Визначення метеорологічних і кліматичних факторів міста Миколаїва (стр. 2 из 3)

2.1 Визначення розподілу температури атмосферного повітря по висоті

Розподіл температури атмосферного повітря по висоті характеризується вертикальним температурним градієнтом, оС/м

де

Дt = tВРn – tВРn-1 - різниця температур повітря на верхньому та нижньому рівнях, оС

Д Z – різниця рівнів, м

– вертикальний температурний градієнт відповідно до кожного рівня висоти

Z1	Z2	Z3	Z4	Z5
Рівні стратифікації	45	150	600	1300	2000
n, оС/100м	-1.5	-1.0	0	0.8	1.7

Визначення розподілу температури по висоті tВР1 чtВР5 проводять за формулою

tВР0 =- 2.8 оС

tВР1 =-[(-1.5∙45)/100] + (-2.8)=-2.1 оС

tВР2 =-[(-1∙105)/100] – 2.1 = -1.05 оС

tВР3 =-[(0∙450)/100] -1.05 = -1.05 оС

tВР4 =-[(0.8∙700)/100] – 1.05= -6.65 оС

tВР5 =-[(1.7∙700)/100] – 6.65 = -18.55 оС

2.2 Побудова графіка кривої стратифікації

Користуючись визначеними даними зміни температури повітря з висотою у заданий період року, будують графік кривої стану атмосферного повітря – кривої стратифікації. На горизонтальній осі координат відкладають значення температур, а на вертикальній – висоту.

2.3 Визначення характеру стану атмосфери

Метод визначення характеру стану атмосфери передбачає порівняння динаміки зміни кривої стратифікації з кривою стану суміші повітря, що адіабатично підіймається.

Крива стану суміші повітря, що адіабатично підіймається характеризується величиною адіабатичного градієнта

а =(Дt/ Дz)∙ 100= 1оС/100м

За даною формулою визначаються температури tВР1 ч tВР5 і будується крива стану суміші повітря, що адіабатично підіймається, відповідно до заданих рівнів z

За даними малюнку проводиться аналіз характеру стану атмосфери на кожному рівні:

z1= 45м (

1= -1.5 1 ‹ 0) – інверсія

z2= 150м (

2 = -1.0 2 ‹ 0) – інверсія

z3= 600м (

3 = 0 ) - ізотрмія

z4= 1300м (

4 = 0.8 4 ‹ а ) – слабо усталена

z5= 2000м (

5 = 1.7 5 ‹ а ) – неусталена

Визначаємо розподіл температури суміші повітря

tВР1 =-[(1∙45)/100] + (-2.8) = -3.25 оС

tВР2 =-[(1∙105) /100] – 3.25 = -4.3 оС

tВР3 =- 450 /100- 4.3 = -8.8 оС

tВР4 =- 700 /100-8.8 = -15.8 оС

tВР5 =-700 /100-15.8 = -22.8 оС

3) Аналіз розподілу водяної пари в атмосфері

3.1 Визначення характеристик вологості повітря

Пружність ( парціальний тиск) водяної пари визначається формулою

де ц – відносна вологість повітря, %, приймається за [1]

Е- тиск насиченої пари

Абсолютна вологість повітря визначається формулою

a=217∙e/Т

де Т= 273 + ta , оК

Питома вологість повітря, г/кг, визначається як

S=622∙ e/p

де р- атмосферний барометричний тиск приймається рівним 1013.3 гПа.

Для умов проекту визначаємо характеристики вологості повітря

ц = 84%= 0.84

Е= 4.97

e = 0.84 ∙ 4.97= 4.17 гПа

a=217∙4.17/(-2.8+273) = 3.3 г/м3

S=622∙ 4.17/1013.3= 2.5 г/кг

3.2 Визначення розподілу вологості повітря по висоті

Розподіл вологості по висоті характеризується величинами відносної цzабо абсолютної azвологості на відповідних рівнях

цz= ez/ Ez∙100%

az= 217∙ ez/ TВР

де ez – парціальний тиск ненасиченого вологого повітря, гПа, на висоті zвизначається за формулою

e= eо∙10-z/6300

Еz – тиск насиченої водяної пари, гПа, при температурі повітря на рівні tВР на висоті z

eо – пружність водяної пари на рівніzо

TВР – температура повітря на відповідних рівнях

Розрахунки розподілу вологості повітря зводяться у таблицю

Висота	tВР	Е	е	ц	а
45	-2,1	5,24	4,1	78%	3,27
150	-1,05	5,68	3,9	68%	3,11
600	-1,05	5,68	3,3	58%	2,63
1300	-6,65	3,72	2,6	70%	2,12
2000	-18,55	1,42	2	100%	1,7

е45= 4.17∙ 10-45/6300 = 4.1 ц45= 4.1/ 5.24 ∙100%= 78%

e150= 4.17∙ 10-150/6300= 3.9 ц150= 3.9/ 5.68 ∙100%= 68%

e600= 4.17∙ 10-600/6300= 3.3 ц600= 3.3/ 5.68 ∙100%= 58%

e1300= 4.17∙ 10-1300/6300= 2.6 ц1300= 2.6/ 3.72 ∙100%= 70%

e2000= 4.17∙ 10-2000/6300=2 ц2000= 2/ 1.42 ∙100%= 100%

a45= 217∙ 4.1/-2.1 +273= 3.27

a150= 217∙3.9 /-1.05 +273= 3.11

a600= 217∙ 3.3/-1.05 +273= 2.63

a1300= 217∙ 2.6/-6.65 +273= 2.12

a2000= 217∙2 /-18.55 +273= 1.7

3.3 Розрахунок умов конденсації водяної пари в атмосферному повітрі

1.При радіаційному охолодженні земної поверхні охолоджується і прилеглий до неї шар повітря, що в багатьох випадках приводить до конденсації водяної пари.

