Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Моделирование загрязнения воздуха в условиях бризовой циркуляции

ВАК РФ 11.00.09, Метеорология, климатология, агрометеорология

Автореферат диссертации по теме "Моделирование загрязнения воздуха в условиях бризовой циркуляции"

Р Г iî ОД

1 о Ш6

1>ЕД КРАЛЫ! ЛЯ СЛУЖИЛ РОСС 11)1 ПО "ИДРОМЕТЕОРОЛОГИП И ИП11ИТ01/1НРУ ОКРУЖАЮЩЕМ С№ДЫ

ОГДЕНА ТРУДОВОРП КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГЛАВНАЯ Г..ОЧ>И'.ЗИЧКС1СЛЯ ОРСКРПЛТОПШ ММ.Л.И.Т.Ю1':ИКОГ1Л

ил npnnni: руи^пн-МЕЛИХОВА Лариса Георгиевна1

, УДК 'Ï51.55Г)

' МОДЕЛИРОВАНИИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПП-ЧДУХА

в успотнх игигюйои циркуляции

11,00.09 - метеорология, климатология, агрометеорология

Л итог»?Ферат диссертации на соискании учено» степени {анпил.тта Физико-мптемитччеокч х наук

Сан кт-Петербург

199*5 г,

I'a'jOTU ll"110)i:ieHil В Л.И. Поен кома.

Рлагчой геофизическом обсерватории им

Научные руководители:

доктор Фияико-матемЛтических наук

Генихович 13,Л. доктор Физико-математических наук профессор Керлчнд М.Е.

oMmunotuiue оппоненты:

П" ктор физико-математических наук Орленко Л.Р.

кандидат Г<.осf>G«pКkifC CHX "аук Бурении U,С, !

1 ¡еду щан органкза ции: |'о|:от'1ским государственный гидрометеорологический институт

'ипцита днссертагии состоится ъЛьуСщ^л 199€> года 1

____11А оаседгшии диссертациоаного Сопета Догч.06,0

и Гнойной геофизической обсерватории им. А.И. Воейкова по адресу 1'УЛ'01и. г. Санкт-петсрЗург, ул. Карбышева, 7. Малый зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Главно] геофизической обсерватории,

Автореферат раэослгн " ^f tt-O^/^ 199S года.

Учении секретарь диссертационного сопета,

док-юр географических наук, профессор '/V Q ftj// П.Н.Кобншева

Актуальность темы

. В последнее время как п нашей стране, так и пс> моем мире заметно усилился интерес к проблеме Оризовой циркуляции. Это пвязано с тем, что бризы могут оказывать существенное влияние па погоду в прибрежных районах, а также на экологическую ситуации в прилегающей местности - если поблизости имеются источники выброса вредных веществ.

Бризовая циркуляция возникает на берегу моря или большого озера в теплое время года, когда достаточно велик перепал температуры между водой- и сушей. Термическая, а так -е динамическая неоднородность (скачок шероховатости пода - суша) являются причиной возникновения вблизи рраилцы раздела сред циркуляционного течения воздуха, направленного п нижних споя>: пнем - с моря на сушу (морской бриз), ночью - с суши на море. В случае слабого внешнего переноса бризовые условия могут серьезно влиять на характер переноса и рассеивания примесей, неучет :->того влияния может привести к недооценке зкол.огической ситуации г. л пином районе. Простые инженерные модели загрязнения воздуха, широко использующиеся при принятии решений в области охраны окружающей среды, обычно, основаны на предположении о горизонтальной однородности и (квази)стационарности воздушного ' потопа.

Ь связи с этим -возникает необходимость в разработке моделей, описывающих бризовую циркуляцию и определяемый этой цирк; тяцией перенос атмосферных примесей, а также в изучении влияния бризовых условий на загрязнение воздуха. При проведении практических расчетов, в частности, актуальна задача определения условий,- при которых бриз не оказывает существенного влияния на концентрацию примеси и этим влиянием можно .пренебречь, и тех условий, когда влияние бриза необходимо учитывать при расчете загрязнения.

