Základy meteorologie pro aplikaci při řešení problému rozptylu znečišťujících látek v ovzduší. Josef Keder ČHMÚ Praha



Podobné dokumenty
Základy meteorologie pro aplikaci při řešení problému rozptylu znečišťujících látek v ovzduší. Josef Keder ČHMÚ Praha

Modelování rozptylu suspendovaných částic a potíže s tím spojené

Meteorologické minimum

Modelování znečištění ovzduší. Josef Keder ČHMÚ Praha

Rozptyl emisí. Ochrana ovzduší ZS 2012/2013

Rozptyl emisí. Ochrana ovzduší LS 2014/2015

J i h l a v a Základy ekologie

Teplota jedna ze základních jednotek soustavy SI, vyjadřována je v Kelvinech (značka K) další používané stupnice: Celsiova, Fahrenheitova

Modelování zdravotně významných částic v ovzduší v podmínkách městské zástavby

Pracovní list č. 3 téma: Povětrnostní a klimatičtí činitelé část 2

VLIV METEOROLOGICKÝCH PODMÍNEK NA KONCENTRACE PM 2,5 V BRNĚ ( ) Dr. Gražyna Knozová, Mgr. Robert Skeřil, Ph.D.

Atmosféra, znečištění vzduchu, hašení

VÝPOČTY VLHKOSTNÍCH CHARAKTERISTIK a KLASIFIKACE OBLAKŮ

METODIKA PRO PŘEDPOVĚĎ EXTRÉMNÍCH TEPLOT NA LETECKÝCH METEOROLOGICKÝCH STANICÍCH AČR

Kvalita ovzduší v Jihomoravském kraji. Mgr. Robert Skeřil, Ph.D. Český hydrometeorologický ústav,

Pracovní list MECHANICKÉ VLASTNOSTI PLYNŮ

ATMOSFÉRA. Anotace: Materiál je určen k výuce zeměpisu v 6. ročníku základní školy. Seznamuje žáky s vlastnostmi a členěním atmosféry.

Modelování znečištění ovzduší. Nina Benešová

Mgr. Jan Macoun, PhD. Organizace Český hydrometeorologický ústav, Praha Název textu Modelový systém AIRVIRO BK7 - Specializované modelové systémy

Měření teploty a tlaku. Tematický celek: Termodynamika. Úkol:

Spojte správně: planety. Oblačnost, srážky, vítr, tlak vzduchu. vlhkost vzduchu, teplota vzduchu Dusík, kyslík, CO2, vodní páry, ozon, vzácné plyny,

Atmosféra - složení a důležité děje

Měření teploty a tlaku. Tematický celek: Termodynamika. Úkol:

DATA Z ATMOSFÉRICKÉ A EKOSYSTÉMOVÉ STANICE KŘEŠÍN U PACOVA VYUŽITELNÁ PŘI STUDIU CHEMICKÝCH PROCESŮ V ATMOSFÉŘE

1) Skupenství fáze, forma, stav. 2) 3 druhy skupenství (1 látky): pevné (led) kapalné (voda) plynné (vodní pára)

Základní pojmy a jednotky

Sledování a hodnocení kvality ovzduší v ČR

Vliv emisí z měst ve střední Evropě na atmosférickou chemii a klima

INFORMAČNÍ SYSTÉMY PRO KRIZOVÉ ŘÍZENÍ POUŽITÍ INFORMAČNÍCH SYSTÉMŮ PRO MODELOVÁNÍ A SIMULACE KRIZOVÝCH SITUACÍ - T6 ING.

Na libovolnou plochu o obsahu S v atmosférickém vzduchu působí kolmo tlaková síla, kterou vypočítáme ze vztahu: F = pa. S

1. Charakteristiky větru 2. Výpočet dynamické odezvy podle EC1

2) Povětrnostní činitelé studují se v ovzduší atmosféře (je to..) Meteorologie je to věda... Počasí. Meteorologické prvky. Zjišťují se měřením.

ATMOSFÉRA. Plynný obal Země

STŘEDNÍ ODBORNÁ ŠKOLA a STŘEDNÍ ODBORNÉ UČILIŠTĚ, Česká Lípa, 28. října 2707, příspěvková organizace

VÝUKOVÝ MATERIÁL VÝUKOVÝ MATERIÁL

Kvalita ovzduší. doc. RNDr. Petr Pišoft, Ph.D.

