Aeroszol részecskék terjedésének szimulációja a légkörben

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Aeroszol részecskék terjedésének szimulációja a légkörben"

Áron Katona
7 évvel ezelőtt
Látták:

1 Aeroszol részecskék terjedésének szimulációja a légkörben Haszra Tímea II. éves PhD hallgató Eötvös Loránd Tudományegyetem, Elméleti Fizikai Tanszék Témavezetők: Konzulens: Tél Tamás Horányi András Tasnádi Péter

Légköri szennyeződések Eyjafjallajökull, 2010. ár. 19. [htt://sites.google.

üleedés Eyjafjallajökull (Izland) 2010. tavasz Grímsvötn (Izland) 2011. május Fukushima (Jaán) 2011.

2 Légköri szennyeződések Eyjafjallajökull, ár. 19. [htt://sites.google.com/site/iavceirscweb/erutions/eyja] vulkánkitörések, légszennyezés légköri áramlások sodródás, keveredés, üleedés Eyjafjallajökull (Izland) tavasz Grímsvötn (Izland) május Fukushima (Jaán) március Fukushima, márc. 16. [htt://en.wikiedia.org/wiki/fukushima_i_nuclear_accidents] Grímsvötn, máj. 23. [htt://

3 Mozgásegyenletek m d 2 2 dt F r drag m dv 1 2 dt C D r 6 2 m g F r( v v buoy v F v drag ( v ), v ), ha Re 1 ha Re 1 Re 2r v ~ 1000 v valós adatokkal: m F buoy F drag részecske tömege felhajtó erő közegellenállási erő g nehézségi gyorsulás v, v részecske és levegő sebessége r részecske sugara (0 10 µm) ρ, ρ részecske és levegő sűrűsége ν levegő kinematikus viszkozitása Re Reynolds-szám C D alaktényező (gömbre 0,4)

4 Mozgásegyenletek L ~ km karakterisztikus távolság U ~ m/s karakterisztikus sebesség dr v dt advekció v w terminal n vízszintesen: függőlegesen: u v w u v w w terminal w w dw dt 0 F mg F D drag 2 r g, ha Re 1 rg, ha Re 1 C buoyancy

Mozgásegyenletek L ~ 10 1000 km karakterisztikus távolság U ~ 1 100 m/s karakterisztikus sebesség d r v dt advekció v w turbulens diffúzió terminal n

5 Mozgásegyenletek L ~ km karakterisztikus távolság U ~ m/s karakterisztikus sebesség d r v dt advekció v w turbulens diffúzió terminal n ξ K( r további folyamat: nedves üleedés (csaadék, felhők) ) ξ fehérzaj K(r ) turbulens diffúzió n dw dt függőleges egységvektor 0 F mg F drag buoyancy

6 Nedves üleedés Lagrange-i szemléletben általában hatékonyabb, mint a száraz üleedés részecskék: kondenzációs mag, ütközések során euleri modellekben: 1 dn dt N(Δt) N(0) N(Δt) N(0) k w N ex( k w 1 ex( k Δt) w Δt) bent kiesik N részecskeszám egy cellában k w nedves üleedési együttható, kimosódási együttható P = 1 ex( k w Δt) valószínűséggel r r ~ csebe kerülnének w terminal >> w terminal

7 Nedves üleedés kimosódási együttható csaadékintenzitást (Pr) felhasználva: r r rain ~ esőcseek által egységnyi idő alatt begyűjtött részecskék száma k w 3 4 Pr E( r, r r rain rain ) E(r, r rain ) 0,1 ütközési hatékonyság [Sortisse, Atm. Env. 41 (2007) ] Pruacher Klett-összefüggés: r rain 1 0, 976Pr 2 0,21 P = 1 ex( k w Δt) valószínűséggel a részecskék mérete r = r rain

8 Nedves üleedés kimosódási együttható relatív nedvességet (Rh) felhasználva [Sortisse (2007)]: k w,510 0, s Rh Rh s Rhc Rh c, ha, ha Rh Rh Rh Rh c c Rh c kritikus rel. nedv. (80%) Rh s telítési rel. nedv. (100%) P = 1 ex( k w Δt) valószínűséggel megnöveljük a részecskék méretét r = 100 µm-re

Adatok, módszerek szélmező és más adatok: ERA-Interim adatbázisból (ECMWF) horizontálisan felbontás: szabadon hozzáférhető: 1,5º 1,5º Országos Meteorológiai Szolgálattól: 0,5º 0,5º vagy 0,125º 0,125º

9 Adatok, módszerek szélmező és más adatok: ERA-Interim adatbázisból (ECMWF) horizontálisan felbontás: szabadon hozzáférhető: 1,5º 1,5º Országos Meteorológiai Szolgálattól: 0,5º 0,5º vagy 0,125º 0,125º időbeli felbontás: 3 óra vagy 6 óra függőleges: 37 nyomási szint 1000 hpa (~ 100 m) 1 hpa 60 modellszint felszínkövető koordinátarendszerben interoláció: vízszintesen: biköbös sline függőlegesen és időben: lineáris numerikus megoldás: Euler-módszer

Szimulációk a szabad légkörben < 850 hpa (z > 1,5 km) elhanyagolható: nedves üleedés turbulens diffúzió nagy skálán [htt://www.dailymail.co.

