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: 104
Скачиваний: 0
энергии в 300-метровом слое атмосферы (Волковицкая, Иванов, 1970).
'На -рис. 3.25 .приведены теоретические оценки фА для устойчи вой и неустойчивой стратификации, а также результаты измерений Елисеева (1968) при инверсии и Пономаревой (1968) при сла бой и умеренной неустойчивое™. В последнем случае были ис
пользованы базисные |
шаропилотные наблюдения в слое |
до 2— |
|||
4 км, расчет k (г) выполнялся по схеме Зилитинкевича — |
Лайхт- |
||||
мана через градиенты температуры и скорости |
ветра. Для нор |
||||
мировки 'использовано |
предположение, |
что |
в |
линейной |
части |
вблизи поверхности земли .профиль k(z) |
имеет |
.вид (1.62). |
|
Г Л А В А 4
ОПЫТЫ ПО РАССЕЯНИЮ ПРИМЕСИ В АТМОСФЕРЕ
4.1. Обзор экспериментальных работ
|
4.1.1. Опыты |
с легкими |
примесями |
|
|
|||
Достаточно |
исчерпывающий |
обзор |
опытов по диффузии |
в ат |
||||
мосфере |
.невесомой |
или практически |
невесомой пассивной |
приме |
||||
си, проведенных |
за |
рубежом, |
главным образом в |
Соединенных |
||||
Штатах |
Америки, |
имеется |
в |
книге |
(МАЭ, 1968). |
Содержание |
каждого такого опыта состоит в том, что в атмосферу с помощью контролируемого источника вводится некоторая примесь, степень рассеяния которой определяется измерением ее концентрации или плотности выпадений в выбранных точках. Одновременно про водятся те или иные метеорологические измерения.
Общая сводка серий, попавших в |
упомянутый обзор, приве |
дена в табл. 4.1. Хотя, как указывают |
авторы обзора, цели, ко |
торые преследовались при постановке этих опытов, были различ
ными, в целом |
все они направлены на установление связей |
меж |
ду теми или |
иными метеорологическими параметрами и |
харак |
теристиками рассеяния примеси. Разные авторы применяли для этого различные комбинации метеорологических характеристик и различную методику сравнений.
|
|
|
|
|
|
Таблица 4.1 |
Сводка опытов по рассеянию легкой примеси в нижнем |
||||||
слое |
атмосферы (по |
материалам |
МАЭ, 1968) |
|||
Источник- |
Число |
Общее |
число |
экспе |
Высота источ |
|
серии |
риментов |
(приближен |
ника, м |
|||
|
|
|
|
но) |
|
|
Непрерывного |
6 |
300 |
|
40—150 |
||
действия, вы |
|
|
|
|
|
|
сотный |
|
7 |
250 |
|
0,5 - 2 |
|
Непрерывного |
|
|||||
действия, |
при |
|
|
|
|
|
земный |
|
7 |
250, кроме того, |
0,5-300 |
||
Мгновенный |
||||||
|
|
|
„много" в Брук- |
|
хавне
Отметим, |
что |
хотя при |
построении |
теоретических соотноше |
||||||
ний |
для |
расчета |
диффузии |
.в |
атмосфере |
предполагается |
знание |
|||
таких сложных |
метеорологических характеристик, |
как, |
напри |
|||||||
мер, |
профиль коэффициента |
вертикальной |
турбулентной |
диффу |
||||||
зии |
или |
же |
корреляционная |
|
функция |
скоростей в |
координатах |
|||
Лагранжа, |
при |
практическом |
их применении разнообразие фи |
|||||||
зико-географических (детали |
рельефа, |
особенности |
местности) и |
метеорологических условий не позволяет достигать высокой сте пени точности. Отсутствие идеальных условий и полной воспро изводимости при постановке полевых опытов приводит также к разбросу экспериментальных результатов. Поэтому не следует стремиться к излишнему усложнению расчетных формул и уве личению числа метеорологических параметров выше некоторого предела.
