SỰ BIẾN ĐỔI CỦA CÁC NGUYÊN TỐ VI KHÍ HẬU TRONG KHÍ QUYỂN & TÁC ĐỘNG CỦA NÓ ĐỐI VỚI MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ

SỰ BIẾN ĐỔI CỦA CÁC NGUYÊN TỐ VI KHÍ HẬU TRONG KHÍ QUYỂN & TÁC ĐỘNG CỦA NÓ ĐỐI VỚI MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ tài liệu, giáo á...

Báo cáo chuyên đề :

“SỰ BIẾN ĐỔI CỦA CÁC NGUYÊN TỐ VI KHÍ HẬU TRONG KHÍ QUYỂN & TÁC ĐỘNG CỦA NÓ ĐỐI

VỚI MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ”

GVHD :TS ĐINH XUÂN THẮNG HVTH : LÊ NGUYÊN KHÔI

Nội dung báo cáo

I/ Mở đầu.

II/ Khái niệm cơ bản.

III/ Biến thiên nhiệt độ trong khí quyển.

IV/ Ảnh hưởng của biến thiên nhiệt độ đối với ô nhiễm không khí.

V/ Cấp độ gió và ảnh hưởng của nó đối với ô nhiễm không khí.

VI/ Mối quan hệ của nhiệt độ và cấp độ gió trong quá trình tính toán phát tán chất ô nhiễm.

VII/ Kết luận.

• Khảo sát sự biến thiên của nhiệt độ và cấp độ gió là rất cần thiết.

II- Khái niệm cơ bản

2.1.1- Sự suy giảm bức xạ khi qua khí quyển

 Do các hiện tượng : hấp thụ, phản xạ và khuyếch tán trong khí quyển.

2.1.2- Bức xạ trực tiếp (Q)

 Là bức xạ đến mặt đất từ mặt trời với chùm tia song song.

 Được tính qua công thức Bugơ-Lambe:

 Đối với sóng ngắn, ta sử dụng công thức Albêdô(A) của mặt hoạt động:

Albêdô phụ thuộc dạng mặt đệm, loại đất, thảm thực vật, độ ẩm…

2.2- Đặc điểm của khí quyển

- Lớp khí quyển bao quanh trái đất chủ yếu gồm:

• Khí nitơ(78%)

• Khí oxy(21%)

• Các khí trơ như: argon,neon, heli…(1%)

2.2.1- Tầng đối lưu(troposphere)

 Là lớp tiếp giáp với mặt đất, có bề dày từ 10-12 km.

 Hoàn toàn trong suốt với các tia bức xạ sóng ngắn của mặt trời.

 Có thành phần hơi nước hấp thu rất mạnh bức xạ sóng dài của mặt đất.

 Nhiệt độ giảm theo chiều cao trung bình khoảng 0,5-0,6 0 C/100m.

 Không khí rất dày đặc, chiếm ¾ khối lượng toàn bộ khí quyển.

 Trong tầng đối lưu có thể chia thành các lớp sau:

+ Lớp đáy : là lớp không khí sát đất, có độ cao khoảng 2m.

+ Lớp dưới (lớp ma sát): đỉnh của lớp này lên đến độ cao 1-2 km.

+ Lớp giữa : giới hạn từ 2-6 km.

+ Lớp trên : là lớp trung gian của lớp giữa và lớp đỉnh của tầng đối lưu + Lớp đỉnh: là giới hạn trên của tầng đối lưu.

2.2.2- Tầng bình lưu (Stratosphere)

• Nằm phía trên tầng đối lưu, ở độ cao từ 12-55 km.

• Có chứa 1 lượng nhỏ khí ozon

2.2.3- Tầng trung gian (Mesosphere)

• Nằm trên tầng bình lưu, ở độ cao từ 55-85 km.

2.2.4- Tầng nhiệt quyển (Thermosphere)

• Là tầng trên cùng của khí quyển, lớp không khí rất loãng

III- Biến thiên nhiệt độ trong khí quyển

3.1- Nhiệt động học của quá trình chuyển động thẳng đứng của một bộ phận không khí.

