так что преобладают аномально низкие значения концентрации, часто на порядок и более ниже обычных. В случае сочетания слабого ветра с инверсией подобной тенденции не отмечено, и концентрация оказывается близкой к расчетной. Это и понятно, так как при всех стратификациях, кроме устойчивой, слабые скорости ветра характеризуются большой изменчивостью направления, в связи с чем существенно возрастает горизонтальное рассеяние. Для устойчивой же стратификации вообще типичны слабые ветры, и для нее расчет и эксперимент дают сходные результаты. [c.280] Приподнятая инверсия непосредственно над высоким источником создает условия для существенного увеличения приземной концентрации как за счет ограничения по вертикали слоя активного перемешивания, так и за счет ограничения в этих условиях эффективной высоты подъема факела. Иными словами, при наличии приподнятой инверсии возникает некоторый предел для начального подъема факела, высота которого, как будет показано ниже, определяется расчетом. В этих условиях при слабом ветре концентрации примеси должны значительно возрастать и, следовательно, могут образовываться опасные условия задымления и застоя. Однако повторяемость такого особо опасного комплекса метеоусловий очень незначительна для большинства районов России и может вносить ощутимый вклад в величину среднегодовых концентраций только в некоторых застойных зонах, образующихся, например, в складках рельефа. [c.280] Если инверсионная крышка создается за счет антициклональной инверсии оседания, то, как правило, в подинверсионном слое наблюдается безразличная стратификация, сопровождающаяся значительными скоростями ветра в слое перемешивания, и только непосредственно у земли могут наблюдаться слабые скорости ветра. [c.281] Таким образом, понятие задымления , как становится ясно из анализа всего сказанного выше, имеет различное метеорологическое содержание, в зависимости от того, какого рода источники рассматриваются. Это необходимо принимать во внимание при решении вопроса об особо опасных метеоусловиях для каждого типа источников и построении отдельных пессимистических прогнозов рассеяния примеси и загрязнения атмосферы при таких условиях. [c.281] Можно считать, что для приподнятого (высокого) источника особо опасным является сочетание приподнятой инверсии, начинающейся на высоте выброса, и малой скорости ветра (штиля в приземном слое), а для наземного источника — сочетание приземной инверсии и приземного штиля. [c.281] Следует остановиться также на роли особенностей рельефа местности при распространении частиц аэрозоля, выбрасываемых в атмосферу. Под влиянием неровностей рельефа изменяется турбулентный режим воздушных потоков и, следовательно, характер рассеяния и поле концентраций у земли. В сложных формах рельефа возникает местная циркуляция воздуха, образуются восходящие и нисходящие потоки, особым образом изменяется направление ветра. Установлено, что увеличение скорости ветра на наветренных склонах и вершинах возвышенностей достигает 10-40 %. Уменьшение скорости в пониженных формах рельефа составляет 20-50 %, особенно четко оно проявляется в плохо продуваемых долинах. Суточные амплитуды температуры в долинах существенно больше, чем на возвышенности в ночные часы здесь образуются более частые и мощные инверсии, а в дневное время — сверхадиабатические градиенты со значительными перепадами температуры. С увеличением скорости ветра влияние рельефа ослабляется. [c.281] Вернуться к основной статье