Прогноз и регулирование загрязнения атмосферы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Атмосферная турбулентность

атмосферный турбулентность углекислый

Атмосферная турбулентность -- одно из характерных свойств атмосферы Земли, состоящее в беспорядочном изменении давления, температуры воздуха, скорости и направления ветра . Турбулентный режим способствует тепло- и влагообмену в атмосфере Земли; наблюдается в пограничном слое атмосферы, простирающемся над равнинами умеренных широт до высоты 1 км. Турбулентность обусловлена топографической неоднородностью поверхности Земли, её теплофизическими свойствами, приводящими к неравномерному и пространстве нагреванию (охлаждению), особенностями вертикальных профилей температуры и скорости воздушных потоков . На высоте 50--150 м наблюдаются значительные вертикальные градиенты скорости ветра порождающие динамическую турбулентность, или большие вертикальные градиенты температуры (летом), вызывающие термическую турбулентность. В этих условиях наблюдаются сильные горизонтальные и вертикальные порывы ветра, существенно влияющие на взлёт и посадку летательных аппаратов . В свободной атмосфере (над пограничным слоем) воздушные течения, особенно в ясном небе в верхней тропосфере, могут быть также турбулизированными в областях струйных течений, где наблюдаются большие вертикальные градиенты скорости. Интенсивная А. т. вызывает болтанку летательного аппарата. Вероятность турбулентности при ясном небе в умеренных широтах составляет 10%, в том числе сильной около 0,4%, в нижней стратосфере до высоты 20--25 км -- соответственно 1 и 0,05%. Толщина турбулентных зон тропосферы во много раз меньше горизонтальных размеров; в 80% случаев толщина не более 1000 м, а горизонтальные размеры меньше 150 км, в нижней стратосфере -- соответственно 300 м и 80 км. Эти зоны всегда имеют резкие границы. Развитие А. т. обусловлено динамическими и термическими причинами. Воздушное течение часто характеризуют безразмерной величиной, так называем числом Ричардсона: Возникновение А. т. связано с потерей гидродинамической устойчивости потока и генерацией волновых возмущений, потерей устойчивости и вырождением волновых возмущений, генерацией турбулентности и диссипацией турбулентной энергии в теплоту. Знание характеристик т. необходимо для решения многих теоретических и практических задач в авиации.

Температурные колебания по глубине почвы

Как известно, физика- это не только решение задач, но и увлекательные теоретические задачи. Вы увидите, что физику можно увидеть везде. И для примера решим эту не простую задачку.

Для начала рассмотрим закономерности распространения тепла в почве: Суточные и годовые колебания температуры поверхности почвы вследствие теплопроводности передаются в более глубокие ее слои. Распространение температурных колебаний вглубь почвы (при однородном составе почвы) происходит в соответствии со следующими законами Фурье:-Период колебаний с глубиной не изменяется, т.е. как на поверхности почвы, так и на всех глубинах интервал между двумя последовательными минимумами и максимумами температуры составляет в суточном ходе 24 ч, а в годовом 12 месяцев.

Если глубина растет в арифметической прогрессии, то амплитуда уменьшается в геометрической прогрессии, т.е. с увеличением глубины амплитуда быстро уменьшается. Слой почвы, температура в котором в течение суток не изменяется, называют слоем суточной температуры. В средних широтах этот слой начинается с глубины 70-100 см. Слой постоянной годовой температуры в средних широтах залегает глубже 15-20 м.

Максимальные и минимальные температуры на глубинах наступают позднее, чем на поверхности почвы. Это запаздывание прямо пропорционально глубине. Суточные максимумы и минимумы запаздывают на каждые 10 см глубины в среднем на 2,5-3,5 ч, а годовые на каждый метр глубины запаздывают на 20-30 суток.

