Bài giảng MÔ HÌNH HÓA MÔI TRƯỜNG - Phần 4 pdf

KHÁI NIỆM ỔN ĐỊNH CỦA KHÍ QUYỂN § Yếu tố phân tầng của khí quyển; § Thế nào là khí quyển ổn định và không ổn định; § Sự thay đổi nhiệt độ theo độ cao của một khối khíkhi chuyển động lên

Tầng nhiệt quyển (thermosphere)

§ Lớp khí rất loãng với mật

độ phân tử khoảng 1013

phân tử/cm3 ;

PHẦN BÊN NGOÀI KHÍ QUYỂN

(EXOSPHERE)

§ Phần bên ngoài trái đất

trong phạm vi 10.000 km

Hạt sol khí

§ Kích thước thay đổi trong khoảng 0.001 - 100 μm

Dạng hạt nhân (ngưng tụ của hơi)

Dạng tích lũy (đông lại + ngưng tụ)

Dạng thô (các hạt bề mặt và hạt muối)

§ Nồng độ sol khí trong khí quyển

KHÁI NIỆM ỔN ĐỊNH

CỦA KHÍ QUYỂN

§ Yếu tố phân tầng của khí quyển;

§ Thế nào là khí quyển ổn định và không ổn định;

§ Sự thay đổi nhiệt độ theo độ cao của một khối khíkhi chuyển động lên cao hay xuống thấp;

§ Sự thay đổi nhiệt độ theo độ cao của không khí khíquyển

§ Mô hình hóa yếu tố khí tượng được thực hiện nhưthế nào ?

Yếu tố phân tầng của nhiệt độ

Khí quyển ổn định và không ổn

định

§ Với trạng thái biến thiên nhiệt độ theo chiều cao nào

đó mà lực tác động vật lý của khí quyển làm cho chất

ô nhiễm khuếch tán theo chiều cao không dễ dàng thìgọi là khí quyển ở trạng thái ổn định, tức là khí quyển

ổn định sẽ cản trở sự khuếch tán và pha loãng của

chất ô nhiễm;

§ Ngược lại với profile biến thiên nhiệt độ theo chiều

cao nào đó mà sự hòa trộn không khí theo chiều caođược dễ dàng thì sẽ làm cho chất ô nhiễm không khíkhuếch tán (pha loãng) trong khí quyển dễ dàng thì

gọi là khí quyển ở trạng thái không ổn định

NHIỆT ĐỘNG HỌC CỦA QUÁ TRÌNH CHUYỂN ĐỘNG THẲNG ĐỨNG CỦA

MỘT KHỐI KHÔNG KHÍ

Đối với khí khô

§ Adiabatic (đoạn nhiệt): chỉ tính chất của môi trườngkhông khí khi sự trao đổi nhiệt của khối khí với môitrường không đủ lớn để diễn ra sự cân bằng nhiệtnên có thể bỏ qua;

§ Gradient nhiệt độ đoạn nhiệt là độ hạ hoặc tăng

nhiệt độ của một khối không khí khi lên cao hoặc hạ xuống

Mối quan hệ giữa áp suất và nhiệt độ

trong khối khí theo độ cao

§ Quá trình dãn nở hoặc

nén ép đều xảy ra theo

tính chất đoạn nhiệt

286 0

1 2 /

1

2 1

2

÷÷

ø

ö çç

p T

Mối quan hệ giữa áp suất và nhiệt độ của chất khí khô trong quá trình đoạn nhiệt

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

R – hằng số chất khí, Pa.m 3 /kg.K

p

dp p

dp C

R T

dT

p

286

0

=

=

83 1 1

R T

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

R – hằng số chất khí, Pa.m 3 /kg.K

Mối quan hệ giữa áp suất và nhiệt độ của chất khí bão hòa trong quá trình đoạn nhiệt

' 3

3

1 10 47 5 1

10 418

5

1

b p

dp C

R dT

de p

pT

e p

dp C

R T

dT

p s

s

p

= ú ú ú ú û

ù ê

ê ê ê ë

é +

+

=

Trong quá trình đoạn nhiệt ứng với một sự thay đổi nhất định

nào đó của áp suất tương đối dp/p thì sự thay đổi tương đối

dT/T của trường hợp khí bão hòa nhỏ hơn với trường hợp

khí khô.