Fyzikální vzdělávání. 1. ročník. Učební obor: Kuchař číšník Kadeřník. Implementace ICT do výuky č. CZ.1.07/1.1.02/ GG OP VK

Přístupy k měření znečišťujících látek z dopravy

N Á V R H VYHLÁŠKA. ze dne.2017,

Mechanika tekutin. Tekutiny = plyny a kapaliny

Bezpečnostní inženýrství - Šíření škodlivých plynů v atmosféře-

Verifikace modelu Symos. Mgr. Ondřej Vlček Mgr. Zdenka Chromcová, Ph.D. Oddělení modelování a expertiz Úsek ochrany čistoty ovzduší, ČHMÚ

Kvalita ovzduší a emisní inventury v roce 2007

Vnitřní energie. Teplo. Tepelná výměna.

Inovace výuky prostřednictvím šablon pro SŠ

h nadmořská výška [m]

Teplota vzduchu. Charakteristika základních meteorologických prvků. Teplota vzduchu. Teplota vzduchu. Teplota vzduchu Teplotní inverze

Mechanika tekutin. Hydrostatika Hydrodynamika

Meteorologie. Zdeněk Šebesta

Hodnocení úrovně koncentrace PM 10 na stanici Most a Kopisty v průběhu hydrologické rekultivace zbytkové jámy lomu Most Ležáky 1

ULL 5 METEOROLOGIE. Leoš Liška

POČASÍ. G. Petříková, Zdroj náčrtů: Zeměpisný náčrtník a Malá encyklopedie geografie Zdroj fotografií: časopis Týden

Práce, energie a další mechanické veličiny

Měření znečištění ovzduší na Lysé hoře a v Beskydech

ROZPTYLOVÉ PODMÍNKY A JEJICH VLIV NA KONCENTRACI AEROSOLOVÝCH ČÁSTIC PM 10 V LOKALITĚ MOSTECKÉHO JEZERA

AKTUALIZACE 2009 Programu zlepšení kvality ovzduší Pardubického kraje včetně Programového dodatku. (Aktualizace PZKO PK)

Vliv města na interakce mezi klimatem a kvalitou ovzduší

STRUKTURA PEVNÝCH LÁTEK A KAPALIN

Voda, pára, vypařování,

Úkol č. 1 Je bouřka pro letadla nebezpečná a může úder blesku letadlo zničit? Úkol č. 2 Co je to písečná bouře?

PROBLÉMY ŽIVOTNÍHO PROSTŘEDÍ OVZDUŠÍ

TEPELNÉ JEVY. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Tercie

Novinky v legislativě

Názvosloví Kvalita Výroba Kondenzace Teplosměnná plocha


ení kvality ovzduší oblasti Česka a Polska Kvalita ovzduší Ing. Rafał Chłond Ostrava 29. června 2010

17. Celá čísla.notebook. December 11, 2015 CELÁ ČÍSLA

Hodnocení lokálních změn kvality ovzduší v průběhu napouštění jezera Most

Vysoká škola technická a ekonomická v Českých Budějovicích. Institute of Technology And Business In České Budějovice

Registrační číslo projektu: CZ.1.07/1.5.00/ Elektronická podpora zkvalitnění výuky CZ.1.07 Vzděláním pro konkurenceschopnost

Kvalita ovzduší v Jihomoravském kraji

VEGETAČNÍ BARIÉRY Mgr. Jan Karel

EMISE X IMISE. Emise = uvolňování polutantů do prostředí

Test jednotky, veličiny, práce, energie, tuhé těleso

4. Kolmou tlakovou sílu působící v kapalině na libovolně orientovanou plochu S vyjádříme jako

VNITŘNÍ ENERGIE. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - 2. ročník - Termika

MECHANIKA KAPALIN A PLYNŮ. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Mechanika - 1. ročník

Měření znečištění ovzduší, transhraniční přenos

Řešení: Fázový diagram vody

Transportní jevy v plynech Reálné plyny Fázové přechody Kapaliny

Model dokonalého spalování pevných a kapalných paliv Teoretické základy spalování. Teoretické základy spalování

Atmosféra Země a její složení

Autor Organizace Název textu

Základem molekulové fyziky je kinetická teorie látek. Vychází ze tří pouček:

Úvod do fyziky a chemie atmosféry RNDr Josef Keder, CSc.