Согласно теоретическим расчетам Фурье, глубина, до которой проявляется годовой ход температуры почвы, должна примерно в 19 раз превышать глубину проявления суточных колебаний. В действительности наблюдаются значительные отклонения от теоретических расчетов, и во многих случаях глубина проникновения годовых колебаний оказывается больше расчетной. Это обусловлено различием во влажности почвы по глубинам и во времени, изменением температуропроводности почвы с глубиной и другими причинами. В северных широтах глубина проникновения годового хода температуры почвы составляет в среднем 25 м, в средних широтах - 15-20 м, в южных - около 10 м.Температурный режим водоемов более устойчив, чем на суше. Это связано с физическими свойствами воды, прежде всего высокой удельной теплоемкостью, благодаря которой получение или отдача значительного количества тепла не вызывает слишком резких изменений температуры. Амплитуда годовых колебаний температуры в верхних слоях океана не более 10-150С, в континентальных водоемах - 30-350С. Глубокие слои воды отличаются постоянством температуры. В экваториальных водах среднегодовая температура поверхностных слоев +26…+270С, в полярных - около 00С и ниже. Таким образом, в водоемах существует довольно значительное разнообразие температурных условий. Между верхними слоями воды с выраженными в них сезонными колебаниями температуры и нижними, где тепловой режим постоянен, существует зона температурного скачка, или термоклина. Термоклин резче выражен в теплых морях, где сильнее перепад температуры наружных и глубинных вод.

В связи с более устойчивым температурным режимом воды среди гидробионтов в значительно большей мере, чем среди населения суши, распространена стенотермность. Эвритермные виды встречаются в основном в мелких континентальных водоемах и на литорали морей высоких и умеренных широт, где значительны суточные и сезонные колебания температуры. В водоёмах теплообмен, как правило, имеет в большей или меньшей степени турбулентный характер. Поток тепла F0 между поверхностью водоёма и его более глубокими слоями численно равен изменению теплосодержания водоёма за данный интервал времени и переносу тепла течениями в водоёме.

Слоистые облака

Слоистые облака -- однообразные бледные низкие облака, которые можно наблюдать в пасмурную погоду. Они образуются при контакте теплого и холодного воздуха, когда теплый воздух медленно поднимается вверх по холодному, постепенно остывает, и из него выделяются капельки воды. Высота слоистых облаков всегда не более 2,5 км. Иногда слои похожи на большие валы с серым оттенком.

Техногенное увеличение концентрации углекислого газа

Концентрация углекислого газа (CO ₂₎ в атмосфере Земли составляет примерно 392 частей на миллион (частей на миллион) по объему с 2011 года и выросла на 2,0 млн / год в течение 2000-2009 гг. Концентрация по отношению к доиндустриальной концентрации 280 млн возросло примерно экспоненциально с темпом роста 2,2% в год в последние десятилетия углекислого газа имеет важное значение для фотосинтеза в растениях и других photoautotrophs , а также известный парниковый газа . Несмотря на свой относительно небольшой общей концентрации в атмосфере CO ₂ является важным компонентом атмосферы Земли, потому что она поглощает и испускает инфракрасное излучение на длинах волн от 4,26 мкм (асимметричное растяжение колебательном режиме) и 14,99 мкм (изгиб колебательном режиме), тем самым играя роль в парниковый эффект , в дополнение к другим факторам, как водяной пар .В настоящее время уровень выше, чем в любое время в течение последних 800 тысяч лет, и, вероятно, выше, чем в последние 20 миллионов лет.

В 2009 году СО ₂ глобальная средняя концентрация в атмосфере Земли было около 0,0387% от общего объема, или 387 частей на миллион по объему (промилле по объему) Существует ежегодный колебания около 3-9 промилле по объему которых примерно следующим растущей в северном полушарии сезон. Северное полушарие доминирует в годовом цикле концентрации СО _2, поскольку он имеет гораздо большую площадь и растительной биомассы, чем в южном полушарии. Концентрации пика в мае, как в северном полушарии весна Greenup начинается и достигнет минимума в октябре, когда количество биомассы проходит фотосинтез является наибольшей.

Природные источники углекислого газа в атмосфере включают вулканической дегазации , сжигание из органического вещества , а дыхание процессов живых аэробных организмов , искусственных источников диоксида углерода включают сжигание ископаемого топлива для отопления, энергетики и транспорта , а также некоторые промышленных процессов, таких как цемент решений. Он также производится различными микроорганизмами из брожения и клеточное дыхание . Растения преобразования углекислого газа в углеводы во время процесса, называемого фотосинтезом. Они получают энергию, необходимую для этой реакции за счет поглощения солнечного света пигменты, такие как хлорофилл . В результате газ, кислород выделяется в атмосферу растения, которые впоследствии используются для дыхания гетеротрофных организмов и других растений, образующих цикл .

