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

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

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

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 (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