Registrační číslo projektu: CZ.1.07/1.5.00/ Elektronická podpora zkvalitnění výuky CZ.1.07 Vzděláním pro konkurenceschopnost

SÍLY A JEJICH VLASTNOSTI. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Sekunda

Rozptylová studie č. 159/14

K MOŽNOSTI IDENTIFIKACE PŮVODU ZNEČIŠTĚNÍ OVZDUŠÍ POMOCÍ KOMBINACE IMISNÍCH A METEOROLOGICKÝCH MĚŘENÍ. Josef Keder

7/12. Vlhkost vzduchu Výpar

Registrační číslo projektu: CZ.1.07/1.5.00/ Elektronická podpora zkvalitnění výuky CZ.1.07 Vzděláním pro konkurenceschopnost

F8 - Změny skupenství Číslo variace: 1

Mechanika plynů. Vlastnosti plynů. Atmosféra Země. Atmosférický tlak. Měření tlaku

Cirrus (řasa) patří mezi vysoké mraky (8 13km) je tvořen jasně bílými jemnými vlákny. ani měsíční světlo

Ministerstvo životního prostředí stanoví podle 5 odst. 6 a 30 odst. 4 zákona č. 201/2012 Sb., o ochraně ovzduší (dále jen zákon ):

Výsledky sledování indikátoru ECI/TIMUR A.5: Kvalita místního ovzduší v Praze Libuši v roce 2008

34_Mechanické vlastnosti kapalin... 2 Pascalův zákon _Tlak - příklady _Hydraulické stroje _PL: Hydraulické stroje - řešení...

Globální cirkulace atmosféry

Katedra agroekologie a biometeorologie, Fakulta agrobiologie, potravinových a přírodních zdrojů Česká zemědělská univerzita

Cvičení: APLIKOVANÁ BIOKLIMATOLOGIE. Ing. Petr Hlavinka, Ph.D. Dveře č. N5068 (tel.: 3090)

Transkript:

Základy meteorologie pro aplikaci při řešení problému rozptylu znečišťujících látek v ovzduší Josef Keder ČHMÚ Praha

Přehled Atmosféra a meteorologie, složení atmosféry Tepelná bilance v atmosféře Dynamika atmosféry, proudění, fronty Vertikální pohyby a stabilita, vliv na přenos znečišťujících látek Principy modelování šíření znečišťujících látek

Proč se zabývat meteorologií Atmosféra přenosové medium Přenos, rozptyl, chemické změny, depozice Emise Působení na receptory

Prvky a jevy Rozeznáváme meteorologické prvky a atmosférické jevy Prvky - fyzikální charakteristiky stavu atmosféry (teplota, vlhkost, tlak vzduchu) Jevy -označení pro všechny pozorované úkazy vatmosféře nebo na povrchu země (mlhy, déšť, bouřky, sněhová pokrývka, oblaka, nárazový vítr apod.) Některé jevy mají podstatný vliv na šíření a rozptyl znečišťujících látek v ovzduší především proudění vzduchu a vertikální teplotní zvrstvení a jejich projevy

Složení atmosféry plyn chemická značka objemová procenta dusík N 2 78,1 kyslík O 2 20,9 argon Ar 0,934 oxid uhličitý CO 2 0,031 4 neon Ne 0,001 818 hélium He 0,000 524 metan CH 4 0,000 2 krypton Kr 0,000 114 vodík H 2 0,000 05 oxid dusný N 2 O 0,000 05 xenon Xe 0,000 008 7 oxid siřičitý SO 2 0 až 0,000 1 ozón O 3 0 až 0,000 007 (léto) 0 až 0,000 002 (zima) oxid dusičitý NO 2 0 až 0,000 002 čpavek NH 3 stopy oxid uhelnatý CO stopy jód (páry) J 2 stopy

Vertikální členění atmosféry Podle průběhu teploty s výškou Troposféra Stratosféra Mezosféra Termosféra Exosféra

Vertikální členění troposféry (1) Se zahrnutím interakce s povrchem, zavádí se pojem mezní vrstvy a volné atmosféry Název vrstvy nebo její části Přibližná výška nad zemským povrchem v km troposféra 0 až 11 přízemní vrstva troposféry 0 až 0,1 vrstva tření 0,1 až 1,5 volná atmosféra 1,5 až 8

Vertikální členění troposféry (2)

Záření na hranici atmosféry Země Sluneční záření nejintenzivnějším energetickým zdrojem Země. Je původcem všech dějů v atmosféře Teplota povrchu slunce je velmi vysoká, asi 6100K, asi 99 % jeho energie spadá do pásma krátkovlnného záření.

