Sunum yükleniyor. Lütfen bekleyiniz

Sunum yükleniyor. Lütfen bekleyiniz

HAVA KİRLİLİĞİ METEOROLOJİSİ VE ATMOSFERİK DAĞILIM.

Benzer bir sunumlar


... konulu sunumlar: "HAVA KİRLİLİĞİ METEOROLOJİSİ VE ATMOSFERİK DAĞILIM."— Sunum transkripti:

1 HAVA KİRLİLİĞİ METEOROLOJİSİ VE ATMOSFERİK DAĞILIM

2 ATMOSFER DOĞAL VE ANTROPOJENİK KAYNAKLARDAN SALINAN KİRLETİCİLER İÇİN BİR YUTAKTIR AMA MÜKEMMEL BİR YUTAK DEĞİLDİR KİRLETİCİ DERİŞİMLERİ KABUL EDİLEMEZ DÜZEYLERE ULAŞABİLİR.

3 KAYNAK ATMOSFERİN DURUMU YUTAK EMİSYONLAR Emisyon hızı, tip, kaynak figürasyonu EMİSYONLAR Emisyon hızı, tip, kaynak figürasyonu DAĞILIM Yatay ve dikey -kararlılık, türbülans, rüzgar. DÖNÜŞÜM Kimyasal tepkimeler GİDERİM Çökelme, adsorpsiyon, çarpma (impaction) DAĞILIM Yatay ve dikey -kararlılık, türbülans, rüzgar. DÖNÜŞÜM Kimyasal tepkimeler GİDERİM Çökelme, adsorpsiyon, çarpma (impaction) ALICI ORTAMDAKİ ETKİ Sağlık etkileri, vejetasyona zarar, korozyon ALICI ORTAMDAKİ ETKİ Sağlık etkileri, vejetasyona zarar, korozyon Ref: Air pollution and health, Holgate, Samet, Koren ve Maynard, Academic Press, 1999

4 DAĞILIM VE TAŞINMA Dağılım ve taşınma değişik ölçeklerdeki hareketlerden etkilenir.

5 Rüzgar Rüzgarın hem hız hem de yön bileşeni vardır. Rüzgar hızı basınç gradyanından ve sıcaklık gradyanından etkilenir. Duman dağılımı rüzgar hızı ile ters orantılıdır.

6 Rüzgar gülü Rüzgar yönü ve rüzgar hızı rüzgar gülü ile gösterilir.

7 Kirlilik gülü

8 Winds Rüzgar hızı yüzey pürüzlülüğünden etkilenir. Kentsel alanlarda yüzey pürüzlülüğü artar, rüzgar hızı azalır.

9 Temel terminolojiden başlıklar Sınır Tabakası: Bir yüzey üzerinde akan bir akışkanın yavaş aktığı tabaka (hava kirliliği meteorolojisinde bunun karşılığı atmosferik bileşenlerin iyi karıştığı bir katmandır) (Planetary Boundary Layer) Konveksiyon: Isının ya da diğer özelliklerin kütlesel olarak atmosferdeki dikey hareketi Adveksiyon: Isının ya da diğer özelliklerin atmosferdeki yatay taşınması

10 Türbülans Havanın üç boyutlu hareketine türbülans adı verilir Termal mekanik

11 Termal ve mekanik türbülans Source:apollo.lsc.vsc.edu/.../chapter9/bl_evol_3pm.htmlapollo.lsc.vsc.edu/.../chapter9/bl_evol_3pm.html

12 Coriolis etkisi Dünyanın dönüşü nedeniyle rüzgar yönündeki sapma

13 Atmosferdeki genel sirkülasyonu

14 Atmosferik Kararlılık Bir madde hızlı bir değişim geçiriyorsa ya da bu potansiyele sahipse, kararsızdır. Kararlı Kararsız Nötr

15 Kaynağın konumu ve rüzgar altı topoğrafyası Kısa baca daha yüksek yer seviyesi derişimlerine neden olur

16 Bağıl nem: Hava ve su buharının oluşturduğu bir gaz karşımındaki su buharı miktarının göstergersi. Hava soğudukça bağıl nem, doygunluk değer, olan %100’e kadar artar. Doygunluk noktasının da altına soğursa yoğuşma gerçekleşir. Bu noktaya çiğlenme noktası denir.

