8.3 Основні метеорологічні фактори, що обумовлюють рівень забруднення

Спочатку доцільно виділити найбільш загальні і важливі метеорологічні чинники, що сприяють накопиченню або розсіюванню шкідливих домішок в атмосфері. До них відносять:

1. Циркуляційний чинник - загальний розвиток синоптичних процесів як міра здатності провітрювання за різних погодних умов (тип синоптичної ситуації);

2. Вертикальне перемішування - товщина шару змішення, що визначається термічною і динамічною турбулентністю;

3. Середня швидкість перемішування у шарі змішення, а за відсутності цього шару - швидкість вітру біля поверхні землі, як чинник інтенсивності зміни повітряних мас.

Кількість чинників може бути більш великою. Предиктори, що описують ці чинники, визначаються за фактичними та прогностичними (24 і 36 год) синоптичними картами (приземною, АT-850, АТ-925), а також за допомогою фактичних та прогностичних аеросиноптичних матеріалів.

Визначення типу синоптичної ситуації. При малоактивному розвитку процесів і застійних явищах (слабкий вітер) створюються умови, що найбільш сприяють забрудненню. Якщо ж атмосферні процеси активні, то приземні шари повітря швидко очищаються.

Тип синоптичної ситуації оцінюється за фактичною та прогностичною приземними картами. Циркуляційний чинник К_Ц визначається тільки якісно і кодується за табл. 8.1 при прогнозі за комплексними показниками метеорологічних умов забруднення або за табл. 8.2 при використанні альтернативного прогнозу.

Таблиця 8.1 – Типи синоптичних ситуацій з відповідними числовими характеристиками параметру К_Ц

Типи синоптичних ситуацій

КЦ

Малорухомі антициклони і гребені (особливо ті, які поширювалися з півдня), які спостерігаються протягом 1,5 доби та більше. Західна периферія антициклону або гребеня (незалежно від швидкості вітру) при переносі із південно-східного сектору та адвекції тепла. Передня частина циклону (улоговина при переносі із південно-східного сектору, особливо при адвекції тепла). Малорухомий та невеликий за площею циклон, в якому циркулює одна і та ж повітряна маса. Розмиті поля високого та низького тиску з вітром змінних напрямків. Периферії баричних утворень, що спостерігаються протягом 1,5 доби і більше при V ≤ 4 мс-1. Центри або периферії баричних утворень, що спостерігаються менш ніж 1,5 доби при V ≤ 4 мс-1. Центри або периферії баричних утворень будь-якої тривалості при V ≥ 5 мс-1. Швидкорухомі баричні утворення або серія улоговин та гребенів. Ультраполярне або північне вторгнення повітряної маси.

3 4 5 6 7 8 9 10

Визначення товщини шару змішення. Шар змішення – шар, в якому під впливом термодинамічної турбулентності відбувається розподіл шкідливих домішок по вертикалі. Чим цей шар більш тонкий, тим більше в ньому накопичується домішок.

Товщина шару термодинамічного змішення Н_ТД в метрах або гПа розраховується за допомогою аерологічної діаграми: нижня межа шару змішення – поверхня землі. Якщо товщина Н_ТД визначається у гПа, тиск біля поверхні землі не приводять до рівня моря. Якщо приземний тиск береться з прогностичної карти (приведений до рівня моря), то необхідно ввести поправку на висоту станції. Верхня точка шару змішення – точка перетину кривої стану з кривою стратифікації температури.

На поточну добу Н_ТД розраховують за даними радіозонду за строк 00 СГЧ, враховуючи прогностичну максимальну температуру Т_max на добу. Якщо за аерологічною діаграмою визначається будь-яка стратифікація або крива стану проходить не більш ніж на 1 С лівіше ніж крива стратифікації, то верхня межа шару змішення знаходиться на висоті порушення цих умов. Розрахунок Н_ТД за прогностичними кривими стратифікації здійснюють після введення поправок на трансформацію і вертикальні рухи та після врахування впливу вертикальних зсувів вітру.

Інший спосіб обчислення верхньої межі шару змішення (за графіками) запропонований УкрНДГМІ. Для теплого півріччя (рис. 8.1) верхня межа шару змішення визначається за різницею максимальної температури Т_max і температури за 00 СГЧ - Т₀₀. Похилі лінії відповідають різним середнім значенням градієнту температури у шарі від землі до 1,5 км, що визначаються за даними радіозонду за строк 00 СГЧ.

= 1,0 С/100 м

0

Н, км

T_max – T_00, С

Н, км

0,8

0,6

0,4

0,2

0

= 0,8 С/100 м

0,6

0,4

0,2

Рис. 8.1- Графік для прогнозу максимальної товщини шару змішення влітку (а) та в травні і вересні (б) (при на 1,5 км ≥ 1С/100 м).

На вісі ординат знаходиться потрібне значення верхньої межі шару змішення. При наявності піднесених інверсій за верхню межу шару змішення треба прийняти нижню межу цієї інверсії, а у випадку приземної інверсії – змішення відсутнє. Для прогнозу на поточну добу інверсій та їх відсутності використовують рис. 8.2, емпірично отриманий для Києва.

При прогнозі для першої половини доби використовується графік (рис. 8.2 а), який дозволяє за різницею між прогностичною мінімальною температурою Т_min та фактичною за 21 год в шарі 0…500 м (вісь абсцис) отримати висновки при наявність інверсій.

При уточненні прогнозу для другої половини дня (рис. 8.2 б) в якості предикторів використовується різниця між прогностичною (T_max) і фактичною температурами повітря попередньої ночі (T₀₀) та середній градієнт _0-0,5 в шарі 0…500 м за даними нічного радіозонду. Також треба враховувати адвективну зміну температури. Якщо на першу половину дня замість зростання температури внаслідок прогріву очікується адвекція холоду, тобто зниження температури, слід використовувати рис. 8.2 б, навпаки, якщо при прогнозі на другу половину дня очікується адвекція тепла – рис. 8.2 а.

_0-0,5, С

_0-0,5, С

(T_max – T₀₀)_, С

Відсутність інверсій у шарі 0…1 км

78 %

Піднесені інверсії у шарі 0…1 км - 80 %

Приземні інверсії

93 %

(T_min – T₂₁)_, С

Відсутність інверсій у шарі 0…1 км

80 %

Приземні

інверсії

83 %

Піднесені інверсії у шарі 0…1 км - 88 %

Рис. 8.2 - Графік для прогнозу приземних, піднесених інверсій та безінверсійного стану атмосфери у граничному шарі для першої (а) та другої (б) половини доби. Холодне півріччя.

Прогноз уточнюється за цими графіками у випадках, коли значення адвективної зміни температури 3 С. При 3 С за 12 год або при швидкості вітру 8…10 мс^-1 прогноз приземних інверсій за графіками не виконують.

Визначення середньої швидкості вітру у шарі змішення. Середня швидкість вітру у шарі змішення визначається за прогнозованими швидкостями вітру на рівнях – земля, 925 і 850 гПа. При прогнозі на поточну добу припустимо використання даних про фактичний вітер.

Якщо за прогностичною кривою стратифікації Н_ТД близька до ізобаричної поверхні 850 гПа, то розраховують за формулою:

. (8.3)

Якщо межа Н_ТД близька до ізобаричної поверхні 925 гПа, то

. (8.4)

При Н_ТД ≈ 0 враховується тільки прогностичний вітер біля поверхні землі (V_з).