Научная электронная библиотека

Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

МОДЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ОБСТАНОВКИ КОМПАНЕНТОВ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ С УЧЕТОМ АТМОСФЕРНЫХ ПРОЦЕССОВ

Айдосов А. , Айдосов Г. А., Заурбеков Н. С.,

4.4.2. Зависимость загрязнения от метеорологических условий

Метеорологические условия – состояние атмосферы в некоторый момент или промежуток времени, обусловленные физическими процессами, происходящими в ней, и характеризуемые определенным сочетанием метеорологических элементов. Последнее зависит от типа синоптической ситуации. Он определяет общие условия циркуляции атмосферы. При малоактивном развитии процессов и застойных явлениях в атмосфере (слабый ветер) складываются наиболее неблагоприятные метеорологические условия, способствующие накоплению вредных примесей. Напротив, если атмосферные процессы активны, то приземные слои воздуха быстро очищаются. Тип синоптической ситуации определяется по картам будущего приземного поля давления заблаговременностью 24 или 36 ч или же по фактической приземной карте.

Важным условием загрязнения атмосферы является перераспределение вредных примесей по вертикали, которое происходит в слое перемешивания под влиянием термодинамической турбулентности. Чем тоньше такой слой, тем в большем количестве в нем будут накапливаться эти примеси.

Толщина слоя перемешивания (НTD) в м или гПА рассчитывается по аэрологическим диаграммам. Верхняя его граница определяется как высота точки пересечения кривой стратификации с кривой состояния. За нижнюю границу слоя перемешивания принимается поверхность земли (если НTD выражено в гПА, то берется давление, не приведенное к уровню моря).

На текущий день толщина слоя перемешивания определяется по аэрологической диаграмме за утренний срок с учетом ожидаемой максимальной температуры воздуха. Хорошие результаты при расчетах НTD дает учет возможного суточного хода температуры у поверхности земли и на высотах. При этом устанавливается, в какой момент начнет появляться (исчезать) слой перемешивания и как будет меняться его толщина. Рассеяние вредных примесей можно ожидать только при наличии мощного слоя перемешивания, сохраняющегося большую часть дня.

В тех случаях, когда на аэрологической диаграмме отмечается безразличная стратификация атмосферы или кривая состояния проходит не более чем на 1 °С левее кривой стратификации, верхняя граница слоя перемешивания находится на той высоте, на которой эти условия нарушаются.

Расчет НTD по прогностическим кривым стратификации на 24 и 36 ч аналогичен расчетам на текущий день, но появляется необходимость учета изменений температуры, вызванных трансформацией, вертикальными движениями и вертикальными сдвигами ветра.

В ряде случаев нижнюю границу приподнятых инверсией можно отождествлять с верхней границей слоев перемешивания, а наличие приземных инверсий – с отсутствием слоев перемешивания.

Для уточнения прогноза на текущий день инверсий и базы инверсионного состояния нижнего слоя атмосферы можно рекомендовать эмпирические графики на рис. 11. Они отражают зависимость состояния нижнего слоя атмосферы до высоты 1 км от степени ночного выхолаживания или дневного прогрева воздуха у поверхности земли и от стратификации атмосферы в нижнем 500-метровом слое перед или в начале охлаждения или прогрева воздуха.

При уточнении прогноза на первую половину дня используется график на рис. 11, а. На оси абсцисс нанесены разности между прогнозируемой минимальной температурой воздуха на предшествующую этому дню ночь и фактической температурой в 21 ч этой же ночи. На оси ординат – средний вертикальный градиент температуры в 21 ч этой же ночи в слое 0–500 м. По значениям этих предикторов определяется ожидаемое состояние нижнего слоя атмосферы. При уточнении прогноза на вторую половину дня используется график на рис. 11, б. При этом предикторами являются разность между прогнозируемой максимальной температурой воздуха на день и фактической температурой воздуха в 3 ч предшествующей ночи (Tmax – T3) и средний вертикальный градиент температуры в слое 0–500 м в 3 ч (γ = 0–0,5). Если при прогнозе на первую половину дня ожидается понижение температуры вместо повышения, то следует пользоваться графиком для второй половины дня. Аналогично, если при прогнозе на вторую половину дня ожидается повышение температуры вместо понижения, то используется график для первой половины дня.

а б

Рис. 11. Графики для прогноза приземных, приподнятых инверсий
ибезинверсионного состояния атмосферы в пограничном слое. Холодный период:
а – первая половина суток; б – вторая половина суток

Уточнение прогнозов по указанным графикам составляются в случаях когда адвективное изменение температуры . При за 12 ч или при скорости ветра более 8–10 м/с прогноз приземных инверсий по графикам не дается.

Средняя скорость ветра в слое перемешивания рассчитывается по данным о прогнозе ветра заданной заблаговременности у поверхности земли и на поверхностях 925 и 850 гПА. При прогнозе на текущий день допустимо использование данных о фактической скорости ветра в исходный срок.

Если, судя по прогностической кривой стратификации, верхняя граница слоя перемешивания толщиной НTD близка к изобарической поверхности 850 гПА, то рассчитывается по формуле:

(4.65)

Если же верхняя граница НTD близка к поверхности 925 гПА, то вместо (4.65) используется формула:

(4.66)

При НTD ~ 0 принимается во внимание только прогностическое значение скорости ветра у поверхности земли (V3).

Учитывая вышеизложенное в наиболее простом виде показатель метеорологических условий загрязнения (KMY3) можно представить в виде суммы:

(4.67)

где KZ – тип синоптической ситуации; KM – параметр, определяемый толщиной слоя перемешивания (НTD);  – параметр, зависящий от средней скорости ветра в этом слое . Если слой перемешивания практически отсутствует, то вместо рассматривается скорость ветра у поверхности земли (V3).