ВПЛИВ КОЛОКУ БРИЗУ НА ЯКІСТЬ; З; ПОВІТРЯ
Одним з найбільш вражаючих застосувань бризу є вплив поширення вітрового фронту на розпорошення та перерозподіл забруднювачів повітря. Здається, ефект вітру - це збільшена дисперсія забруднюючих речовин. Однак кілька досліджень показують накопичення аерозолів. Це дослідження показало утворення поля рециркуляції, яке спричинює накопичення забруднюючих речовин, їх хімічні перетворення та забруднення ділянок.
Забруднення повітря є результатом великої кількості складних інтерактивних процесів і явищ різного роду. Вони повинні одночасно враховувати атмосферні явища (вітер, вологість, температура, хмари, тиск тощо), які визначають метеорологічні ситуації, фотохімічні явища, зміни в атмосфері, поверхневі викиди та сухе та вологе осадження забруднюючих речовин.
Зараз забруднення атмосфери є одним із пріоритетних проблем населення та влади з точки зору довкілля. Погіршення ситуації підвищило обізнаність державних органів влади та дослідників. Опубліковані на сьогодні наукові результати викликають занепокоєння.
Зміни клімату та навколишнього середовища є ознаками змін, які можуть серйозно вплинути на життя на нашій планеті.
З цією метою та з метою обмеження викидів забруднюючих речовин в атмосферу в усьому світі були прийняті все більш жорсткі регуляторні заходи. Дійсно, наукові дослідження досягають успіху та розвиваються, застосовуючи нові методи, що дозволяють зменшити викиди.
Серед умов, відповідальних за епізоди забруднення, розвиток синоптичного вітру (загального потоку), сприятливого для ініціювання та підтримки циркуляції вітру. Тоді поверхневі потоки помітні з добовим циклом та перевагою в десять кілометрів по обидва боки лінії узбережжя. Спостережуване забруднення є результатом суми процесів, що поєднують викиди на поверхню, транспорт забруднювачів повітря, атмосферну циркуляцію та, можливо, конвекцію.
Розуміння механізмів морського бризу та сухопутного вітру, таких як утворення, підтримка та розсіювання вітру, є важливим через його внесок у транспорт енергії, вентиляцію та вентиляцію. Застій забрудненого повітря (Lyons and Olsson, 1973; Kitada і Kitagawa, 1990; Lu and Turco, 1994; Romero and Ramis, 1996; Kambezidis et al. 1998; Cheng, 2002; Liu and Chan, 2002).
Утворення морського вітру та сухопутного або термального вітру контролюється головним чином:
- теплові контрасти між сушею та морем
- сила та напрямок синоптичного вітру або загального потоку
Вітерець, найбільш вражаючим проявом якого є обертання вітру двічі на день, по суті пов’язаний з тепловими контрастами між сушею та морем. Вдень земля нагрівається швидше, ніж море. Над земною поверхнею, тепло поширюється через поверхневий прикордонний шар, породжуючи висхідні потоки. Повітря, яке піднімається, замінюється більш холодним повітрям, що надходить з моря: це морський бриз. За ніч земля охолоджується швидше, ніж море, а циркуляція організовується в зворотному напрямку (наземний бриз біля поверхні).
З іншого боку, морські та наземні поверхні мають різну теплову реакцію при однаковій кількості інсоляції. Континентальна поверхня має вищий максимум і нижчий мінімум, ніж море, яке підтримує по суті постійну температуру протягом дня. Це пояснюється наступними фактами:
- інсоляція, яка використовується для нагрівання континентальної поверхні, поглинається однаковим об’ємом води; ця хвиля проникає вглиб.
- Обсяг води, нагрітої сонячним ударом, може збільшуватися за рахунок природних рухів моря та конвекції.
- Більша частина енергії використовується як приховане тепло через випаровування води, а не як відчутне тепло. Випаровування має охолоджуючий ефект на поверхні моря.
- Теплова потужність води набагато більша. Це вимагає в чотири рази більше нагрівання одиниці об’єму при тій же температурі, що і той же континентальний об’єм.
З цих причин між континентальною поверхнею та поверхнею моря виникає градієнт температури з добовим розворотом (суша вдень тепліша, ніж море, а море тепліше суші вночі). Цей температурний контраст створює градієнт щільності та градієнт тиску повітря, що створює силу вітру через узбережжя з денним циклом. Морський вітерець дме з моря на сушу вдень, зверху - зворотний вітер. Слабкий наземний вітерець дме із суші до моря вночі зі слабким зворотним вітром над головою. Вночі земля охолоджується, а тертя повітря про землю збільшується, що має наслідком уповільнення вітру. Вранці сонце нагріває повітряну масу і зменшує тертя (Maalej 1997; Bouchlaghem et al. (2007)).
