- •Введение
- •Общие сведения о конвективных облаках
- •2.1 Краткая характеристика облаков
- •2.1.1 Понятие «облако»
- •2.1.2 Типы облаков
- •2.2 Конвективные облака
- •2.2.1 Уровень свободной конвекции
- •2.2.3 Атмосферные ядра конденсации
- •2.2.4 Образование дождевых капель в конвективных облаках
- •Образование градин в конвективных облаках
- •Опасные явления и экологически вредные аэрозоли в конвективных облаках
- •3.1 Атмосферные явления, возникающие в конвективных облаках
- •3.1.1 Грозы и градобития
- •Аэрозоли в конвективных облаках
- •3.2.1 Виды аэрозолей
- •4. Теоретические основы численной модели конвективного облака
- •Описание численной модели
- •4.1.1 Обоснование выбора модели
- •4.1.2 Общая характеристика модели
- •4.1.3 Система уравнений гидротермодинамики и баланса масс
- •5.1. Краткая характеристика параметров атмосферы
- •5.1.1 Описание индексов, характеризующих состояние атмосферы
- •5.1.2 Обзор климатических условий Санкт-Петербурга
- •Анализ и отбор данных радиозондирования атмосферы
- •5.2.1 Краткие данные о наблюдениях за погодой летом 2011 г
- •Результаты численного моделирования аэрозольного выброса в облаке и установление влияния параметров атмосферы на вымывание аэрозольных примесей
- •Численное моделирование аэрозольного выброса в облаке
- •6.1.2 Зависимости суммы осадков от параметров атмосферы
- •Заключение
- •8.Список литературы
Результаты численного моделирования аэрозольного выброса в облаке и установление влияния параметров атмосферы на вымывание аэрозольных примесей
Численное моделирование аэрозольного выброса в облаке
Результаты расчетов с использованием численной модели конвективного облака
Данные, которые были получены путем прореживания мы вставляем в модель облака. Начальные данные следующие:
Начальное количество аэрозоля Q=10 -3 кг аэрозоля/кг воздуха;
Диаметр частиц 10 мкм (довольно грубодисперсная пыль);
Плотность аэрозоля 2 г/куб.см.
Развитие облака происходит в цилиндрической области пространства. Данная область снизу ограничена подстилающей поверхностью. Внутри все физические величины меняются по вертикали. Введен аэрозольный блок на высоте от 200 до 400 м(аэрозоль неподвижна внутри блока).
В итоге расчетов были получены следующие данные:
ОСАДКИ НА ПОДСТИЛАЮЩЕЙ ПОВЕРХНОСТИ
Сумма осадков из свободных аэрозольных частиц
Сумма осадков из аэрозольных частиц, содержащихся в градинах (крупе)
Сумма осадков из аэрозольных частиц, содержащихся в дождевых каплях
Общая сумма аэрозольных осадков
Сумма жидких осадков
Сумма кристаллических осадков
Сумма кристаллических и жидких осадков
Динамические и микрофизические процессы в облаке тесно связаны между собой большим количеством прямых и обратных связей. Эта взаимосвязь необычайно сложна. В связи с этим даже при наличии упрощений интерпретация результатов, получаемых с помощью численной модели, является сложной задачей.
Сопоставив полученные данные с параметрами атмосферы, получили таблицу 6.1
Таблица 6.1
Значения индексов подъема и допустимой потенциальной конвективной энергии, количества осадков для одного летнего сезона 2011 г.
