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/I_d 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 S_m = 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. с2/м4	ρ/ρ0	а, м/c	ν, м2/с	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.с²/м⁴ = 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.