Фетт В. Атмосферная пыль

Подождите немного. Документ загружается.

!Гл.

5. Распределение пыли в атмосфере

143

Влияние ветра на содержание пыли

Направление ветра определяет местность, над кото-

рой проносятся воздушные массы, и, следовательно,

влияет на содержание пыли в воздухе. Влияние напра-

вления ветра на запыленность воздуха особенно заметно

вблизи больших городов и заводов. На море оно позво-

ляет обнаружить близость суши. По данным Эффенбер-

гера [31], распределение образующейся при артиллерий-

ском обстреле пыли также зависит от направления ветра.

Вне промышленных центров максимальная запылен-

ность наблюдается при безветрии [57]. При очень слабом

движении воздуха (около 1 м/сек) содержание пыли

уменьшается на '/з- По кониметрическим данным, наи-

меньшая запыленность наблюдается при скорости ветра

2 м/сек. Это объясняется тем, что благодаря усиленному

обмену воздуха увеличивается объем воздушных масс,

в которых распределяется пыль. В местностях, где за-

пыленность воздуха сравнительно мала, содержание

пыли при неизменной скорости ветра (2 м/сек) увеличи-

вается в тех случаях, когда издалека заносится дым

промышленных предприятий. Горы и долины не препят-

ствуют распространению дыма, и он обнаруживается

даже на вершинах гор. Исследования содержания аэро-

золя в зависимости от скорости и направления ветра

важны для определения аэрации населенных пунктов и

их пригородов и, следовательно, для бальнеологии [34].

Табл. 19 иллюстрирует связь между вызываемой про-

мышленными предприятиями загрязненностью воздуха

и скоростью ветра, дующего по направлению от источ-

ника образования загрязнений.

По измерениям Дэвидсона [59], произведенным в

Нью-Йорке, концентрация пыли в приземном слое атмо-

сферы обратно пропорциональна корню квадратному из

скорости ветра; согласно другим исследованиям, она об-

ратно пропорциональна скорости ветра [60, 61].

Кривые, построенные по результатам наблюдений, по-

казывают, что содержание пыли в воздухе постоянно

меняется и что колебания запыленности тем больше и

многочисленнее, чем сильнее ветер. Эффенбергер по ана-

логии с порывистостью ветра назвал их «порывистостью

i 144

Часть I. Природа и свойства атмосферной пыли

Таблица 19

Средняя загрязненность воздуха

в западной части Харькова на расстоя-

нии 2750 м от источника образования

загрязнений [58]

Скорость

ветра,

м/сек

Содержание

пыли,

10"

г/м

Содержание

золы,

10"

г/м

1 22,8

2,7

1,5 5,5

13,0

2 2,2

4,8

1,1

1,6

0,7 0,7

пыли». При завихрениях, вызываемых шквальным вет-

ром перед вторжением холодных масс воздуха, наблю-

дается быстрое и кратковременное возрастание запылен-

ности воздуха. Шмидт [62] пользуется следующей фор-

мулой для определения числа выпавших из вихря частиц:

i-i)

где V — скорость движения воздушных потоков в вихре,

v — скорость падения частиц. Выпадение частиц проис-

ходит только при V < v. Эта закономерность присуща

любому турбулентному движению.

По данным Гинера и Гесса [8], влияние ветра на со-

держание пыли одинаково отчетливо заметно и летом и

зимой. По другим данным [63], в городе при увеличении

скорости ветра загрязненность воздуха уменьшается зи-

мой сильнее, чем летом, вследствие большей стабильно-

сти подстилающей поверхности. При уменьшении ско-

рости ветра (меньше 16 км/час) запыленность воздуха

возрастает зимой также более резко, чем летом [33].

Влияние атмосферного электричества

на содержание пыли

Поскольку электрическое поле атмосферы не опреде-

ляется целиком электрическим полем аэрозоля, перво-

начально существовавшее поле может повлиять на ста-

!Гл.

5. Распределение пыли в атмосфере

145

бильность аэрозоля, а следовательно, и на содержание

пыли. Этим объясняется зависящее от состояния погоды

свойство атмосферы образовывать золь (стр. 225). При

отложении пыли, например во время образования дюн,

также происходит взаимодействие силы ветра и элек-

трических сил [64], причем важно, что летучая пыль и

летучие песчинки имеют противоположный заряд (см.

стр.286).

Другие метеорологические факторы влияют на запы-

ленность воздуха косвенным образом. Зависимость со-

держания пыли от температуры обусловлена влиянием

вертикального обмена воздуха, зависимость от давле-

ния — влиянием порывов ветра и соответствующего со-

стояния погоды. Главными факторами, регулирующими

содержание аэрозолей в атмосфере, являются конвекция,

влажность воздуха и осадки [8, 65].

Влияние климата на распределение пыли

Зависимость содержания пыли от географических

условий

К факторам, определяющим запыленность атмо-

сферы, относятся, во-первых, наличие пыли на поверх-

ности почвы и, во-вторых, частота завихрений и харак-

тер дальнейшего переноса пыли, обусловленные особен-

ностями циркуляции воздуха. Мало пыли содержится

в воздухе над пространствами, почти не имеющими

растительного покрова, например над пустынями суб-

тропиков. Воздух прибрежных зон содержит очень мало

пыли при ветре с моря, но он может регулярно и значи-

тельно загрязняться при ветре с суши («Море мрака»,

см. фиг. 55). При некоторых особых метеорологических

условиях иногда бывает мало пыли и над пустынями.