Дата |
CAPE |
Lift |
Осадки |
||||||
Сумма осадков из свободных а. ч. |
Сумма осадков из а.ч., содержащихся в градинах(крупе) |
Сумма осадков из а.ч., сод-ся в дождевых каплях |
Общая сумма аэрозольных осадков |
Сумма жидких осадков |
Сумма кристаллических осадков |
Сумма кристаллических и жидких осадков |
|||
01.06.2011 |
283.30 |
-0.90 |
1.143D-02 мм |
0.000D+00 мм
|
5.340D-02 мм
|
6.483D-02 мм
|
1.166D-02 мм
|
0.000D+00 мм |
1.166D-02 мм |
06.06.2011 |
0.00 |
10.11 |
3.164D-03 мм
|
0.000D+00 мм
|
0.000D+00 мм
|
3.164D-03 мм
|
0.000D+00 мм
|
0.000D+00 мм
|
0.000D+00 мм
|
10.06.2011 |
13.31 |
1.24 |
2.651D-03 мм
|
0.000D+00 мм
|
3.449D-02 мм
|
3.714D-02 мм
|
1.343D-02 мм
|
0.000D+00 мм |
1.343D-02 мм |
15.06.2011 |
20.41 |
3.87 |
7.508D-03 мм
|
0.000D+00 мм
|
8.417D-02 мм
|
9.168D-02 мм
|
3.530D-01 мм
|
0.000D+00 мм |
3.530D-01 мм |
17.06.2011 |
0.00 |
5.57 |
9.495D-03 мм |
0.000D+00 мм
|
4.718D-03 мм
|
1.421D-02 мм
|
0.000D+00 мм
|
0.000D+00 мм
|
0.000D+00 мм
|
22.06.2011 |
0.74 |
3.13 |
9.796D-03 мм
|
1.673D-03 мм
|
9.909D-02 мм |
1.106D-01 мм
|
6.466D-01 мм
|
5.531D-02 мм
|
7.019D-01 мм |
01.07.2011 |
894.47 |
-3.40 |
1.077D-03 мм
|
0.000D+00 мм
|
3.728D-01 мм
|
3.739D-01 мм
|
7.464D-01 мм |
0.000D+00 мм
|
7.464D-01 мм |
03.07.2011 |
409.84 |
-2.99 |
1.206D-02 мм |
0.000D+00 мм
|
1.047D-01 мм
|
1.168D-01 мм
|
1.129D-01 мм |
0.000D+00 мм |
1.129D-01 мм |
07.07.2011 |
634.21 |
-1.88 |
1.829D-03 мм |
1.057D-03 мм
|
5.040D-01 мм
|
5.069D-01 мм |
6.650D+00 мм
|
1.136D-01 мм |
6.764D+00 мм |
08.07.2011 |
256.04 |
-1.11 |
9.339D-03 мм |
0.000D+00 мм
|
9.401D-02 мм |
1.034D-01 мм
|
2.360D-01 мм |
0.000D+00 мм
|
2.360D-01 мм |
09.07.2011 |
225.03 |
-0.61 |
1.321D-02 мм
|
0.000D+00 мм
|
0.000D+00 мм
|
1.321D-02 мм
|
0.000D+00 мм
|
0.000D+00 мм
|
0.000D+00 мм
|
10.07.2011 |
594.36 |
-2.31 |
6.553D-03 мм |
0.000D+00 мм
|
1.766D-02 мм |
2.422D-02 мм |
2.206D-03 мм
|
0.000D+00 мм
|
2.206D-03 мм |
18.07.2011 |
0.00 |
7.70 |
8.748D-03 мм
|
0.000D+00 мм
|
1.552D-04 мм |
8.903D-03 мм
|
0.000D+00 мм |
0.000D+00 мм |
0.000D+00 мм |
20.07.2011 |
255.75 |
-1.22 |
7.831D-03 мм
|
0.000D+00 мм |
1.259D-02 мм |
2.042D-02 мм
|
8.913D-03 мм |
0.000D+00 мм
|
8.913D-03 мм |
21.07.2011 |
74.45 |
-0.33 |
1.230D-02 мм |
0.000D+00 мм
|
5.159D-02 мм
|
6.389D-02 мм
|
3.374D-02 мм
|
0.000D+00 мм
|
3.374D-02 мм
|
22.07.2011 |
1310.02 |
-4.37 |
1.362D-02 мм |
0.000D+00 мм
|
7.652D-02 мм |
9.014D-02 мм
|
8.440D-02 мм |
0.000D+00 мм
|
8.440D-02 мм |
26.07.2011 |
219.84 |
-1.03 |
3.589D-03 мм |
0.000D+00 мм
|
9.592D-02 мм |
9.950D-02 мм |
3.085D-01 мм
|
0.000D+00 мм
|
3.085D-01 мм
|
