Р. Скорер - Аэрогидродинамика окружающей среды (1115254), страница 78
Текст из файла (страница 78)
В случае видимой струи природа этих изменений концентрации может быть обнаружена визуально. С другой стороны, среднее значение за сутки, месяц или год легко может оказаться близким к 0,2, 0,05 или 0,01 от среднего значения, полученного за час или за зрн минуты, на которое могут оказать большое значение факторы, локальные в пространстве и времени. Отношение концентраций для различных периодов осреднения может меняться от случая к случаю. Это делает затруднительным введение максимальной нормы выброса загрязняющих веществ во конкретному источнику. Здравый смысл приводит иногда к совершенно неверному предположению, что существует уровень, до которого загрязняющие вещества могут выбрасываться безо всякого вреда, а вред начинается, когда этот уровень нревышается.
Найти такой уровень, конечно, нельзя: в любом случае его величина будет непрерывно меняться под влиянием различных факторов. Если не использовать большого количества проб, то измерения действительного уровня загрязнения окажутся ненадежными, С другой стороны, полученный при большом количестве проб объем информации окажется гнетуще обширным, если его це обрабатывать на ЭВМ, а как раз на этом (т. е. на машинной обработке) кончается осмысленный подход к задаче.
Непосредственные, живыс наблюдения с небольшим количеством приборов, визуальные наблюдения случаев загрязнения и поведения струй, разумное применение простых принципов естественной аэродинамики не могут быть заменены ничем. Если бы здесь было указано конкретное Время отбора проб, то именно это и было бы воспринято как рекомендация; на самом же леле я хочу дать такую рекомендацию: если не можете глава ьз предложить конкретного времени отбора проб в определенной ситуации, то не надо вообще совезовать ничего по данному вопросу. 10.9. Рассеяние естественных загрязняющих веществ Существует много естественных загрязняющих веществ, образованных пожарами и пылью, которые переносятся на большие расстояния. Подобно фоновым загрязнениям, они вскоре равномерно перемешиваются в определенной части атмосферы, но зто происходит не всегда, Дым лесных пожаров или дым при обработке сельскохозяйственных угодий обычно образуется втакое время года, когда существуют термические конвективпые токи от поверхности земли.
Если дым образуется утром, он хорошо перемешивается в конвективном слое ниже основания облака. Если же он образуется вечером, то может подняться к поверхности конвективного слоя и находиться там всю ночь, поскольку слои внизу устойчиво стратифицированы; тогда на следующее утро он вызовет задымленнс во всем нижнем слое. Воздух выше основания оолаков стратифицирован устойчиво, за исключением случаев, когда он насыщен, и загрязняющие вещества переносятся только башнями кучевых облаков. Когда облако испаряется (что происходит обычно за время около 30 мин), остается башня более высокой влажности и повышенной загрязненности.
Обычно примерно за час опа растягивается в тонкий слой (см. рис. 11.5.7), в котором трудно признать продукт взаимодействия кучевого облака и термической конвекции. Башни дыма можно легко увидеть сразу после того, как испарились кучевые облака, если воздух пнже основания облаков загрязнен сильнее, чем воздух наверху. Глава 11 ОБЛАКА И ОСАДКИ 1!.!. Основныс принципы Прежле всего полезно сформулировать некоторые упрощения, которых мы будем придерживаться прн описании наблюдаемых сложных процессов. Эти упрощения целесообразно использовать, так как н о более важных факторах мы знаем очень мало. Можно хорошо разбираться в термодинамике конденсации и иметь точные уравнения движения, но высокая точность уравнения не имеет смысла, если неточны используемые в них результаты измерений.
Поэтому при решении практических задач некоторые второстепенные механизмы можно исключить из рассмотрения. 1!.1.!. Конденсация В атмосфере всегда имеется достаточное количество частиц, которые игра!от роль ядер конденсации. Действительное число и химическая природа частиц сказываются на возникновении капель разного размера при охлаждении воздуха ниже точки росы, по число частиц всегда достаточно велико, чтобы облако было видимым. Хотя в некоторых случаях, когда относительная влажность лежнт межлу 70 и 100 та, гигроскопические частицы вырастают достаточно болыпнми для того, чтобы уменьшить вилпмость в облаке, они не влияют на движение воздушных масс, пока пе пойдет дождь или не возникнет туман.
Любой, лаже самый большой из возможных, уровень перенасыщения в атмосфере все же слишком мал, чтобы его можно было измерить; измерения или наблюдения пе обнаруживают влияния перенасыщения па плавучесть, за исключением моментов, следующих непосредственно за оледенением (равд. 11.1.7, 11.2.6 и 1!.6.4). 11.1.2.
Радиация Облака, как и снег на земле, излучают как черные тела. Если облако слишком толстое, чтобы быть прозрачным, то его верхняя поверхность излучает в пространство в таком интервале длинноволнового диапазона, в котором энергия не поглощается верхними слоями атмосферы. Водяной пар поглогцаст излучение 428 глхвл и весьма сложным образом: в то времи как для некоторых длин волн энергия почти полностью поглощается в двухметровом слое, в других случаях поглощения практически не происходит. Следовательно, облака заметно выхолаживают воздух на своей верхней поверхности и отдают тепло в пространство приблизительно с той же скоростью, что и подстилающая поверхность в ясную ночь, когда появляется роса или изморозь, С другой стороны, облака, как и снег, нагреваются солнцем очень мало, Почти вся радиация в диапазоне видимого света и в соседних диапазонах волн отражается и рассеивается водяными каплями.
