Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Исследование влияния метеорологических условий на формирование режима загрязнения большого города и его окрестностей Йед Ибрагим Салих

Исследование влияния метеорологических условий на формирование режима загрязнения большого города и его окрестностей
<
Исследование влияния метеорологических условий на формирование режима загрязнения большого города и его окрестностей Исследование влияния метеорологических условий на формирование режима загрязнения большого города и его окрестностей Исследование влияния метеорологических условий на формирование режима загрязнения большого города и его окрестностей Исследование влияния метеорологических условий на формирование режима загрязнения большого города и его окрестностей Исследование влияния метеорологических условий на формирование режима загрязнения большого города и его окрестностей Исследование влияния метеорологических условий на формирование режима загрязнения большого города и его окрестностей Исследование влияния метеорологических условий на формирование режима загрязнения большого города и его окрестностей
>

Данный автореферат диссертации должен поступить в библиотеки в ближайшее время
Уведомить о поступлении

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - 240 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья

Йед Ибрагим Салих. Исследование влияния метеорологических условий на формирование режима загрязнения большого города и его окрестностей : ил РГБ ОД 61:85-1/2042

Содержание к диссертации

Введение

1. Основные положения теории диффузии и особенности загрязнения воздуха в пограничном слое атмосферы 8

1.1. Общая характеристика загрязнения воздуха в нижнем слое атмосферы

1.2. Основные положения теории турбулентной диффузии примеси в атмосфере 10

1.3. Основные направления моделирования распро странения примеси в районе города 31

2. Некоторые данные об уровне загрязнения воздушного бассейна в различных городах сар и возможности его прогноза 20

2.1. Характеристика состояния загрязненности воздуха города Дамаска по данным измерений 20

3. Численное моделирование переноса примеси в окрестности большого города на основе стационарной и горизонтально-однородной модели 50

3.1. Модель атмосферного пограничного слоя в стационарных и горизонтально-однородных условиях 50

3.2. Постановка задачи о диффузии примеси в окрестности большого города 54

3.3. Параметризация термических инверсий в модели атмосферного пограничного слоя 55

3.4. Численная реализация модели на ЭВМ 59

3.5. Анализ результатов проведенных численных экспериментов 80

4. Моделирование процессов переноса примеси в условиях гошзонтально-неоднородной подстилащей поверхности 104

4.1. Постановка задачи 104

4.2. Численная реализация модели 112

4.3. Анализ результатов численных экспериментов

4.4. Решение задачи переноса примеси в районе города с учетом его термических особенностей 125

4.5. Анализ результатов численных экспериментов 128

5. Упрощенная модель переноса примесей в окрестности большого города 135

5.1. Постановка задачи и описание модели 135

5.2. Численные эксперименты и анализ результатов расчета 141

Заключение 153

Список литературы 157

Введение к работе

В связи с интенсивным ростом количества антропогенных выбросов в атмосферу и связанным с этим колосальним ущербом окружающей природной среде в последние десятилетия возрос и интерес к изучению данной проблемы.

В условиях Сирийской Арабской республики (САР) изучение вопросов загрязнения атмосферы стало сегодня одной из важных задач, актуальность которой возрастает параллельно с нарастанием темпа промышленного производства и укрупнением городов республики, как по площади, так и по населению в них. В связи с ростом населения увеличивается и численность автотранспорта, который работает в нашей стране исключительно на двигателях внутреннего сгорания. Данное обстоятельство, даже без учета заводских промышленных выбросов, при неблагоприятных метеорологических условиях может привести к накоплению огромного количества вредных примесей и газов в воздушном бассейне боль -ших городов. Исследование состояния загрязненности городов преобретает особый интерес в связи с размещением в них мате -риальных и культурных ценностей, не говоря уже о здоровье людей, забота о котором имеет первостепенную важность.

