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.,

3.2.2. Метеорологические параметры

Интегрирование системы уравнений (3.64) с описанными выше граничными условиями требует задания поля скорости ветра, диффузионных коэффициентов kH и kZ, высоты пограничного слоя и констант, определяющих скорость химических реакций. Все эти величины определяются в зависимости от исходных метеорологических данных с использованием соответствующих методов, эмпирических либо математических моделей. Ниже обсуждаются типичные подходы и приемы по определению указанных входных метеорологических параметров.

Одним из существенных метеорологических элементов, определяющих качество моделирования процессов загрязнения на атмосфере является скорость ветра. При наличии достаточно подробной сети наблюдений за направлением и скоростью ветра на разных высотах и в стандартные метеорологические сроки для определения поля скорости в сеточной области обычно используются различные схемы объективного анализа [38], позволяющие оптимально интерполировать измеренные значения на всю область с сохранением известных физических соотношений. Однако, такие системы наблюдения имеются в настоящее время лишь в эпизодических случаях, поэтому требуется разработка соответствующих численных метеорологических моделей, описывающих динамику течения воздушных масс в типичных метеоусловиях рассматриваемого промышленного района. Интенсивность турбулентной диффузии, как известно, зависит от атмосферной устойчивости. При классификации устойчивости во многих случаях используется стандартная методика Раскуилло-Гиффорда [38] , которая определяет один из шести классов устойчивости в зависимости от скорости ветра, солнечной инсоляции и облачности. Полученные в настоящее время представления и оценки свидетельствуют, что эта методика достаточно субъективна и более менее оправдана при нейтральных метеорологических условиях. Поэтому, при определении диффузионных коэффициентов нами используется другой подход, получивший в последнее время наибольшее распространение, основанный на параметрах устойчивости в приземном слое атмосферы – масштабе длины Обухова-Монина (L) и динамической скорости (U) . Непосредственное измерение этих параметров требует измерения потока тепла измерения не всегда возможны. Параметры L и U можно определить используя значения числа Ричардсона и выражения для профиля скорости и температуры в приземном слое.

В конвективном пограничном слое рост интенсивности турбулентности зависит еще от двух параметров – толщины слоя перемешивания Zi и масштаба скорости конвекции w* , определяемого по формуле:

(3.66)

где k = 0,35.

Окончательное выражение для вертикального коэффициента турбулентного обмена, согласно [38], приводится в табл. 33.

Определение коэффициента горизонтального турбулентного обмена в настоящее время сопряжено со значительными трудностями. Эти вопросы детально
обсуждаются в ряде работ, например в [38]. Однако, как мы это уже отмечали, во многих метеорологических ситуациях транспорт примесей за счет диффузии значительно меньше, чем путем адвекции. В этих случаях доминирующую роль начинает играть «искусственная» вязкость, возникающая в результате дискретной аппроксимации гиперболичных членов в уравнениях (3.64) и распределение концентраций примесей оказывается нечувствительным к выбору конкурентных значений kH.

Таблица 35

Вертикальный турбулентный обмен