Файл: Бызова, Н. Л. Рассеяние примеси в пограничном слое атмосферы.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 23.10.2024
Просмотров: 99
Скачиваний: 0
пая радиация не меняется, оставаясь равной нулю. Индекс сол нечной радиации с помощью специальных таблиц исправляется на помутнение атмосферы и облачность, а также на состояние под
стилающей поверхности |
(учитывается |
снежный |
покров и увлаж |
||||
ненность почвы), после чего используется |
для |
определения |
клас |
||||
са устойчивости. |
|
|
|
|
|
|
|
Качественная характеристика устойчивости с обозначениями |
|||||||
классов по способу ПТ и способу У дана |
в та.бл. 3.5. Ниже |
везде |
|||||
используется |
нумерация |
классов ПТ. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 3.5 |
|
|
Качественная характеристика |
устойчивости |
|
||||
Класс |
Качественная |
харастеристнка |
Класс |
|
|||
по ПТ |
по У |
|
|||||
1 |
Очень неустойчивое |
состояние |
|
|
VII |
|
|
2 |
Неустойчивое |
» |
|
|
VI |
|
|
3 |
Слегка неустойчивое |
состояние |
|
V |
|
||
4 |
Безразличное состояние |
|
|
IV |
|
||
5 |
Слепка устойчивое состояние |
|
|
III |
|
||
6 |
Устойчивое |
состояние |
|
|
11 |
|
|
7 |
Очень устойчивое состояние |
|
|
1 |
|
||
Конечной целью классификации устойчивости, с точки зрения
расчетов диффузии, |
является определение характера |
турбулент |
|
ности. Такого рода |
полукачественные |
приближенные |
соотноше |
ния, пригодные для |
практических |
применений, разработаны в |
|
США (МАЭ, 1968), откуда позаимствована табл. 3.6. Качествен ной характеристикой турбулентности служит характер записи пульсаций направления ветра и типичная амплитуда этих пуль
саций (см. табл. |
5.15). |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
Таблица |
3.6 |
|
Соотношение |
между |
типами турбулентности и погодными условиями |
|
||||||
|
|
|
Инсоляция |
|
|
|
Ночь |
|
|
Скорость |
|
|
|
|
Тонкие |
облака |
|
|
|
ветра, м/с |
Сильная |
Умеренная |
Слабая |
облачности |
|||||
|
или '1 8 облачности 3,8 |
||||||||
2 |
А |
А - В |
В |
|
F |
' |
F |
|
|
2 |
А—В |
В |
С |
|
Е |
F |
|
||
4 |
В |
в - с |
С |
|
D |
Е |
|
||
6 |
С |
С—D |
D |
|
D |
D |
|
||
>6 |
С |
D |
D |
|
D |
D |
|
||
П р и м е ч а й и е. А — очень неустойчивые |
условия, |
В — умеренно |
неустой |
||||||
чивые, С — слегка неустойчивые, D |
— нейтральное состояние (применимо |
во |
|||||||
всех случаях |
сплошной |
облачности |
днем и |
ночью), |
Е—слегка устойчивые, |
||||
F — умеренно |
устойчивые. |
|
|
|
|
|
|
||
;.:70
градиентной |
мачтой высотой 8 м расположена в 200 м от мачты, |
в наиболее открытой части полигона. |
|
Методика |
измерения пульсационных характеристик (датчики, |
система регистрации, аналоговой и цифровой обработки, алгорит мы расчетов, способы получения корреляционных функций, спект ров, диссипации турбулентной энергии и др.) в применении к вы сотной мачте ИЭМ разработана Ивановым и описана в его рабо те (1970).
• Ц
|
Рис. |
3.3. Схема |
окружающей |
мачту |
местности: |
|
|||
/ — горизонтали, |
м; 2 — обычные |
границы |
посевов; |
3 — пункты установки |
|||||
временных |
градиентных станций; |
4— высотная мачта; |
М—метеоплощадка |
||||||
Для |
сравнений использованы материалы |
градиентных |
измере |
||||||
н и й ^ |
300-метровом слое и иа малой градиентной мачте |
высотой |
|||||||
8 м:, а |
также |
материалы |
метеорологических |
измерений |
сетевого |
||||
типа. Расчеты |
параметров |
приземного |
слоя выполнены с по |
||||||
мощью номограмм Института физики атмосферы при z0—2 см
летом и. zo = 0,l см зимой. |
(Это вносит некоторую погрешность, |
|||
так как фактически шероховатость менялась |
от сезона к сезону в |
|||
несколько более широких |
пределах |
— до 5—6 |
см при высокой |
|
траве.) |
|
|
|
|
На рис. 3.4 показана зависимость |
масштаба |
приземного слоя |
||
L от параметра Б. Экспериментальные точки получены при раз |
||||
личном осреднении. |
|
|
|
|
Имеющийся на рисунке |
разброс |
вызван |
характером осредне |
|
ния, изменением фактической шероховатости и погрешностями, возникающими при пользовании номограммами. Рисунок дает
72
представление о пределах изменений стратификации, наблюдав шихся на территории высотной мачты ИЭМа и доступных для из мерений; в ряде случаев при еще более глубокой устойчивости измерить очень малые скорости ветра на уровне 2 м и рассчитать параметры приземного слоя было невозможно.