В связи с этим целью работы является:-

- разработать мезомасштабную модель атмосферного пограничного слоя (АИС) в условиях бризовой циркуляции;

- разработать модель рассеивания примеси при бризе из источника, расположенного на берегу, моря или озера;

исследовать' закономерности температурно-ветрового режима в Српаоинх условиях . г.

'- исследовать закономерности распространения примесей при бризе и оценить влияние брнзовмх -условий на загрязнение воздуха;

Научная новизна работы состоит в следующем:

1. Разработана модель горизонтально-неоднородного нестационарного атмосферного пограничного слоя, пригодная для изучения бризопой циркуляции.

г. С помощью модели исследованы основные закономерности температурно-ветрового режима в прибрежной области.

3. Разработана нестационарная модель диффузии примеси ■ в атмосфере, использующая в качестве входных параметров результаты расчетом по бризовой модели.

4. Изучены закономерности рассеивания примеси в атмосфере в условиях бриза. '

5. Изучены основные особенности распределения приземной концентрации примеси от бесконечного линейного источника в условиях бризовой циркуляции. ■

Теоретическая и практическая ценность работы

Реализован на ЭВМ комплекс алгоритмов .по решению задачи переноса примесей в условиях циркуляционного течения воздушных масс. &ти алгоритмы объединены в дпе численные модели: модель диффузии примеси от бесконечного линейного источника, расположенног > вдоль границы раздала сред (вода-суша) базируется на результатах расчетов полей ветра и температуры, полученных по модели ЛПС в условиях бриза.

Разработанная двумерная модель• ЛПС допускает обобщение на трехмерный случай и может быть использована для решения широкого га садач, связанных с атмосферной циркуляцией, вызванной динамической и термической неоднородностью подстилающей поверхности - например, для изучения влияния острова тепла на температурно-нетровой режим над городом.

Разработанная двумерная модель диффузии от бесконечного

»инертного источника при Ормзе 'гдк«»; может бить оОо'Мценд па грех'мерпып cjiyu.ni, что позволит ионош^огать ее «ля изучения р.дссе ива н и н приноси от тичечиопо 'источника и условиях циркуляциоиноРо точение воздуха.

Основные положения, вшк«:им№' на защиту:

1.Мезомаешта0иая модель горизонтальuр-неоднородного нестлционлрного пограничного cjio-.i атмосферы.

Результаты рассчитанных ни данной модели палии ветра .и гомиердтуры в различное и ром я суток и усл'мшях развития приза.

Модель ПИ'Н'УЖШ UpiUICOlI 1! yCJU>BHS12: ОрИУОВОЙ .цирку .1IJ ЦП и, нецользующач результаты расчетов, проведанных но модели ЛП(\ Ч. Ревультат» раосчи'гошшх но. ди'Ц'узиишкш модели полей Концентрации ириыеси и различное upe и я суток.

i. Оценка возможности применения существуюmuк методик расчета загрязнения воздуха для Срн.;<ових условии.

Лпробация раОоти:

Но теме диссертации оцуОлшсошпю ü печатных раОот. Лптпр иично pu: >аОота.н динамическую и' дмф'М'Зпчпнум модели, принимал участие и постановке задачи, пропел раеч-'ты и осуществил анализ результатов численных ^ксиеримептоп.

Структура и объем работы:

Диссертация состоит из ииедепчя, четы !>•*:- pjun.i, заключения и лшск.1 литературы. ОО-ьен рибитм-ЮЗ страниц машинописного текста, г.! í'um числе ñü рисунки. Список лмтиратури 'Дерлит юз наименования.

■ содктелшж рлр< УП.1

Lio ипедении показана актуальность темы, определены задачи раОотм w чи цели. Приведены ».«еновнио ремультат.п и дано кратко«) наложение глав диссертации.