10 Szimulációk a szabad légkörben < 850 hpa (z > 1,5 km) elhanyagolható: nedves üleedés turbulens diffúzió nagy skálán [htt:// részecskeméret: r < 10 μm [htt://cimss.ssec.wisc.edu /goes/blog/]

11 Eyjafjallajökull-szimuláció (2010. május 8. 0 UTC május UTC)

12 Eyjafjallajökull- szimuláció (2010. május 8. 0 UTC május UTC) szélsebesség r = 1 μm, N = 70*1000 db htt://

Eyjafjallajökull-szimuláció (2010. május 8. 0 UTC május 19.

13 Eyjafjallajökull-szimuláció (2010. május 8. 0 UTC május UTC) összehasonlítás műholdas megfigyelésekkel vulkáni hamu alacsony szintű felhők vastag jégfelhő Izland [htt:// /index.htm?l=en]

14 Szimulációk a lanetáris határrétegben és a szabad légkörben turbulens diffúzió és nedves üleedés: fontos szere PHR: Fukushima-szimuláció: márc. 15-i felhő márc. 16-án (színezés a részecskeszám szerint) turbulens diffúzió nélkül turbulens diffúzióval

Fukushima- htt://www.nature.com/news/fallout-forensicshike-radiation-toll-1.9237?nc=1336317345966 szimuláció 2011. március 11-31.

15 Fukushima- htt:// szimuláció március nedves üleedés csaadék részecskeszám mérések változó kibocsátási magasság Eléri a felszínt kiüleednek r = 1 µm kezdeti feltételek: 0,5 0,5 [15-50] hpa N = részecske = hpa (z m)

16 Fukushima-szimuláció nedves üleedés kiüleedett részecskék (márc ) csaadék relatív nedvesség

17 Fukushima-szimuláció Stockholm részecskeszám és légköri koncentráció részecskeszám egy 1,5 1,5 -os levegőoszloban [observation: Stohl et al. Atmos. Chem. Phys. Discuss., 11, , 2011]

18 Összefoglalás Szennyeződések terjedésének szimulációja fontos Szabad légkör: turbulens diffúzió és nedves üleedés elhanyagolható Planetáris határréteg: turbulens diffúzió és nedves üleedés is fontos szereet játszik A nedves üleedés figyelembe vétele nem egyszerű: a megfelelő arametrizáció? További tervek: néhány naos ensemble előrejelzések mennyire tér el a részecskék sodródása?

2011-2012 Publikáció: Haszra, T., Tél, T., 2011: Volcanic ash in the free atmoshere: A dynamical systems aroach. Journal of Physics: Conference Series, 333, 012008. (doi:10.

19 Publikáció: Haszra, T., Tél, T., 2011: Volcanic ash in the free atmoshere: A dynamical systems aroach. Journal of Physics: Conference Series, 333, (doi: / /333/1/012008) Haszra, T., Kiss, P., Tél, T., Jánosi, I. M., 2011: Advection of assive tracers in the atmoshere: Batchelor scaling. International Journal of Bifurcation and Chaos. (elfogadva) (belső jelentés) Haszra T., 2012: Légköri szennyeződések terjedésének vizsgálata, 39. Konferencia: Haszra, T., Tél, T.: Volcanic ash in the free atmoshere: A dynamical systems aroach. Dynamics Days Euroe 2011, szetember , Oldenburg (oszter) Haszra T., Horányi, A., Tél, T., Tasnádi, P.: Aerosol article advection in the atmoshere: Eyjafjallajökull and Fukushima. T4 conference - Turbulence, transfer, transort, and transformation: interactions among environmental systems, május , Budaest (előadás) Haszra T., Tél, T., Horányi, A., Tasnádi, P.: Advection of aerosol articles in the atmoshere: volcanic ash and radioactive articles. 2nd International Worksho Nonlinear Processes in Oceanic and Atmosheric Flows, július 3-6., Madrid, Sanyolország (előadásnak elfogadva) Haszra, T. Tél, T., 2012: Aerosol articles in atmosheric turbulence: Eyjafjallajökull and Fukushima. Dynamics Days Euroe 2012, szetember 2-7., Göteborg, Svédország. (előadásnak elfogadva) Egyéb előadás: Haszra T.: Aeroszol részecskék dinamikája: vulkáni hamu és Fukushima, Statisztikus Fizikai Na, március 14. Haszra T.: Aeroszol részecskék terjedése a légkörben: az Eyjafjallajökull vulkán és a fukushimai baleset, Elméleti Fizikai Tanszék, Statisztikus Fizikai Szemináriumok, május 2. Tanulmányút: Planet Simulator Worksho, Universität Hamburg (Klimakamus), Németország, árilis Oktatás: Kalkulus I. gyakorlat 1. éves fizika alaszakos hallgatók részére Kalkulus II. gyakorlat 1. éves fizika alaszakos hallgatók részére Matematikai kiegészítés a fizikához gyakorlat 2-3. éves fizika tanár minor szakirányú hallgatók részére

20 Köszönöm a figyelmet!

Hasonló dokumentumok

Környezettudományi Doktori Iskola, Környezetfizika program MTA ELTE Elméleti Fizikai Kutatócsoport

A RePLaT modell és s alkalmazása légköri szennyeződések sek terjedésének vizsgálat latára Haszpra Tímea Környezettudományi Doktori Iskola, Környezetfizika program MTA ELTE Elméleti Fizikai Kutatócsoport