Môi trường - Tầng nhiệt quyển (thermosphere)

Nội dung text: Môi trường - Tầng nhiệt quyển (thermosphere)

1. Tầngnhiệtquyển(thermosphere) § Lớpkhí rất loãngvớimật độ phântử khoảng1013 phân tử/cm3 ; 121
2. PHẦN BÊN NGOÀI KHÍQUYỂN (EXOSPHERE) § Phầnbênngoàitrái đất trongphạmvi 10.000 km 122
3. Hạtsol khí § Kíchthướcthay đổitrongkhoảng0.001-100 μm Dạnghạtnhân (ngưngtụcủahơi) Dạngtíchlũy(đônglại+ngưngtụ) Dạngthô (cáchạtbềmặtvàhạtmuối) § Nồng độ sol khítrongkhíquyển. 123
4. KHÁI NIỆM ỔN ĐỊNH CỦA KHÍQUYỂN § Yếutốphântầngcủakhíquyển; § Thế nàolàkhíquyển ổn địnhvàkhông ổn định; § Sự thay đổinhiệt độ theo độ caocủamộtkhốikhí khichuyển độnglêncaohay xuốngthấp; § Sự thay đổinhiệt độ theo độ caocủakhôngkhíkhí quyển § Mô hìnhhóayếutốkhítượng đượcthựchiệnnhư thế nào? 124
5. Yếutốphântầngcủanhiệt độ 125
6. Khíquyển ổn địnhvàkhông ổn định § Vớitrạngtháibiếnthiênnhiệt độ theochiềucaonào đómàlựctác độngvậtlýcủakhíquyểnlàmchochất ô nhiễmkhuếchtántheochiềucaokhôngdễdàngthì gọilàkhíquyển ở trạngthái ổn định, tứclàkhíquyển ổn địnhsẽcảntrở sự khuếchtánvàphaloãngcủa chấtô nhiễm; § Ngượclạivớiprofile biếnthiênnhiệt độ theochiều caonào đómàsựhòatrộnkhôngkhítheochiềucao đượcdễdàngthìsẽlàmchochấtô nhiễmkhôngkhí khuếchtán(phaloãng) trongkhíquyểndễdàngthì gọilàkhíquyển ở trạngtháikhông ổn định. 126
7. NHIỆT ĐỘNG HỌC CỦA QUÁ TRÌNH CHUYỂN ĐỘNG THẲNG ĐỨNG CỦA MỘT KHỐI KHÔNG KHÍ 128
8. Đốivớikhí khô § Adiabatic (đoạnnhiệt): chỉ tínhchấtcủamôitrường khôngkhíkhisự trao đổinhiệtcủakhốikhívớimôi trườngkhông đủ lớn để diễnrasự cânbằngnhiệt nên có thể bỏ qua; § Gradient nhiệt độ đoạnnhiệt là độ hạ hoặctăng nhiệt độ củamộtkhốikhôngkhí khilêncaohoặc hạ xuống 129
9. Mốiquanhệgiữaápsuấtvànhiệt độ trongkhốikhítheo độ cao § Quá trình dãnnởhoặc nén ép đều xảyratheo tínhchất đoạnnhiệt 130
10. Mốiquanhệ giữa ápsuấtvà nhiệt độ của chấtkhí khô trong quá trình đoạnnhiệt dT R dp dp = = 0.286 T Cp p p R/Cp 0.286 T2 æ p2 ö æ p2 ö = ç ÷ = ç ÷ T1 è p1 ø è p1 ø Cp – tỷ ̉ nhiệt của chất khí ́ ở điều kiện đẳng áp, J/kg.K; R – hằng số ́ chất khí,́ Pa.m3/kg.K 131
11. Mốiquanhệ giữa ápsuấtvà nhiệt độ của chấtkhí ẩm trong quá trình đoạnnhiệt dT R dp ' 1 + 1.83w C p = C p = ' 1 + 1.61w T C p p Lượnghơinước tínhbằngkg chứatrongkhốikhôngkhí w ẩm có phầnkhô là 1kg. Cp – tỷ ̉ nhiệt của chất khí ́ ở điều kiện đẳng áp, J/kg.K; R – hằng số ́ chất khí,́ Pa.m3/kg.K -2 ' Thườngthì w ≤ (1¸ 2)10 Þ Cp » Cp 132
12. Mốiquanhệ giữa ápsuấtvà nhiệt độ của chấtkhí bãohòa trong quá trình đoạnnhiệt é e ù 1+ 5.418.103 s dT R dp ê pT ú R dp = ê ú = b ' T C p 3 1 de C p p ê1+ 5.47.10 s ú p ëê p dT ûú Trong quá trình đoạnnhiệt ứngvớimộtsự thay đổinhất định nào đó của ápsuấttương đốidp/pthì sự thay đổitương đối dT/T củatrườnghợpkhí bão hòanhỏ hơnvớitrườnghợp khí khô. 133
