Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

книги из ГПНТБ / Бызова, Н. Л. Рассеяние примеси в пограничном слое атмосферы

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

19.10.2023

Размер:

7.53 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 89 / 209 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 > Следующая >>>

время (классы 4—7) соответствие определения устойчивости по способу V и по способу ПТ с поправкой на снег значительно луч ше, чем без нее.


Кроме того, в способ ПТ можно						внести также	некоторые до
полнительные		улучшения: изменить				соответствие	инсоляционно-
го индекса	и высоты солнца			с тем,		чтобы в средних		широтах
можно было		различать	три класса		неустойчивости,		как в		спосо
бе У; учесть,		что, если	солнце	достаточно высоко,			то даже		п.р.и
полной низкой облачности, но слабом						ветре и хорошей		видимости
возможна	слабая неустойчивость;				отразить нарастание			и	усиле

ние инверсии в течение ночи, учитывая время, прошедшее после

захода солнца. Вариант, в котором			все эти поправки	введены,
представлен	в табл. 3.14—3.16. Сравнение разультатов			определе
ния устойчивости по этому варианту			способа ПТ и по	парамет
ру Б дано	в табл. 3.17. Материал для сравнений соответствовал
разнообразным условиям		облачности,	ветра и подстилающей по
верхности;	переходные	часы суток	(вблизи восхода	и захода

Облачный

покров

(доли)

1,0

0,6-0,9

0,4—0,6

ночью

						Таблица		3.14
Определение		класса		устойчивости			ПТ (ИЭМ)
номер		инсоляционного				класса		п
	День					Ночь
Высота	солн		л	После		захо-
ца, град			л		Да,	г		п
ца, град					Да,	г		п
0-15			1		0--2		—1
15-30			2		2- -7		- 2
30-45			3			7	- 3
45-60			4
>60			5
Определение класса устойчивости по ПТ (ИЭМ)										Таблица		3.15
Определение класса устойчивости по ПТ (ИЭМ)
		радиационный			индекс от
								п
Высота	Видимость, м
облаков, м	Видимость, м			- 3	_2		-1	1	2	3	4	5
				- 3	_2		-1	1	2	3	4	5
<2000		< 1000		0	0		0	0	0	0	0	0
<2000		>1000		0	0		0	1	1	1	1	2
>2000		Любая		0	0		0	1	1	2	3	4
<2000		„		- 1	—1		—1	1	1	. 1	2	3
2000-5000				— 1	—1		- 1	1	1	2	3	4
Любая		»		- 2	- 1		—1


П р и м е ч а н и я :	1. При облачном			покрове	ночью < 0,4,		днем < 0,5, любой
высоте		или 0,6—0,9 верхнего			яруса поправка на			облачность
«е	вводится.
2. При полном			снеговом покрове			после поправки		иа облач
ность		вводится	дополнительная			поправка:	1 заменяется на
—1, все остальные				значения	уменьшаются		на 1.

Таблица 3.16

Определение класса устойчивости по ПТ (ИЭМ)

						т
U м/с		5	4	3	о	1	0	—1	- 2	- 3
		5	4	3	о	1	0	—1	- 2	- 3
	0 - 1,0	1	1	1	2	3	4	6	7	7
1,1-1,5		1	1	1	2	3	4	6	7	7
1,6-2,0		1	1	2	2	3	4	5	6	7
'2,1-2,5		1	1	2	2	3	4	5	6	6
2,6-3,0		1	2	2	3	3	4	5	6	6
3,1-4,5		1	2	2	3	4	4	4	5	6
4,6-5,5		2	2	3	3	4	4	4	5	5
5,6-6,5		2	3	3	3	4	4	4	4	5
6,6—7,5		2	3	3	4	4	4	4	4	5
>	7,5	3	4	4	4	4	4	4	4	4

