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: 100

Скачиваний: 0

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

вого состояния к вечерней приземной инверсии и при обратном переходе утром. Местность представляла собой ровный массив

целины

с однородным

развитым,

но не густым естественным

рас­

тительным покровом

(средняя

высота растений 20—30

см,

£0 = 3,2

см). В атмосферу распылялась жидкость (водно-глицери­

новая смесь), в результате чего получался аэрозоль с размерами частиц от 15 до 250 мкм. Пробы отбирались на уровне земли до расстояний 10 км в плоские лотки и на стеклянные пластины. На пробах флюоресцентным методом определялось общее коли­

чество осевшего вещества и проводился микроскопический

под­

счет числа

капель

с распределением

их

по

фракциям в 15—

40 мкм. Таким образом, так же, как в опытах Петровой

с частич­

ками песка,

каждый

опыт представлял

собой

совмещение

не­

скольких опытов.

 

 

 

 

 

 

Угол между средним направлением

ветра .и линией

распыле­

ния был близок к 90° почти во всех случаях, так что (источник можно было считать линейным и нормальным к вектору ветра. Анализ результатов на основе полуэмпиричес'кого уравнения диф­ фузии проводился Дунским и др. (1968).

 

Опыты с-тяжелыми частичками, проведенные в США, описа­

ны

Стюартом (1968) *. Стеклянные

сферы

размером от 50 до

200

М'Км выпускались из .источников

высотой

от 7 до 92 м. Для

каждого отдельного опыта распределения частичек по размерам имели очень небольшую дисперсию, так что примесь можно было считать практически однородной. Время действия источника в разных опытах составляло от 4 до '43 мин. Для отбора проб при­ менялись липкие стекла и липкие ленты, расположенные вдоль дуг на разных расстояниях от источника на уровне земли. Обо­ рудование для метеорологических измерений было установлено, на нескольких уровнях расположенной вблизи метеорологической

мачты (высотой 18 м для двух серий и 92

м для третьей). Во

всех случаях, кроме скорости ветра и температурных

градиентов,

измерялись вертикальные и поперечные

пульсации

скорости

ветра.

 

 

Анализ результатов на основе статистической и полуэмпири­ ческой моделей диффузии .приведен в упомянутой работе Стюар­ та, сравнение с результатами других опытов с тяжелыми час­ тичками проводилось Бызовой (1970).

4.2.Опыты с оседающими примесями, проведенные в ИЭМе

4.2.1.Методика опытов

Методика опытов по распространению оседающей примеси в нижнем 300-метровом слое атмосферы описана в работах Алек­ сандровой (1963а, 19636). В атмосферу распылялись частицы полиметилметакрилатного порошка, окрашенные флюоресцирующи­ ми красителями. Частицы имеют правильную сферическую форму

* В этой работе описаны также опыты Хэйджа (.1961) и Уокера (1968).


Таблица 4.6

Распределение частиц по размерам (% числитель) и среднеквадратичные

 

отклонения

(знаменатель)

типичных

составов порошка

 

 

 

 

Размер частиц,

мкм

 

 

 

 

состава

0-45

15-30

30-45

45-60

60-75

75-90

90-105

105-120 л п о - 1 0

1

55,1

27,0

14,6

2,3

 

 

0,2

0

0

10,6

7,7

5,4

3,1

2,3

 

 

 

 

 

2,5

 

 

 

 

 

 

32,9

25,5

29,5

8,6

2,7

1,0

0,2

0

4,4

7,2

5,8

6,1

5,9

3,6

 

 

 

1,4

 

 

 

 

2

3,1

6,6

16,6

51,5

15,8

1,2

0,2

0

1,15

4,8

3,5

6,4

11,0

8,4

 

 

 

0,17

 

 

 

 

о

7,8

4,6

6,7

15,3

50,8

14,3

0,5

0

0,67

о

9,0

2,2

4,5

10

14

 

9,2

 

 

0,09

 

 

 

 

Л

5,2

3,1

5,4

7,1

17.S

42,5

18,2

0,7

0,34

ч

3,7

1,9

2,5

3,0

7,4

11,3

13,6

1,8

0,078

П р и м е ч а н и е . N — число частиц в 1 кг.

и гладкую поверхность. Состав (по числу частиц) типичных исполь­ зованных фракций, выделенных из исходного с помощью сит, пред­ ставлен в табл. 4.6, где дано также среднее количество частиц в 1 кг состава. Каждый порошок перед использованием в опытах проверялся на фракционный состав путем микроскопического ана­ лиза небольших проб. 'Порошки окрашивались различными люминисцирующими красителями, что позволяло проводить одно­

временно несколько опытов,

изменяя при этом один из парамет­

ров — высоту источника,

время его действия или крупность

частиц.