Лухар і Херлі (2004) застосували тривимірну модель для визначення метеорологічних умов, відповідальних за епізоди забруднення. Їх результати порівнювали з даними метеорологічної та концентраційної польової кампанії, проведеної протягом літнього періоду на середземноморських прибережних ділянках. Результати показують, що модель адекватно відтворює розвиток морського бризу, а також його дисипацію. Обкурювання забруднень на поверхні призводить до збільшення концентрації забруднюючих речовин. Вони дійшли висновку, що епізоди забруднення повітря, які спостерігаються на узбережжі, пов'язані з різними стадіями вітру. Епізоди фотохімічного смогу (забруднюючий туман, що зменшує видимість) часто спостерігаються в присутності циркулюючого бризу та слабкого синоптичного вітру.
Випадок циркуляції вітру вивчали Bastin et al. (2005) протягом літа. Вони висвітлили явища транспорту та вентиляції забруднювачів атмосфери на прибережних ділянках Марселя. Їх результати показують, що наявність складної топографії зменшує температурний контраст між сушею та морем, а отже, зменшує проникнення вітрового фронту на сушу та сприяє накопиченню забруднюючих речовин. Однак вони зазначають, що у разі взаємодії вітру з наземним синоптичним вітром вентиляція забруднюючих речовин стає значною за рахунок прискорення вітру. У цьому випадку проникнення глибше.
Експериментальна робота Millan et al. (2002) в басейні Середземномор'я візуалізують захоплення та застій забруднених повітряних мас над Середземним морем, особливо влітку. Вони відзначають, що поєднання циркуляцій морського бризу та гірського бризу створює рециркуляцію уздовж узбережжя басейну. Вони асимілюють цю рециркуляцію до природного фотохімічного реактора для виробництва забруднень. Поєднання морського бризу та гірського бризу спричиняє появу ефекту "димоходу", який може впорскувати забруднювачі у верхні шари, які згодом будуть віддаватися в море зворотним струмом. Вони також встановлюють утворення конвективного шару, який служить для фумігації забруднюючих речовин на поверхні. Розвиток вітру сприяє в цьому випадку адвекції забруднюючих речовин на землі, які потім повертаються протитоком.
На цьому етапі також вивчався вплив сухого осадження забруднюючих речовин на динаміку хімічних реакцій при морському бризі та наземному бризі. Чисельно, Kitada та ін. (1986) повідомляють, що характерні зміни денного потоку та турбулентна дифузійність вітру швидко передають наслідки осадження над сушею та морем. Вони показують, що вплив осадження на види може передаватися іншому шляхом ланцюгових реакцій.
Schlunzen and Pahl (1992) використовували мезомасштабну чисельну модель для вивчення просторово-часових змін сухих відкладень забруднюючих речовин в умовах циркуляції морським бризом. Результати показали, що кількість забруднень, що осідає, залежить від швидкості осадження. Регулюється стабільністю атмосфери, вітром тип поля та індикатора. Вони показали, що швидкість осадження в морі постійна. Однак на суші швидкість осадження пов'язана з вертикальною турбулентністю. Ця швидкість осадження демонструє добові зміни: вона втричі більша вдень, ніж вночі.
Варіабельність концентрації забруднювачів повітря в Гонконзі вивчали Лю та Чан (2002) під час епізодів забруднення. Збільшення концентрації O3 на поверхні пояснюється збільшенням викидів його попередників. Вони показують, що за спокійних синоптичних умов концентрація забруднюючих речовин головним чином визначається місцевою циркуляцією, рельєфом та стабільністю. Вони зазначають, що розвиток декількох морських бризів вранці утворює зони сходження на суші. Ці бризи мають значний вплив на розпорошення забруднюючих речовин. Зони конвергенції затримують забруднювачі та сприяють їх застою. Вночі стабільна нашарувана атмосфера та слабкий вітер сприяють накопиченню забруднюючих речовин.
Лю та співавт. (2002) моделювали циркуляцію бризу та їх вплив на розподіл озону та його попередників. Вони показали, що циркуляція морського бризу та сухопутного бризу відіграє значну роль у транспорті та перерозподілі забруднюючих речовин. Дійсно, озон та його попередники можуть транспортуватися до узбережжя вночі наземним бризом. Забруднюючі речовини повертатимуться за допомогою денного циркуляції морським бризом. Цей вид транспорту спричинює накопичення забруднюючих речовин на узбережжях, особливо за наявності слабкого вітру морського бризу.
Результати Lasri та співавт. (2004) щодо епізодів озону в регіонах ESCOMPTE показують, що ці події можуть відбуватися поза літнім сезоном. Wang et al., 2000 вивчали добові та сезонні зміни в полях концентрацій первинних забруднювачів повітря, сірчистого ангідриду (SO2) та вторинних O3. Результати показують, що максимум озону в Гонконгу фіксується восени. Вони встановили, що ця максимальна концентрація виробляється за наявності інтенсивної сонячної радіації, слабкого вітру та єдиного напрямку циркуляції. Формування зони конвергенції пояснює накопичення озону в цих регіонах. Збільшення полів концентрації SO2 пояснюється регіональною адвекцією.