При проведении одной из серий опытов по диффузии от при земного источника (проекты «Ошеан Бриз» и «Драй Галч» МАЭ, 1968) с самого начала было принято решение строить расчетные формулы на чисто статистической основе, не прибегая к физи ческим соотношениям. Из измеренных метеорологических пара метров в .качестве предикторов были выбраны скорость ветра на фиксированной высоте, разность температуры на двух высотах и стандартное отклонение пульсаций направления ветра. Статисти ческий анализ показал, что для расчета концентрации достаточ но двух метеорологических параметров, причем наилучшей ком бинацией оказался набор, не содержащий скорости ветра. При этом разброс экспериментальных точек оказался не большим, чем при сравнении с физически обоснованными формулами. Этот
случай в какой-то |
степени |
иллюстрирует достижимые пределы |
|
точности при |
расчетах рассеяния примеси в атмосфере. |
||
•В книге |
(МАЭ, |
1968) |
приводится целый ряд сравнений и |
обобщений экспериментальных данных. Ниже эти результаты сравниваются с остальными результатами в виде обобщенных за висимостей, взятых из таблиц и графиков.
Серии опытов с легкой примесью, выполненные в СССР в
последнее десятилетие, приведены в табл. 4.2, куда |
включены |
также измерения концентрации сернистого газа и пыли |
в факе |
лах труб промышленных предприятий, хотя эти результаты в на стоящей работе не использовались.
Приведем краткое описание этих серий.
Опыты |
Казанского и |
Монина |
(1957) проводились в летнее |
время в |
открытой степи. |
Дымовые |
шашки, расставленные через |
2 м вдоль прямой, перпендикулярной направлению ветра, моде лировали линейный, длительно действующий источник. Дымовые струи фотографировались, в ряде опытов проводился забор проб воздуха и измерение концентрации дыма. Pe3jj^raTbi_onbiTOB_6biли использованы авторами для сравнения с'соотношениями; выТек~аю'щими из теории диффузии с конечной скоростью и подобия латранжевых характеристик в приземном слое атмосферы (Ка занский, Монин, 1957; Монин, Яглом, 1965).
Таблица 4.2
Сводка опытов с легкими частицами, проведенных в СССР
Исследователь, год |
Число |
Материал |
|
опытов |
|||
Казанский, |
60 |
Дым |
|
Моими (1957) |
|
|
|
Качурин, |
60 |
Дымовые |
|
Мушепко |
(1966), |
|
шашки |
1959 |
|
|
|
Гаргер |
(1970), |
16 |
То же |
1967--1968
ЛГМИ, 1962-64 Много S 0 3 и пыль (Труды ЛГМИ,
вып. 18, 21, 34)
ГГО |
(Труды |
То же |
|||
ГГО, |
вып. 138, |
|
|||
158, |
172, |
185, |
218, |
|
|
234, |
238), |
|
|
|
1963-1969
Источник, его |
Способ |
улавливания |
|||
высота, м |
|
|
н расстояния |
||
Наземный ли |
Фотографирова |
||||
нейный, длитель |
ние |
струй, |
изме |
||
ного действия |
рение |
концентра |
|||
|
|
ций |
|
|
|
Точечный, |
дли |
Измерение при |
|||
тельного дейст |
земных |
концент |
|||
вия, 25—100 м |
раций, |
до |
10 км |
||
Точечный, |
дли |
Фотографирова |
|||
тельного дейст |
ние |
струй, |
до |
||
вия, 100 м |
|
5 км |
|
|
|
Дымовые трубы |
Измерение при |
||||
предприятий |
|
земных |
и |
высот |
|
|
|
ных |
концентра |
||
|
|
ций, |
фотографи |
||
|
|
рование струй |
|||
То же |
|
То же |
|
Опыты Л. Г. Качурина и П. М. Мушенко (.1966) проводились
.над равнинной местностью с развитой сетью дорог. Дымовые шашки поднимали с помощью телескопической мачты (до 25 м) или с помощью вертолета (до 100 м) для моделирования дли тельно действующего источника. Измерение концентрации про водилось одновременно в 25 точкахТ "растоложённых под факелом" вдоль нескольких линий, перпендикулярных к его оси. Проводи-. ^иеь_градиентные метеорологические измерения в слое до 100 м, а также, обычные метеорологические и аэрологические наблю- [дения^ Небольшое число пробоотборных пунктов делает затруд нительным всесторонний анализ поля концентраций, однако ре зультаты измерения осевых приземных концентраций оказалось "возможным сравнивать с результатами опытов других авторов.. Опыты Гаргера (Гаргер, 1970; Вызова, Гаргер, 1970) более под робно описаны в следующем разделе.