SỰ THAY ĐỔI NHIỆT ĐỘ THEO CHIỀU CAO CỦA KHÔNG KHÍ TRONG QUÁ TRÌNH DÃN

NỞ HOẶC NÉN ÉP ĐOẠN NHIỆT

§ Phương trình cơ bản của cơ học thủy tĩnh

g dz

RT

Từ các công thức:

m

C s

m kg

J C

kg J

s

m C

g dz

dT

p

/ 00976

.

0 /

.

1 /

1005

/ 81

.

2 2

2

=

=

= -

=

p

dp p

dp C

R T

dT

p

286

G Gradian nhiệt độ hay độ giảm nhiệt độ của khối không khí

khô khi bốc lên cao trong điều kiện đoạn nhiệt (Dry

Adiabatic Lapse Rate) Lấy gần đúng Γ≈1ºC/100m.

Đối với không khí ẩm chưa bão hòa cũng được tính xấp

xỉ như trên

Đối với khối không khí bão hòa

bốc lên cao

'

b p

dp C

R T

,100/

,10

dT

p

b

Trị số ứng với áp suất và nhiệt độ khác nhau, ºK/100 m

0.4 0.3

0.4 0.3

0.5 0.4

0.6 0.5

0.7 0.6

0.9 0.8

0.9 0.9

1000

500

30 20

10 0

-10 -20

SỰ THAY ĐỔI NHIỆT ĐỘ THEO CHIỀU CAO (GRADIAN) VÀ ĐỘ ỔN ĐỊNH CỦA KHÍ QUYỂN

§ Xem xét sự phân bố nhiệt độ theo chiều cao của không khí trong lớp

khí quyển sát mặt đất

g dz

dp

-=

Trong lớp khí quyển sát mặt đất sự thay đổi nhiệt độ theo chiều

cao thường diễn ra theo quy luật hàm số bậc nhất

)2()

T

T p

) 2 ( ) 1

ø

ö çç

è

æ

= Þ

+

§ Khi nhiệt độ tăng theo độ cao β<0: nghịch nhiệt;

§ β- có thể thay đổi trong một phạm vi rất lớn: từ giá trị

âm tới giá trị dương lớn hơn 1

Khí quyển rất không ổn định

Khí quyển rất ổn định

§ Độ giảm nhiệt độ theo

chiều cao mạnh hơn so với

độ giảm nhiệt độ theo quá

trình đoạn nhiệt – phân bố

nhiệt độ siêu đoạn nhiệt

nhiệt ( β>Γ ) mọi chuyển

§ Sự phân bố nhiệt độ theo

chiều cao trùng với đường

đoạn nhiệt Trong trường

hợp này, khối lượng của

khối khí cân bằng với

không khí xung quanh và

nó chiếm vị trí cân bằng

mới.

sự khuếch tán các chất ô

nhiễm không thuận lợi

bằng điều kiện không ổn

định.

G

=

b

§ Khi nhiệt độ giảm theo chiều

cao dương nhưng nhỏ hơn

so với gradian nhiệt độ của

quá trình đoạn nhiệt khô;

(hoặc xuống thấp) thì nhiệt

độ của nó theo quá trình

đoạn nhiệt sẽ nhỏ hơn

(hoặc lớn hơn) so với nhiệt

độ xung quanh tức khối

lượng của nó nặng hơn

(hoặc nhẹ hơn) so với

không khi xung quanh có xu

hướng kéo khối không khí

G

<

< b

0

§ Giống như trường hợp

trên nhưng độ ổn định

của khí quyển còn cao

hơn (lực kéo trở lại vị

trí ban đầu mạnh hơn)

