Физические основы переноса примеси в атмосфере
Перенос загрязняющих субстанций в атмосфере осуществляется ветровыми потоками воздуха с учетом их мелкомасштабных флуктуаций. Осредненный поток имеет адвективную и конвективную составляющие, а их осредненные флуктуационые движения можно интерпретировать как диффузию на фоне связанного с ним основного осредненного движения.
Сформулируем задачу переноса аэрозольных субстанций (радиоактивной примеси) в атмосфере в более общем виде.
Пусть - интенсивность аэрозольной субстанции, мигрирующей вместе с потоком воздуха в атмосфере, a - вектор скорости частиц воздуха как функция координат х, у, z и времени t, где , , - единичные векторы в направлении осей X, Y, Z соответственно; Тогда перенос субстанции вдоль траектории частиц воздуха с сохранением ее интенсивности определяется равенством нулю ее полной производной [1].
или при ; ; ; |
|
но для нижней части атмосферы достаточно хорошо выполняется закон сохранения массы, определяемый уравнением неразрывности:
, , |
|
что приводит к уравнению:
. |
|
Уравнение (3) можно обобщить, если учесть, что часть примеси может вступать в реакцию с внешней средой или распадаться с постоянной времени , а также учесть источник рассматриваемой загрязняющей примеси, описываемый функцией :
, |
|
где .
Смысл величины становится очевидным, если в (4) положить f = 0, = 0, тогда решение определяется как , если , а величина - время, за которое концентрация примеси уменьшается в раз. Уравнение (4) дополняется начальным условием:
|
и граничным условием:
, , | (6) |