Meteorologické prvky - teplota Teplota vzduchu je meteorologický prvek, který udává tepelný stav ovzduší. Je mírou střední kinetické energie termického pohybu molekul. Není-li jinak uvedeno, rozumí se teplotou vzduchu teplotu ve výšce 2 m nad povrchem země měřená v meteorologické budce s přesností na jednu desetinu stupně. Jednotka v soustavě SI je Kelvin [K]. V meteorologické praxi se teplota udává ve stupních Celsia. V anglosaských zemích stupnice Fahrenheitova C 0 0 0 0 ( F ) = 59 32 ( C ) F = 95 + 32

Meteorologické prvky - hustota Hustota vzduchu je podíl hmotnosti vzduchu a objemu, který vzduch zaujímá. Vyjadřuje se obvykle v kg.m -3. Hustota vzduchu při teplotě 0 o C s tlaku 1013,27 hpa je 1,293 kg.m -3. Za stejných podmínek je hustota vlhkého vzduchu vždy menší než hustota suchého vzduchu. S výškou se hustota vzduchu zmenšuje (exponenciální závislost) Hustota vzduchu roste se zvyšováním tlaku a snižováním teploty (stavová rovnice). Nejspodnější vrstvy vzduchu, které jsou pod tlakem celé tloušťky atmosféry, mají největší hustotu. Ve studeném vzduchu tlak s výškou klesá rychleji než v teplém vzduchu. Proto v určité výšce nad touto spodní vrstvou v oblasti teplého vzduchu je tlak vyšší než ve studeném vzduchu. Hustota vzduchu je při stejném tlaku nepřímo úměrná teplotě vzduchu. Proto v troposféře je všeobecně vzimě větší hustota vzduchu než v letě.

Meteorologické prvky vlhkost (1) Popisuje množství vodní páry ve vzduchu. S její přítomností spojeny tvoření oblačnosti, srážky, mlhy apod. Vodní pára se dostává do atmosféry vypařováním vody z vodních ploch, z povrchu země a rostlinného pokryvu. Největší množství vodní páry je při zemi, s výškou vodní páry rychle ubývá. Například ve výšce kolem 5500 m nad zemí je tlak vzduchu poloviční než při zemi, ale tlak vodních par tvoří pouze 1/10 tlaku vodních par při zemi.

Meteorologické prvky vlhkost (2) Množství vypařené vody je tím větší, čím je vyšší teplota vypařujícího se povrchu, čím je sušší vzduch a čím je rychlejší proudění, které způsobuje turbulentní promíchávání vzduchu. Proto má vypařování výrazný denní chod; největší je v poledne a nejmenší v noci. Určitý objem vzduchu může přijmout jen určité množství vodní páry, závisí na teplotě. S rostoucí teplotou roste i maximální množství vodní páry, které daný objem vzduchu může přijmout. Jestliže vzduch obsahuje maximální množství vodní páry, které může při dané teplotě pohltit, je touto vodní parou nasycen.

Vlhkostní charakteristiky (1) Absolutní vlhkost je množství vodní páry vg/m 3 vzduchu. Maximální absolutní vlhkost udává největší možný obsah vodních par v 1 m 3 nasyceného vzduchu. Hodnota se nedá přímo měřit. Tlak vodní páry je parciální tlak, kterým působí vodní pára obsažená ve vzduchu. S rostoucím množstvím vodních par ve vzduchu tlak vodní páry roste. Jednotky (hpa) a způsob měření jsou stejné jako u celkového tlaku vzduchu. Tlak vodní páry při nasycení se nazývá tlak nasycení. Tlak vodních par nenasyceného vzduchu je vždy menší než tlak nasycení. Tlak nasycení je závislý na teplotě, s rostoucí teplotou roste.