П р н м е ч а н и е. U — скорость				ветра	на высоте флюгера.
							Таблица	3.17
Сопоставление		классов устойчивости по способу ПТ (ИЭМ)
и	по параметру		Б (в % к общему			числу	случаев Л')
Б			ПТ	(ИЭМ)				N
Б		2	3	4	5	6	7	N
	•	2	3	4	5	6	7
1	2.8	2,5	1,5	0,5				44
2	0,3	5,6	3,8	0,5				62
3		1.3	6,1	2,6				61
4			1.0	7,3	0,2	0,1		52
5		0,5	1.6	4,5	7,2	3,8	0,3	109
6			0,3	2,6	4,5	5,1	2,8	93
7	19	60	0,3	2,0	1,1	10	18	189
N	19	60	89	114	79	115	127	610

солнца)	были исключены. В табл. 3.18 приведено соответствие
классов	устойчивости и разностей температуры в нижнем Л00 мет
ровом слое iAIOO^ или слое инверсии АЛ Т.
Из	табл. 3.14—3.17 видно, что по усложненному варианту

способа 1ПТ (ИЭМ) устойчивость нижнего слоя атмосферы опре деляется по крайней мере не хуже, чем по параметру устойчи вости приземного слоя Б: в табл. 3.17 классы совпадают в 52% •случаев, а в '89% различаются не более чем на единицу;' несов падение знака класса наблюдается только при снеговом покрове

R _ 7 9Q4

														Таблица		3.18
Соответствие		разностей температуры							(ДГю^, AT/,)			классам		устойчивости
по ПТ (ИЭМ) —			а и	по	параметру Б—б (в % к числу случаев каждой
							колонки)
								Класс устойчивости
ДГ град				2			3					5		а	7
	а	0	а		б	а		б	а	б	а	б	a	б	а	б
> Ы	89	85	92	82		54		72	10	11
0,8—1,1	6	10	3		9	8		7	U	13
0 - 0,8	5	5	5		9	11		7	6	17
0—1 (fc< 25м)	—	—	—	—		12		5	36	33	26	£6	5	19	0	4
(Л>25м)	—	—	—	—		5		7	22	20	25	30	12	13	2	1
1—2	--	—		—		7		0	6	2	14	9	12	12	3	7
2 - 5	— —			—		3		2	4	4	17	9	29	19	16	25
5—7											5	7	22	14	31	2S
7—10											9	6	12	13	26	21
>10											4	3	8	10	22	14
N	18	42	G2	54		so		57	123	54	79	10S	113	94	125	186
П р и м е ч а н	ие. ДГ,0 0 =Г(2)—Г(100)							(строки		1—3);		ATh	= T{li)—T(2) (стро
		ки	4—10),		h — высота				верхней границы				приземной		инверсии.
и всего в	3%	случаев.			Различие				распределений				величин		АТТ	и
АЛ Т по классам ПТ				(ИЭМ)			и	классам		Б	статистически				почти	не
значимо.
'Приведем		теперь		самый простой вариант								способа		ПТ,	который

позволяет иметь суждение только о знаке устойчивости. При этом подразумевается наличие трех градаций: неустойчивой страти фикации (н), безразличной (б) и устойчивой (у). Такие упро щенные качественные правила определения устойчивости, состав ленные на основе способа ПТ, выглядят следующим образом:'

1. Ночью стратификация бывает только устойчивой или без различной, днем без снегового покрова — неустойчивой или без различной, при полном снеговом покрове может быть любой.

2. Безразличной стратификация бывает при большом ветре у земли или же при полной низкой облачности в отсутствие снега.

3.Устойчивой стратификация бывает ночью при слабом или умеренном ветре, ясном или почти ясном небе. Если же есть сне говой покров, то также при слабом ветре в отсутствие очень низ ких облаков и тумана.

4.Наличие 'неустойчивости зависит от высоты солнца. При

низком солнце она возможна только при слабых ветрах, и ясном

или почти ясном небе, а при	снеговом покрове в	этих случаях
более вероятна устойчивость.	При средней высоте	солнца, если

небо ясно или почти ясно, неустойчивость бывает при слабых до умеренных ветрах; если пасмурно, но облака высокие или с про

светами,— то	при слабом ветре. При высоком солнце (днем	ле
том в средней	полосе), если небо ясно или почти ясно, она	на

блюдается при слабых до умеренных ветрах. Наконец, при очень высоком солнце (днем летом в южных широтах), если ясно или

Й9

почти

ясно,

она бывает всегда,

если

пасмурно, но облака

вы

сокие

или с

просветами,—при

любом

' ветре,

кроме

сильного.