Таким образом, изучение состояния загрязненности городов, установление закономерности распространения примесей в городской атмосфере, а также установление в дальнейшем связей между санитарным состоянием городского воздуха и метеорольгичес-кими условиями в целом, является очень важным и актуальным вопросом в метеорологических исследованиях.

Как известно, значения концентрации примеси у поверхности при равных условиях выброса, могут быть самыми различными под действием метеорологических факторов. Такое заключение вполне очевидно, так как перенос газообразных и аэрозольных примесей в атмосфере полностью определяется структурой воздушного по -тока.

Антропогенное загрязнение существенно не только в самом городе, но и в окрестности его. Как известно, примесь вымывается из воздуха осадками, выпадает на почву и растительность в сельскохозяйственной местности вблизи от города. Это приводит к повышению степени загрязненности сельхозпродукции, что может иметь значительные последствия для здоровья людей.

Исследование закономерности распространения примеси в районе города может быть полезным в проектных работах по расширению площади города, в строительстве новых предприятий и реше -нии задач контроля загрязнения окружающей среды. Несмотря на интенсивные экспериментальные исследования, проводимые в не -лом ряде как советских научно-исследовательских организациях СГТО, ИЭМ), так и в зарубежных исследовательских центрах, их практическое использование связано в первую очередь с трудностями систематизации результатов измерений, проводимых в широком диапазоне метеоусловий. Результаты исследований мезострук-туры поля концентрации в районе большого города мало освещены в литературе. В настоящей работе рассматриваются указанные выше вопросы, с применением несложных моделей атмосферных процессов.

Особое место занимает изучение влияния неблагоприятных ме -теорологических условий и, в частности, приподнятой и приземной инверсий на определение степени загрязненности в зоне города

и его окрестности. При этом предлагаемые модели должны обла -дать свойством оперативности в целях их дальнейшего применения в рамках Системы Автоматизированного Контроля Загрязнения Ат -мосферы (САКЗА). Другими словами, эти модели должны быть pea -лизуемыми на микро ЭВМ, входящих в состав такого рода комплексов.

В первой главе данной работы излагаются основные положения теории атмосферной диффузии и основные известные модели расчета характеристик пограничного слоя атмосферы. При этом дается их критическая оценка и анализируются разные способы моделирования распространения примеси в атмосфере.

Во второй главе приводятся некоторые статистические характеристики загрязненности воэ,пуха в городе Дамаске. Иссле,пует-ся суточный ход концентрации примеси и дается его интерпретация применительно к местным условиям. Такого рода исследова -ния выполняются впервые для нашей страны.

В третьей главе для определения коэффициентов уравнения диффузии используется достаточно простая модель атмосферного пограничного слоя (АПС) в условиях стационарности и горизон -тальной однородности. В систему АПС включается уравнение баланса энергии турбулентности, которое связывает и учитывает основные способы генерации энергии турбулентности и их взаи -мообусловленность. Учет влияния стратификации при этом производится посредством задания профиля градиента потенциальной температуры. В данной работе предлагается достаточно удобная параметризация приподнятой инверсии. Получены важные выводы о влиянии параметров инверсии на формирование поля концентрации примеси в районе города.

В четвертой главе численно интегрируется система ДОС в условиях горизонтальной неоднородности подстилающей поверхности. Иеследзуется поле концентрации примеси, динамические и терми -ческие характеристики в пограничном слое , особенно, в пере -ходной области.

В пятой главе предлагается простая и практичная модель переноса примеси в городе в условиях устойчивой стратификации. Для коэффициента турбулентности и ветра используются модифицированные исправлено-логарифмические выражения, которые согла -суются с выводами теории подобия и размерности. Данная модель была реализована на ЭВМ системы EC-I022. Составленные автором программы занимают по объему памяти не больше 16 к и могут быть реализованы на микро ЭВМ. Предложенные модели могут быть использованы для некоторых промышленных городов САР, таких как Хумес, Алеппо и, с некоторым приближением, для Дамаска.