17 Suyun kısmi basıncı Bağıl nem(%) = x 100 Suyun o sıcaklıktaki buhar basıncı

18 Fiziksel olaylar Güneş radyasyonuGüneş radyasyonu Termal enerjiTermal enerji YerçekimiYerçekimi Hava yoğunluğuHava yoğunluğu BasınçBasınç

19 Güneş radyasyonu Güneş siyah cisim ışıması yapar.Güneş siyah cisim ışıması yapar. Güneş tarafından salınıp dünya atmosferine ulaşan toplam enerji 1370 w/m 2 s.Güneş tarafından salınıp dünya atmosferine ulaşan toplam enerji 1370 w/m 2 s. Dünya yüzeyine ulaşan kısmı343 w/m 2 s.Dünya yüzeyine ulaşan kısmı343 w/m 2 s. O 2, O 3, CO 2, H 2 O buharı gelen güneş radyasyonunu absorplar.O 2, O 3, CO 2, H 2 O buharı gelen güneş radyasyonunu absorplar. 100 km’den yukarıda O 2 UV<0.18 μm absorplar100 km’den yukarıda O 2 UV<0.18 μm absorplar Ozone below 60 km altında ozon μm arası UV ışığı absorplarOzone below 60 km altında ozon μm arası UV ışığı absorplar H 2 O ve CO 2 kızılötesi (IR) bölgede absorpsiyonu yapar.H 2 O ve CO 2 kızılötesi (IR) bölgede absorpsiyonu yapar.

20

21 Karasal termal radyasyon Dünya ve atmosferi etkin sıcaklığı 290 K olan bir siyah cisim gibi enerji yayar Atmosferik pencere CO 2, H 2 O buharı, CH 4, bu bölgede absorpsiyon gerçekleştirir

22

23 Yüzey sıcaklıkları Güneş radyasyonunun miktarı geliş açısına bağlıdırGüneş radyasyonunun miktarı geliş açısına bağlıdır Kutup bölgeleri ekvator bölgelerinden daha soğuktur.Kutup bölgeleri ekvator bölgelerinden daha soğuktur. Kutuplar ve tropik bölgeler arasında 35 o C sıcaklık farkı vardır.Kutuplar ve tropik bölgeler arasında 35 o C sıcaklık farkı vardır. Enerjinin eşit olmayan dağılımından dolayı bölgesel iklim farklılıkları vardır.Enerjinin eşit olmayan dağılımından dolayı bölgesel iklim farklılıkları vardır.

24 Atmosferik Kararlılık İdeal gaz kanununa ve barometrik eşitliğe göre, atmosferde yukarı her 1 km çıkıldığında sıcaklık yaklaşık 10 ºC düşer. Çevresinden daha hafif olan (yani daha düşük yoğunluğa) bir gaz yukarıya yükselir. Sıcaklığı daha yüksek olan gazın basıncı daha yüksektir

25 Atmosferik Kararlılık O halde… Atmosfere sanılan bir gaz ortam havasından daha sıcaksa, yukarı hareket eder Çevresi kendisinden daha soğuk olduğu sürece, yukarı doğru olan hareketine devam eder

26 Atmosferik Kararlılık Ancak… Zaman zaman, daha önce bahsedilen dikey sıcaklık profili değişebilir (yüzeyin ani soğuması vb. nedenlerle). Aşırı bir durumda, yükseklik arttıkça sıcaklık sabit kalabilir ya da artabilir Bu gerçekleşirse, salınan gaz, çevresinden daha soğuk olacağı için dikeydeki hareketi durur.

27 Atmosferik Kararlılık Dikey hareketliliğin olmadığı bir atmosfer KARARLI bir atmosferdir Aşırı kararlı koşul durumuna TERSLENME (İNVERZİYON) adı verilir. Terslenme sırasında kirleticiler dağılamaz ve alt atmosferde birikerek, büyük kirlilik sorunu yaratırlar

28 SICAKLIK DEĞİŞİM HIZI (LAPSE RATE) Sıcaklığın yükseklikle değişme hızıdır. İki tür değişim hızı önemlidir: Çevresel Değişim Hızı(Environmental Lapse Rate - ELR) ve Adiyabatik Değişim Hızı (Adiabatic Lapse Rate – ALR). Bunlardan ikincisi de kendi içinde iki türlüdür: Kuru Adiyabatik Değişim Hızı (DALR) ve Doygun Adiyabatik Değişim Hızı SALR) Sıcaklığın yükseklikle değişme hızıdır. İki tür değişim hızı önemlidir: Çevresel Değişim Hızı(Environmental Lapse Rate - ELR) ve Adiyabatik Değişim Hızı (Adiabatic Lapse Rate – ALR). Bunlardan ikincisi de kendi içinde iki türlüdür: Kuru Adiyabatik Değişim Hızı (DALR) ve Doygun Adiyabatik Değişim Hızı SALR) SALR yerine bazen WALR ya da MALR ifadesini görebilirsiniz SALR yerine bazen WALR ya da MALR ifadesini görebilirsiniz S: Saturated S: Saturated W: Wet W: Wet M. Moist M. Moist

29 Çevresel Değişim Hızı (ELR) Belli bir zaman ve yerde atmosfer sıcaklığını yükseklikle değişim hızının gerçek değeridir. Zaman ve tere göre değişir, sabit bir değeri yoktur. Belli bir zaman ve yerde atmosfer sıcaklığını yükseklikle değişim hızının gerçek değeridir. Zaman ve tere göre değişir, sabit bir değeri yoktur. Mini hava istasyonlarını taşıyan hava balonları olan radyosondalar ile atmosferin dikey sıcaklık profili belirlenir. Mini hava istasyonlarını taşıyan hava balonları olan radyosondalar ile atmosferin dikey sıcaklık profili belirlenir. Bazen de paraşüte bağlı mini hava istasyonları uçaklardan atılır (dropsonda). Bazen de paraşüte bağlı mini hava istasyonları uçaklardan atılır (dropsonda).

