Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Felszín – légkör kölcsönhatások Momentum áram, szenzibilis és látens hőáram számítása, szennyező anyagok terjedése Ökotoxikológus MSc, 2014. február 18.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "Felszín – légkör kölcsönhatások Momentum áram, szenzibilis és látens hőáram számítása, szennyező anyagok terjedése Ökotoxikológus MSc, 2014. február 18."— Előadás másolata:

1 Felszín – légkör kölcsönhatások Momentum áram, szenzibilis és látens hőáram számítása, szennyező anyagok terjedése Ökotoxikológus MSc, február 18.

2 Felszín – légkör kölcsönhatások  A legalapvetőbb kölcsönhatás a felszín és a légkör között: a szél, és annak súrlódása a felszínnel.  vektor mennyiség  u, v, w komponensek  3-as természete van:  átlagos szélsebesség (advekció)  periodikus hullámok (főleg éjszaka)  véletlenszerű fluktuációk ( turbulencia !!!  kicserélődési folyamatok)  A légkörben végbemenő folyamatok tanulmányozása komplex tudomány.  rendezettek: portölcsérek, tornádók, hurrikánok  kaotikusak: turbulens áramok

3 Felszín – légkör kölcsönhatások  lamináris áramlás  turbulens áramlás Copyright(C)1980 Y. IRITANI, N. KASAGI and M. HIRATA, All rights reserved.

4 Felszín – légkör kölcsönhatások Turbulens határréteg Lamináris határréteg

5 Felszín – légkör kölcsönhatások  Súrlódás  mechanikai turbulencia  Felhajtó erő  konvektív turbulencia  A légkörben együtt vannak jelen és vesznek részt a felszín és a légkör közötti kicserélődési folyamatokban.    A turbulencia:  nem-lineáris  3D-s  diffúz  átkeveredés  disszipatív  több mérettartományt felölel 3km-től m-ig

6 A hőmérsékleti rétegződés szerepe: Felszín – légkör kölcsönhatások hőmérséklet magasság labilis légrétegződés stabilis légrétegződés

7 Teljesen kormányzott konvekció (neutrális eset) esetén az örvények kör alakúak. Átmérőjük (l) megegyezik a szabad úthosszal (kz). A horizontális és vertikális sebesség fluktuációk megegyeznek a súrlódási sebességgel. Instabil esetben: a vertikális sebesség fluktuációk nagyobb lesznek mint a horizontálisak, mivel az örvénynek horizontális kiterjedése nagyobb lesz, mint a szabad úthossz. Stabil esetben: az örvények horizontális irányban nyúlnak meg

8 Felszín – légkör kölcsönhatások Logaritmikus szélprofil  tapasztalat: a felszín közelében kisebb a szélsebesség.  Könnyen belátható:

9 k: von Kármán konstans (=0.4) u * : súrlódási sebesség, ~ momentum átvitel intenzitásával  Dimenzió analízis segítségével levezethető: a=[m s -1 ] Felszín – légkör kölcsönhatások  z 0 : érdességi magasság: az a magasság, ahol u=0.

10  Magas vegetáció esetén a szélprofil megemelkedik z 0 = érdességi magasság d: 0-pont eltolódási szint d=0.6*h z 0 =0.1*h

11 Felszín – légkör kölcsönhatások z0z0 d

12 A növényzet szerepe: d, z 0 : változik DE u * is változik, hiszen a szélnyírás is változik példa: erdő 30 m magas, fű 0,5 m magas

13 Példa: Példa: Hogyan alakul az u* erdő illetve gyep felett, ha feltesszük, hogy z=40 m magasan ugyanakkora a szélsebesség mindkét esetben. erdőgyep h 30 m 0,5 m d 18 m 0,3 m z0z0z0z0 3 m 0.05 m Vagyis, ha u gyep = u erdő 40 méter magasan, akkor a hányadosuk 1, tehát:

14 Fluxus: 1ségnyi idő alatt 1ségnyi felületen átáramló anyag mennyisége Gradiens: adott mennyiség vmilyen irányú megváltozása Kiiindulás: Fick diffúziós törvénye: K: örvényes diffúzivitás [m 2 s -1 ] Momentum áram: Szenzibilis hőáram: Látens hőáram: Szén-dioxid áram: A gradienseket meg tudjuk mérni, az örvényes diffúzivitást viszont becsülni kell Feltevés: K m =K h =K c =K v (Reynolds-féle hasonlósági elmélet = azonos forrás)

15 3 módszer ismeretes az örvényes diffúzivitás becslésére:  aerodinamikai módszer  energia mérleg módszer  „direkt” módszer  Aerodinamikai módszer Szenzibilis hőáram: Látens hőáram:

16 Ezeket mérjük: u 1, u 2 : a szélsebesség T 1, T 2 : a hőmérséklet, e 1, e 2 : gőznyomás Szenzibilis hőáram: Látens hőáram: (párolgás) Ezeket tudjuk:  : a sűrűség (1,2 kg m -3 ), c p : a levegő hőkapacitása (1005 J kg -1 K -1 ), k: von Kármán féle állandó (0,4),  : pszichrometrikus állandó (0,65 mbar/°C) Ezeket megbecsüljük: z 1, z 2 :a két szint felszín feletti magassága, d: kiszorítási rétegvastagság, (növényzet magasságának 60%-a) Felszín – légkör kölcsönhatások

17  Energia mérleg módszer  Bowen arány módszer: Visszahelyettesítve: Ebből az áramok: Feltesszük, hogy K H =K V  Ennél a módszernél elég 2 szinten mérni a hőmérsékletet és a nedvességet, valamint egy szinten a sugárzási egyenleget.  A rendelkezésre álló energia becsülhető, mint a sugárzási egyenleg 90%-a.

18  Direkt árammérési technika a növényzet és a légkör közötti kölcsönhatás mérésére  Előnye: 24 órás mérés az év minden napján. Mérés 10 Hz-es felbontásban  u,v,w  hőmérséklet  CO 2  vízgőz  ózon  VOC  CH 4  Örvény-kovariancia módszer

19 Szónikus anemométer:  3D szélmezőt méri  Nincsenek mozgó alkatrészei  gyors válaszidejű  3 forrás / 3 detektor (ultrahang)  A kettő közti út megtételéhez szükséges időt méri  u, v, w, hangsebesség  T s

20 Infravörös gázanalizátor (IRGA) A kibocsátott infravörös hullámok abszorpcióját méri. Alul: forrás, fent: detektor Egyéb gyors válaszidejű szenzorok: O 3, CH 4, VOC

21 Adatgyűjtő berendezések és szoftverek

22 Az anyagmegmaradás elve miatt: Tehát: Fluxus: Fluxus: a koncentráció és a vertikális sebesség szorzata Reynolds átlagolás: A jellemző pillanatnyi értéke (A) felírható, egy átlag (A), és az attól való eltérés (A’), az ún. fluktuáció összegeként. átlag fluktuáció

23 Momentumáram: Szenzibilis hőáram: Látens hőáram: CO 2 áram:

24 u: az átlagos szélsebesség z m mérési magasság u * : a súrlódási sebesség K: a von Kármán-féle állandó (értéke 0,4) Footprint – forrásterület:

25 NEE: Net Ecosystem Exchange

26 Szennyező anyagok légköri transzportja

27 Szennyezett levegő: Szennyezett levegő: - ha az állandó összetevőkön (N 2, O 2,, nemes gázok) + H 2 O, CO 2 kívül mást is tartalmaz, vagy - a fentiekből a szokásosnál többet tartalmaz. Szennyező anyagok: Szennyező anyagok:természetes (vulkáni tevékenység, erdőtüzek, porvihar, bomlás, tengeri sók) mesterséges H 2 O: - mennyisége térben, időben jelentősen változik, de hosszútávon egyensúlyban van. - a természets forrásút nem tekintjük légszennyező anyagnak - de pl. az ipari létesítményekből kikerülő gőz légszennyező anyagnak minősül. CO 2 :- természetes: respiráció - mesterséges: fosszilis tüzelőanyagok égetése  szennyezés SO 2 :- szén, olaj 1-3% ként tartalmaz (fűtés) 1000 kg tüzelő anyag  60 kg SO 2 - kis koncentráció, de hosszú ideig CO, NO x, hidrokarbonátok, Pb: közlekedés, fotokémiai rekakciók  O 3 Melyik károsabb?Mesterséges: Melyik károsabb?Mesterséges: kis terület, koncentrált hatás Természetes: Természetes: egyenletes térben eloszlás, kis időbeli változékonyság  lehetőség van alkalmazkodni

28 Légszennyező folyamatok 3 része: - légkörbe kerülés (emisszió) Források típusai: - pontforrás (pl. kémény, kipufogócső, kürtőszáj), - diffúz forrás (félig zárt felületen keresztül, pl. nyitott ablak), - felületi/területi forrás (nagy kibocsátó felület, pl. hulladéklerakó), - mozgó forrás (pl. közúti jármű, repülőgép), - vonalforrás (nyomvonalon haladó mozgó forrás, pl. országút). Attól is függ, hogy honnan nézzük, mivel pl. 1 hulladéklerakó, ha regionális skálán nézzük, pontforrásnak tekinthető, vagy ha nagyon közel vagyunk, egy kémény is lehet felületi forrás. - transzport - kikerülés (imisszió): - kémiai reakció, - száraz ülepedés: turbulens diffúzió, gravitáció - nedves ülepedés: csapadékképződés.

29 Milyen messzire jut a szennyezés? - forrás típusa, - forrás paraméterei: magasság, méret, áramlási sebesség, hőmérséklet, - szennyezőanyag mennyisége, - meteorológiai helyzet. A „felhő” az uralkodó szélirányba továbbítódik (nagyobb örvények), közben pedig keveredik a környező levegővel (kisebb örvények, turbulens diffúzió). Hogyan írható le? - lokális - városi - regionális - kontinentális - globális  kis távolságú transzport: szállítás + turbulens diffúzió  nagy távolságú transzport: szállítás, koncentráció változás: kémiai reakciók, ülepedés

30 Lokális + városi skála - felszínközeli szélviszonyok - hőmérsékleti gradiens Labilis rétegződés (erős besugárzás): intenzív átkeveredés Stabilis rétegződés (nagy a felszín kisugárzása): nincs vagy gyenge átkeveredés

31 Regionális, kontinentális és globális skála - nagy térségű meteorológiai helyzet - a met.-i helyzet időben változik - felszín inhomogenitása - kémiai átalakulások, ülepedés kimosódás Nem a légköri stabilitás, hanem a légtömeg típusa a meghatározó: •Poláris levegő: melegszik, labilissá válik, nagyobb mértékű hígulás •Trópusi levegő: hűl, stabilissá válik •Anticiklon: leszálló légmozgás, inverzió, a szennyező anyag felhalmozódása •Trópusok, közepes szélességek sivatagai: erős labilitás, gyors elszállítódás •Szubtrópusok: leszálló mozgású anticiklonok csak éjjel, vagy kora reggel jellemzőek, így csak akkor van felhalmozódás

32 Feladat: Mennyi a Bowen arány értéke, ha két mérési magasságban (z1 = 71 cm és z2 = 185 cm) a hőmérséklet értéke 17,5°C és 16°C, a gőznyomásé 16 ill. 15 hPa? A szélsebesség 1,25 m/s ill. 1,75 m/s, a kiszorítási rétegvastagság (d) 5 cm. (ρ = 1,2 kg/m3; cp = 1005 J mol-1 K-1; k = 0.4 ) H=137, LE=140


Letölteni ppt "Felszín – légkör kölcsönhatások Momentum áram, szenzibilis és látens hőáram számítása, szennyező anyagok terjedése Ökotoxikológus MSc, 2014. február 18."

Hasonló előadás


Google Hirdetések