Условия устойчивости атмосферы.

Если мы хотим оценить способность атмосферы рассеивать загрязнители, которые попадают в нее от антропогенных источников. необходимо знать степень устойчивости атмосферы. Устойчивость атмосферы проявляется в том, что в ней отсутствуют значительные вертикальные движения и перемешивание. В этом случае загрязнители, выброшенные в атмосферу вблизи земной поверхности будут иметь тенденцию задерживаться там. Хотя перемешиванию воздуха в нижней атмосфере способствует много разных процессов, среди них следует выделить 1) температурный градиент и 2) механическую турбулентность, связанную с взаимодействием ветра с подстилающей поверхностью. Возможность теплового перемешивания можно определить, сравнив реальный температурный градиент в окружающей среде с адиабатическим вертикальным градиентом температуры.

Несколько возможных температурных градиентов в окружающей среде в сопоставлении с адиабатическим градиентом температуры представлено на рис. 3.8. Когда температурный градиент в окружающей среде больше, чем сухоадибатический градиент температуры Г, атмосферы называют сверхадиабатической.

Когда градиент температуры окружающего воздуха примерно равен сухоадиабатическому вертикальному градиенту (рис. 3.8, б), устойчивость атмосферы называют безразличной. Любой объем воздуха, который по какой-либо причине быстро перемещается вверх или вниз, будет иметь ту же температуру, что и окружающий воздух на новой высоте. Следовательно, отсутствует побудительная причина для любого дальнейшего вертикального перемещения, связанного с различием температур, и рассматриваемый объем воздуха останется в том же месте. Следовательно, он имеет тенденцию вернуться на первоначальную высоту.

В тех случаях, когда с ростом высоты температура увеличивается, градиент температуры отрицателен и атмосферные условия определяются как. инверсия. Такие условия характерны для весьма устойчивой атмосферы, и им соответствует относительно высокий положительный градиент потенциальной температуры. Наличие инверсии должно уменьшать вертикальное перемешивание загрязнителей и таким образом увеличивать их концентрацию в приземном слое. Среди различного рода инверсий есть две наиболее часто встречающиеся: первая из них образуется при опускании слоя воздуха в воздушную массу с более высоким давлением, а вторая связана с радиационной потерей тепла земной поверхностью в ночное время. Первая известна как инверсия оседания. Инверсионный слой в этом случае обычно располагается на некотором расстоянии над земной поверхностью.

Возможны два других типа локальных инверсий. Одна из них связана с морским бризом, упомянутым выше. Нагревание воздуха в утренние часы над сушей приводит к потоку более холодного воздуха по направлению к суше от океана или достаточно большого озера. В результате более теплый воздух поднимется вверх, а холодный занимает его место, создавая инверсионные условия. Инверсионные условия создаются также при прохождении теплого фронта над большим континентальным участком суши. Теплый фронт часто имеет тенденцию «подминать под себя» более плотный и более холодный воздух, расположенный перед ним, создавая таким образом локальную температурную инверсию. Прохождение холодного фронта, перед которым расположена область теплого воздуха, приводит к такой же ситуации.