Первая глава ны-вчщена и ¡i)».>:jh моделирования бризовои циркуляции.

П н.1.1 выполнен критический анализ отечественной и зарубежной литературы по вопросам моделирования бриза. В обзоре рассмотрены тру основных подхода к этой проблеме, применяющиеся в современных исследованиях. Первый подход - модели, основанные на решении систем линеаризованных уравнений движения в атмосферном пограничном .слое аналитическими методами. Пренебрежение нелинейными членами в уравнениях, описывающих вихревое движение воздуха, , является существенным упрощением, и получаемые при этом -количественные характеристики вряд ли Ьюжно считать достаточно падежными. Второй подход - моделирование возникающего вблизи границы раздела вода-сушг термического внутреннего пограничного слоя. Это либо 'модели, осноманнные на решении уравнения переноса тепла с использованием различных полуэмпирических гипотез, либо исследования, в которых предлагаются эмпирические формулы для вычисления высоты внутреннего пограничного слоя. Наконец, третий подход - наиболее общий при моделировании бризовой циркуляции т основан на решениии нелинейной опстемы уравнений мезомасштабного АПС. Именно такой подход I. ^пользовался в настоящей работе.

В п.1.2 приводится описание модели АПС. В общем виде трехмерная система уравнений движения в АПС включает систему уравнений дв.-жемия, уравнение притока, тепла и уравнение неразрывности для пограничного слоя атмосферы над вращающейся землей. В связи с тем, что решение такой задачи связано с большими затратами машинного времени и памяти ЭВМ, автор.; ограничился решением двумерной задачи, предполагающей • постоянство метеохарактеристик вдоль иси, параллельной 'береговой линии. Прообразовав эти' ург мнения' для описания, мезопроцессов . с' использованием приближений Буссинеска, получим систему уравнений для мезомасштабного АПС: '

Ш (3)

Уравнения движения:

£ * * -Ж

Уравнение притока тепла: Уравнение 1(еразрмпности:

+ Ъ^ ± о • *

Эх .1-'

где и.'У.У - проекции скорости ветра на оси Х,У,7. соответственно, г ,<- - иремя,

р ,(?- отклонение лаплення и потенциальной"температуры от

Фонового значении, р ,9- фоновые значения давления и потенциальной температура,

р --¡по,

£ - цлотность позпука, И - универсальная газовая постоянная,

составляющие коэффициента турбулентности для

количества движения, составляющие коэффициента турбулентности плч тепла, и,, .V - составляющие геострофического ветра, а др - параметр плавучести, . ■£ - -параметр 1Сорнолиса, • * = 2 О) ,

у - географическая широта местности, и>- угловая скорость вращения Земли.

Г - градиент фонового значения потенциальной температуры. Сиотема (1) - (5) решается при следующих граничных условиях: ■ v-.v-.vzо, 0' Ч*Г(ХЛ) ; .

7,-Н : У = и ч , , Ч/=0, Р'-О;

к=Ч.Чг: г ;

где 2 о,- параметр шерохоиа'Г'ости,

Н - верхняя граница расчетной области, ^ - Функция, описывающая температуру поверхности, границы области ополь осп X. Ц кмчестйе начальных услоеии были заданы нулевые значений! гс.-.ех

в

переменных.

В п.1.3 разбирается вопрос 00 . определении , характеристик тур'.ГулсмГтности, используемых в уравнениях ""'(1) (4). Задание составляют»;: коэффициента турбулентности для количества движения К^, К^ япляется тажннм и малоисследованным применительно к бризовой задаче вопросом. Из приведенного в работе обюра основных способов задания горизонтальной составляющей ко-ЗДициентг» ' турбулентности, используемых при моделировании бриза, видно, что К*обычно- задается равным постоянной величине, причем в разных работах эта величина принимает разные значения. . Приводится также обзор методов, применяемых в бризовых моделях для задания К^ .