Табл. 3.19 и 3:20 построены на основе

этих

правил

и пригод

ны для использования не специалистами.

• Таблица

3.19

Упрощенное

определение

характера

устойчивости

(темное время

суток,

сплошная облачность) •

Темное время суток

Ночь и

день

Более половины

неба

все небо

покрыто

облаками

Ясно НЛП

покрыто

Ветер

облаками,

почти

ясно

снегового

снеговой

низкие

облака,

покрова пет

покров

туман

Слабый

(<3

м/с)

Умеренный

(3 - 5

м/с)

»Сильный

( > б

м/с)

Таблица

3.20

Упрощенное

определение

характера

устойчивости

(светлое

время суток)

при разной высоте солнца

Ясно, почти

ясно

Пасмурно, облака

высо

низкие оолака

кого или среднего

яруса

Ветер

с просветами

* 1*

•1

1-2

Слабый

Щб)

Н(У)

Н(б) б

(<3 м/с)

Н(б)

Щб)

Н(б)

Умерен

ный

Щб)

(3—5 м/с)

Сильный

(>6 м/с)

П р и м е ч а н и е . 1—солнце низко,

2 — средняя

высота

солнца (в скобках —

при снеговом

покрове),

3 —солнце

высоко, 4 — солнце

очень

высоко.

В заключение приведем качественные 'характеристики устой

чивости и соответствующие им

значения

. параметров,

принятые

для

классификации

параметров

рассеяния

примеси по

результа

там

опытовИЗМя

(табл. 3.21—3.23). При практическом исполь--

зовании градаций

этих,

таблиц

следует

помнить, . что. .границы

классов в известдой степени условны,, а соответствие между

раз

ными, способами., определения

устойчивости

неполное, причем, наи-

б*

Таблица 3.21

Сооответствне классов и граничных значений параметров устойчивости

Класс
устойчи	I	2	3	4	5	6	7
вости . . . .	I	2	3	4	5	6	7
Тоже по
П Т . . . . 1 2			3	4	5	6	7

Б. . . <-0,015 -0,0149- -0,0050- <0,001 0,0011- 0,011— >0,050

		—0,0051		-0,001		по абсо-		0,010		0,049
						лютиой
						величи
						не
L м . .	<—4	—4	10	-10— \| £ \|>100				10-100		1-10	О
				-100
и. . . .	< - 9 0	—90		25 8		Ы < 8	8-50			50—110	> 110
			—25
а . . . .	2	1,4-2,0		1—1,4	0,6—1,0			0-0,4
								Припод-
				Без	инверсий			иятая ий-
						г		версия
				0,6-1,0 0,4-0,6				0	0,25 <—0,25
				Приподнятая					Приземная
				инверсия					инверсия
Типы
пульса
ций нап
равления
ветра .	2а, 1а	3,2а, За		3,4		5,6		6,2		1
									Таблица 3.22
		•Класс устойчивости п в зависимости от
		скорости ветра на высоте флюгера с/* или
			высоте Л при——— > 1,0						град1\00м
						дг
						Uh	м/с
	иф	м/с
			Л < 100 м			Л > 100 м				п
	<1			<2		<2				,
	1-3			2 - 3,5		2 - 4				2
	3 - 6			3,5—7		4 - 8				3
	>6			>7		>9				4

большие расхождения могут наблюдаться в переходное время

суток,	при влажной земле после дождя, при очень слабом		ветре.
В этих случаях, если требуется		определить устойчивость	слоя
выше	30—40 м, целесообразно	отдавать предпочтение способам,

Я4

основанным на характеристиках разностей температуры и ско рости ветра в 100-метровом слое. Следует помнить также, что соответствие между Б , L и ц. в известной степени зависит от местных условий — шероховатости и уровней измерений.

