Запыленность атмосферного воздуха 1 страница

РАЗДЕЛ 1. АТМОСФЕРА

Таблица №1 Скорость звука в воздухе на различной высоте над землей.

H, м V, м/с H, м V, м/с H, м V, м/с
340,29 336,82 10 000 293,53
340,10 1 000 336,43 11 050 - 20 050 295,07
339,91 2 000 332,53 30 000 301,71
339,53 3 000 328,58 40 000 317,19
339,14 4 000 324,59 50 000 329,80
338,76 5 000 320,54 60 000 315,07
338,37 6 000 316,45 70 000 297,06
337,98 7 000 312,31 80 000 282,54
337,60 8 000 308,10    
337,21 9 000 303,85    

Таблица №2 Коэффициент ослабления звука в воздухе.

(a = (d/2) ln I0/Id непер/см, a1 = 8,6862 дБ/см, d – расстояние)

Относит. влажность, % Частота, кГц
0,13 0,47 0,127 0,87 2,26 2,53
0,06 0,23 0,82 1,61 2,48 3,28
- - - - - 4,15
0,03 0,10 0,38 0,84 1,45 2,20
0,03 0,09 0,24 0,54 0,96 1,47
0,03 0,08 0,20 0,39 0,69 1,08
- - - - - -

· При относительной влажности 37% на частоте 50 кГц - 22,6; 100 кГц - 41,5 ; 500 кГц – 530; При относительной влажности 37% на частоте 1927 кГц – 7000.

Таблица №3 Источники энергии для атмосферы Земли в целом, Вт

Источник Мощность Источник Мощность
Солнце 1,76 · 1017 Космические лучи 1,63 · 1010
Луна 3,09 · 1012 Метеоры 1,44 · 1010
Молнии 1,6 · 1012 Свечение ночного неба 1,12 · 1010
Яркие полярные сияния 2,53 · 1010    

Энергия, накопленная внутри планеты 2.1031 Дж (энергия, выделяемая за счет концентрации массы к центру планеты – 1,6.1031 Дж; за счет распада U, Th, К -0.9.1031 Дж за всю историю Земли).

Таблица № 4 Зависимость плотности потока энергии (Солнце + атмосфера) от высоты Солнца

Высота Солнца, градусы
Плотность потока, кВт/м2 0,130 0,490 0,95 1,13
Вклад атмосферы, %

Подавляющая часть энергии солнечного излучения (» 97%) приходится на интервал длин волн 0,3 -3,0 мкм, причем 53,5% - на интервал 0,4-0,7 мкм, т.е. на видимую область. Полная энергетиче­ская освещенность солнечным излучением на верхней границе атмосфе­ры меняется мало, она испытывает короткопериодные изменения в пре­делах до ± 0,5%, обусловленные солнечной активностью и годовые ко­лебания в пределах ±3,5%, связанные с эксцентриситетом орбиты Зем­ли.

Наиболее ярко выраженные полосы поглощения хлорофилла: 420 – 430 нм и 670 – 680 нм

Таблица № 5. Максимальная яркость фона для помех различной природы, Вт/(см2 · ср. мкм)

Помеха λ = 1 мкм λ = 10 мкм
Отражение солнечного излучения водной поверхностью 10-1 10-5
Рассеяние солнечного излучения атмосферой без облаков 10-2 10-7
Рассеяние солнечного излучения атмосферой с облаками 10-3 10-7
Тепловое излучение атмосферы 10-7 10-3
Свечение атмосферы 10-10 10-6

Таблица №4 Коэффициент релеевского рассеяния для различных высот для l = 0,55 мкм

Высота, км σ, км-1 Высота, км σ, км-1
1,162.10-2 8,436.10-4
6,988.10-3 1,747
3,924 3,791.10-5
1,848 9,743.10-6

Таблица №5 Коэффициент аэрозольного рассеяния излучения в диапазоне 0,55 – 6 мкм. a(l) = a(0,55)[n0 + n1 l-n2]