Основные положения теории турбулентной диффузии примеси в атмосфере

В последнее десятилетие было опубликовано огромное коли -чество работ, посвященных вопросам связи метеорологических условий и состояния атмосферы в целом с закономерностями распространения примесей, как в микро- и мезо-, так и в макро-масштабах (см.,например, 5, 17, 28 ). В настоящей работе основное внимание уделяется изучению процессов переноса и перераспределения примеси в мезомасштабе, в данном случае в пределах воз-діушного бассейна большого города.

В связи с этим следует отметить, что в городском воздухе присутствует большое количество частиц, газов и разного рода аэрозолей, которые активно участвуют в процессе загрязнения воздуха [ 60, 65, 73, 74, 78, 88, 104, 170 1 .

Антропогенные выбросы частиц главным образом связаны с процессами жизнедеятельности человека (горение, промышленное производство, строительство сооружений и других видов хозяйственной деятельности).

Особый интерес представляет присутствие в воздухе различ -ных соединений серы, окислов углерода, углеводорода, окислов азота и ряда других вторичных примесей. Основным источником соединений серы Su и пго является сжигание топлива, содержащего серу (каменный уголь, мазут) на тепловых электро -станциях и нефтеочистительных предприятиях. Окислы углерода поступают в результате неполного сгорания топлива на автотранспорте.

Углекислый газ СОр часто не рассматривается как загрязняю щее вещество, поскольку он является необходимым элементом для процесса жизнедеятельности. Он поступает в атмосферу при полном сгорании топлива в присутствии достаточного количества кислорода. В целом, рост и накопление этой примеси в глобальном масш -табе может оказаться на балансе дяиноволновой радиации и,тем самым, на климате в целом.

Углеводороды (НС ) в основном поступают в атмосферу за счет естественного гниения растений. Однако основным антропогенным его источником является сгорание жидкого топлива и испарение бензина. Углекислый газ и окись углерода поступают главным об -разом от автомашин, где их концентрация наибольшая на магистралях с интенсивным потоком движения автотранспорта. Что каса -ется углеводорода НС , то основная вредность его определяется потенциальной способностью участия в образовании фотохимического смога.

Окислы азота N их , в основном имеют природное происхождение, связанное с гниением органических веществ, а его антропогенное происхождение также связано со сжиганием топлива.

Вопросы трансформации примесей в городском воздухе рассмотрены во многих работах (см.,например, [ 78, 104, 122, 143, 147, 168 . Здесь следует, однако, заметить, что химические процессы в городском воздухе представляющем собой хаотическую смесь разных химических веществ еще до сих пор детально не изучены.

Как известно 58, 71, 73, 78, 104, 129, 151J , загрязнение воздуха активно влияет на формирование микроклимата региона. В [78] указывается,что аэрозольные частицы с радиусом Т— Імкм, активно участвуют в образовании облаков и туманов в качестве центров гетерогенных фазовых переходов воды в атмосфере. Сог ласно [71, 73j примесь в городском воздухе способствует ослаблению потока солнечной радиации на 10-25% в г.Ленинграде. Когда фактор мутности в самом городе составляет в среднем 3.6-3.8, то в окрестности города он равен 2.8-3.0 (в летних условиях).

В городе Киеве [ 58] интегральная мутность в среднем за год на 10 больше, чем в пригороде (Борисполь). Подобные выводы были получены многими другими исследователями 78, I29J .

Среди различных по форме видов источников примеси наиболее полно изучены точечные, представляющие собой, как правило, заводские трубы, которые могут выбрасывать очень сконцентрированные и вредные примеси. Шоссейные дороги с интенсивным движением машин часто рассматриваются как линейные источники. При этом предполагается, что суммирование автомобильных выбросов от отдельных машин образует непрерывное поступление примесей в ат -мосферу по всей длине трассы. Выбросы всех промышленных пред -приятии и автотранспорта в городе в целом служат хорошим примером площадного источника.