Выбор вертикального профиля К^, используемого в данной работе, был обусловлен требованием согласованности с имеющимися моделями атмосферной диффузии, что привело к заданию, линейного с изломом профиля: '--•'"

Г К. (7. + 2„) ; 2 ч< И К (2) = ' Л • (6)

(к,№' + г0 ) , г > и

где П - высота приземного с.г.оя атмосферы •

Во_второй гладе описен метод реализации модели ' АПС и

представлены основные результаты расчетов по этой модели.

В п.2,1 представлен метод решения системы уравнений гидротермодинамики, составляющих модель АПС. Решение системы уравнений (1)-(5) осуществляется методом расщепления по физическим процессам. На первом полушаге по времени решается система уравнений, описывающих перенос■ субстанции вдоль траекторий, турбулеитны(. . обмен и влияние силы Кориолиса; на втором полушаге осуществляется коррекция полученных полей скорости ветра по давлению и температуре с учетом уравнения неразрывности.

лднехтивно-диффузионные уравнения, решаемые на первом полушаге, были подвергнуты преобразованию, дозволяющему избавиться от адвективных членов с первой производной и свести уравнения .к чисто диффузионным. ' Полученные уравнения решаются методом прогонки с расщеплением по пространственным переменным, для достижения второго порядка точности по времени' применяется схема Кранка-Николсона.

Система уравнений, решаегля на втором полумаге, сводится к уравнению Пуассона для динамической составляющей давления и к двум уравнениям для корректировки составляющих скорости ветра по давлению и температуре. • Решение уравнения Пу,ассона осуществляется прямым методом с использопанием• быстрого преобразования Фурье, Гидростатическая составляющая давления определяется из уравнения гидростатики. < .

Для уменьшения численной 1 неустойчивости решения по мере нестационарного развития процесса к Функциям V, V, V/, О', II был применен двухшаговнй Фильтр, позволяющий сгладить рнергию коротких волн с длиной меньше, чем £лХ:

* 1Х =+-4 С^'-лх ~ + У ■

X* - ч(Ж ~~ ¥" Г-^х-ЛХ 7' ¿¿х + лх)

В п.г.г описано задание входных параметров • модели. Расчеты, производились в области -70 км .¡г X ^ '90 км, ось X направлена перпендикулярно . береговой -линии на суйу, начд'ло координат соответствует границе раздела сред.

Горизонтальная составляющая К х < которая обычно пр-л моделировании бриза принимается постоянной, была тшбрана К^* 10000 м2/с. Выбор такого большого значен!.я К* объясняется необходимс тью подавления счетной вязкости, которая велика в связи.с использованием крупной конечно- разностной сетки по горизонтали.•■ Выбор сетки, п свою очередь, определяется масштабами явления: в данном исследовании был вкбр.эн шаг по- X АХ - 5км. Оценка Кх по Формуле К* = и-лХ дает значения Кх близкие к выбранному значению 10000.

Для • учета большого градиента скорости ветра вблизи подстилающей поверхности, вызванного быстрым ростом коэффициента турбулентности при малых г, было сделано преобразование координат по г - .таким образом, чтобы при задании постоянного тага конечно-разностной "сетки в новых координатах происходило сгущекие узлов у поверхностй: ^

- • ; ■ ' ; , - Г ■

' - * - ¿. К0(2) <7> ■

где - Функция, совпала* дая с над. сушей.

Параметр ше'рбховатости выбирался различным для суши и во/цюи понерхиости. Температура поверхности поды считалась постоянной но времени, суточный ход отклонения температуры .поверхности суши задавался в синусоидальном виде. Шаг по времени. Сил иыОра" равным 10 минут.

С тем, чтобы учесть суточный' ход вертикального коэффициента турбулентлостн К^ , параметр 1С/ в (О) был аппроксимирован характерной зависимостью К/ (L), имеющем максимум, о дневные часы -и минимум - в ночные. иысота приземного слоя атмосферы вычислялась на соотношения /lOf. Составляющие коэффициента турбулентности

дни тилиа были .заданы равными соответствующим составляющим динамического коэффициента турбулентности: КТ), - К* , Ктг:К^'.