13. SỰ THAY ĐỔI NHIỆT ĐỘ THEO CHIỀU CAO CỦA KHÔNG KHÍ TRONG QUÁ TRÌNH DÃN NỞ HOẶC NÉN ÉP ĐOẠN NHIỆT § Phương trìnhcơbảncủacơhọcthủy tĩnh dp = -rg dz r Khốilượng đơn vị khí 1 p Từ phương trình pv = RT Þ r = = v RT 134
14. Từ cáccôngthức: dT R dp dp dp 1 p = = 0.286 = - rg r = = T C p p p dz v RT 2 dT g 9.81m / s 1J 0 G = - = = o 2 2 = 0.00976 C/m dz Cp 1005J / kg C kg.m / s G Gradiannhiệt độ hay độ giảmnhiệt độ củakhốikhôngkhí khôkhibốclêncaotrong điềukiện đoạnnhiệt(Dry Adiabatic Lapse Rate). Lấygầnđúng Γ≈1ºC/100m. Đốivớikhôngkhí ẩmchưa bão hòa cũng được tínhxấp xỉ như trên 135
15. Đốivớikhốikhôngkhí bão hòa bốclêncao dT R dp ' dp 1 p = b = - r g r = = T C p p dz v RT dT g G ' = - = b '.10 2 , K /100m,0 < G ' < 1 dz C p 136
16. Trị số G 'ứngvớiápsuấtvà nhiệt độ khácnhau, ºK/100 m Nhieätñoä -30 -20 -10 0 10 20 30 Aùpsuaát, mbar 1000 0.9 0.9 0.7 0.6 0.5 0.4 0.4 500 0.9 0.8 0.6 0.5 0.4 0.3 0.3 137
17. SỰ THAY ĐỔI NHIỆT ĐỘ THEO CHIỀU CAO (GRADIAN) VÀ ĐỘ ỔN ĐỊNH CỦA KHÍ QUYỂN § Xem xétsự phânbố nhiệt độ theochiềucao củakhôngkhí tronglớp khí quyển sátmặtđất dp 1 p dp g = - r g + r = = = - dz (1) dz v RT p RT Tronglớpkhí quyển sátmặtđấtsự thay đổinhiệt độ theochiều caothườngdiễnratheoquyluật hàmsố bậcnhất T2 =T 1-b (z2 - z1 ) Þ dT = -bdz(2) g / R b p 1 æ T1 ö (1) + ( 2 ) Þ = ç ÷ p 2 è T 2 ø 138
18. § Khinhiệt độ tăngtheo độ cao β<0: nghịchnhiệt; § β- có thể thay đổitrongmộtphạmvi rấtlớn: từ giá trị âmtớigiá trị dươnglớnhơn1. 139
19. Khíquyểnrấtkhông ổn định 140
20. Khíquyểnrấtổnđịnh 141
21. b > G § Độ giảmnhiệt độ theo chiềucao mạnhhơnso với độ giảmnhiệt độ theo quá trình đoạnnhiệt–phânbố nhiệt độ siêu đoạnnhiệt. § Trong điềukiệnsiêu đoạn nhiệt( β>Γ ) mọichuyển độ thẳng đứng củamột khốikhôngkhí luôn kèm theogiatốc Khíquyểnrấtkhông ổn định 142
22. b = G § Sự phânbố nhiệt độ theo chiềucao trùngvớiđường đoạnnhiệt. Trongtrường hợpnày, khốilượng của khốikhí cânbằngvới khôngkhí xungquanhvà nó chiếm vị trí cânbằng mới. § Trong điềukiệntrung tính sự khuếch tán cácchấtô nhiễmkhôngthuậnlợi bằng điềukiệnkhông ổn định. 143
23. 0 < b < G § Khinhiệt độ giảmtheochiều caodươngnhưngnhỏ hơn so vớigradiannhiệt độ của quá trình đoạnnhiệtkhô; § Nếukhốikhi bị đẩylêncao (hoặcxuốngthấp) thì nhiệt độ của nó theo quá trình đoạnnhiệt sẽ nhỏ hơn (hoặclớnhơn) so vớinhiệt độ xungquanhtứckhối lượng của nó nặnghơn (hoặcnhẹ hơn) so với khôngkhixungquanh có xu hướng kéokhốikhôngkhí trở lại vị trí ban đầu. 144
24. b < 0 < G § Giốngnhư trườnghợp trênnhưng độ ổn định củakhí quyển còncao hơn(lực kéotrở lại vị trí ban đầu mạnhhơn) AB: đường đoạnnhiệtkhô; CD: phânbố nhiệt độ khôngkhí theo đường nghịchnhiệt; 145
25. § β>Γ : khí quyểnkhông ổn định; § β= Γ : khí quyểntrung tính; § β 0 hoặc β< 0); 146
26. CÁC HÌNH DẠNG KHÁC NHAU CỦA LUỒNG KHÓI 147