Периоды Тип погоды n0 n1 n2
Летний Дымка после сильного дождя 0,4 1,88
Устойчивая дымка Sm ³ 4 км 0,06 0,36 1,88
Весенне-осенний Дымка 0,1 0,45 1,30
Туманная дымка 0,01 0,8 0,5
Дымка с изморосью 0,3 0,5 0,6
Зимний Ледяная дымка 0,25 0,45 1,24
Зимняя дымка 0,58 1,24
Дымка со снегом 0,77 0,15 1,24

В дымке на l = 0,55 при метеорологической дальности видимости Sm = 10 км a = 0,4 км-1

Таблица №6 Таблица нормального дня.

Н над уровнем моря, км Р, мм рт. ст. t, 0С Средняя t, 0С Плотность,r кг/м3
760,00 15,00 15,00 1,226
0,1 751,03 14,35 14,67 1,214
0,2 742,15 13,70 14,35 1,202
0,3 733,35 13,05 14,02 1,191
0,4 724,64 12,40 13,70 1,179
0,5 716,01 11,75 13,37 1,168
0,6 707,47 11,10 13,05 1,157
0,7 699,01 10,45 12,72 1,145
0,8 690,63 9,80 12,40 1,134
0,9 682,33 9,15 12,07 1,123
1,0 674,11 8,50 11,75 1,112
1,5 634,21 5,25 10,02 1,059
2,0 596,26 2,0 8,50 1,007
2,5 560,16 - 1,25 6,87 0,957
3,0 525,87 - 4,50 5,25 0,910
3,5 493,30 - 7,75 3,62 0,864
4,0 464,40 - 11,00 2,0 0,820
4,5 433,10 - 14,25 0,37 0,777
5,0 405,33 - 17,50 - 1,25 0,737
5,5 379,04 - 20,75 - 2,87 0,698
6,0 354,16 - 24,00 - 4,50 0,661
6,5 330,72 - 27,25 - 6,12 0,625
7,0 308,52 - 30,50 - 7,75 0,591
7,5 287,55 - 33,75 - 9,37 0,558
8,0 267,79 - 37,00 - 11,00 0,527
8,5 249,16 - 40,25 - 12,62 0,479
9,0 231,62 - 43,50 - 14,25 0,469
9,5 215,09 - 46,75 - 15,87 0,442
10,0 199,60 - 50,00 - 17,50 0,416
10,5 185,01 - 53,25 - 19,12 0,391
11,0 171,34 - 56,50 -20,75 0,368
11,5 160,11 - 56,50 -20,75 0,344
12,0 149,64 - 56,50 -20,75 0,321