Vlhkostní charakteristiky (2) Relativní vlhkost je poměr množství vodní páry obsažené ve vzduchu k množství vodní páry, které je potřeba k nasycení vzduchu při dané teplotě. Vyjadřuje se v % a umožňuje posoudit stupeň nasycení. Je-li relativní vlhkost 100 %, je vzduch vodní parou nasycen. Teplota rosného bodu (rosný bod) je teplota, na kterou se musí vzduch izobaricky ochladit, aby dosáhl stavu nasycení. Používá se v běžné praxi současně s údajem teploty vzduchu. Z rozdílu obou teplot (deficitu rosného bodu) je patrný stupeň nasycení. Je-li vzduch nasycen, pak teplota rosného bodu je rovna teplotě vzduchu (např. v mlze).

Vlhkostní charakteristiky (3) Měrná vlhkost je hmotnost vodní páry v g obsažené v 1 kg vlhkého vzduchu. Podobnou charakteristikou je i směšovací poměr. Je to podíl hmotnosti vodní páry k hmotnosti suchého vzduchu.

Meteorologické prvky tlak (1) Síla vyvolaná tíhou vzduchového sloupce působící v daném místě atmosféry kolmo na libovolně orientovanou jednotkovou plochu. Sloupec sahá od výšky měření až po horní hranici atmosféry. Je-li vzduch v klidu, je tlak ve všech směrech stejný tlak statický. Je-li vzduch v pohybu, působí na jednotkovou plochu umístěnou proti směru proudění přídavný tlak - tlakem dynamický. V meteorologii se převážně používá statický neboli barometrický tlak.

Meteorologické prvky tlak (2) Jednotkou tlaku 1 Pa (Pascal) - síla o velikosti 1N (Newton), působící na plochu 1 m 2. Jednotka je velmi malá, v meteorologii proto uzákoněno používání jejího stonásobku hektopasclu (hpa). Dříve používány i jiné jednotky: 1 hpa = 100 N.m -2 = 1mb (milibar) = 0,75 torr = 0,75 mm rtuťového sloupce. Průměrná hodnota tlaku vzduchu na hladině moře na 45 o severní šířky při teplotě 15 o C je 1013,27hPa (760 torrů )

Meteorologické prvky oblaka (1) Oblaka jsou viditelná soustava částic vody nebo ledu v atmosféře. Tato soustava může obsahovat zároveň i částice pocházející z prachu, průmyslových exhalací apod. Za oblaka lze považovat i mlhu, která je vpodstatě oblakem dotýkajícím se zemského povrchu. Všechny druhy oblačnosti jsou produktem kondenzace nebo sublimace vodních par v ovzduší. Hlavní počáteční podmínkou pro počátek kondenzace je dosažení stavu nasycení ovzduší vodní parou.

Meteorologické prvky oblaka (2) Podle výškového rozvrstvení rozlišujeme oblaka nízkého patra (Cu, Sc, St, Ns) středního patra (Ac, As, Ns) vysokého patra (Ci, Cc, Cs) oblaka se silným vertikálním vývojem (Cb) Podle tvaru rozlišujeme oblaka kupovitá a vrstevnatá. Kupovitá oblaka vznikají vlivem intenzivních, ale lokálně omezených, stoupavých proudů, charakteristických pro termickou konvekci vývoj má zřetelný denní chod. Vrstevnatá oblaka vznikají vlivem slabých uspořádaných, ale rozsáhlých výstupních pohybů, obvykle na frontálních plochách nebo jsou spojena se zádržnými vrstvami inverze teploty

Meteorologické prvky vítr (1) Vítr je projevem proudění vzduchu Důsledek nerovnoměrného rozložení atmosférického tlaku vzniká síla tlakového gradientu

Meteorologické prvky vítr (2)

Meteorologické prvky vítr (3)

Meteorologické prvky vítr (4)

Vítr vertikální profil, vliv podkladu

Vítr charakteristiky Vektorová veličina charakterizována směrem a rychlostí Směr větru v meteorologii odkud vítr vane Větrná růžice statistické rozložení směru větru na určité lokalitě, obvykle v závislosti na třídách rychlosti

Větrná růžice NW N 20 15 10 5 NE W 0 E SW SE S

Vzduchové hmoty Pokud vzduch stagnuje nad určitou oblastí, přijme její charakteristiky (teplotu, vlhkost) Formuje se vzduchová hmota