До настоящего времени существует огромное количество работ, посвященных исследованию загрязнения от точечных и линейных источников (см.,например, [16, 17, 27, 28] ). Несколько в меньшей степени изучен вопрос рассеивания загрязнения в атмосфере большого города. Ниже (п. 2 и 3) дается анализ используемых методов исследования загрязнения от источников разного рода. Обсуждается такне степень обоснованности тех или иных используемых методов.

Основные направления моделирования распро странения примеси в районе города

Изучение процесса распределения примеси в воздушном бассейне города несомненно является достаточно сложной задачей. Трудности здесь связаны с характером источников в городе, их разнообразием и пространственным распределением по всей площади города. Кроме того, задача осложняется характером шероховатости города, распределением строений и рельефа местности в целом. С другой стороны, учет взаимодействия указанных выше факторов с метеорологическими условиями повышает степень сложности рассматриваемой задачи. Хотя вклад отдельных источников может оказаться сравнительно небольшим, их интеграция приводит к созданию высокого уровня загрязнения воздуха в городе. Одним из примеров суммирования источников служит эффект влияния выбро -сов автомашин. Все это приводит к образованию в городах обширного облака примесей, обладающего сложной структурой и соста -вом. Благодаря крупным частицам в этом облаке при приближении к крупным городам отчетливо наблюдается городская "шапка дама". Городской факел загрязнения переносится потоком воздуха за пределы города и простирается на несколько сотен километров 17,21,86 J . Городское загрязнение имеет вполне ощутимое влияние на загородную местность. Способствуя изменению состава воздуха в резулььате взаимодействия с метеорологическими факторами, загрязнение может содействовать не только ухудшению видимости при образовании туманов, но и непосредственно участвовать в загрязнении местности в целом при вымывании и осажде нии этих примесей. Жители городов вполне реально подвержены негативным воздействиям загрязнений разного рода. Например через пищу они могут получить определенную дозу химических составов, не говоря уже о значительных дозах, получаемых в городе -ком воздухе прямым попаданием в органы дыхания и зрения [32J . Сегодня нет сомнений в том, что аэрозоли и другая антропогенная примесь помимо их существенного влияния на оптические свойства атмосферы [71,78,128] принимают активное участие в образовании туманов и низких облаков. Установление закономерностей распространения примеси в городе и за его пределами в связи с процессами туманообразования имеет важное практическое значе -ние. Так, например, в пригородной зоне туман может рассматриваться как важный фактор, препятствующий появлению заморозков. Рассматривая негативные эффекты загрязнения в окрестности городов, в первую очередь можно указать на осаждение всякого рода вредных химических соединений на . растительность и на дея -тельный слой почвы в целом. Далее механизм передачи этих веществ в организм человека очевиден. С другой стороны, ухудшение видимости за счет присутствия примеси в воздухе, как уже отмечалось ранее, оказывает большое влияние на ритмичность воздушных сообщений, поскольку аэропорты находятся, как правило, в окрестностях городов. Таким образом, исследование про -цесса диффузии и распространение примеси в городе и его окрестности, полученные при этом выводы и заключения могут найти место при решении различных задач, связанных с загрязнением атмосферы и охраны природы в целом.

Следует обратить внимание на особенности изучения вертикального распределения примеси в городском факеле и, особенно, над самим городом. Важность данного вопроса связана с установлением закономерностей распространения примесей в зависимости от метеорологических условий. Результаты и выводы такого рода исследований могут найти применение при решении целого ряда важных практических задач и, прежде всего, для совершенствова -ния методов прогноза уровня загрязненности города в целом, а также при нормировании количества выбросов в воздушный бассейн города.