Проводиться розрахунок умов конденсації насиченого волого повітря з температурою tВП=tа , яке охолоджується до температури tох:

Да =авп -аох

де абсолютна вологість насиченого повітря авп чи аох визначається відповідно

авп= 0.8 ∙ Евп /(1+ 0.004 ∙ tВП)

аох= 0.8 ∙ Еох/ (1+ 0.004 ∙ tох)

де Еох – тиск насиченого повітря, охолодженого до температури tох, яка приймається за завданням

tох= tа- (10ч 15 оС)

tох = =2.8 - 11= -13.8 оС

Евп= 4.97

Еох= 2.11

авп= 0.8 ∙ 4.97/(1+ 0.004 ∙(-2.8))= 4.02 г/м3

аох= 0.8 ∙ 2.11/ (1+ 0.004 ∙(-13.8))= 1.79 г/м3

Різниця величин абсолютної вологості насиченого та охолодженого повітря становить

Да = 4.02 – 1.79 = 2.23 г/м3

Таким чином, за таких умов в 1 м3 атмосферного повітря сконденсується 2.23 г/м3 водяної пари

2. Конденсація водяної пари відбувається також при змішуванні двох близьких до стану насичення мас повітря, які мають різну температуру.

Розрахунок кількості водяної пари, що сконденсується і видалиться з повітря, та розрахунок підвищення температури суміші мас повітря виконується в наступній послідовності.

У першому наближенні температура суміші

tСІ =( t1 + t2) / 2

t2 =

- (15 ч 20 оС)

де t1 – температура повітря на рівні z2=150м

t2- температура холодної маси повітря

t2= -1.05 – 16.95= -18оС

tСІ =( -1.05 – 18)/ 2= -9.5

Тиск насиченої пари при t1 і t2 визначається за додатком 1, а їх середнє значення становить

Еср= (Е1+ Е2) /2

Еср= ( 5.68+ 2.98) /2

При температурі суміші tСІ і відповідному значенні тиску насиченої пари Ес надлишок водяної пари становить

ДЕ= Еср- Ес

ДЕ = 4.33 – 2.98= 1.35 ∙ 10-3 гПа

Визначається кількість вологи, г, що видаляється з 1кг надлишку насиченого вологого повітря в процесі конденсації ( питома вологість)

ДS= 622 ∙ДЕ / р

ДS= 622 ∙ 1.35 ∙ 10-3/1013.3= 0.82 ∙ 10-3 г

При конденсації водяної пари виділяється теплота конденсації. ЇЇ питома величина кДж/кг, визначається як

qк = 2500+ 1.806∙ tСІ

qк = 2500+ 1.806∙ (-9.5) = 2483

Загальна кількість теплоти конденсації визначається залежністю

Qк = qк ∙ ДS

Qк = 2483 ∙ 0.82 ∙ 10-3= 2.04

При цьому підвищується температура суміші повітря на величину

Дt=Qк /с

де с = 1.005 кДж/(кг оС) – питома теплоємність повітря при постійному атмосферному тиску

Дt=2.04 /1.005 = 2.03 оС

Остаточно температура повітря, яку набула суміш у ході конденсатоутворення, визначається як

tС = tСІ + Дt

tС = -9.5 + 2.03 = -7.47

Таким чином, при конденсації водяної пари температура суміші підвищується від -9.5 до -7.47 оС

3.4 Визначення рівня конденсації

Рівень конденсації визначається за формулою, м,

Жк= 122 ∙(tа-

)

де tа- середня температура заданого місяця, оС

- температура точки роси оС, на початковому рівні Жо

= - 5.01 оС

Жк= 122 ∙(-2.8- (-5.01)) = 280м

Температура на рівні конденсації при адіабатичному підійманні вологого повітря визначається, як, оС

tк =tа- Жк /100

tк= -2.8- 280/ 100= -5.6

Таким чином рівень Жк= 280м відповідає межі, на якій розпочинає відбуватись конденсаційні процеси і характеризує висоту утворення купчастих хмар над земною поверхнею.

3.5 Визначеня висоти шару перемішуваня

Усталеність примежового шару атмосфери характеризується так званою «висотою шару перемішування», де на розсіювання забруднювачів значною мірою впливає конвективне та турбулентне перемішування.

Висота шару перемішування (рівня конвекції) обумовлюється рівнем, на якому температура насиченої маси повітря tнас , що адіабатично підіймається, досягає температури навколишнього атмосферного повітря tн.п , тобто висота шару перемішування визначається за умови tнас = tн.п . Розрахунок рівня конвекції здійснюється у такій послідовності.