Поскольку Оризоная циркуляция наиболее отчетливо проявляется при слабых градиентах ноля давления, в работе рассмотрена ситуация, когда т.-острофичес'кии ветер равен пулю. Параметрами модели, варьирование которых оказывает влияние на результат, являются: Л - суточная амплитуда отклонения температуры почвы; 1' - Финовый градиент потенциальном температуры.

Снизь 1" со средним фоновым градиентом температуры ыыражаеч'ся формулой: Г= Уа - У , где • ¡Гл - адиабатический градиент температуры.

ll.g.'J посвящен анализу результатов расчетов по бризовой модели. Результаты расчета приводится для'.установившегося периодического процесса, решение выходит на периодический режим через 12 часов после начала развития npoi>"cca. Сначала приведены "результаты расчета в случае достаточно .типичной для прибрежного района ситуации: Л-à" , Г:'/ f /кн. Показано, что наиболее сильный морской бриз развивается над берегом. районе 10 часов, на высоте около 'tuи м возникает возвратное течение, скорости в котором существенно слабее, чем в прямом. У ночные часы начинает .развиваться береговой бриз, достигающим максимума к 7 часам утра. Произведено сравнение полученных количественны::, характеристик с результатами натурных наблюдений, показавшее хорошее, соответствие экспериментальных данных и результатов модельнык расчетов. Сравнение результат в, полученных при варьировании входных параметров, показало, что изменение амплитуды А не меняет качественную картину поля ветра, но прямо и^опорционально влияет

ii.'i скорость петра, особенно вблизи береговой линии. При уменьшении фонового градиента температуры г скорость ветра вблизи берега подрастает и.бриз приобретает более Фронтальный характер.

На том же примере Л , Г = 7р/км проведен сравнительный

анализ V-компоненты скорости ветра, параллельной береговой линии. Эта составляющая принимает наибольшие значения в ночные член, а наименьшие - в lO-lü члео.: утра, т.е. в период перестройки бриза с берегового на морской ветровой поток почти параллелен берегу,- что также согласуется с данными натурных экспериментов. Анализ высоты внутреннего пограничного слоя, образующегося над нагретой земной поверхностью в дневные часы, показал, что высота stopo слоя растет- параболически с увеличением расстояния от берега, но на расстоянии больше ЗО км' рост высоты ьнутренняго пограничного слоя резко замедляется н вскоре прекращается.

H третьей главе описано моделирование атмосферной диффузии п. условиях бризовой циркуляции.

В п.3.1 выполнен обзор методов моделирования 'диффузии при бризе. Наибольшее количество работ по моделировании диффузии примеси в прибрежных районах посвящено изучении задымления - на основе, предположения о гауссовском распределении примеси выше внутреннего пограничного слоя. Такой подход позволяет получить ростме Формулы для определения приземной концентрации примеси. Проблема' влияния местного бризового петра на распространение примеси в прибрежных районах изучена гораздо' слабее.

К этой задаче . существует два основных подхода: лагрлнжево моделирование, т.е. отслеживание траектории отдельной частицы, выпущенной из источника, и эйлерово моделирование, т.е. решение осредненного уравнения диффузии. Трудность моделирования диФФузии при бри.зе заключается в том, что брна - явление относительно большого масштаба, и численное моделирование бризпвой циркуляции производят, на крупной сетке. Шаг по горизонтали составляет несколько километров, что не подходит для ■моделирования рассеивания примеси - особенно вблизи источника выброса. Поэтому в случае ойлероиа подхода решйнне уравнения диффузии нужно производить на измельченной сетке, г. использованием значении динамических характеристик ДПС, прон нтерпопировптпг.! тт мелкую

гетку. Такой подход использовался в настоящей работе.