г ! 0 3
Рис. 3.4. Зависимость масштаба (приземного слоя L от парамет ра устойчивости Б по результатам, полученным на ВММ:
|
/ — по данным |
Машковой |
(1965); |
2 —при |
осреднении 10 и более резуль |
|
|||||||||||||
татов; 3 — при |
осреднении |
от |
четырех до |
10 |
результатов; |
4 — менее че |
|
|
|||||||||||
тырех |
результатов; |
5 — линии |
теоретической |
зависимости |
(Знлитинкевнч, |
|
|||||||||||||
1970) |
при z„/ft—0,01; |
S — ее |
возможные отклонения, |
связанные с измере |
|
||||||||||||||
|
|
нием |
шероховатости |
при |
г„/Л= 0.001 |
и |
г0 //г= |
0,05 |
|
|
|
||||||||
На рис. 3.5 показана зависимость |
параметра р, от параметра |
Б |
|||||||||||||||||
по результатам |
измерений |
|
(точки) |
и |
расчетов |
в |
соответствии |
с |
|||||||||||
соотношениями подобия при средних значениях |
v# для |
выбран |
|||||||||||||||||
ных градаций Б (линии). |
|
Поскольку |
экспериментальные |
точки |
|||||||||||||||
получены |
по индивидуальным |
значениям |
Б и y: i ! > |
они не |
обяза |
||||||||||||||
тельно |
должны |
ложиться |
|
на |
расчетную |
кривую, однако |
разброс |
||||||||||||
их оказался небольшим. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Б |
|
|
|
|
|||||
На |
рис. 3.6 |
приведена |
|
связь |
с параметром |
безразмерного |
|||||||||||||
параметра |
устойчивости (3.11), рассчитанного по данным |
измере |
|||||||||||||||||
ний в |
стометровом |
слое. Температура |
измерялась |
на уровне |
97 |
||||||||||||||
>и 2 м, |
а |
скорость |
ветра |
— |
97 |
и |
8 м; приближенно |
принято |
|||||||||||
•/2р- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
——- = |
44. Неоднозначность |
|
зависимости, |
обнаруживаемая |
|
на ри- |
|||||||||||||
73
сунке, связана с влиянием ряда факторов: нестационарное™ *, изменения шероховатости по сравнению с принятой, некоторой горизонтальной неоднородности, ошибок в измерении параметра Б при малых скоростях ветра у земли. Для сравнения на рис. 3.6 дана также рассчитанная зависимость ц. от Б.
Рис. 3.5. Зависимость безразмерного параметра погра
ничного слоя |
(.1 от |
параметра устойчивости Б по |
резуль |
|||||||
|
|
татам, полученным |
на ВММ: |
|
|
|
||||
/ — по |
данным |
Машковой |
(1965); 2 — |
при осреднении |
пяти и |
|||||
более |
результатов, 3 — при |
осреднении |
менее |
пяти |
результатов |
|||||
Результаты |
сравнения |
между |
собой |
способов |
определения |
|||||
устойчивости |
по измерениям сетевого |
типа |
|
представлены в |
||||||
табл. 3.7, которая иллюстрирует соответствие |
классов ПТ клас |
|||||||||
сам У для трех месяцев |
отдельного |
|
года. |
Случаи |
несовпадения |
|||||
знака устойчивости (определения состояния как устойчивого по одному способу и неустойчивого по другому) практически отсут ствуют во все сезоны. Полное совпадение номеров классов имеет
место |
в |
январе |
в 37% случаев, в |
апреле |
— |
в 55%, |
в |
июне |
— |
в |
||
50%- |
Класс одного |
способа |
соответствует |
соседнему |
в |
январе |
в |
|||||
59%, |
в |
апреле |
— в |
36%, в |
июле |
— в 44% |
случаев. |
Анализ |
ха |
|||
рактера несовпадений показывает, что в январе они связаны, как правило, с тем, что способ ПТ не дает возможности учесть состоя
ние подстилающей поверхности, |
покрытой в зимнее время снегом, |
||
в результате чего все дневные |
результаты попадают в класс 4, в |
||
то время как по способу У в |
половине этих |
случаев |
получается |
слабая устойчивость (класс 5). |
В ночное время |
по той |
же причине |
степень устойчивости при определении ее по способу ПТ также недооценивается.