3.1.1- Đối với không khí khô

-Phương trình đoạn nhiệt đối với không khí khô:

Trong đó:

= hằng số chất khí của không khí khô, Pa.m3/kg.K

= tỷ nhiệt của chất khí ở điều kiện đẳng áp, J/kg.K

3.1.2- Đối với không khí ẩm

- Phương trình đoạn nhiệt đối với không khí ẩm:

Trong đó:

= hằng số chất khí của không khí khô, Pa.m3/kg.K

= tỷ nhiệt đẳng áp của không khí ẩm

= dung ẩm

R

C p

'

3.1.3- Đối với không khí bão hòa hơi nước

- Phương trình đẳng nhiệt:

= hệ số và phụ thuộc vào áp suất và nhiệt độ, 0< <1

= hằng số chất khí của không khí khô, Pa.m3/kg.K

= tỷ nhiệt của chất khí ở điều kiện đẳng áp, J/kg.K

3.2- Sự thay đổi nhiệt độ theo chiều cao của khối không khí trong quá trình dãn nở hoặc nén ép đoạn nhiệt.

3.2.1- Khối không khí khô và không khí ẩm

'

Trong đó:

= gradien nhiệt độ hay độ giảm nhiệt độ của khối không khí khi bốc lên cao trong điều kiện đoạn nhiệt, giá trị này cũng gần đúng trong trường hợp khối không khí ẩm chưa bão hòa hơi nước

= cao độ

3.2.2- Khối không khí bão hòa hơi nước

Trong đó cũng là hàm số của áp suất và nhiệt độ giống như Trị số ứng với

áp suất và nhiệt độ khác nhau, K/100m (xem tài liệu)

3.3- Sự thay đổi nhiệt độ theo chiều cao và độ ổn định của khí quyển

Diễn ra theo quy luật hàm số bậc nhất:

β = −

Trong đó:

= gradient nhiệt độ, K/m, = nhiệt độ ở độ cao ,

3.3.1- Khí quyển không ổn định khi >

β

1

T T2 z1 z2

3.3.4- Khí quyển ổn định khi < 0 <

Hình 6 Khí quyển ổn định cao.

3.4- Biến trình ngày của sự phân bố nhiệt độ theo chiều cao

 Không khí siêu đoạn nhiệt

 Nghịch nhiệt bức xạ

3.5- Nghịch nhiệt

Hình 8 Lớp nghịch nhiệt sát mặt đất và lớp nghịch nhiệt trên cao

- Nghịch nhiệt đóng 1 vai trò quan trọng trong khí hậu học ô nhiễm không khí bởi các lý do sau:

 Không khí trở nên rất ổn định khi có nghịch nhiệt

 Cản trở quá trình khuyếch tán các chất ô nhiễm theo cả phương thẳng đứng lẫn phương ngang

3.5- Nghịch nhiệt (tt)

- Nghịch nhiệt được hình thành do các nguyên nhân sau:

 Làm lạnh lớp không khí từ bên dưới

 Làm nóng lớp không khí từ phía trên

 Chuyển động của dòng không khí lạnh bên dưới dòng không khí ấm

 Chuyển động của dòng không khí ấm bên trên lớp không khí lạnh

- Dựa vào nguồn gốc chúng ta có những dạng nghịch nhiệt sau:

 Nghịch nhiệt bức xạ

 Nghịch nhiệt front

 Nghịch nhiệt rối

 Nghịch nhiệt nén

IV- Ảnh hưởng của biến thiên nhiệt độ đối với ô nhiễm không khí

4.1- Quá trình khuyếch tán chất ô nhiễm

Sự biến thiên nhiệt độ ảnh hưởng lớn đến sự phát tán dòng khí thải trong các trường hợp sau:

 Khi khí quyển không ổn định thì luồng khói có dạng uốn lượn

Hình 9 Dạng luồng khói khi khí quyển không ổn định

4.1- Quá trình khuyếch tán chất ô nhiễm (tt)

 Luồng khói dạng hình côn thường hình thành trong điều kiện khí quyển trung tính hoặc gần trung tính.

Hình 10 Dạng luồng khói khi khí quyển gần trung tính.

 Luồng khói dạng hình quạt thường xảy ra trong điều kiện khí quyển ổn định với phân

bố nhiệt theo chiều cao là nghịch nhiệt kết hợp với gió nhẹ.