Экспериментальные и теоретические исследования пространственного распределения примеси в воздушном пространстве города были выполнены в ряде работ (см.,например, [ 15,17,31,98]). В целом, рассматривая город как площадной источник, очевидно,что концентрация примеси с высотой здесь будет падать и поток примеси из города будет положительным и направленным вверх. Такое представление подтверждается экспериментально[15 J. Если рас -сматривать город в качестве источника, то за пределами города с подветренной его стороны концентрация примеси с высотой вначале возрастает, а после достижения максимума начинает снижаться. При этом к земной поверхности за пределами города примесь поступает из атмосферы за счет гравитационного оседания или, для невесомой примеси, только в результате турбулентного обмена и диффузии. При этом турбулентный поток примеси направлен вниз и имеет отрицательное значение. Такое качественное описание вертикального профиля концентрации получено экспериментально [98 ]. В разделе I.I рассматривался вопрос о влиянии загрязнения воздуха на оптические и тепловые характеристики атмосферы. В условиях города это влияние имеет несколько специфические особенности, связанные с образованием в городе своего микроклимата, который во многом отличается от .микроклимата окружающей сельской местности. Такое различие приводит к образованию так называемого городского "острова тепла". Он выражен контрастом температуры между городом и окружающей его местностью. В создании такого острова тепла участвуют различные факторы и каждый из них имеет определенное значение. В целом возникновение острова тепла обусловлено следующими обстоятельствами [14,17,65,71,88,153 ] : - увеличение приходящей радиации на деятельную поверхность в городе за счет большого поглощения уходящей длинноволновой радиации и противоизлучения загрязненной атмосферы; - ослабление эффективного излучения городской застройки за счет ограниченной открытости небосклона; - увеличение поглощения коротковолновой радиации вследствие влияния сложной шероховатости города на уменьшение альбедо; - большие запасы тепла, приобретаемые городом в дневное время благодаря его тепловым характеристикам и расход этих запасов ночью; - уменьшение затрат тепла на испарение из-за сравнительно небольшого количества растительности в городе;

Постановка задачи о диффузии примеси в окрестности большого города

В данном разделе город рассматривается как источник примеси, однородный в поперечном потоку направлении. При этом уравнение переноса примеси для установившегося процесса диффузии принимает вид: где пренебрегается переносом примеси вдоль границы города,т.е. по направлению оси "У". За городом, по направлению приземного переноса "X", шероховатость " ї0" предполагается близкой к шероховатости самого города за счет, например, наличия растительности. Коэффициенты, входящие в уравнение (3.2.1) И , К -определяются из решения системы уравнений динамики атмосферного пограничного слоя (АПС) (3.1.1)-(3.1.4),(3.1.7) с учетом (3.1.9) и (3.I.II). Скорость гравитационного оседания тяжелой примеси, рассчитывается по формуле Стокса (1.2.29). Численное интегрирование (3.2.1) выполняется при следующих граничных условиях: Постановка нижнего граничного условия является весьма тонкой задачей. В пределах города от X = 0 до X = Ъ , считается задан-ным поток примеси от города в воздух Q0 , где & - характерный размер города в продольном направлении. За пределами города при X -D , поток примеси, вообще говоря, отрицателен, т.е. всегда направлен вниз (речь идет о примеси антропогенного происхождения, выносимой из города). При исследовании процесса диффузии примеси особый интерес представляют случаи устойчивой стратификации и,особенно, при -поднятые инверсии, которые, как известно, препятствуют рассеянию примеси в атмосфере и приводят к ее накоплению ниже слоя инверсии. Подобные вопросы рассматривались подробно в первой главе работы. Таким образом, диагноз и прогноз особо опасных ситуаций с точки зрения накопления примеси в атмосферном воздухе, является очень актуальным вопросом. В связи с этим возникает проблема наиболее эффективной параметризации инверсии в используемой нами численной модели АПС. Возвращаясь к системе уравнений динамики АПС (3.1.1)-(3.1.4), (3.1.7), напомним, что дяя ее замыкания необходимо задать про филь потенциальной температуры. Для этого могут быть выбраны различные пути. В нашем подходе замыкания системы АПС мы исхо дим из соображений упрощения указанной модели.