* Приземный слой реагирует на изменения теплового баланса очень быст ро (в течение нескольких минут) и может считаться квазистационарным, чего нельзя сказать о 100-метровом слое.
74.
В июле несовпадение классов наблюдается в переходное время суток, а также днем при полной облачности. В последних
случаях |
по способу |
ПТ |
устойчивость всегда |
определяется как |
|
безразличная, по способу |
же У при |
хорошей |
видимости и скоро |
||
сти >ветра |
менее 4—5 |
м/с |
возможна |
слабая неустойчивость. |
|
Рис. 3.6. Связь безразмерного параметра |
с |
||
параметром устойчивости Б по результатам по |
|||
лученным |
на |
В ММ: |
|
•' — экспериментальные точки, 2 |
— |
расчетная зависимость |
и от £ |
Результаты определения устойчивости по способу ПТ и по па раметру приземного слоя сравниваются -в табл. 3.8, классы устой чивости в зависимости от Б были выбраны по опыту проведения градиентных измерений на территории высотной мачты в течение нескольких лет. Материалы сравнения соответствуют различным сезонам и погодным условиям. Для' неустойчивых и устойчивых классов совпадение получилось неплохим, хотя в ряде случаев в переходные часы суток наблюдаются отклонения в ту или дру-
75
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица |
3.7 |
|
|
|
Повторяемость (число случаев) соответствия классов |
|
|
||||||||||
|
|
|
устойчивости |
по ПТ и по У |
|
|
|
|
|
|||||
|
пт |
1 |
2 |
|
3 |
|
'1 |
5 |
6 |
|
7 | • N |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Январь |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
5 |
|
5 |
|
|
|
|
11 |
|
|
|
3 |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|||
|
4 |
|
|
|
15 |
128 |
213 |
100 |
1 |
457 |
|
|
||
|
5 |
|
|
|
|
|
|
18 |
93 |
|
13 |
124 |
|
|
|
6 |
|
|
|
|
|
|
|
83 |
|
54 |
137 |
|
|
|
7 |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
9 |
10 |
|
|
|
N |
|
|
|
20 |
133 |
232 |
277 |
77 |
739 |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
Апрель |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
4 |
9 |
|
4 |
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
2 |
4 |
|
|
|
|
|
|
|
17 |
|
|
||
|
3 |
|
25 |
|
32 |
|
7 |
|
|
|
|
64 |
|
|
|
4 |
|
13 |
|
146 |
250 |
45 |
26 |
|
2 |
482 |
|
|
|
|
5 |
|
|
|
1 |
13 |
29 |
10 |
|
|
53 |
|
|
|
|
6 |
|
|
|
|
19 |
9 |
40 |
|
3 |
71 |
|
|
|
|
7 |
|
|
|
|
|
3 |
4 |
5 |
|
13 |
25 |
|
|
|
N |
8 |
47 |
|
183 |
292 |
87 |
81 |
|
18 |
716 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Июль |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
2 |
15 |
49 |
|
13 |
|
|
|
|
|
|
77 |
|
|
|
3 |
|
65 |
|
69 |
19 |
9 |
5 |
|
|
153 |
|
|
|
|
4 |
|
50 |
|
140 |
114 |
|
|
318 |
|
|
|||
|
5 |
|
|
|
|
|
|
17 |
7 |
|
2 |
26 |
|
|
|
6 |
|
|
|
|
|
|
7 |
42 |
|
15 |
64 |
|
|
|
7 |
|
|
|
|
|
|
|
29 |
|
72 |
101 |
|
|
|
N |
20 |
164 |
222 |
133 |
33 |
83 |
|
89 |
744 |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица |
3.8 |
|
Повторяемость (число случаев) |
классов |
устойчивости |
(1—7) по ПТ |
при |
||||||||||
|
|
|
группировке |
)ПО параметру |
Б |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
Б и класс |
устойчивости по Б |
|
|
|
||||
ПТ |
N |
<-0,0-1 |
|
-0,039 |
-0,009 |
—0,001 |
0,002 - 0,009 |
0,01-0,049 |
> 0,050 |
|||||
|
-0,010 |
-0,002 |
+ 0,001 |
|||||||||||
|
|
1 |
|
|
2 |
|
3 |
'1 |
|
|
5 |
6 |
|
7 |
1 |
11 |
11 |
|
|
28 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
34 |
|
|
|
|
3 |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
3 |
43 |
|
|
|
12 |
|
13 |
6 |
|
|
5 |
4 |
|
3 |
4 |
176 |
|
|
|
19 |
38 |
85 |
|
|
25 |
8 |
|
4 |
|
5 |
29 |
|
|
|
|
|
|
10 |
|
|
13 |
4 |
|
2 |
6 |
28 |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
6 |
18 |
|
3' |
7 |
8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
N |
332 |
11 |
|
|
59 |
|
54 |
105 |
|
|
49 |
34 |
|
20 |
76