27. CÁC HÌNH DẠNG KHÁC NHAU CỦA LUỒNG KHÓI § Looping –luồng khóiuốn lượn; § Coning –luồng khói hìnhcôn; § Fanning –Luồng khói hình quạt; § Lofting –luồng khóikhuếch tán mạng ở biêntrên § Fumigation –luồng khói “xông khói”; § Trapping –luồngkhóimắc kẹt; 148
28. Looping: uốnlượn § Khí quyểnkhông ổn định mạnh(khiphân bố nhiệt độ theochiều caosiêu đoạnnhiệt); § Thường xảyra vào ban ngàykhimặttrời đốt nóngmặtđấtvới Luồng khóiuốnlượn–khí cường độ bứcxạ lớn quyểnkhông ổn định mạnh Đoạnnhiệt Môitrường 149
29. Coning: hìnhcôn § Hình thànhtrong điềukiện trung tínhhoặcgầntrung tínhkhitrời có mâyche phủ làmchomặttrời vào ban ngày bị chephủ hay bứcxạ hồng ngoạitừ mặt đấtvàoban đêm bị giảm; Luồng khói hìnhcôngầnvớiđiều kiệntrung tính § Gócmở khoảng20. Đoạnnhiệt Môitrường 150
30. Fanning: hình quạt § Xảyratrong điềukiệnkhí quyển ổn địnhvớiphânbố nhiệttheochiềucao nghịchnhiệt; § Rốitheochiều đứng bị triệttiêu, chỉ có pháttriển Luồng khói hình quạt-lớpnghịch nhiệttừ bề mặt đất đến độ cao theochiềungang. trên ống khói Đoạnnhiệt Môitrường 151
31. Lofting: vồnglên § Phíadưới sátmặtđất trong phạmvi ống khói có nghịchnhiệt, còn phía trênvẫnbìnhthường (đoạnnhiệt, siêu đoạn nhiệt); § Chấtô nhiễm sẽ tíchtụ ở gần méptrên củalớp nghịchnhiệt; Luồng khóikhuếch tán mạnh ở biên § Chấtô nhiễmkhuếch tán trên(lofting) –lớpnghịchnhiệttừ thuậnlợi ở phíatrên. mặtđấttớiđộ cao ống khói Đoạnnhiệt Môitrường 152
32. Fumigation: xông khói § Ngược lạivớitrên:lớp nghịchnhiệt ở bêntrên lớpsiêu đoạnnhiệt; § Luồng khóikhuếch tán mạnh ở phíadưới; § Thường xảyra vào buổi sángsớm Luồng khóikhuếch tán mạnh ở biêndưới Đoạnnhiệt Môitrường 153
33. Trapping: mắcbẫy §Chấtô nhiễmrất khó khuếch tánlên trênlẫnxuốngdưới. Luồng khói bị hạnchế cả ở biêntrênlẫnbiêndưới: nghịchnghiệtbêndướivà bêntrên ống khói 154
34. Key words: từ khóacầnnhớ § Adiabatic (đoạnnhiệt): chỉ tínhchấtcủamôitrường khôngkhíkhisự trao đổinhiệtvớimôitrườngkhông đủ lớn để diễnrasự cânbằngnhiệtnên có thể bỏ̉ qua; § Gradiennhiệt độ đoạnnhiệt: độ hạ hoặctăngnhiệt độ củamộtkhốikhí khilêncaohoặcxuốngthấp; § Độ ổn định củakhí quyển: không ổn định, trung tính, ổn định; 156
35. Tómtắtbàigiảng § Cáckháiniệmcơbảnliênquantớimôhìnhhóaô nhiễmkhôngkhí; § Mô hìnhhóayếutốkhítượng; 157
36. MÔ HÌNH HÓA Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ(II) BùiTáLong, ViệnMôitrườngvàTàinguyên 158
37. Tổngquanvềbàigiảng 11 MMụụccttiiêuêu •Nắm được các luận điểm cơ bản trong xây dựng mô hình Gauss -mô hình hóa ô nhiễm không khí; 22 NNộộiidudungng •Sự khuếchtán, địnhluậtFick •Cácphươngtrìnhcơbảncủamôhìnhkhôngkhí; •MôhìnhGauss cơ bảnvàbiến đổi; •Bàitập, ứngdụngcácphầnmềmCAP, ENVIM; 159
38. Kếtquả dự kiến § Họcviênnắmđượcphươngpháptiếpcận giảibàitoánthựctế; § Biếtcáchthíchnghicácmôhìnhthông dụngchocác điềukiệncụthể tại địa phương; § Nguyênlý Step by Step trongbàitoánmô hìnhhóa; § BiếtcáchsửdụngphầnmềmCAP. 160