Действительно, если добавить к рассмотренной выше системе уравнений еще урав нение притока тепла, то это повлекло бы за собой необходимость подключения дополнительных соотношений для определения фазовых и радиационных притоков тепла. Все это привело бы к увеличению сложности составленной программы для ЭВМ и, следовательно, к увеличению требуемой памяти и быстродействия, что делает невоз можным ее реализацию на микро ЭВМ. Следуя поставленной перед а автором задаче, была предложена модель параметризации термичес кой инверсии в рамках модели АПС путем обобщения известного асимптотического соотношения (3.1.9), которое использовалось во многих работах (см.,например, [23,94] ). Будем исходить из того, что в слое инверсии значение трз" становится достаточ но большим. Как известно, основными параметрами инверсии явля ются ее толщина Л К , перепад температуры на ее верхней и нижней границах Д I и высота инверсии гг над уровнем зем ли. В данном случае для моделирования оказалось удобным исполь зовать высоту середины слоя инверсии. При этом считается, что распределение температуры в зоне инверсии является некоторой универсальной функцией параметра так что . В этом случае можно ввести некоторое обобщение формулы (3.1.9) для градиента температуры в атмосферном пограничном слое: При выборе конкретного вида функции необходимо удовлетворить следующим очевидным требованиям: F (Yj = o и FCw" ПРИ "" . В данной работе в качестве F \J/ используется наиболее простое выражение, удовлетворяющее указанным требованиям: К і И % а с В других работах (см.,например, I 75,93 J ) используется реальный профиль вертикального распределения температуры. Следует отметить, что не всегда имеются фактические профили температуры. Кроме того, систематизация результатов решения на основе ограниченного набора параметров оказывается значительно эффективней, чем на основе какой-либо типизации этих профилей. На рис.3.I приведен пример профиля градиента потенциальной температуры, рассмотренного по выражению (3.3.1). Как видно из при q Q веденных кривых, максимальное значение градиента ( соот ветствует максимальному изменению " " " по выооте и совпадает с точкой перегиба на кривой "С2/, которая и совпадает с высотой п. . Выше слоя инверсии значение J стремится,как легко видеть, к постоянному значению Jfg . Далее будет пока -зано, что основным параметром инверсии, определяющим уровень загрязнения в городе, является ее высота к .

Решение задачи переноса примеси в районе города с учетом его термических особенностей

В первом случае задавалось постоянное значение шероховатости Zo - 0.IМ. По результатам расчета был построен рис.4.2-а. Н этом рисунке четко выделяются два источника, где первый находится на расстоянии 5-6 км от наветренной границы города, а второй - собственно город. На рис. 4.2-6 приводятся результаты расчета при условии изменения 20 от 0.1М в окрестности до I.I И в городе, как это показано на рис.4.I. Наличие динамического возмущения за счет изменения уровня шероховатости по направлению потока приводит к соответствующей перестройке и перераспределению динамических характеристик в возмущенном потоке. Переход от меньшей шероховатости к большей в условиях данного эксперимента приводил к увеличе -нию степени неустойчивости и усилению турбулентного обмена в целом. При этом большая часть примеси поднимается с вынужден -ным вертикальным потоков, но все же условия не способствуют полному выдуванию ее.