Atmosférické fronty (1) Vzduchové hmoty se dostávají do pohybu v důsledku gradientů v tlakovém poli, dochází k výměně vzduchových hmot Plocha styku dvou hmot různých vlastností frontální plocha Atmosférická fronta průsečnice frontální plochy se zemským povrchem

Atmosférické fronty TF

Atmosférické fronty SF I

Atmosférické fronty SF II

Atmosférické fronty vznik okluze

Atmosférické fronty OF

Atmosférické fronty Podél frontálních ploch rozložena oblačnost, výskyt srážek Fronty určují charakter počasí a formují rozptylové podmínky Správná předpověď pohybu a vývoje front podstatná pro předpověď počasí

Stabilita atmosféry změny teploty s výškou Teplota může v ovzduší s výškou klesat, vzrůstat nebo zůstávat stálá. γ = T z Veličinu vyjadřující záporně vzatou změnu teploty T připadající na jednotkovou vzdálenost ve vertikálním směru (z je vertikální souřadnice) v klidném vzduchu nazýváme vertikálním gradientem teploty. Za předpokladu, že vertikální gradient teploty ve vrstvě ovzduší mezi výškovými hladinami z 0 a z je konstantní, můžeme teplotu v hladině z určit jako T(z) = T 0 - γ (z - z 0 ) kde T 0 je teplota ve výchozí hladině z 0.

Vertikální gradient teploty (1) Vertikální teplotní gradient nikdy není s výškou stálý a kolísá v širokém rozmezí hodnot od kladných po záporné. Je-li nulový, teplota se s výškou nemění a tento stav nazýváme izotermie. V případě vzrůstu teploty s výškou (γ < 0) mluvíme o inverzi teploty. V oboru hodnot vertikálních gradientů teploty existují dvě význačné hodnoty vertikálního gradientu: gradient suchoadiabatický (přibližně 1 0 C na 100 m výšky ) gradient nasyceně adiabatický (přibližně 0.6 0 C na 100 m výšky)

Vertikální gradient teploty (2)

Stabilita atmosféry (1) Významně ovlivňuje dynamiku atmosféry a přenos různých příměsí Čím je stabilita atmosféry větší, tím horší jsou podmínky pro vertikální pohyby a vertikální výměnu v atmosféře. Zvolme v atmosféře referenční hladinu, v níž má vzduchová částice určitou výchozí teplotu a hustotu. Vychylme tuto částici z její výchozí polohy pomocí nějakého vnějšího impulsu ve vertikálním směru. Pokud má vychýlená částice tendenci vrátit se zpět do výchozí hladiny, označujeme stav atmosféry jako stabilní. V opačném případě, kdy impulsem vychýlená částice pokračuje ve vertikálním pohybu a vzdaluje se od výchozí hladiny již bez působení vnějšího impulsu, mluvíme o labilním stavu atmosféry. Mezním případem mezi těmito stavy je stav normální (neutrální, indiferentní), kdy se vychýlená částice ani nevrací zpět do výchozí hladiny, ani nejeví tendenci počáteční výchylku zvětšovat.

Stabilita atmosféry (2) Udělíme-li počáteční vertikální impuls částici nenasyceného vzduchu, snižuje se její teplota, (o 0.0098 K při výstupu o 1 metr výšky). Další chování částice je určeno vzájemným vztahem její teploty a teploty vzduchu v jejím okolí. Pokud teplota okolního vzduchu klesá s výškou rychleji, než odpovídá hodnotě suchoadiabatického gradientu, tedy jestliže vertikální gradient teploty γ > γ a, je částice teplejší než okolní vzduch (a má tudíž nižší hustotu). Na částici působí podle Archimedova zákona vztlaková síla, která působí proti zemské tíži. Výslednice těchto sil urychluje vertikální pohyb vzduchové částice a tato se vzdaluje od své výchozí hladiny. Jedná se tudíž o případ labilního zvrstvení v nenasyceném vzduchu.