G

<

< 0

b

AB: đường đoạn nhiệt khô;

CD: phân bố nhiệt độ không khí theo đường nghịch nhiệt;

§ β>Γ : khí quyển không ổn định;

§ β= Γ : khí quyển trung tính;

§ β< Γ: khí quyển ổn định từ vừa đến mạnh (kể cả

khi β > 0 hoặc β< 0);

CÁC HÌNH DẠNG KHÁC NHAU

CỦA LUỒNG KHÓI

CÁC HÌNH DẠNG KHÁC NHAU

CỦA LUỒNG KHÓI

§ Looping – luồng khói uốn

lượn;

§ Coning – luồng khói hình côn;

§ Fanning – Luồng khói hình

Looping: uốn lượn

§ Khí quyển không ổn

định mạnh (khi phân

bố nhiệt độ theo chiều

cao siêu đoạn nhiệt);

§ Thường xảy ra vào

ban ngày khi mặt trời

đốt nóng mặt đất với

cường độ bức xạ lớn Luồng khói uốn lượn – khí quyển không ổn định mạnh

Đoạn nhiệt Môi trường

Coning: hình côn

§ Hình thành trong điều kiện

trung tính hoặc gần trung

tính khi trời có mây che

phủ làm cho mặt trời vào

ban ngày bị che phủ hay

bức xạ hồng ngoại từ mặt

đất vào ban đêm bị giảm;

Fanning: hình quạt

§ Xảy ra trong điều kiện khí

quyển ổn định với phân bố

nhiệt theo chiều cao

nghịch nhiệt;

§ Rối theo chiều đứng bị

triệt tiêu, chỉ có phát triển

theo chiều ngang

Luồng khói hình quạt- lớp nghịch nhiệt từ bề mặt đất đến độ cao trên ống khói

Đoạn nhiệt Môi trường

thuận lợi ở phía trên.

Luồng khói khuếch tán mạnh ở biên trên (lofting) – lớp nghịch nhiệt từ mặt đất tới độ cao ống khói

Fumigation: xông khói

§ Ngược lại với trên:lớp

nghịch nhiệt ở bên trên

lớp siêu đoạn nhiệt;

§ Luồng khói khuếch tán

Trapping: mắc bẫy

§ Chất ô nhiễm rất

khó khuếch tán lên

trên lẫn xuống dưới.

Luồng khói bị hạn chế cả ở biên trên lẫn biên dưới:

nghịch nghiệt bên dưới và bên trên ống khói

Key words: từ khóa cần nhớ

§ Adiabatic (đoạn nhiệt): chỉ tính chất của môi trường

không khí khi sự trao đổi nhiệt với môi trường khôngđủ lớn để diễn ra sự cân bằng nhiệt nên có thể bỏ̉

qua;

§ Gradien nhiệt độ đoạn nhiệt: độ hạ hoặc tăng nhiệt

độ của một khối khí khi lên cao hoặc xuống thấp;

§ Độ ổn định của khí quyển: không ổn định, trung tính,

ổn định;

MÔ HÌNH HÓA Ô NHIỄM KHÔNG

KHÍ (II)

Bùi Tá Long, Viện Môi trường và Tài nguyên

Tổng quan về bài giảng

1 Mục tiêu

2 Nội dung

•Nắm được các luận điểm cơ bản trong xây dựng

mô hình Gauss - mô hình hóa ô nhiễm không khí;

•Sự khuếch tán, định luật Fick

•Các phương trình cơ bản của mô hình không khí;

•Mô hình Gauss cơ bản và biến đổi;

•Bài tập, ứng dụng các phần mềm CAP, ENVIM;

Kết quả dự kiến

giải bài toán thực tế;

dụng cho các điều kiện cụ thể tại địa

phương;

hình hóa;