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/Id 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 Sm = 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.