30 Basınç değişimi Daha az gaz molekülü, daha düşük basınç Daha çok gaz molekülü, yüksek basınç Dışarıdan enerji transferi olmaza, yüksek basınçtan düşük basınca genişleyen bir gaz soğur. Benzer şekilde, dışarıya enerji transferi olmazsa, düşük basınçtan yüksek basınca sıkıştırılan bir gaz ısınır.

31 Adiyabatik Değişim Hızı Yukarıya doğru yükselen hava parselinin su buharına doygun olup olmadığına bağlıdır. Eğer «kuru» ise (doygun değilse) yükselme sırasındaki genleşmeden kaynaklı olarak sıcaklık düşer. Eğer doygunluk noktasına ulaşmışsa, genleşirken çiğlenme noktasına ulaşır. Bu da su buharının, yoğuşma çekirdeklerinin üzerinde yoğuşmasına neden olur. Bu sırada da suyun latent ısısı açığa çıkarak soğuma hızını azaltır. Yukarıya doğru yükselen hava parselinin su buharına doygun olup olmadığına bağlıdır. Eğer «kuru» ise (doygun değilse) yükselme sırasındaki genleşmeden kaynaklı olarak sıcaklık düşer. Eğer doygunluk noktasına ulaşmışsa, genleşirken çiğlenme noktasına ulaşır. Bu da su buharının, yoğuşma çekirdeklerinin üzerinde yoğuşmasına neden olur. Bu sırada da suyun latent ısısı açığa çıkarak soğuma hızını azaltır.

32 Kuru Adiyabatk Değişim Hızı ve Doygun Adiyabatik Değişim Hızı Yoğuşma sırasında, suyun buhardan sıvıya geçişi tepkimesinde su buharının her gramı için 539 kalori ısı enerjisi açığa çıkar. Bu nedenle kuru koşullarda, örneğin, 1000 metrede 10 birim olan sıcaklık düşme hızı, 3 birimlik latent ısının açığa çıkması nedeniyle, 1000 metrede 7 birim sıcaklık düşüşü değerine dönüşür. Yoğuşma sırasında, suyun buhardan sıvıya geçişi tepkimesinde su buharının her gramı için 539 kalori ısı enerjisi açığa çıkar. Bu nedenle kuru koşullarda, örneğin, 1000 metrede 10 birim olan sıcaklık düşme hızı, 3 birimlik latent ısının açığa çıkması nedeniyle, 1000 metrede 7 birim sıcaklık düşüşü değerine dönüşür. Kuru Adiyabatik Sıcaklık Değişim Hızı teorik olarak hesaplanabilir ve sayısal değeri9.8ºC/km’dir. Hava parseli doygunluğa (çiğlenme noktasına) ulaşana dek sabittir). Kuru Adiyabatik Sıcaklık Değişim Hızı teorik olarak hesaplanabilir ve sayısal değeri9.8ºC/km’dir. Hava parseli doygunluğa (çiğlenme noktasına) ulaşana dek sabittir). Doygun Adiyabatik Değişim Hızı (SALR) değişkendir çünkü hava parselinin yoğuşmasıyla ne kadar latent ısının açığa çıkacağına bağlıdır. Doygun Adiyabatik Değişim Hızı (SALR) değişkendir çünkü hava parselinin yoğuşmasıyla ne kadar latent ısının açığa çıkacağına bağlıdır.

33 Kararsız koşullar, mükemmel dağılım Nötr koşullar, iyi dağılım Kararlı koşullar, orta/kötü dağıım Terslenme (inverziyon), çok yetersiz dağılım

34 hava sıcaklığı 26 o C Hava parseli sıcaklığı 29 o C ELR 0.7 o C/100m DALR 0.98 o C/100m Yükseklikmetre Hava T ( o C) Parsel T ( o C) yer Altitude (m) 1000 m 19 o C Hava parseli daha fazla yükselmez!!!