Робота Ю та ін. (2000) зосереджуються на сезонній мінливості забруднення. Вони показують, що слабкий літній морський бриз є основною причиною епізодів озону. Зворотний струм сприяє транспортуванню, накопиченню та трансформації викидів попередників озону.
У цьому дослідженні ми представляємо події морського бризу, відповідальні за епізоди забруднення. Ми показуємо, що під час цього типу викиди морського бризу та рециркуляція бризу відповідають за погіршення якості повітря.
БІБЛІОГРАФІЧНА ЛІТЕРАТУРА
Бастін, С., Дробінський, П., Дабін, А., Дельвіль, П., Райтебук, О., Вернер, С., 2005. Вплив долин Рон і Дюранс на циркуляцію морського бризу в районі Марселя. Атмосферні дослідження 74, 303-328.
Бухлахем, К., Бен Мансур, Ф., Елоурагіні, С., 2007. Вплив події морського бризу на забруднення повітря на узбережжі Східного Тунісу. Дослідження атмосфери. 86, 2. 162-172.
Cheng, W.L., 2002. Розподіл озону в прибережному центрі Тайваню в умовах морського бризу. Атмосферне середовище 36. 3445-3459.
Kambezidis, H.D., Weidauer, D., Melas, D., Ulbricht, M., 1998. Якість повітря в басейні Афін під час морського бризу та днів без морського бризу, використовуючи лазерну техніку дистанційного зондування. Атмосферне середовище 32, 2173-2182.
Kitada, T., Carmichael, G.R., Peters, L.K. 1986. Вплив сухого осадження на концентрацію-розподіл атмосферних забруднювачів у циркуляціях сухопутного та морського бризу. Атмосферне середовище. Т.20. No10. С. 1999-2010.
Kitada, T. та Kitagawa, E. 1990. Чисельний аналіз ролі фронтів морського бризу для якості повітря в прибережних та внутрішніх забруднених районах. Атмосферне середовище. Т. 24А, No 6 с. 1545-1559.
Lasry, F., Coll, I., Buisson, E., 2005. Поняття про утворення важких епізодів озону: моделювання події 21.03.01 в регіоні ESCOMPTE. Дослідження атмосфери, том 74, випуски 1-4, 191-215.
Лю, Х. та Чан, Дж. К.Л. 2002 р. Дослідження закономірностей забруднення повітря під бризами суші і моря під час епізоду сильного забруднення повітря в Гонконгу. Забруднення атмосфери. 36. с. 591-901.
Liu, K.Y., Wang, Z., Hsiao, L.F., 2002. Моделювання морського бризу та його вплив на розподіл озону на півночі Тайваню. Екологічне моделювання та програмне забезпечення. 17, 21-27.
Lu, R. та Turco, R.P. 1996. Розподіл озону в басейні Лос-Анджелеса: тривимірне моделювання за допомогою моделі смогу. Атмосферне середовище. Випуск 30. No 24.pp 4155-4176.
Lu, R. та Turco, R.P. 1994. Транспорт забруднювачів повітря у прибережному середовищі. Частина I: Двовимірне моделювання ефектів морського бризу та гір. J. Atmos.Sc. 51, 2285-2308.
Lu, R., Turco, R., 1994. Транспорт забруднення повітря в прибережному середовищі-II: Тривимірне моделювання над басейном Лос-Анджелеса. Атмосферне середовище 29, 13, 1499-1518.
Luhar, A.K., Hurley, P.J., 2004. Застосування прогностичної моделі TAPM до потоків морського бризу, поверхневих концентрацій та фумігаційних шлейфів. Екологічне моделювання та програмне забезпечення. 19, 591-601.
Lyons, W.A., Olsson, L.E., 1973. Детальне мезометеорологічне вивчення дисперсії забруднення атмосферного повітря в озерному вітрі Чикаго. Щомісяця. Погода. Огляд. 106, 818 - 830.
Maalej, A. 1997. Поєднане динамічно-фізико-хімічне моделювання забруднення атмосфери в регіоні Сфакс (Туніс). Докторська дисертація. Університет Поля Сабатьє.
Millan, M.M., Sanz, M.J., Salvador, R., Mantilla, E., 2002. Атмосферна динаміка та цикли озону, пов'язані з відкладеннями азоту в Західному Середземномор'ї. Забруднення навколишнього середовища. 118, 167-186.
Ромеро, Р., Раміс, Ч., 1996. Чисельне дослідження транспорту та дифузії забруднювачів узбережжя під час циклу бризу на острові Майорка. Annales Geophysicae 14, 351-363.