Облака поглощают болыпе солнечной радиации, чем чистый воздух; такое поглошеннс осуществляется не каплями, а паром в облаке. Так как солнечныс лучи при прохождении через облако многократно рассеиваются, их путь оказывается очень большим. Падающее солнечное излучение отражается в пространство или попадает в конечном счете па землю. Количество отражений, которое претерпевает луч, прежде чем покинет облако, меняется от одного-двух в топком облаке до тысяч в толстом. Количество тепла, поглощенного облаком, не равно нулю, но оно много меньше скрытой тепло~ы конденсации, высвобождающейся илн поглощающейся при восходящих и нисходящих токах, масштаб которых мал по сравнению с теми, которые так или нна )с приводят облака в движение.
В сторону Земли облако излучает в длинповолновом диапазоне. Таким образом, благодаря тому, что температура облаков очень близка к температуре подстнлаюц~ей поверхности (по сравнению с темпсратурой космического пространства, которая фактически равна абсолютному нулю), наличие даже тонких облаков ведет к тому, что па Землю возвращается болыпая часть ес длинноволновои радиации. Следовательно, облака очень сильно уменьшают области возникновения заморозков и тумана по ночам. Кроме того, они также заметно уменьшают и потоки излучения, поступающего из космоса, и количество облаков— единственный (кроме снежного покрова) существенный фактор, уменьшающий количество солнечной энергии, поглощаемой Землей.
В то же время облака уменьшают количество уходящего в пространство излучения, так как их температура ниже температуры поверхности Земли, а энергия излучения пропорциональна четвертой степени абсолютной температуры. !1.1.3. Образование облаков Кроме тех случаев, когда водяной пар поступает из источников с высокой температурой (таких как гейзеры, выхлопы самолетных двигателей и промышленные выбросы), основным механизмом образования облачности является адиабатпчсское вы- 429 ОБЛАКА И ОСАДКИ холаживапис поднимающегося воздуха или близость холодной поверхности, вызывающей образование тумана.
форма облаков может меняться в зависимости от движений, которые О1части обусловлены радиационным выхолаживанием в облаке и возникающими в результате силами плавучести. Облака, образованные перемешиванием двух ненасыщенных воздушных масс с различными температурами, являются вторичными в том плане, что в возникновении движения скрытая теплота конденсации особой роли не играет. Таким образом, вихревые циркуляции иногда могут привести к образованию облаков путем такого перемешивапия, а перемешивание холодного воздуха вблизи земли с теплым воздухом, находящимся пад пей и еще пе успевшим остыть под действием поверхности земли, вызывает появление тумана.
Высвобожденная при конденсации таких облаков скрытая теплота пренебрежимо мала по сравнению с довольно медленной потерей тепла за счет радиации. Если принять во внимание неполноту ваших знаний о других, более важных механизмах, конденсация пс столь уж и важна для прогноза или даже просто объяснения образования облаков. 11.1.4. Дождь Образование дождя в большой степени зависит от природы частиц, па которых происходит конденсация (ядер конденсации).
11ебольшос количество крупных гигроскопических частиц диаметром 100 мкм и больше, находящихся между множеством мелких частиц, часто вызывает дождь в результате столкновения частиц разных размеров, имеющих разные скорости падения (см. разд. 2.10). Если спектр размеров частиц невелик (все частицы приблизительно одного размера), то процесс соударений протекает значительно медленнее, особенно если диаметр частиц меньше 20 мкм (равд. 11.6.4). 11.1.5.
Электрические эффекты Несмотря иа то что молния, сопровождаемая громом, выглядит очень эффектно, количество энергии, заключенной в пей, весьма невелико по сравнению с энергией движения в шторме. Гроза с градом, но без молний в энергетическом смысле пе отличается от грозы с молниями в пределах, доступных измерениям, и, хотя грозы с молниями обычно захватывают более обширные территории, это происходит пс из-за наличия молний. Электрические силы сами являются следствием соударения частиц и температурных градиентов внутри ледяных кристаллов; они не вызывают каких-либо эффектов, сравнимых с эффектами, порождаемыми силами плавучести.
Электрическая энергия в этом случае представляет собой просто побочный продукт ГЛАВА Н снл нлавучесги и полей, возникающих при гравитационной сепарации ледяных кристаллов и градин. Маленькие кристаллики увлекаются восходяшнм потоком, приобретая положительный заряд от больших градин, падающих много быстрее. (Градины теплее ледяных кристаллов, так как на поверхности градин собираются переохлажденные капли, которые, переходя в твердую фазу, отдают градинам свою скрытую теплоту таяния.) Ледяные кристаллы отскакивают от градин прн соударении с ними, а температурные градиенты вызывают разделение зарядов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