35 Soru Hava parselinin yer yüzeyinde sıcaklığı 25ºC’dir. SALR’nin değeri 5.5ºC/1km olarak belirlenmiştir. İlk bir kilometre boyunca DALR, ikinci kilometre boyunca SALR ile yükselirse, 2 km yükseklikteki sıcaklığı ne olur? Hava parselinin yer yüzeyinde sıcaklığı 25ºC’dir. SALR’nin değeri 5.5ºC/1km olarak belirlenmiştir. İlk bir kilometre boyunca DALR, ikinci kilometre boyunca SALR ile yükselirse, 2 km yükseklikteki sıcaklığı ne olur?Cevap. Yüzeydeki sıcaklık 25ºC. Yüzeydeki sıcaklık 25ºC. İlk bir kilometre DALR (-9.8ºC) ile soğur... İlk bir kilometre DALR (-9.8ºC) ile soğur... İkinci kilometrede SALR (-5.5ºC) ile soğur... İkinci kilometrede SALR (-5.5ºC) ile soğur... 25ºC - 9.8ºC - 5.5ºC = 9.7ºC 25ºC - 9.8ºC - 5.5ºC = 9.7ºC

36 Karışma Yüksekliği Havanın dikeydeki hareketi, dikey sıcaklık farklarıyla artar Dikeydeki sıcaklık gradyanı (farkı) ne kadar büyük olursa, konveksiyon ve ona bağlı türbülant karışım daha kuvvetli olur Dikey kolonun yüksekliği ne kadar artarsa, dağılım süreçleri de o kadar etkin olur.

37 KY (Karışma Yüksekliğinin) gün içindeki değişimi

38 Inverziyon

39 İnverziyon

40 Cephesel: Sıcak hava soğuk hava üzerinden akar Adveksiyona bağlı: Kara ve deniz meltemleri Güneş radyasyonuna bağlı: Güneşin yokluğunda hızla soğuyan yer yüzeyi Sübsidans (İnici hava hareketleri): Üst atmosferdeki yüksek basıncın havayı aşağıya doğru sıkıştırarak ısıtması

41

42 Radyasyona bağlı inverziyon Gece inverziyonu (nocturnal inversion) da denir. Güneş radyasyonunun olmaması nedeniyle yer yüzeyinin soğumasıyla oluşur. İnverziyon tabakası10-20 metreye kadar düşebilir. Vadilerde daha da etkili olur.

43 Kirletici kaynaktan salınan hava, sıcaklığı çevresiyle eşit olduğu yüksekliğe kadar çıkar ve orada sabitlenir.

44 Sübsidans Inverziyonu 50 m civarında bir kalınlıkta olabilir

45 Atmosferik Kararlılık Dikey hareketlilik arttığında, atmosfer KARARSIZdır. Atmosferin karasız olması, istenen bir durumdur çünkü kirleticiler kolaylıkla dağılarak (dispersiyon) seyrelirler. Kararlı → KÖTÜ Kararsız → İYİ

46 Kararlı Atmosfer

47

48 Kararsız Atmosfer

49

50 Atmosferik Kararlılık Atmosfer kararlılık durumu bazı meteorolojik koşullara bağlıdır. Bunların en önemlileri Rüzgar hızı Güneş radyasyonu Bulut örtüsü

51 Atmosferik Kararlılık Biraz daha teknik bir yaklaşım…

52 Kuru adiyabatik sıcaklık düşüş hızı (Dry adiabatic lapse rate) Atmosferik basınç yükseklikle eksponansiyel olarak azalır. Böylece, bir hava parseli yukarı (ya da aşağı) hareket ettikçe, genişlemesi (sıkışması) ve soğuması (ısınması) gerekir.Kuru (su buharı içeren ama sıvı su damlaları içermeyen) bir atmosfer için, bu yer değiştirmeden kaynaklı yükseklikle sıcaklık düşü kuru adiyabatik sıcaklık düşme hızı olarak adlandırılır (Γ, DALR).

53 Kuru adiyabatik sıcaklık düşüş hızı (Dry adiabatic lapse rate) Adiyabatik terimi, sistemin enerjisinin, yer değiştirme sırasında korunduğunu ve çevreleyen hava ile enerji alışverişi olmadığını ifade eder

54 Karışma Yüksekliği Gün içinde ve mevsimler arasında değişkenlik gösterir Topoğrafyadan ve makro ölçekli hava hareketlerinden etkilenir (Isı absorplama kapasitesi daha yüksek olan su yüzeyleri üzerinde daha alçak karışma yüksekliği, kara yüzeyleri üzerinde daha yüksek karışma yükseklikleri oluşur)

55 Karışma Yüksekliği Karışma Yüksekliği atmosferdeki dikey karışımın yüksekliğidir. Bileşenler bu yüksekliğe kadar iyi karışır. KY belirlemek için atmosferin dikey sıcaklık profilini belirlemek gerekir. Salınan bir radyosonda değişik yüksekliklerde sıcaklık sinyali gönderir. Kuru adiyabatik sıcaklık değişim çizgisinin rasdyosonda ölçüm değeri ile kesiştiği nokta maksimum karışım yüksekliğidir