Большинство источников выбросов СО ₂ являются естественными. Например, естественный распад органических веществ в леса и луга, такие, как мертвые деревья, приводит к высвобождению около 220 гига-тонн углекислого газа ежегодно. В 1997 году, вызванного человеческой индонезийская торфяных пожаров , по оценкам, выпущены в период между 13% и 40% от среднего уровня выбросов углерода в результате сжигания ископаемого топлива во всем мире в течение одного года. Хотя первоначальные углекислого газа в атмосфере молодой Земли был произведен от вулканической активности, современные вулканической активности выпускает только 130 до 230 мегатонн углекислого газа каждый год, который составляет менее 1% от суммы освобождены в результате деятельности человека.

Эти естественные источники почти сбалансированы естественных поглотителей, физических и биологических процессов, которые удаляют углекислый газ из атмосферы. Например, некоторые непосредственно из атмосферы на землю для растений фотосинтез и он растворим в воде с образованием угольной кислоты .

Существует большой естественный поток CO _2, в и из биосферы и океанов. В доиндустриальную эпоху эти потоки были в основном в балансе. В настоящее время около 57% человек, испускаемого CO ₂ удаляется биосферой и океаном. коэффициент увеличения атмосферной концентрации СО ₂ в испускаемого CO ₂ известен как воздух фракции (Килинг и др., 1995.), что меняется для краткосрочных средних, но, как правило, около 45% в течение длительного (5 лет) периоды. Расчетное углерода в глобальном наземной растительности увеличилась с около 740 млрд. тонн в 1910 году до 780 млрд. тонн в 1990 году.

Сжигание ископаемого топлива, таких как уголь и нефть является основной причиной повышенного антропогенного CO _2, вырубка лесов является второй основной причиной. В 2008 году 8,67 Гт углерода (31,8 Гт СО _2), были освобождены от ископаемого топлива во всем мире, по сравнению с 6,14 млрд тонн в 1990 году. Кроме того, изменения в землепользовании способствовали 1,20 млрд тонн в 2008 году, по сравнению с 1,64 млрд тонн в 1990 году. В период с 1751 по 1900 год около 12 гигатонн углерода были выпущены в виде углекислого газа в атмосферу в результате сжигания ископаемого топлива, в то время как с 1901 по 2008 год этот показатель составил около 334 млрд тонн.

Это дополнение, около 3% от годового природных выбросов на 1997 год , достаточно, чтобы превысить баланс влияния стоков. Таким образом, углекислый газ постепенно накапливается в атмосфере, и по состоянию на 2009 , его концентрация составляет 39% выше доиндустриального уровня.

Различные методы были предложены для удаления избытка двуокиси углерода из атмосферы в поглотителей углекислого газа .

Углекислый газ обладает уникальными долгосрочные последствия изменения климата, которые в основном «необратимым» за тысячу лет после остановки эмиссии (ноль последующие эмиссии), хотя углекислого газа стремится к равновесию с океаном по шкале от 100 лет. Парниковых газов, метана и закиси азота не сохраняются в течение долгого времени так же, как двуокись углерода. Даже если выбросы углекислого газа были полностью прекратится, температуры воздуха не ожидается, снизится значительно

Список литературы

1.Савцова, Т.М. Общее землеведение: Учеб. пособие для вузов. / Т.М. Савцова. - М., 2003.

2.Хромов, С.П. Метеорология и климатология: Учебник для вузов/ С.П. Хромов, М.А. Петросянц. - М., 2004.

3.Алисов, Б.П. Климатологии./ Б.П. Алисов, Б.В. Полтараус - М., 1962.

4.Ананьева, Е.Г. Земля: полная энциклопедия. / Е.Г. Ананьева - М., 2007.

5.Астапенко, П.Д. Вопросы о погоде. / П.Д. Астапенко. - Л., 1986.

6.Берлянд, М.Е. Прогноз и регулирование загрязнения атмосферы. / М.Е. Берлянд. - Л., 1985.

7.Бобков, А.А., Селиверстов, Ю.П. Землеведение. / А.А. Бобков, Ю.П. Селиверстов. - М., 2007.

8.Боков, В.А. Общее землеведение. / В.А. Боков. - СПб., 1999.

9.Борисенков, Е. П. Изменение климата и человек./ Е. П. Борисенков. - М., 1990.

Размещено на Allbest.ru