Методические подходы к созданию системы локального расчетного мониторинга атмосферных биоаэрозолей

1. Методические подходы к созданию системы локального расчетного мониторинга атмосферных биоаэрозолей

Шварц Константин Григорьевич, д.ф.м.н,
профессор.
Кафедра прикладной математики ПГНИУ
Шкляев Владимир Александрович,
к.г.н., доцент.
Кафедра метеорологии и охраны атмосферы
ПГНИУ

2. Локальный мониторинг биоаэрозолей

Масштабы:
горизонтальный до 104 м
вертикальный до 1,5 ·103 м
временной до 104 с
Информация, получаемая системой мониторинга позволяет:
•оценить временную изменчивость концентрации и состава
компонентов атмосферных биоаэрозолей,
•определить пространственное изменение концентраций,
состава биоаэрозолей,
•определить возможные источники атмосферных
биоаэрозолей.
Особенности: изменение биоаэрозолей под действием различных
факторов (время, метеорологические параметры, наличие
различных химических соединений в атмосфере), отсутствие
приборной базы.

3. Этапы создания системы локального мониторинга биоаэрозолей

Определение территории мониторинга
Определение состава биоаэрозолей
Оценка возможных условий переноса биоаэрозолей
Выбор модели переноса биоаэрозолей в атмосфере
Исследование процессов формирования и трансформации
биоаэрозолей в лабораторных и полевых условиях, оценка
источников эмиссии
На основе выбранной модели определение переноса
биоаэрозолей и корректировка модели с привлечением
результатов наблюдений

4. Рис. 1. Район проведения мониторинга

5. Условия на нижней границе

Таблица
Динамические и термические особенности различных типов
подстилающей поверхности (слабая неустойчивость)
Тип
поверхности
№
Температурные
различия
относительно
фона, °С
Уровень
шероховатости,
м
Разность
температуры
в приповерхностном
слое, °С
город
1
3
0,5
-1,0
река
2
-10
0,001
0,5
болото
3
-7
0,005
0,5
лес
4
-5
0,5
-0,1
поле
5
0
0,01
-0,5

6. Рис. 2. Типы подстилающей поверхности

7.

Величина градиента
температуры
( 1 s ), (1)
z
где выражение в
скобках – разность
температуры в
приповерхностном слое
между уровнем 1 м и
уровнем
шероховатости, θs –
температура
поверхности (рис. 3), γ
– коэффициент,
зависящий от потока
тепла.
Рис. 3. Поле приземной температуры
воздуха

8.

Характеристика устойчивости атмосферы - внешний параметр
устойчивости, определяемый по результатам
радиозондирования
M
g
lV g s
,
(2)
где g –ускорение силы тяжести, l –параметр Кориолиса, Vg –
скорость геострофического ветра, δθ –градиент потенциальной
температуры в пограничном слое атмосферы.

9.

,
,
,
,
Граничные условия на верхней границе
u v
1
j 0
0
0
0
w
0
z z
z
z
Преобразованная система уравнений
1
k1 , k3 Rt , , k5 Rt 2 ,
k7 k8 Rt
t
Re
1
,
q S
t
Pe
m
1
1
1kS
, 1
1
1 f Si1 x xi y yi
t
PeS
D
i 1

10.

Таким образом, предложенная модель расчетного мониторинга
позволит оценивать локальный перенос биоаэрозолей на
территорию Кировского района г. Перми и оценить ожидаемые
концентрации над этим районом. Результаты расчетов позволят
выбрать точки инструментального мониторинга.
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ, грант
р_урал_а, №13-01-96001

11. Спасибо за внимание!