56 Karışma Yüksekliği

57

58 Bir nokta kaynaktan kirletici dağılımı Dumana ne olacağını belirleyen;  Kirleticilerin fiziksel ve kimyasal özellikleri  Meteorolojik parametreler  Kaynak ve civarındaki engellerin görece konumları  Rüzgar altı (downwind) (rüzgarın esiş yönü) topoğrafyası Dumanın kaynaktan yükselmesi Rüzgar altı taşınma ve seyrelme

59 Kirleticilerin doğası Bir bacadan gerçekleşen emisyonlar gaz ve partikül fazındadır Gaz molekülleri, öncelikle difüzyon nedeniyle, yüksek derişimden alçak derişime doğru hareket eder Büyük partiküller çökelirler Küçük partiküller uzun süre atmosferde kalarak, gazlara benzer bir davranış gösterirler

60 Meteorolojik parametreler Kaynaktaki duman yükselmesi ne kadar fazla olursa, dumanın yer seviyesine indiği mesafe o kadar artar, yer seviyesi derişimleri de azalır. Dumanın ne kadar yükseleceği şu etkenlere bağlıdır: Emisyonun sıcaklığı, Bacanın kesit alanı, Emisyon hızı, Yatay rüzgar hızı, Dikey sıcaklık gradyanı.

61 Yaş ve kuru çökelme Kuru Çökelme: Yer çekimi ve çarpma (impaction) etkisiyle partiküller atmosferden ayrılır, gazlar absorpsiyon ve adsorpsiyon yolu ile yüzeye difüze olur Yaş Çökelme: Gazların ve partiküllerin bulut ve yağmur damlası içinde (rain out) ve bulut ya da yağmur damlası altında (washout) tutularak yüzeye çökelmesi

62 Karışma Yüksekliği

63 The vertical air temperature distribution in the atmosphere is highly variable. For dry air it ranges as follows: Very stable: Temperature increases with increase in altitude. This is a "plus" temperature lapse rate, or an inversion. Stable: Temperature lapse rate is less than the dry adiabatic rate, but temperature decreases with altitude increase. Neutral: Temperature lapse rate is the same as the dry adiabatic rate of 10 degrees/km. Unstable: Temperature lapse rate is greater than the dry adiabatic rate. It may be 11 degrees/km. Very unstable: Temperature lapse rate is much greater than the dry adiabatic rate, and is called super- adiabatic.

64 Atmosferik Kararlılık Pasquill kararlılık sınıfları Kararlılık sınıfı Tanım Definition A Çok kararsız Dnötr Bkararsız E Hafif kararlı C Hafif kararsız Fkararlı

65 Atmosferik Kararlılık Pasquill kararlılık sınıflarının tanımlayan meteorolojik koşullar Yüzey rüzgar hızı Güneş radyasyonu Gece bulut örtüsü m/smi/hkuvvetliortahafif > 50% < 50% < 2 < 5 A A – B BEF 2 – 3 5 – 7 A – B BCEF 3 – 5 7 – 11 B B – C CDE 5 – 6 11 – 13 C C – D DDD > 6 > 13 CDDDD Not: Tam kapalı havalarda rüzgar hızından bağımsız olarak kararlılık sınıfı D’dir.

66 Duman dağılımı ve kararlılık sınıfı arasındaki ilişki Kirletici izi Konik dağılım

67 Duman dağılımı ve kararlılık sınıfı arasındaki ilişki Kirlilik dağılımı Sıkışık dağılım

68 Duman dağılımı ve kararlılık sınıfı arasındaki ilişki Fümigasyon (duman basması)

69 Modeller Dağılım modelleri: Atmosferdeki fiziksel, kimyasal ve dinamik süreçleri ayrıntılı bir kavranışı üzerine kuruludurlar. Emisyonlar ve ilgili diğer parametreler ile ilgili yeterli bilgi mevcut olduğunda, herhangi bir yer ve zamandaki derişimin tahmin edilmesini sağlarlar Dağılım modelleri: Atmosferdeki fiziksel, kimyasal ve dinamik süreçleri ayrıntılı bir kavranışı üzerine kuruludurlar. Emisyonlar ve ilgili diğer parametreler ile ilgili yeterli bilgi mevcut olduğunda, herhangi bir yer ve zamandaki derişimin tahmin edilmesini sağlarlar

70 Modeller Alıcı (reseptör) modelleri: Alıcı bir noktada ölçüm sonucu elde edilen veri setiyle bu derişimleri etkilemesi beklenen emisyonlar arasındaki ilişki üzerine kuruludur Alıcı (reseptör) modelleri: Alıcı bir noktada ölçüm sonucu elde edilen veri setiyle bu derişimleri etkilemesi beklenen emisyonlar arasındaki ilişki üzerine kuruludur

71 Modeller Stokastik modeller: Atmosferik fiziksel süreçlerden bağımsız olarak, kirletici derişimleriyle bu derişimleri etkileyen faktörler arasındaki yarı ampirik matematiksel ilişkiler Stokastik modeller: Atmosferik fiziksel süreçlerden bağımsız olarak, kirletici derişimleriyle bu derişimleri etkileyen faktörler arasındaki yarı ampirik matematiksel ilişkiler C(kirletici)=a+b.NO+c.SO2+d.RH+e.rüzgarhızı+ ……………………..