Конечно-разностная сетка по вертикали строилась со сгущением у злой у подстилающей , поверхности и »рлизи источника. По горизонтали таги крупной сетки, на которой решались уравнения АПС, игсочно-нсреривио уменьшаются по мере приближения к источнику. Интерполянйя составляющих скорбсти аетра' с крупной на мелкую сетку осуществлялась двумерными- кубическими сплайнами • -с - условием сохранения массы - т.е. с корректировкой полученных интерполяцией величин по уравнению' неразрывности. ' ■ .

я п.?.а огисывается использовавшаяся диффузионная модель, u u.j.g.l представлено уравнение, диффузии и описан' метод измельчения конечно-разностной сетки для решения диффузионной juu.iMii. В работе осуществлялось численное решение двумерного гесччлцпс)нгт.рного раёнекия . диффузии, описывающего рассеивание примеси от бесконечного линейного источника:

•If^ё-"Ш %* йИ Yx-xsWO <*>•

где <1 - концентрация примеси,

И - 'мощность источника выброса; ■ X s , V. s - пространственные, координаты источника. Ось X направлена перпендикулярна береговой линии, источник вытянут вдоль оси У, т.е. вдоль берега. Граничные условия - обычные "для уравнения диффузии: . • ' ••'••• '

при Z - 7,1,: = л : • . .,'

при 7. - Н : q г о .

при X = L(, Lj: "J" = О, • . .

Начальное условие - "нулевое"; ' . • '

при t - t „ q = О,

где tc - момент "включения" источйиг и'

В п.3.2.2 рассмотрен _ вопрос о, выборе характеристик турбулентности для диффузий. Как и при решении уравнений АПС в случае йризовой задачи,'этот вопрос является наименее изученным. Для вертикальной составляющей коэффициента турбулентности была выбрана та же модел! линейного с. изломом профиля (б), что и при решении уравнений АПС, ■ Однако понятно, что большое аначение Кл, выбранное при моделировании ' бриза с- целью подавить счетную

вязкость, возникающую па крупной горизонтальной сетке1, для Г"-ни-ни .1 диффузионном задачи не подкопит.

В силу изотропности турбулентности I: гтмпсо •■»ре мо-уио счг'Лгп., что К л г 1С,, . Поперечная состаиля.гчцая коэффициента турТ»;'лен тп< -стн Ку вычислялась по формуле: ¡,

К^,- а I 1 . С»)

где а - постоянная, характеризующая размер вихрей нблнгш ,источника выброса, То - дисперсия колебаний направления метра, 1 - длина траектории часчицм, выпущенной из -»сточикка и • движущейся в поле петра, - скорость ветра. В сиучад горизонта л'ьно-однородиого воздушного поток.) траектория невесомой частицы примеси, выпущенной из нет' шика и движущейся в поло ветра, игшпвтея прямой линией, так что 1 ест;, расстояние - от' источника до точ'ки пересечения осп Фнчч-ла с перпендикуляром к ней, восставленный иг> расчетной точки, однако, при бризе происходит искажение метрового потока, и параметр 1 г.з (9) должен вычисляться как длина траектории, .пройдены.чп такой частицей от-' источника до точки пересечения »той траектории с перпендикуляром, опущенным из расчетной точки на .ось факела.

В работе исполт>зуется следующая схема расчета длир.ы траектории примеси. .В каждый момент расчетного времени из источника выпускается Фиктивная "частица", и рассчитывается траектория ее движения в поле ветра, -полученной по брнзовои модели. .".Зплченин составляющих скорости ветра, в точках, не совпадающих с узлами конечно-разностной сетки, вычислялись с помощью двумерной линейной интерполяции,.