Таблица №7 Таблица стандартной атмосферы

Таблица стандартной атмосферы
Z, м Т, К Р, кг/м2 ρ, кг. с24 ρ/ρ0 а, м/c ν, м2 g, м/с2 l, м
288,15 10332,3 1,2492.10-1 1,0000 340,28 1,4607.10-5 9,80665 6,3741.10-8
284,90 9733,5 1,1902 9,5282.10-1 338,36 1,5196 9,80511 6,6688
281,65 9733,5 1,1336 9,0751 336,43 1,5812 9,80357 6,9791
278,40 9164,8 1,0791 8,6384 334,48 1,6461 9,80203 7,3079
275,14 8623,3 1,0265 8,2171 332,52 1,7146 9,80049 7,6572
271,89 8106,5 9,7593.10-2 7,8127 330,55 1,7866 9,79896 8,0260
3,0 268,64 7616,6 9,2734 7,4237 328,56 1,8624 9,79742 8,4170
265,38 7150,8 8,8048 7,0485 326,56 1,9426 9,79588 8,8333
262,13 6707,1 8,3558 6,6891 324,56 2,0271 9,79435 9,2744
258,88 6287,2 7,9246 6,3440 322,54 2,1162 9,79281 9,7426
255,63 5888,8 7,5106 6,0125 320,51 2,2103 9,79128 1,0240.107
249,13 5511,1 6,7324 5,3895 316,41 2,4153 9,78820 1,1335
242,63 4814,4 6,0174 4,8177 312,25 2,6452 9,78514 1,2579
236,14 4190,8 5,3628 4,2931 308,25 2,9030 9,78207 1,3994
229,64 3635,1 4,7633 3,8132 303,78 3,1942 9,77900 1,5614
223,15 3139,8 4,2172 3,3761 299,45 3,5232 9,77594 1,7471
216,66 2701,3 3,7204 2,9784 295,07 3,8966 9,77287 1,9610
216,66 2313,7 3,1795 2,5453 295,07 4,5559 9,76981 2,2946
216,66 1977,3 2,1753 295,07 5,3351 9,76675 2,6849
216,66 1689,9 2,3225 1,8593 295,07 6,2420 9,76369 3,1413
216,66 1234,6 1,9851·10-2 1,5891·10-1 295,07 7.3029·10-5 9,76063 3,6752·10-7
216,66 1055,2 1,6968 1,3584 295,07 8,5437 9,75758 4,2996
216,66 902,03 1,5404 1,1611 295,07 9,9952 9,75452 5,0301
216,66 771,10 1,2399 9,9257·10-2 295,07 1,1692·10-4 9,75146 5,8840
216,66 659,22 1,0600 8,4857 295,07 1,3676 9,74842 6,8825
216,66 563,59 9,0623·10-3 7,2547 295,07 1,5997 9,74537 8,0505
216,66 481,86 7,7481 6,2027 295,07 1,8710 9,74232 9,4458
216,66 412,00 6,6247 5,3033 295,07 2,1883 9,73927 1,1013·10-6  
216,66 352,28 5,6645 4,5347 295,07 2,5593 9,73623 1,2880
216,66 301,23 4,8438 3,8776 295,07 2,9929 9,73318 1,5062
216,66 257,60 4,1422 3,3160 295,07 3,4998 9,73014 1,7613
219,40 220,50 3,5013 2,8030 296,93 4,1842 9,72710 2,0925
222,14 189,11 2,9659 2,3743 298,78 4,9911 9,72406 2,4806
224,87 162,58 2,5188 2,0164 300,61 5,9370 9,72102 2,9327
227,61 139,96 2,1421 1,7149 302,43 7,0510 9,71798 3,4619
230,35 120,69 1,8254 1,4613 304,25 8,3565 9,71494 4,0786
235,82 90,274 1,3336 1,0676 307,84 1,1661·10-3 9,70888 5,6248
241,28 68,007 9,8194·10-4 7,8608·10-3 311,38 1,6135 9,70282 7,6944
246,74 51,558 7,2796 5,8276 314,89 2,2165 9,69676 1,0452·10-5
252,20 39,306 5,4294 4,3465 318,36 3,0248 9,69071 1,4109
257,66 30,169 4,0792 3,2656 321,78 4,0956 9,68466 1,8900
271,28 15,949 2,0482 1,6397 330,17 8,4977 9,66957 3,8218
274,00 8,6249 1,0966 8,7788·10-4 331,82 1,5997·10-2 9,65452 7,1585
253,40 2,4597 3,3816·10-5 2,7071 319,11 4,8749 9,62452 2,2684·10-4
219,15 5,9494·10-1 9,4576·10-6 7,5712·10-5 296,76 1,5475·10-1 9,59466 7,7433
185,00 1,1361 2,1393 1,7126 272,66 5,9202 9,56494 3,2241·10-3
185,00 1,8808 10-2 3,5418·10-7 2,8354·10-6 272,66 3,5759·10-2 9,53536 1,9474·10-2
209,22 3,305. 10-3 5,5058·10-8 4,4075·10-7 9,50591

Таблица приведена в сокращенном виде.