27.07.2011 |
902.89 |
-2.99 |
1.535D-02 мм |
0.000D+00 мм
|
1.906D-01 мм
|
2.060D-01 мм
|
5.203D-01 мм |
0.000D+00 мм |
5.203D-01 мм |
28.07.2011 |
1596.66 |
-5.42 |
1.243D-02 мм
|
0.000D+00 мм |
6.005D-02 мм
|
7.248D-02 мм |
8.975D-02 мм
|
0.000D+00 мм |
8.975D-02 мм
|
04.08.2011 |
0.00 |
4.41 |
1.337D-02 мм |
0.000D+00 мм
|
9.175D-02 мм
|
1.051D-01 мм
|
7.262D-02 мм
|
0.000D+00 мм
|
7.262D-02 мм
|
12.08.2011 |
2.89 |
6.44 |
1.718D-02 мм |
0.000D+00 мм
|
5.109D-02 мм
|
6.827D-02 мм
|
5.348D-02 мм |
0.000D+00 мм
|
5.348D-02 мм |
19.08.2011 |
90.55 |
0.14 |
1.187D-02 мм
|
0.000D+00 мм |
4.274D-02 мм
|
5.461D-02 мм
|
7.486D-02 мм |
0.000D+00 мм |
7.486D-02 мм |
22.08.2011 |
112.84 |
4.45 |
4.324D-03 мм
|
1.918D-05 мм
|
4.419D-02 мм
|
4.853D-02 мм
|
1.125D-01 мм
|
5.485D-04 мм
|
1.130D-01 мм |
26.08.2011 |
28.46 |
4.08 |
1.099D-02 мм
|
0.000D+00 мм
|
4.525D-02 мм |
5.624D-02 мм
|
2.050D-02 мм
|
0.000D+00 мм
|
2.050D-02 мм
|
27.08.2011 |
0.00 |
7.88 |
6.917D-03 мм
|
0.000D+00 мм
|
0.000D+00 мм
|
6.917D-03 мм
|
0.000D+00 мм
|
0.000D+00 мм
|
0.000D+00 мм
|
02.09.2011 |
76.05 |
0.61 |
3.517D-03 мм
|
9.420D-03 мм
|
1.256D-01 мм |
1.385D-01 мм
|
9.775D-01 мм
|
3.872D-01 мм
|
1.365D+00 мм |
03.09.2011 |
0.00 |
1.93 |
1.291D-02 мм
|
0.000D+00 мм
|
5.496D-02 мм
|
6.786D-02 мм
|
8.717D-02 мм
|
0.000D+00 мм
|
8.717D-02 мм
|
04.09.2011 |
1.53 |
7.30 |
1.395D-02 мм
|
0.000D+00 мм |
4.628D-02 мм
|
6.024D-02 мм
|
3.649D-02 мм |
0.000D+00 мм |
3.649D-02 мм |
09.09.2011 |
29.65 |
2.18 |
1.778D-02 мм
|
0.000D+00 мм |
6.057D-02 мм
|
7.835D-02 мм
|
8.759D-02 мм |
0.000D+00 мм |
8.759D-02 мм |
10.09.2011 |
0.00 |
4.10 |
1.612D-02 мм
|
0.000D+00 мм
|
0.000D+00 мм
|
1.612D-02 мм
|
0.000D+00 мм
|
0.000D+00 мм
|
0.000D+00 мм
|
Пояснение. D-02 мм означает 10 , D-03 мм означает 10 , D-03 мм означает 10
В модели учтены следующие микрофизические процессы, в которых участвуют аэрозольные примеси:
1. Захват аэрозольных частиц (далее - АЧ) дождевыми каплями при коагуляции.
2. Замерзание дождевых капель, содержащих АЧ (переход аэрозоля в градины).
3. Таяние градин, содержащих АЧ (переход аэрозоля в дождевые капли).
4. Испарение дождевых капель, содержащих АЧ, и переход аэрозоля, содержащегося в них, в свободные АЧ.
Не учтены:
1. Коагуляция АЧ с облачными каплями - вследствие малой разности скоростей падения и малого сечения соударения ею можно пренебречь.
2. Коагуляция АЧ с градинами - вследствие низкого коэффициента захвата предполагается, что твердые частицы при соударении разлетаются.
3. Конденсация водяного пара на АЧ - предполагается, что частицы твердые и негигроскопические.