Лекция 2

1. Лекция 2 Модели переноса примесей в атмосфере города

2. План лекции «Модели переноса примесей в атмосфере города» • Основные загрязнители атмосферы города • Факторы, влияющие на качество воздуха в городе • Системы контроля и регулирования качества городского воздуха • Основные подходы моделирования • Обзор кинетических схем образования вторичных загрязнителей. Проблема фотохимического смога • Некоторые результаты моделирования переноса примеси

3. Основные загрязнители атмосферы города • Наблюдения за уровнем загрязнения воздуха в городах Российской Федерации проводятся территориальными органами Федеральной службы России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (Росгидромет). • Сеть мониторинга качества воздуха включает 260 городов, в которых работает 710 станций, регулярные наблюдения Росгидромета проводятся в 226 городах на 649 станциях.

4. пыль диоксид серы оксид углерода диоксид азота, сероводород, сероуглерод, фенол, фторид водорода, хлор, хлорид водорода, аммиак, формальдегид, бенз(а)пирен Основные загрязнители воздуха в городах России

5. Основные загрязнители воздуха в городах России • Оценка качества воздуха в России производится обычно с учетом принятых Минздравом стандартов – предельно допустимых концентраций (ПДК). • Для оценки степени суммарного загрязнения атмосферы рядом веществ в городах России используется комплексный показатель – индекс загрязнения атмосферы (ИЗА):

6. Предельно допустимые концентрации (ПДК) ряда загрязняющих веществ в атмосферном воздухе, мг/куб.м ______________________________________________________________________ Вещество Максимальная Средне- разовая суточная ______________________________________________________________________ Азота двуокись 0,085 0,04 Азота окись 0,4 0,06 Аммиак 0,2 0,04 Бенз(а)пирен - 0,1 мкг/100 куб.м Взвешенные вещества (пыль) 0,5 0,15 Водород хлористый 0,2 0,2 Кислота серная 0,3 0,1 Озон 0,16 0,03 Сажа 0,15 0,01 Сероводород 0,008 - Сероуглерод 0,03 0,005 Серы двуокись 0,5 0,05 Углерода окись 5 3 Фенол 0,01 0,003 Формальдегид 0,035 0,003 Фтористый водород 0,02 0,005 Хлор 0,1 0,03 ------------------------------------------------------------------

7. Индекс загрязнения атмосферы

8. Факторы, влияющие на качество городского воздуха: • ветер: скорость и направление • радиационные и температурные режимы, • свойства поверхности, • атмосферные осадки, • атмосферные явления и др.

9. Направление и сила ветра

10. Стратификация атмосферы Stable – устойчивая Unstable – неустойчивая Neutral - нейтральная

11. Свойства поверхности

12. Системы контроля и регулирования качества воздуха • Площадь Ленина • Ул. Герцена • Ул. Пролетарская • Иркутский тракт • Ул. Вершинина • Ул. Мичурина

13. PM2.5 29/08 10 - 11 10.4  PM10 29/08 10 - 11 19.7  NO2 29/08 10 - 11 28.5  Системы контроля и регулирования качества воздуха http://www.nilu.no В-во дата время мкг/м3 Осло

14. Системы контроля и регулирования качества воздуха http://www.erg.kcl.ac.uk PM2.5 NO2 Лондон

15. Основные подходы моделирования переноса примесей • Модели гауссового типа • Лагранжевы дисперсионные стохастические модели • Модели турбулентной диффузии

16. Модели гауссового типа (модель Паскуилла-Гиффорда) С – концентрация Q – мощность источника H – эффективная высота источника: H=h+H W – скорость ветра при z=H y, z – дисперсии распределения концентрации  - постоянная распада, если примесь неконсервативная

17. Модели гауссового типа (модель Паскуилла-Гиффорда) 100<x<10000м Для определения констант ai, bi, ciрассматривается шесть классов устойчивости атмосферы: A, B,C – сильная, умеренная и слабая неустойчивость, D – нейтральное состояние E,F – слабая и умеренная устойчивость

18. Модели гауссового типа (модель Паскуилла-Гиффорда) H – подъем выброса за счет плавучести w0 – скорость выброса R0 – радиус источника V0 – объемный расход выброса T – перепад температуры Ta – температура атмосферного воздуха

19. Модели гауссового типа (модель Берлянда) Для уравнения при предположении получено аналитическое решение для точечного источника высотой H

20. Лагранжева дисперсионно-стохастическая модель

21. Лагранжева дисперсионно-стохастическая модель - генерируются датчиком случайных чисел

22. Лагранжева дисперсионно-стохастическая модель (учет плавучести примеси) F – плавучесть M – момент количества движения V – объем выброса F=gupR2(Tp-Te)/Tp M=(Te/Tp)upR2wp=Vwp V=(Ta/Tp)upR2 t=0: F=F0, M=M0, V=V0

23. Лагранжева дисперсионно-стохастическая модель(моделирование осаждения) Vd – скорость осаждения; ra – аэродинамическое сопротивление; rb – сопротивление квазиламинарного подслоя; rc – сопротивление поверхности Mi – доля массы выброса; zref – высота, ниже которой возможно сухое осаждение; i – коэффициент влажного осаждения

24. Лагранжева дисперсионно-стохастическая модель

25. Модели турбулентной диффузии . Sc – источники выбросов и осаждение примеси Rc – химические реакции

26. Модели газофазных реакций • Carbon Bond IV (93 реакции между 36 компонентами, 11 фотохимических реакий) • Regional Acid Deposit Model (158 реакций между 57 химическими компонентами, 21 фотохимическая реакция) • KOREM (39 реакций между 20 компонентами) • Generic Reaction Set (10 реакций между 12 компонентами)

27. Модели газофазных реакций(образование тропосферного озона) углеводороды+hv -> углеводороды + радикалы радикалы + NO -> NO2 NO2 + hv -> NO + O3 NO + O3 -> NO2 радикалы + NO2 -> аэрозоли радикалы + SO2 -> аэрозоли

28. Фотохимический смог Загрязнение тропосферы газами обычно приводит к образованию канцерогенного фотохимического тумана, называемого смогом. Термин "смог" впервые был употреблен около 100 лет назад, применительно к жёлтой смеси из дыма и тумана, образующих так называемую "лондонскую гороховую похлёбку". Позже его применяли для характеристики задымлённых или туманных условий в атмосфере, связанных с загрязнением, включая тип смога, наблюдаемый в Лос-Анджелесе, Детройте, Нью-Йорке и возникающий в климатических условиях, весьма отличающихся от тех, при которых характерно появление туманов (лондонский смог).

29. Фотохимический смог в Лос-Анжелесе