		Таблица		3.23
Класс устойчивости п в зависимости от высоты
приземной	инверсии hit	ее интенсивности	ДГ и
	скорости
4Г	Л, и	Ветер	л
<0,3	Любая	Любой	4
0,3 - 1,5	я	»	5
1,5—3,0		Не слабый	5
>3,0	<50	Любой	5
1,5—3,0	>50	Слабый	6
3,0—6,0	>50	Любой	6
>6,0	>50	»	7
3.2. Характеристики профилей ветра и диффузии
3.2.1. Характеристики	диффузии	в приземном	слое	атмосферы

В приземном слое атмосферы при безразличном состоянии стратификации, как известно, имеет место логарифмический про филь скорости ветра (1.62), приводящий к соотношениям

		(3.15)
	<и]>=АУ;
где Aj — безразмерные	1	• /*= i l , 2, 3 или х, у , z.
где Aj — безразмерные	множители,	• /*= i l , 2, 3 или х, у , z.
Соотношения (3.15)	позволяют	определить характеристики

диффузии, которые в этом случае имеют вид

°i

A]*z

41^

r i l = J £ _ .	(3.16)
Отметим, что временные м а с ш т а б ы ^ и коэффициенты	диффузии

К определяются вертикальной координатой z и динамической скоростью и.,., в то время как пространственные масштабы XL И i'i — только вертикальной координатой. Коэффициенты турбу лентной диффузии в вертикальном и в горизонтальном направ лении линейно растут с .высотой, так же как и временной масш таб диффузии. "Масштаб сноса xL растет с высотой несколько быстрее.

Для состояний устойчивости, отличных'от безразличной стра тификации, можно воспользоваться соотношениями теории подо бия Монина — Обухова (Монин, Яглом, 1965) и получить анало гичные выражения для характеристик диффузии

хи

^ [ / ( Q - / M / , ( C )

Здесь
	%	oz		J
Ш	=	—	А	(	3	-	1	8	)
безразмерные функции,	характеризующие				пульсации			скорости
ветра, 5j — некоторая константа,			£ = z/L.
При стратификации,	близкой		к безразличной,			можно		восполь

зоваться известным линейным приближением в разложении функ ции cp(£). В предельном случае свободной конвекции с помощью

соответствующих соотношений имеем
	^ ~ е - " 3 ? 2 ' 3 ,	(3.19)
где sq — диссипация	энергии, связанная с потоком	тепла.
Значения входящих	в формулы (3.16) — (3.18) универсальных

функций и численных констант, полученные по результатам из

мерений профилей скорости ветра			и пульсационных	характерис
тик в приземном		слое атмосферы,	можно найти в ряде книг Мо-
. нина	и Яглома	(1965), Ламли и. Панрвского (1966),		Зилитинке-
вича	(1970). Однако пользоваться		ими для расчетов	надо очень

осторожно из-за некоторого разброса, который существенно уве- ''личиШется'Цри'вЬ'звёданйи в степень более единицы. Это приво-

дит к неопределенности расчетных результатов,					в особенности
при умеренной и сильной устойчивости. i-Поэто-му					профили	харак
теристик диффузии, приведенные			на рис. 3.7—ЗЛО и полученные
с помощью таких	безразмерных		эмпирических		функций, надо
считать очень грубыми. Они рассчитывались по формулам						(3.17)
после приведения их к виду
	'и =	— о-, (-,),
						(3.20)
где безразмерные	функции	<МС)	и срЛ7 (С)
		Л?//(С) С		были	приняты	в виде
		«Р (С) — с

\	1	1
во		От
40 -	уу^
-50	уу^	-
		-
20
~Jz£^50	р
wo	300	e u
Рис. 3.7.	Зависимость	вре
менного масштаба xLx		от вы

соты г, рассчитанная по (3.20). Около кривых — значения и.

да-		1	1	1	-V,(3.21)
да-					By
40
					-
20
	JS?	50		1	i
/7				1	i
/7					В0%г с
Рис.	3.8.	Зависимость			времен
ного	масштаба		xLz	от	высоты
г, рассчитанная по (3.20). Око
ло	кривых — значения р.

Геострофический

коэффициент

трения в зависимости от

пара

метра

устойчивости

|ii был взят

по эмпирическим данным

Бызо

вой

и Машковой

(1965),

безразмерные

функции ft (£) и ср(£) —

по

Монину и Яглому (1965)

и Зилитинкевичу (11970). Было

при

нято С[=0,6;

и =0,4; / = Ю- '1 ; Ug=\0

м/с; константа S\ считалась

равной

2,7 для неустойчивой

стратификации и 10 — для устой

чивой.