Перевод единиц:

· Давление 1 кг/м2 = 9,807 Н/м2 = 735.104 мм рт. ст.;

· Плотность1 кг.с24 = 9,807кг/м3

· ν – кинематическая вязкость,

· ν = μ/ρ, динамическая вязкость μ = μ0(Т/Т0)3/2 ((Т0 + 110,4)/( Т + 110,4)),

· а – скорость звука,

· g – ускорение свободного падения,

· l – параметр Кориолиса (длина свободного пробега молекул).

Вакуум

Низкий – 105 – 102 Па

Средний - 102 – 10-1 Па

Высокий – 10-2 – 10-5 Па

Сверхвысокий – менее 10-6 Па

Таблица № 6 Типы вертикального распределения горизонтальной метеорологической дальности видимости в подоблачном слое

Тип Форма облаков Высота H (м) нижней границы облаков (НГО) МДВ (км) у поверхности земли Характеристика изменения горизонтальной МДВ с высотой Погода
I St ≤ 150 ≤ 3 Во всем подоблачном слое – от поверхности земли до НГО – наблюдается быстрое и непрерывное уменьшение горизонтальной МДВ с высотой Дымка, морось, мелкий снег, снежные зерна. Относительная влажность у поверхности земли f ≥ 95 %, скорость ветра не более 6 м/с
II St (Sc) 150 ≤ H ≤ 200 ≤ 4 Медленное уменьшение горизонтальной МДВ с высотой вблизи поверхности земли, затем быстрое уменьшение МДВ в направлении к НГО Дымка, морось, мелкий снег, снежные зерна. Преобладающее значение относительной влажности у поверхности земли 91-96 %, скорость ветра не более 8 м/с
III Sc 200-400 ≤ 8 В нижней половине подоблачного слоя горизонтальная МДВ несколько больше или примерно равна приземной. В верхней половине слоя наблюдается быстрое уменьшение горизонтальной МДВ в направлении к НГО Дымка, слабые осадки в виде снега, мокрого снега или дождя. Влажность у поверхности земли в пределах 81 – 95 %, скорость ветра преимущественно не более 10 м/ с
IV Sc 400-800 ≤ 10 Значительное увеличение горизонтальной МДВ с высотой в приземном слое. Значения МДВ, большие или равные приземной, сохраняются до значительной высоты. Ухудшение горизонтальной метеорологической видимости до значений, равных приземной или меньших ее, наблюдается лишь вблизи НГО Приземная дымка, слабый снег. Значительные колебания относительной влажности и скорости ветра у поверхности земли.
V Ns (Ns, St fr.) ≥ 250 ≤ 4 Значения горизонтальной метеорологической видимости в нижнем 200-метровом слое примерно равны значению МДВ у поверхности земли. В некоторых случаях на отдельных высотах наблюдаются значительные отклонения (до 30 %) от приземной МДВ. Повторяемость положительных и отрицательных отклонений одинаковая. Снег значительной интенсивности, в отдельных случаях метель при скорости ветра не более 12 м/с . Влажность у поверхности земли в пределах 71-85 %

Таблица № 7 Формы облачности

1. Перистые Ci 4. Кучевые Cu
перисто-слоистые Cs кучевые разорванные Cufr
перисто-кучевые Cc кучево-дождевые Cb
2. Высоко-кучевые Ac 5. Слоисто-дождевые Ns
3. Слоистые St слоистые St
    слоистые разорванные Stfr
    разорвано-дождевые Frnb

Запыленность атмосферного воздуха

В атмосферном воздухе содержится пыль. Концентрация ее в нижних слоях атмосферы колеблется от 2.105 пылинок на литр в промышленных центрах и до 10 пылинок на литр в лесу после дождя.

Поведение пылевых частиц в воздухе зависит от их размеров. При диаметре более 10 мкм частицы падают на землю в неподвижном воздухе ускорено, при диаметре 0,1 до 10 мкм – с постоянной скоростью, а менее 0,1 мкм находятся в непрерывном броуновском движении, обусловленном их взаимодействием с молекулами воздуха.