1! н.3.3 . описан порядок расчета диффузии принеси с использованием результатов расчета по Оризовой модели. Сначала п.ч крупной сетке решается система. уравнений ЛПС. После того, как решение ныходит на . периодический режим, на диск записываются поп« компонент скорости ветра во .всех . точках расчетной ' сетки за каждый час н теч ние. суток расчетного времени. Далее для каждого часа расчетного времени осуществляется интерполяция поля ветра на

1 ч

мелкую сетку для решения диффузионной задачи. По описанной п н.з.а схеме вычисляется траектория движения в поле ветра пассивной невесомой частицы, выпущенной из источника, и определяется горизонтальная составляющая коэффициента турбулентности. Затем решается уравнение диффузии. Для' промежуточных моментов времени производится линейная интерполяция по времени полей ветра и температуры за предыдущий • и последующий часы, после чего полученное поле ветра интерполируется на мелкую сетку, - на которой затем решается уравнение диффузии, - .

Далее в атом разделе приводятся значения входных параметров, при которых производятся расчеты диффузий примеси. Шаг по времени был выбран равйым 5 минутам. Решение выходит на периодический режим через 12 часов после начала развития процесса- (т.е. "включения" источника). Расчеты производились на компьютере 1ВМ РС АТ, процессор заб. Шаг конечно-разностной сетки по вертикали вблизи источника был выбран равным 1 м. Измельчение горизонтальных тагов сетки производилось, начиная с расстояния' ?5 км от источника; горизонтальный шаг сетки вблизи источника составил 156 м. Мощность источника выброса была задана равной 1000 мг/с. •

В главе 4 описаны основные закономерности Формирования полей концентрации при бризе, полученные в результате численных экспериментов. Анализ полей концентрации выполнен для бесконечного линейного источника, вытянутого вдоль береговой линии.

п.'1.1 рассмотрен суточный ход загрязнения воздуха в условиях бриза. При различной высоте источника максимальная приземная концентрация примеси достигается около 12 часов дня, а минимальная' - в районе 20-82 часов. • - ' .

В пл.г описано вертикальное распределение концентрации! Расчеты показали, ,что в дневные часы вертикальные профили концентрации могут,иметь два максимума: помимо нижнего - на уровне устья источника,- существует еще верхний -в области антибриза. Вертикальное распределение концентрации от источника высотой 300 м хорошо согласуется с результатами экспериментальных наблюдений.

В_и. 4.3 рассматривается приземная концентрации примеси,

являющаяся наиболее важной характеристикой состояния, атмосферного воздуха с точки зрения влияния загрязнения на природу и жизнедеятельность человека. Проводится сравнительный анализ

приземной, концентрации от источников различной высоты. Показано, что распределение приземной концентрации имеет различный вид в разные моменты времени, В вечерние часы примесь распространяется над сушей, максимальное значение приземной концентрации достигается на расстоянии 1,5 - 2 км от Оерега. Иочьм и рано утром, в период развития берегового бриза, примесь рассеивается над водой, в период перестройки воздушного потока с берегового бриза на морской - и 10 - 12 часов - и с морского на береговой -около 22 часов - распределение приз'емиой концентрации аналогично ее распределению в условиях штиля.

В п.4.4- содержатся практические рекомендации по расчету загрмзнения воздуха от аэрационного Фонаря в условиях' брнзоной циркуляции. Эти 'рекомендации сделаны на основе сраппительного анализа концентраций, рассчитанных для брнзових условны, с концентрациями, рассчитанны'ми для тех же условии, но с "выключенным" бризом. Аэрационний Фонарь аппроксимируется" бесконечным линейным источником высотой ЙО м, пцтянутым вдоль береговой линии."