4.1.2. Экспериментальное |
исследование |
параметров |
диффузии |
с помощью дымовых |
струй |
|
Опыты проводились с помощью метеорологической мачты ИЭМа. Для фиксирования струй дыма была использована пер спективная фотосъемка с 300-метрового уровня метеорологиче ской мачты (Гаргер, Г969). Снимки позволили непосредственно
измерять ординаты оси мгновенной струи уо(х) и получать зна
чения |
относительной |
дисперсии |
°\{х) |
с помощью гипотезы нор |
||||||||
мального распределения примеси |
в струе |
и гипотезы |
«.непрозрач |
|||||||||
ности |
сквозь дым» |
(Роберте, |
1923). Величина |
°\{х) |
выража |
|||||||
ется через полуширину струи |
а=у—у0 |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
а 2 |
{х) |
|
|
|
|
|
(4.1) |
|
|
|
1 + 21п [а0 /а (x)Y— 2ln [а (х)а {х)\ |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||
где у — ордината видимого края |
мгновенной струи, а0 |
— макси |
||||||||||
мальная полуширина |
струи. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
В |
качестве |
источника дыма |
использовались |
дымовые |
шашки |
||||||
и аэрозольный |
генератор. Фотографирование производилось с ин |
|||||||||||
тервалом в 15 с. Одновременно |
с опытами |
проводилась |
регистра |
|||||||||
ция |
скорости, направления ветра |
и температуры, |
а также |
пульса |
||||||||
ций |
продольной |
составляющей |
скорости |
ветра |
на |
|
нескольких |
|||||
уровнях высотной мачты. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
В |
табл. 4.3 |
представлены |
данные |
об |
условиях |
опытов (все |
|||||
опыты |
проведены в |
слое приземной инверсии или выше |
его), а |
также данные, характеризующие степень однородности слоя —
разности скоростей |
на уровнях Г21 и 73 м. Изменение направле |
|||
ния ветра в этом слое не превышало 8—10°. |
|
|||
| |
|
|
|
Таблица 4.3 |
Метеорологические |
условия опытов с |
дымами |
(Гаргер, 1970) |
|
|
и |
|
/ |
AW* |
опыта |
м/с |
град |
X |
м/с |
|
|
|||
1 |
3,0 |
- 0 , 6 |
0,100 |
1,2 |
2 |
1,7 |
- 0 , 4 |
— |
0,0 |
3 |
4,6 |
0,4 |
0,187 |
0,6 |
4 |
4,0 |
- 0 , 5 |
0,087 |
0,4 |
5 |
2,6 |
- 0 , 3 |
0,130 |
0,2 |
6 |
7,0 |
1.8 |
0,058 |
2,3 |
7 |
5,6 |
1,4 |
0,091 |
2,0 |
8 |
3,2 |
- 0 , 4 |
— |
0,2 |
9 |
5,1 |
0,0 |
0,107 |
1,2 |
10 |
5,3 |
- 0 , 2 |
0,141 |
1.2 |
11 |
5,3 |
- 0 , 2 |
0,050 |
0,3 |
12 |
6,8 |
0,0 |
0,064 |
0,9 |
13 |
4.3 |
3,4 |
0,163 |
1,9 |
14 |
3,5 |
0,3 |
0,054 |
0,5 |
15 |
1,0 |
- 0 , 3 |
0,080 |
0,2 |
16 |
4,9 |
0,3 |
0,112 |
0,5 |
*Разность температур на уровнях 121 <и 73 м.
**Разность скоростей на тех же уровнях.
Распределения ординат мгновенной оси в квазистационарных случаях, а также в случаях со стационарным приращением пос ле -введения соответствующих поправок оказались близкими к нормальному. На рис. 4.1 показаны эмпирические значения оо в зависимости от времени по данным одного из опытов. Здесь видно три участка: на первом сто растет пропорционально & в степени