Labilní zvrstvení

Stupně lability atmosféry

Stabilita atmosféry (3) V opačném případě, kdy pokles teploty s výškou v okolním ovzduší je pomalejší než odpovídá suchoadiabatickému gradientu (γ<γ a ), má částice vychýlená z výchozí hladiny nižší teplotu než okolí vztlaková síla má opačný směr a vrací částici do výchozí hladiny. V souladu s předchozími definicemi se tedy jedná o stabilní zvrstvení pro nenasycený vzduch. V mezním případě, kdy vertikální gradient teploty v okolním vzduchu je roven (nebo blízký) adiabatickému, je teplota vychýlené částice stejná jako teplota okolního vzduchu, vztlaková síla je nulová a částice se nalézá ve stavu rovnováhy s okolím. Tento stav, kdy γ = γ a, reprezentuje normální (neutrální, indiferentní) zvrstvení atmosféry pro nenasycený vzduch. Podobné úvahy je možné provést pro nasycený vzduch s tím, že místo hodnoty suchoadibatického gradinetu γ a použijeme hodnotu nasyceně adiabatického gradientu γ s. Mluvíme potom o stabilitě v nasyceném vzduchu.

Stabilní zvrstvení

Stupně stability atmosféry

Stabilita atmosféry normální zvrstvení

Inverze přízemní, výšková Největší stabilita, nejhorší podmínky rozptylu

Inverze zádržná vrstva

Inverze viděná z letadla

Inverze vznik Radiační v důsledku vyzařování zemského povrchu a ochlazování přílehlého vzduchu Advekční přenos teplého vzduchu do chladnější oblasti (např. zimní oblevy). Frontální spojena s plochami styku vzduchových hmot různých teplot. Teplý vzduch stoupá po klínu vzduchu studenějšího nebo se klín studeného podsouvá pod ustupující teplou vzduchovou hmotu Subsidenční v anticyklonách dochází k pozvolným sestupným pohybům vzduchových hmot. Klesající vzduchová vrstva se stlačuje, adiabaticky se ohřívá a vytváří výškovou inverzní vrstvu nad vrstvou chladnějšího vzduchu pod ní. Inverze za turbulence důsledek turbulentního promíchávání

Změny stability mezní vrstvy během dne

Vliv zvrstvení na šíření vleček (1) Vlnění (coning), normální zvrstvení

Vliv zvrstvení na šíření vleček (2) Čeření (fanning), stabilní zvrstveni

Vliv zvrstvení na šíření vleček (3) Unášení (lofting), vlečka nad inverzí

Vliv zvrstvení na šíření vleček (5) Zadýmování (fumigation), vlečka v inverzi, likvidace přízemní inverze zdola, přenos vlečky k povrchu

Vliv zvrstvení na šíření vleček (6) Přemetání (looping) labilní zvrstvení

Vzhůru k modelům! a odtud již vede přímá cesta k úvahám o rozptylových parametrech a modelování šíření vleček,

Co jsou modely rozptylu Nástroje kodhadu stupně ovlivnění kvality ovzduší jedním nebo více zdroji znečišťujících látek Procesy transportu, rozptylu a chemických přeměn látek v ovzduší reprezentovány rovnicemi a výpočetními algoritmy Realizovány celou řadou počítačových programů

Co (ne)jsou modely rozptylu Po zadání potřebných vstupních údajů poskytují tyto programy celou řadu numerických a grafických výstupů Kvalifikovanému pracovníku umožňují objektivně posoudit vliv zdrojů Modelové výstupy samy o sobě nelze považovat za absolutně přesnou predikci skutečného stavu ovzduší

Typy modelů Gaussovské vlečkov kové modely Lagrangeovské modely Eulerovské modely Statistické modely

Gaussovské modely Vycházej zejí ze stacionárn rního řešení rovnice turbulentní difúze (emise a proudění konstantní během určit itého časového úseku)

Gaussovské modely výhody a nevýhody V praxi často využívány pro svoji jednoduchost, předevp edevším m pro hodnocení imisní zátěže e z klimatologického pohledu, screening,, hot hot-spots Obtížná adaptovatelnost na nehomogenní podklad a složitý terén Problémy spojené se zahrnutím změn v emisích a v meteorologických podmínk nkách během času

Lagrangeovské modely Popisují šířen ení polutantů v atmosféře e tak, že sledují individuáln lní vzduchové částice nebo oblaky, které jsou transportovány ny v poli proudění Současn asně s přenosem p dochází k rozptylu