4.1- Quá trình khuyếch tán chất ô nhiễm (tt)

 Khi khí quyển có sự phân tầng thì chất ô nhiễm sẽ tích tụ ở gần mép trên lớp nghịch nhiệt và tạo thành 1 mặt khá bằng phẳng của luồng khói.

Hình 12 Dạng luồng khói khi khí quyển có lớp nghịch nhiệt đến độ cao ống khói.

 Khi cả bên trên và bên dưới của ống khói đều có lớp nghịch nhiệt thì luồng khói sẽ bi giói hạn ở giữa 2 lớp nghịch nhiệt làm cho chất ô nhiễm rất khó khuyếch tán lên trên hay xuống dưới.

Hình 13 Dạng luồng khói khi khí quyển có lớp nghịch nhiệt ở hai biên.

4.1- Quá trình khuyếch tán chất ô nhiễm (tt)

 Lớp nghịch nhiệt ở bên trên lớp siêu đoạn nhiệt, luồng khói khuyếch tán mạnh ở bên dưới mặt đất còn gọi là hiện tượng xông khói

Hình 14 Dạng luồng khói khi khí quyển có lớp nghịch nhiệt ở trên ống khói

4.2- Các quá trình khác

Sự biến thiên nhiệt độ ngoài ảnh hưởng đến quá trình khuyếch tán chất ô nhiễm, nó còn ảnh huởng đến các quá trình sau:

 Quá trình bay hơi của các dung môi hữu cơ và các chất ô nhiễm dễ bay hơi

 Quá trình chuyển hóa các chất ô nhiễm trong khí quyển thông qua quá trình quang hóa

V- Cấp độ gió và ảnh hưởng của nó đối với ô nhiễm không khí

5.1- Các vòng tuần hoàn nhiệt

Nó sinh ra các vùng áp thấp và vùng áp cao

5.2- Sự thay đổi của vận tốc gió theo chiều cao.

Chuyển động của không khí trên mặt đất cũng chịu tác động của mặt đất:

- Độ nhám

- Độ gồ ghề

 Vận tốc không khí ở sát mặt đất là bằng 0 và càng lên cao vận tốc gió càng lớn, lúc đầu tăng nhanh về sau chậm dần

5.3- Ảnh hưởng đến ô nhiễm không khí

5.3.1- Quá trình khuyếch tán chất ô nhiễm

 Lặng gió(0-0,5 m/s) và gió cấp 1 (0,6-1,7 m/s) có khả năng gây ô nhiễm về môi trường và bản thân nhà máy

Gió cấp 2 (1,8-3,3 m/s); gió cấp 3 (3,4-5,2 m/s) có thể gây ô nhiễm cho khu vực dân cư nằm tiếp giáp với nhà máy

 Các cấp gió cao hơn, có tác dụng khuyếch tán nhanh chóng chất ô nhiễm ra phạm vi rộng và xa, làm cho nồng độ chất ô nhiễm trên mặt đất giảm đi rất nhanh

5.3.2- Các quá trình khác

Gió không chỉ ảnh hưởng đến sự khuyếch tán chất ô nhiễm trong khí quyển mà còn ảnh hưởng đến các quá trình khác:

 Quá trình sa lắng của bụi

 Quá trình phát tán lớp bụi sát mặt đất vào trong khí quyển

 Quá trình lan truyền ồn trong không khí

6.2- Công thức Sutton (1947)

Trong đó:

= vận tốc gió trung bình

= hệ số phụ thuộc vào độ biến thiên nhiệt độ theo chiều cao

, = hệ số khuyếch tán (xem tài liệu)

VII- Kết luận

Nhiệt độ và cấp độ gió đóng một vai trò rất quan trọng trong quá trình khuyếch tán chất ô nhiễm vào khí quyển ( 1 quá trình giảm thiểu chất ô nhiễm vừa đơn giản

và kinh tế)

Yếu tố nhiệt độ giúp cho dòng khí khuyếch tán theo phương thẳng đứng

Gió khuyếch tán dòng khí theo phương ngang

Ở điều kiện nhiệt độ và cấp độ gió thích hợp thì quá trình khuyếch tán chất ô nhiễm rất thuận lợi và dễ dàng tránh được tác động xấu của chất ô nhiễm đối với môi trường xung quanh điểm thải

Xin cảm ơn !