Для моментов расчетного времени 1в ч., 2^ ч. и 'I ч. было произведено сравнение полученных значений приземнои концентрации от источника высотой 20 м при бриэе с численным и аналитическим решениями уравнения диффузии дця случая горизонталыю-о<дпоро7и1лго воздушного потока. Скорость ветра на высоте флюгера = 10 н принималась равцой горизонтальной составляющей скорости ветра, полученной при расчетах по бризовой модели вблизи береговой линии. При численном расчете без бриза задавался логарифмический по высоте профиль скорости ветра; аналитическое решение предполагает степенной профиль скорости ветра. Концентрация, рассчитанная на момент 12 часов, сравнивалась -с аналитическим решением уравнения диффузии для случая штиля. Анализ сравнительных расчетов показал, что бризовые условия оказывают наибольшее влияние на распределение концентрации ' в период развития морского и берегового бриза, т.е. п 1Ъ часов и в 4 часа. В это время приземная концентрация вблизи источника возрастает за счет бриза в 1,3 - 1,4. раза. Л РЛ часа, когда вертикальные движения воздушного потока слабо выражены, распределейие приземной концентрации практически но отличается от соответствующего распределения й случае горизонтально-однородного

т>т]-ы. это позволяет сделать вывод, что при расчете концентрации приноси от аэрациокного фонаря в условиях бризовой циркуляции в дневное время с 14 ч. до 20 ч. и в ночное вре'мя с г ч. ш 6 ч. необходимо учитывать влияние бриза, приводящее к возрастанию приземной концентрации загрязняющих веществ.

И заключении кратко сформулированы основные ' выводы

днссерта ц и они о й работы. " . •

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

I. Разработана мезомасштабная модель горизонтально-неоднородного, нестационарного, негидростатического пограничного слоя атмосферы, эта модель была ..рименеиа для исследования бризовой циркуляции в у.лоииях нулевого геострофического ветра. Численная реализация модели включоет наиболее устойчивые и точные алгоритмы, что позволяет выйти на периодическое решение, не зависящее от начальных условий. Проверка на экспериментальном материале наказала удовлетворительное согласование с данными натурных экспериментов. - •

г. Исследованы основные закономерности температурно-ветрового режима в условиях бризовой циркуляции,

3. Разработана модель диФФузии. примеси в условиях бриза. Численный алгоритм включает интерполяцию поля ветра, полученного в результате расчетов по бризовой модели, на более мелкую сетку при условии.сохранения массы. ;

'к Исследованы основные закономерности распространения примеси при бризе в различные моменты расчетного времени.

ь. Исследовано влияние бризовых условий на распределение приземной концентрации. Даны практические рекомендации по расчету приземной концентрации примеси от аэрационного фонаря в условиях бризовой цирку яции. ' ' .

Содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Мелихова Л.Г., Рапикевич В.М. Теория подобия для приземного слоя атмосферы // Метеорологические пробно;. Сборник научных трудов (межвузовский).- СПб: РГГИИ,- 1992.- С.56-66

2. Мелихова JI.Г. Моделирование атмосферной диФФулии методом Монте-Карло.-материалы конф. мол, ученых и спец. ГГО им,Лг,р:'п о-;.-., Л., ъ-e апреля 19в7г.-Л.:ГГО.-19йй. Доп. • в ИЦ ИИН Я ГМ !1 ■цд, 14. оз. ар, N7G4-PM Ра

3. Мелихова.' Л.Г, Исследование зависимости приземных киннрмтр.чт.'. "> от изменения скорости ветра и коэффициента турбулентности подстилающей поверхности. Материалы конф. мол. ученых и ггк-ц. :'Ps' им.Воейкова, Л., 21-25 апреля 19вбг.- Л.: ГГО,- 19в7, доп. ВНИИГМИ-МЦД, 11.03.97, N622-PM67

4. Кротова И.А., Мелихова Л.Г. bong-term ' average air pollution over cities: operative- calculation techniqtie for elevated sources. 20-th International Technical Meeting on .Mr 1'oIIiHum ModelllnR .and its Application. -Valencia, Spain, Uov.?,9-li. 1493.

Ь. Мелихова Л.Г. Изучение 'бризовой циркуляции с помощью модели пограничного слоя атмосферы. Меквузовскт'1 сборник научны'.-, тру/".г Пермского Университета, в печати.