Рис. 3.7—3.10

дают

представление

о порядке .величин t i v ,

xLz'

k'z в

приземном

слое атмосферы. Наиболее четко за

висимость

от стратификации выражена

для т д v и /<2,

причем при

устойчивости т ; г растет

с высотой

быстрее, чем при

неустойчи

вости; для Kz

же соотношения

обратны.

мож

Для

параметров

диффузии

в вертикальном направлении

но использовать также другие соотношения. Считая, что в пер

вом приближении в этом случае коэффициент диффузии						совпа
дает	с аналогичным	коэффициентом	для	потока тепла	и	коли
чества движения, имеем (Зилитинкевич, 1970)
		уд}.. Z
		(-) = - - .			(3.22)
		? м
При	безразличной	стратификации	из сопоставления		(3.16) и
(3.22)	следует, что между константами Az			и Ci должно	быть со
отношение		А\ = сг.				(3.23)
		А\ = сг.				(3.23)

Рассмотрим теперь безразмерный параметр диффузии b (z), определенный выражением (2.39). Для безразличной стратифи кации в приземном слое атмосферы он имеет вид

	W =	, / 2	•		(3.24)
		\nz:z0
В табл. 3.24 приведены значения <Ь0				для z — 2 и г = 8 м (приб
лизительно высота флюгера)		при разных		z0.	Таблица 3.24
					Таблица 3.24
Значения	Ь0 в зависимости от шероховатости z0 и высоты
		измерения	z
			см
Z м	0,1	2		8	80
	0,1	2		8	80
8	0,018-0,020 0,027-0,031 0,035-0,041 0,070-0,081
2	0,021—0,024 0,035-0,041 0,050—0,060				0,20

Таким образом, этот параметр легко оценить, если известна шероховатость местности; при фиксированной высоте измерения и небольшом диапазоне изменений zQ он меняется мало. Для

оценки параметра b(z) в стратифицированном приземном слое можно использовать, например, аппроксимацию Чаликова (Зилитинкевич, 1970). Зависимость b/b0 от £ при разных .г/г0, рассчитанная таким способом, приведена на рис. 3.11. Для поль зования этим графиком необходимо знать параметр Б, по кото рому определить L и £. Например, для высоты флюгера (г ^ 8 м) при 20 ='8 см или для высоты 2 м при 20 =i2 см значения L приве дены в табл. 3,25 (L| и L 2 соответственно). Отсюда, использовав табл. 3.21, можно получить соответствие между классами устой

чивости и величиной								b/bQ (табл. 3.26).
	7,0			I 1 — 1 — 1				1	1		1	1	1	1	1
	7,0
	5,0
	3,0
	2,0
	1.0															8=В0
	0.7
	0.5
	0.3
	0.1			1	1		1	1	1		1	\	\ \	1 \		I	I	I	I
	O.Of-			0,02 0,03 0,05 0,07 0,10								0,2	0,3	0,5 0.7 1,0		2.0	3.0	5.0 7.0Щ
	Рис. З.И				Зависимость bjb0						от £ = z / L			в приземном слое при разных
								£/£о (значения					около кривых):
				а — неустойчивая					стратификация,					б — устойчивая
																		Таблица		3.25
			Значения			bjb0		в зависимости					от	параметра устойчивости L
					4	10		20		50		100		—100	—СО	- 2 0		—10	- 4
Z.J м .			.		1	2,5		5		12,5		25		—25	—12.5	- 5		- 2 , 5	- 1
1>11>о		•	.	0,01		0,034		0,11		0,28		0,5		1,05	1,1	1,2		2,1	3,8
1>11>о		•
;																		Таблица		3.26
			Значения Ь/Ь0 для разной устойчивости на уровне 8 и 2 м
Класс		устойчивости					7		6			5		4	3		2		1
ЦЬ0	(* =		8 ы) . . . .				0,010		0,01			0,1		1,0	1,10		2,0		4,0	'
bjb0	(2 =		2 ы ) , . .			..	0,010		0,10			0,5		1,0	1,05		1,1		2,0	'

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 89 / 209 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