Концентрация пыли по высотам. Пыль заносится с поверхности земли в атмосферу в результате турбулентных перемещений воздуха при ветре. С увеличением высоты количество пыли в атмосфере уменьшается Так, в окрестностях Москвы на высоте 100 м концентрация пыли составляет 104 частиц на 1 л. воздуха., а на высотах 200 и 500 м соответственно 6500 и 4000. Концентрация пыли в нижних слоях атмосферы увеличивается осенью и в начале зимы. Летом сильные восходящие потоки воздуха поднимают пыль из нижних слоев атмосферы в верхние, вследствие чего запыленность нижних слоев уменьшается. Запыленность также уменьшается ночью.

Среднее значение концентрации пыли в атмосфере следующее: над морем – 1 мг/м3. над городом -3 мг/м3. над промышленными центрами - 5 мг/м3.

После взлета самолета с полевых аэродромов, не имеющих искусственных покрытий, а также в сухое время года с любых ВПП концентрация пыли достигает 10 г/ м3.

Продолжительность падения пылевых частиц в атмосфере с высоты 24 км

Диаметр частицы, мкм Время падения, часов Диаметр частицы, мкм Время падения, часов
0,75
1,4
3,9
3400 (141 сут.)

Горячие частицы диаметром менее 2 мкм имеют активность

10-11 Ки/частицу и создают в организме локальные дозы облучения до нескольких сотен тысяч рад.

Частицы диаметром более 100 мкм полностью оседают в носу и полости рта; более 50 мкм – оседают в трахее, 10 – 30 мкм – оседают в бронхах и бронхиолах, 5 мкм - в альвеолах..

В выдыхаемом воздухе остается:

34 % частиц диаметром 0,03 мкм,

65,8 % частиц диаметром 0,3 мкм,

2,6 % частиц диаметром 1 мкм.

На птичниках в 1 м3 воздуха содержится 6.105 микроорганизмов. В 1 м3 надземного слоя воздуха больших городов содержится ~ 5 000 бактерий.

Пыль: диаметр частиц более 10 мкм – продукт механического воздействия: истирание шин, асфальта, рельсов, измельчение камня и песка на мостовых, соль морских брызг (уличная пыль) оседает в бронхах.

Диаметр менее 0,2 мкм – продукты конденсации летучих веществ, возникших при горении топлива.

Диаметр ~ 2,5 мкм – результат роста мельчайших частиц (они существуют неделями), частицы размерами менее 1 мкм в диаметре составляют 80 – 90 % дыма лесного пожара, оседают в альвеолах.

Частицы диаметром 20 – 30 нм из легких попадают в кровь и в мозг.

Кинетическая энергия атмосферных движений Земли составляет 1023 Дж/год.

Количество аэрозоля в атмосфере (1970 г) 1670 млн. т., из них 1140 млн. т. в Северном полушарии. Естественные процессы поставляют в атмосферу 1140 млн. т. Аэрозоля, антропогенные – 530 млн. т.

Над тропиками в стратосфере на высоте 15 – 20 км и выше существует естественный аэрозольный слой из соединений серы с радиусом частиц 0,3 мкм массой 0,2 млн.т. Воды в стратосфере 2,6 млн.т.

Дождь

Диаметр капель, мм Кинетическая энергия, Дж Эрозионное действие
< 0,2> < 1,1.10-9 Увлажнение почвы
0,2 – 0,8 до 1,4.10-6 Мелкие потоки воды по почве
0,8 – 1,5 до 2,6.10-5 Взмучивание потоков
1,5 – 3,0 до 4,7.10-4 Разбрызгивание и уплотнение почв
>3,0 >4,7.10-4 Разрушение почв, взмучивание потоков

В облаках переохлаждение воды достигает до -300 С. Размер капель в воздухе растет от основания вверх и достигает 200 мкм. Капли диаметром 3 – 5 мкм распадаются от трения о воздух. Развитые кучевые облака в центральной части содержат воды 2 г/м3, мощные ливневые облака – 4 – 5 г/м3.

Наши рекомендации