72 Modeller Atmosferde tanımlanan bir birim hacme girdileri ve çıktıların kullanılmasıyla, o hacim içindeki ortalama derişimin belirlendiği modeller. Kutu modelleri: Atmosferde tanımlanan bir birim hacme girdileri ve çıktıların kullanılmasıyla, o hacim içindeki ortalama derişimin belirlendiği modeller.

73 Eskişehir için geri yörünge örnekleri

74 Modeller Kutu modelleri, bir hacim içindeki ortalama derişimi o hacme girdi ve çıktılar arasındaki denge üzerinden hesaplayan modellerdir. Kutu modelleri, bir hacim içindeki ortalama derişimi o hacme girdi ve çıktılar arasındaki denge üzerinden hesaplayan modellerdir.

75 Sabit kutu modelleri Birikimi hızı= (tüm giriş akımları)-(tüm çıkış akımları) + (oluşma hızı)-(yok olma hızı)

76 Sabit kutu modellerinde varsayımlar Şehir, W ve L olan ve bir kenarı rüzgara paralel olan bir dikdörtgen prizmadır. Şehir, boyutları W ve L olan ve bir kenarı rüzgara paralel olan bir dikdörtgen prizmadır. Kirleticiler, karışma yüksekliği olan H’ye kadar tam karışır. Kirleticiler, karışma yüksekliği olan H’ye kadar tam karışır. Toplam hacim içindeki kirletici derişimi her yerde aynıdır. Toplam hacim içindeki kirletici derişimi her yerde aynıdır. Rüzgar x yönünden u hızı ile eser, hız zamandan, yerden ve yükseklikten bağımsızdır. Rüzgar x yönünden u hızı ile eser, hız zamandan, yerden ve yükseklikten bağımsızdır. Şehre giren havadaki derişim sabittir ve fon derişimi (background concentration) olan b’ye eşittir. Şehre giren havadaki derişim sabittir ve fon derişimi (background concentration) olan b’ye eşittir. Kirletici emisyon hızı, Q (g/s), sabittir ve zamanla değişmez. Kirletici emisyon hızı, Q (g/s), sabittir ve zamanla değişmez. Kutunun üst kısmından ya da rüzgara paralel olan kenarından kirletici giriş çıkışı olmaz Kutunun üst kısmından ya da rüzgara paralel olan kenarından kirletici giriş çıkışı olmaz Kirleticinin atmosferik ömrü uzundur. Kirleticinin atmosferik ömrü uzundur.

77 Sistemin hacmi=WLH Sistemin hacmi=WLH Yatışkın hal durumunda, birikim hızı sıfırdır: Yatışkın hal durumunda, birikim hızı sıfırdır: Oluşma hızı, giriş akımı altında değerlendiriliyor. Oluşma hızı, giriş akımı altında değerlendiriliyor. Kirletici ömrü uzundur, bu nedenle, yok olma hızı sıfırdır Kirletici ömrü uzundur, bu nedenle, yok olma hızı sıfırdır Bu durumda formülün nihai hali Bu durumda formülün nihai hali 0= (tüm giriş akımları)- (tüm çıkış akımları) 0= (tüm giriş akımları)- (tüm çıkış akımları) Birikimi hızı=0= (tüm giriş akımları)-(tüm çıkış akımları) + (oluşma hızı)-(yok olma hızı)

78 Fon derişim olan b’den kaynaklı giriş akışı; Fon derişim olan b’den kaynaklı giriş akışı; Giriş akışı=uWHb (kütle/zaman)  Şehirdeki emisyonlardan kaynaklı giriş akışı; Giriş akışı=Q=qWL, q=g/sec.m2 emisyon hızı)  Rüzgar yönünde çıkış akışı Çıkış akışı=uWHC 0= (tüm giriş akımları)- (tüm çıkış akımları) denkleminde yerine konduğunda 0= (tüm giriş akımları)- (tüm çıkış akımları) denkleminde yerine konduğunda C (kiretici derişimi)=b+qL/uH

79

80 Nokta kaynaklardan kirletici dağılımı için basit mbir model Farklı yükseklikteki bacalardan kirleticiler atmosfere salınır. Dumanın oluşumu ve dağılımı bazı etkenlere bağlıdır;  Kirleticilerin fiziksel ve kimyasal özellikleri  Rüzgar hızı ve atmosferik kararlılık gibi meteorolojik etkenler  Kaynağın ve civarındaki engellerin göreli konumu  Topoğrafik etkenler