С другой стороны, переход потока на поверхность с меньшими значениями Z0 сопровождается ослаблением турбулентности на величину порядка 20-30%. Хотя при этом наблюдаются еще и нисходящие токи, примесь все же не накапливается в этой зоне благодаря эффекту "выдувания". Сравнивая результаты расчетов, приведенных на рис.4,2 (значения 0,Пв нормированы наЧИо №ах на рис.4.2 при Xn = 0.1). Можно сразу заметить влияние учета динамической неоднородности. Значения 0 По на рис.4.2-6 в 2-3 раза меньше, чем на рис.4.2-а. Особенно это ярко видно на расстоянии Xn, = 1.7, где ускорение потока при перепаде шероховатости способствует, как уже от мечалось, сильному выдуванию примеси. Этот эффект проявляется и на « = 0.7, где усиление турбулентности и развитие верти -кальных движений способствуют интенсивному рассеянию примеси. Как уже указывалось ранее в настоящей главе, поток воздуха проходя над городом испытывает динамические и термические возмущения. С увеличением температуры поверхности города относи -тельно окружающих областей усиливается неустойчивость воздушной массы и, как следствие, интенсивность турбулентности возрастает, Такая перестройка во многом определяет процессы диффузии примеси в атмосфере. В настоящем параграфе рассматриваются некоторые особенности процесса переноса примеси в районе города и его окрестности с учетом эффектов "острова тепла". Для этого к системе (4.1.4) необходимо подключать уравнение турбулентной теплопроводности, которое запишем в тех же приближениях, что и сформулированные ранее остальные уравнения модели, причем фазовыми и радиационными притоками тепла будем пренебрегать: Вид данного уравнения в точности совпадает с видом уравне -ния переноса примеси. Будем его интегрировать со следующими граничными условиями: при Q , Qy - некоторые заданные значения, a jL - градиент по -тенциальной температуры в натекающем потоке. Температура поверхности городской застройки 0« (xj предполагается известной и симметрично распределенной относительно центра города. Эта функция задается аналогично в (4.1.5): где Уоо , 6о4.г. - температура воздуха на уровне шероховатости в окрестностях города и в его центре, соответственно, S некоторый коэффициент, характеризующий изменение температуры по горизонтали в районе города.

Алгоритм численного решения (4.4.1) и включение его в обшую модель не вызывает никакого затруднения. При этом тне требуется никаких изменений в принятой системе координат. Приводя систему 4.1.1),(4.4.1) и (4.1,2) с соответствующими граничными условиями к безразмерному виду и переписывая ее в конечно-разностной форме согласно схеме, приведенной в предыдущем параграфе, мы тем самым, получаем возможность не задавать, как это делалось ранее, а рассчитывать поле температуры в городе и его окрест -ностях. Для выявления эффекта городского "острова тепла" на изме -нение термодинамических характеристик пограничного слоя и,следовательно, на процесс диффузии примеси в районе города, был проведен целый ряд численных экспериментов.

В первом, контрольном, эксперименте расчет выполнялся при отсутствии перегрева города. На всем расстоянии, пройденном потоком, температура подстилающей поверхности и параметр шерохо -ватости считались постоянными. Полученные значения п, для всей области расчета представлены на рис.4.3. Значения коэффициента турбулентности имеют максимальное значение на некоторой высоте, равное, в среднем К = Ю-Пм /с. Распределение температуры в натекающем потоке, как следует из граничных условий(4.4.2), принималось линейным с градиентом потенциальной температуры До = 4 10 С/м. Такое распределение температуры можно счи -тать слабо-инверсионным и вследствие принимаемой первоначально горизонтальной однородности процесса оно сохранялось во всей области расчета.

Второй численный эксперимент выполняется при наличии "острова тепла" с перепадом температуры Д Т =- ТГОр—То р = 4С и То р. = I С. Результаты расчета приведены также на рис.4.3. В результате эффекта перегрева происходит некоторая перестройка в полях термодинамических характеристик потока. Над городом образуется мощная замкнутая и достаточно выраженная зона повышенной турбулентности, с максимальным значением гчтах = 35м2/с. Указанная зона наклонена по потоку и центральная ее часть находится над второй половиной города, с подветренной стороны (см.рис. 4.4).

Похожие диссертации на Исследование влияния метеорологических условий на формирование режима загрязнения большого города и его окрестностей