 

Скорость гравитационного оседания частиц определялась по формуле Стокса, а для наиболее крупных частиц — с учетом со­ ответствующей поправки. Значения параметров частиц каждой

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 4.7

 

 

 

Параметры

частиц

порошка

 

 

 

 

 

 

 

Размер

частиц, мкм

 

 

 

 

 

0-15

15-30

30-45

45-60

60-75

75-90

90-100

а с р мкм

10

22,5

37,5

52,5

67,5

82,5

95,5

w

м/с

0,004

0,018

0,048

0,092

0,150

0,227

0,315

N

10-ю

84,9-69,8

11,15

2,96

1,118

0,532

0,291

0,177


фракции (в пределах 15 мкм)

представлены

в табл.

4.7 (здесь

аср — средний

диаметр частиц

данной фракции, w — скорость

гравитационного

оседания при температуре

воздуха

20°, N —

среднее число частиц в 1 кг порошка).

Распыление производилось с помощью специальных устройств, каждое из которых состояло из бункера, воздуходувки, рабочей трубы и регулятора скорости подачи порошка. Распылитель ус­ танавливался на одном из балконов высотной мачты на высоте от

Рис.

4.3.

Схема

пробоотборного полигона:

 

/ — долины небольших речек,

2 линии

раскладки

планшет, 3 —

 

граница

леса, 4 — ближний

полигон

 

 

25 до 300 м, причем рабочая

труба направлялась по возможности

нормально к среднему направлению ветра с

тем, чтобы выбро­

шенная через нее примесь

не попадала

в аэродинамический

след

мачты.

 

 

 

 

 

 

Схема пробоотборного

полигона,

который

использовался

при

•большой высоте источника (до 300 м), показана на рис. 4.3.

Максимальные

расстояния пробоотборных

линий

до

основания

источника составляют

15—20 км. Выбор направления

и

располо­

жения пробоотборных

линий связан с расположением дорог, ма­

гистралей, просек, линий электропередач и отдельных

ориенти­

ров. Характер

подстилающей поверхности

типичен

для

средне-

1 т а



русской местности:' здесь имеются открытые пространства (поля, луга) и лесные массивы. Рельеф полигона достаточно однообраз­

ный— средняя

разность

высот

составляет

10—20

м,

максималь­

ная достигает 50 м и связана

с долинами

небольших'

рек и ручь­

ев. При

высоте

.источника

менее

100 м использовался

ближний

полигон длиной

до 3 км, более однородный по рельефу

и подсти­

лающей

поверхности.

На любом из полигонов

в

каждом

опыте

использовалось обычно

150—200 точек.

 

 

 

 

 

 

Отбор

проб

проводи лея

на уровне земли

с помощью

покры­

тых липкой смазкой

 

планшетов,

сбор

которых

производился

спустя некоторое время

(в зависимости от масштаба

опыта) пос­

ле окончания выпуска примеси. В зимнее время в ряде случаев производился отбор проб снега с определенной площади. Число частиц на планшетах определялось подсчетом их в поле микро­ скопа при небольшом увеличении и ультрафиолетовом облучении. Пробы снега после их таяния перед обсчетом отфильтровывали на бумажные фильтры.

Метеорологические измерения проводились с помощью обору­

дования, установленного

на

высотной

метеорологической

мачте

ИЭМа и на градиентной мачте высотой 8 м.

 

 

 

4.2.2. Описание

результатов

опытов ИЭМа

 

На рис. 4.4. показано

типичное расположение точек пробоот-

борного полигона с указанием около

них

плотности

осадка час­

тиц (в расчете на 0,1 м2 ) и

изолинии этой

величины.

Такая

схема

зоны загрязнения поверхности земли, условно называемая «сле­ дом», являлась основным результатом опыта. В зависимости от крупности частиц и метеорологических условий след может иметь различную конфигурацию. При инверсии он может быть сильно вытянутым и узким, если в опыте использованы сравнительно легкие частицы (рис. 4.5), или представлять собой резко ограни­ ченное по длине и ширине пятно, если частицы были более тя­

желыми

(рис. 4.6). Ось следа

в

среднем

совпадает

с

направле­

нием

вектора ветра, среднего

в слое от поверхности

земли до вы­

соты источника и по времени

его действия. Она слегка

извилиста

и только

в исключительных

случаях бывает

сильно

изогнутой,

как

на рис. 4.7, где это, видимо,

связано

с

влиянием

рельефа

(неглубокой, но хорошо выраженной долины реки) при инверсии.

След,

полученный

одновременно,

но при большей высоте

источ­

ника,

оказался менее изогнутым

(по-видимому, частицы

минова­

ли долину сверху).

 

 

 

По данным схемы зоны загрязнения строились зависимости

осевой

плотности

осадка от расстояния до основания источника

и распределения плотности осадка в поперечном ветру направле­ нии (рис. 4.8) на разных расстояниях от источника. При этом можно было получить следующие параметры следа: х0 — рас­ стояние от проекции источника до зоны максимальной .плотности осадка; ро — максимальную плотность осадка; X — длину сле-

120