Lagrangeovské modely výhody a nevýhody Dobře e poup oužitelné pro popis nestacionárn rních situací, pro složitý terén n a nehomogenní podklad Při i většív ším m počtu zdrojů (případ pad městských m aglomerací) jsou náročné na operační paměť počíta tače e a strojový čas Nejčastěji proto využívány pro vyhodnocení různých havarijních úniků,, kdy na vstupu figuruje pouze omezený počet zdrojů Plný popis chemizmu atmosféry jen obtížně implementovatelný

Eulerovské modely Rovněž založen na numerickém řešení soustav diferenciáln lních rovnic (obecně nestacionárn rním) Nesledují individuáln lní vzduchové částice při p transportu, ale vyšet etřují změny koncentrace v uzlových bodech souřadnicov adnicové sítě

Statistické modely Nevycházejí z rovnice difúze, založeny na statistických metodách (v současn asné době nejčast astěji na neuronových sítích či Kalmanově filtru) Využívány pro řadu aplikací,, jejichž řešení numerickými postupy by bylo přílip liš náročné (např. pro předpovp edpověď vzniku smogových situací) Nevýhoda - často svázány s místem, pro něžn byly vytvořeny, tudíž obtížně přenositelné jinam

Modelování v uličních kaňonech (1) Vhodný pro případy, p pady, kdy podmp odmínky proudění vzduchu a šířen ení znečišťuj ujících ch látek určov ovány zejména charakterem městské zástavby Zvláš áště vysoké koncentrace se mohou vyskytovat v ulicích ch obklopených vysokými budovami na závětrnz trné straně ulice

Modelování v uličních kaňonech (2) Vítr na úrovni střech C pozadí Z ávětrná strana Vír Návětrná strana

Úlohy řešené modely rozptylu, prostorová měřítka Hodnocení městského území jakožto celku (regionáln lní měřítko) Hodnocení malých územních celků v rámci města m (lokáln lní měřítko) Specifická problematika uličních kaňon onů (lokáln lní až mikro měřítko) Hodnocení venkovských oblastí (regionáln lní až lokáln lní měřítko)

Znečišťující látky Seznam znečišťuj ujících ch látekl pro hodnocení imisní zátěže e vyplývá z rámcové direktivy a dceřiných směrnic Látky málo reaktivní (oxid siřičitý itý, oxid uhelnatý, benzen a další polyaromatické uhlovodíky ky) Reaktivn aktivnější látky (oxid dusičitý, itý, oxidy dusíku ) Reaktivní látky (ozon) Prašný aerosol (zejména jemné částice PM 10 ) Těžké kovy (olovo, kadmium, arsen, nikl, rtuť)

Přehled některých modelů pro využití v ČR Oblast využití Znečišťující látky Model dostupný v ČR městské území (regionální měřítko) venkovská území uliční kaňony málo reaktivní reaktivnější látky, prašný aerosol málo reaktivní reaktivnější látky, prašný aerosol málo reaktivní reaktivnější látky ATEM SYMOS 97 AEOLIUS

Zdroje nejistot v modelech (1) Ze statistického hlediska je predikce koncentrací pomocí rozptylových modelů založena na tzv. ansámblovém průměru velkého množství opakování stejných událostí Tyto události popsány a vzájemně odlišeny hodnotami určité sady parametrů,například směr a rychlost větru teplotní zvrstvení výška směšovací vrstvy emisní charakteristiky

Zdroje nejistot v modelech (2) Na základě znalosti frekvence výskytu takovýchto typických situací odvozeny hodnoty koncentrací V rámci každého takto popsaného typu situace však mohou existovat nerozlišitelné rozdíly v detailech atmosférického proudění a turbulence Důsledek - odchylky jednotlivých realizací koncentračního pole od ansámblového průměru Tudíž - i kdyby model perfektně predikoval ansámblový průměr, může tento zdroj nejistoty způsobit kolísání koncentrace v rozpětí cca 50% Tento zdroj nejistot je vlastní modelovanému systému, není jej možné odstranit

Další zdroje nejistot Mají původ v kvalitě měření meteorologických prvků a koncentrací v odhadu emisí zdrojů ve způsobu popisu fyzikálních a chemických procesů, na nichž je model založen Tyto zdroje nejistot jsou redukovatelné a kvalitu modelů je možno zlepšovat cestou minimalizace jejich vlivu