81 Varsayımlar Yatışıkın hal durumu (emisyon hızının sabit olması) Yatışıkın hal durumu (emisyon hızının sabit olması) Rüzgar hızı, yönü ve dumanın difüzyon özellikleri sabittir Rüzgar hızı, yönü ve dumanın difüzyon özellikleri sabittir Kimyasal bir değişim gerçekleşmez Kimyasal bir değişim gerçekleşmez Rüzgar hızları 1 m/s ve üzerindedir. Rüzgar hızları 1 m/s ve üzerindedir. Rüzgar altında 50 km’den daha uzak mesafeler için modelin tahmin yeteneği çok düşüktür. Rüzgar altında 50 km’den daha uzak mesafeler için modelin tahmin yeteneği çok düşüktür.

82 Gauss dağılım denklemi (Gauss duman denklemi) Dağılan dumanın şeklinin normal dağılım şeklinde olacağı varsayımı üzerine kuruludur

83 Gauss dağılım denklemi σ y ve σ z : y ve z yönündeki dağılım katsayıları u: duman yüksekliğindeki (etkin baca yüksekliğindeki) rüzgar hızı H: Toplam emisyon yüksekliği (Etkin baca yüksekliği) H = h s (baca yüksekliği) + Δh (duman yükselmesi)

84 Gauss dağılım denklemi (yerden tam yansıma olması durumunda) Yansıma

85 Duman yükselmesi Çoğu duman hüzmesi bir çıkış hızına ve/veya kendisi ile çevresindeki havanın sıcaklık farkından kaynaklanan bir yükselme etkisine sahiptir. Çoğu duman hüzmesi bir çıkış hızına ve/veya kendisi ile çevresindeki havanın sıcaklık farkından kaynaklanan bir yükselme etkisine sahiptir. Bu nedenle, etkin baca yüksekliğinin, bacanın kendi yüksekliğinden farklı (genellikle daha yüksek) olması beklenir. Bu nedenle, etkin baca yüksekliğinin, bacanın kendi yüksekliğinden farklı (genellikle daha yüksek) olması beklenir.

86

87 Duman yükselmesi F b : Kaldırma kuvveti akısı (m 4 s -3 ) w 0 : başlangıç duman çıkış hızı (m/s) R 0 : bacanın iç yarıçapı (m) T p0 : başlangıç duman sıcaklığı (K) T a0 : Baca yüksekliğindeki atmosfer sıcaklığı (K). Çıkış hızı Kaldırma kuvveti etkisi

88 Duman yükselmesi Kararsız-nötr atmosferde Fb < 55 ise, dh (duman yükselmesi) = 21 F 0.75 /u h Fb < 55 ise, dh (duman yükselmesi) = 21 F 0.75 /u h Fb ≥ 55 ise, dh (duman yükselmesi) = 39 F 0.6 /u h Fb ≥ 55 ise, dh (duman yükselmesi) = 39 F 0.6 /u h Kararlı atmosferde dh = 2.6 (F b /u*S) 1/3 dh = 2.6 (F b /u*S) 1/3 Bacanın fiziksel yüksekliğindeki (hs) rüzgar hızı

89 Duman yükselmesi Literatürde, farklı değişkenler içeren farklı duman yükselmesi formülleri bulunmaktadır. Örneğin; Holland formülü  h=[Vs*D/u] [ *10-3PD[(T s -T a)/T s]  h=duman yükselmesi (m) Vs=baca gazı çıkış hızı (m/s) D=baca çapı (m) U=rüzgar hızı (m/s) P=basınç (mbar) Ts=baca gazı sıcaklığı (K) Ta=atmosfer sıcaklığı (K)

90 σ y ve σ z ’nin hesaplanması Grafik olarak

91 σ y ve σ z ’nin hesaplanması Matematiksel

92 Rüzgar hızı & yükseklik u(z) = u 0 (z /z 0 ) p u(z) : z yüksekliğindeki rüzgar hızı, u(z) : z yüksekliğindeki rüzgar hızı, u 0 : z 0 yüksekliğindeki rüzgar hızı, u 0 : z 0 yüksekliğindeki rüzgar hızı, p :atmosferik kararlılık sınıfına bağlı bir katsayı p :atmosferik kararlılık sınıfına bağlı bir katsayı

93 Rüzgar hızı & yükseklik

94 Çizgi kaynak modelleri Basittenm karmaşığa pek çok çizgi kaynak modeli de mevcuttur. Örneğin bu örnekte, rüzgarın yola dik estiği bir durum söz konusudur. Bu durumda yoldan x metre uzaklıktaki bir alıcıdaki derişim şu şekilde hesaplanır: 2Q 2QC(x)= (2П) 1/2 σ z u U(m/s) Alıcı Çizgi kaynak, Q(g/m.s) Çizgi kaynağa dik rüzgar x

95 Example: CO Near a Freeway The federal emission standards for CO from new vehicles is 3.4 g/mile. Suppose a highway has 10 vehicles per second passing a given spot, each emitting 3.4 g/mile of CO. If the wind is perpendicular to the highway and blowing at 5 mph (2.2m/s) on an overcast day, estimate the ground-level CO concentration 200m from the freeway.(Stability class is D) Q=10 vehicles/s*3.4 g/vehicle-mile* 1mile/1609 m=0.021 g/m.s C(0.2 km)=(2*0.021 g/m.s*10 3 mg/g)/((2П) 1/2 *(2.2.m/s)*9m=0.845mg/m 3

96 Gauss Dispersiyon Modeli: Örnek Kaynak özellikleri Yükseklik= 80 m Yükseklik= 80 m İç yarıçap= 3.5 m İç yarıçap= 3.5 m Çıkış hızı= 20 m s -1 Çıkış hızı= 20 m s -1 Çıkış sıcaklığı= 9 0 °C = K Çıkış sıcaklığı= 9 0 °C = K Kömür tüketimi= 3000 t day -1 : S içeriği = 1.4% Kömür tüketimi= 3000 t day -1 : S içeriği = 1.4%

97 Gauss Dispersiyon Modeli: Örnek Çevresel koşullar Çevresel koşullar 10 m’de ölçülen rüzgar hızı= 6 m s m’de ölçülen rüzgar hızı= 6 m s -1 Günaş radyasyonu şiddeti: orta Günaş radyasyonu şiddeti: orta Baca yüksekliğindeki hava sıcaklığı=10 °C=283K Baca yüksekliğindeki hava sıcaklığı=10 °C=283K Alıcı noktanın konumu Alıcı noktanın konumu 1: Rüzgar altında, 5000 m uzakta yer seviyesinde (Düz bir topoğrafya) 1: Rüzgar altında, 5000 m uzakta yer seviyesinde (Düz bir topoğrafya) 2: Rüzgar yönünün batı olduğu bir durumda kirletici kaynağın 2000 m kuzeydoğusunda yer seviyesinde 2: Rüzgar yönünün batı olduğu bir durumda kirletici kaynağın 2000 m kuzeydoğusunda yer seviyesinde

98 Step 1. Find the stability category Surface windspeed Daytime incoming solar radiation Nighttime cloud cover m/smi/hStrong Moderat e Slight> 50%< 50% < 2< 5AA – BBEF 2 – 35 – 7A – BBCEF 3 – 57 – 11BB – CCDE 5 – 611 – 13CC – DDDD > 6> 13CDDDD Note: Class D applies to heavily overcast skies, at any windspeed day or night

99 Step 2. Estimate σ y and σ z

100

101 Step 3. Calculate the windspeed at the release height u(z) = u 0 (z /z 0 ) p

102 Step 4. Calculate the plume rise and effective release height Calculate the buoyancy flux, F b Calculate the buoyancy flux, F b Calculate the plume rise, dh Calculate the plume rise, dh H = H s +  h H = H s +  h

103 Plume rise F b : Initial buoyancy flux (m 4 s -3 ) w 0 : the initial plume speed R 0 : the inside stack radius T p0 : the initial plume temperature (K) T a0 : the ambient temperature at stack height. Exit velocity buoyancy

104 Plume rise in unstable – neutral atmospheres For Fb < 55,  h = 21 F 0.75 /u h For Fb < 55,  h = 21 F 0.75 /u h For Fb ≥ 55,  h = 39 F 0.6 /u h For Fb ≥ 55,  h = 39 F 0.6 /u h in stable atmospheres dh = 2.6 (F b /uS) 1/3 dh = 2.6 (F b /uS) 1/3

105 Step 5. Calculate the SO 2 release rate Remember the emission calculations Remember the emission calculations

106 Step 6. Solve the dispersion equation

107 Eularian and Lagrangiam approach in dispersion models Lagrangian approach: air parcel moves with the local wind so that there is no mass exchange that is allowed to enter the air parcel and its surroundings (except of species emissions). The air parcel moves continuously, so the model simulates species concentrations at different locations at different time Lagrangian approach: air parcel moves with the local wind so that there is no mass exchange that is allowed to enter the air parcel and its surroundings (except of species emissions). The air parcel moves continuously, so the model simulates species concentrations at different locations at different time

108 Eularian and Lagrangiam approach in dispersion models Eulerian approach: model simulates the species concentrations in an array of fixed computational cells. Eulerian approach: model simulates the species concentrations in an array of fixed computational cells.


"HAVA KİRLİLİĞİ METEOROLOJİSİ VE ATMOSFERİK DAĞILIM." indir ppt

Benzer bir sunumlar


Google Reklamları