Напротив, в некоторых областях, например в Яркенде

[66], воздух кажется желтым от пыли на протяжении

всего года. Обычно высокое содержание пыли в этих

областях вызывается кратковременными завихрениями.

Влияние рельефа местности на содержание пыли

Запыленность атмосферы в горах и на равнинах из-

меняется по-разному. Благодаря конвекционным токам

Ю В. Фетт

i 146 Часть I. Природа и свойства атмосферной пыли

пыльный воздух долины устремляется вверх, и содержа-

ние пыли в горном воздухе увеличивается. Противопо-

ложное явление наблюдается при обратной ночной кон-

векции. Измерения показали, что на вершине Гафель-

кара (2300 м) вблизи Инсбрука 21 июня 1936 г. при

ветре средней силы содержалось 38 пылинок в 1 см

воз-

духа, а в безветренные дни — примерно в 5 раз

меньше [8].

В спокойные ясные ночи по склонам гор дуют мест-

ные горно-долинные ветры. Холодные массы воздуха

с повышенным содержанием аэрозоля опускаются в до-

лины. Они перемещаются порывисто, если на пологих

местах встречаются поперечные впадины. Сверху на

склоны поступают более чистые и теплые массы воздуха.

Измерения показывают, что этот процесс вызывает

уменьшение содержания пыли на горах в ночное время

вместо обычного его увеличения. Таким образом, ночью

долины служат резервуаром не только холода, но и пыли.

В табл. 20 приведены данные Речке [4] о влиянии

рельефа местности на запыленность воздуха.

Таблица 20

Скопление пыли, обусловленное рельефом местности [4]

Место

Расположение

Высота,

Темпера-

тура, °С

Относи-

тельная

влажность,

Число

частиц

пыли

в 1 см*

Колмберг . . .

На горе 333 23,5 39 8,1

Калбитц * . .

В долине 138 12,9

41,8

* В 2,5 км от Колмберга.

Мощность расположенного вдоль склона запыленного

холодного воздушного потока уменьшается по направле-

нию снизу вверх. При этом наблюдается большая запы-

ленность даже мелких поперечных канав и углублений.

Поскольку продольные канавы являются руслом для

опускающихся потоков холодного воздуха, они также

значительно загрязнены суспензиями.

Г л. 5. Распределение пыли в атмосфере

147

Если при наличии источников зазгрязнения слабая

циркуляция воздуха вдоль долины сопровождается не-

достаточным обменом по вертикали благодаря особенно-

Высота 2 м

>t 2 »

» 0»

100 50 0 50

Расстояние от опушки.

,м

Ф и г. 34, А. Распределение пыли на опушке леса при слабом

ветре [4].

—

число пылинок в 1 см

', //

—

температура; ///

—

скорость ветра.

стям погоды, то загрязненность атмосферы сильно воз-

растает. Иногда это приводит даже к катастрофическим

последствиям. Например, в 1930 г. в Бельгии в долине

Мааса [67] и в 1948 г. в США в Доноре недалеко от до-

лины реки Мононгахилы [68, 69] скопление загрязнений

в атмосфере, обусловленное климатическими и орогра-

фическими особенностями этих местностей, вызвало ряд

10*

i 148 Часть I. Природа и свойства атмосферной пыли

смертных случаев (63 в Бельгии и 20 в США) и не-

сколько тысяч заболеваний. Хотя пыль не являлась

главной причиной этих катастроф, ее чрезмерное скоп-

ление может быть так же опасно, как и скопление газов.

Ночью в ветреную погоду различие в содержании

пыли над горами и долинами невелико.

29/11935

200 150 100 50 0 50 100

Расстояние от опушки,

Фиг. 34, Б. Распределение пыли на опушке леса при более

сильном ветре с завихрениями перед опушкой [4].

Обозначения те же, что на фиг. 34, А.

Влияние леса на содержание пыли в воздухе

Пространство, занимаемое сплошным строевым ле-

сом, разделяется пологом крон деревьев на два яруса.

В солнечные дни кроны деревьев окутаны теплой воз-

душной оболочкой, а в ясные ночи они охлаждаются,

излучая тепло. Как днем, так и ночью при малой ско-

рости ветра лишь незначительное количество пыли про-

никает через полог крон внутрь лесного пространства.

Основное количество пыли попадает в него со стороны

!Гл.

5. Распределение пыли в атмосфере

149

-а

опушки; эта пыль быстро осаждается вследствие без-

ветрия. В строевом лесу концентрация пыли почти по-

стоянна и ниже, чем вне

леса. Число пылинок из-

меняется лишь при силь-

ном и порывистом ветре.

Содержание пыли умень-

шается по направлению

движения ветра, порывы

которого проникают в

глубь леса не более чем

на 500 м.

Меньшая запылен-

ность воздуха в лесу

объясняется очищающим

действием полога крон,

температура в котором

выше, чем в пространстве

между стволами. В поло-

ге крон обнаруживается

больше пылинок, чем под ним и на лесной подстилке.

Фильтрующее действие хвойного и лиственного леса не^

одинаково [70].

10 11 10 11 12 13

Число частиц в 1см

Фиг. 35. Вертикальное распреде-

ление пыли на расстоянии 10 м

от опушки леса (/) и на самой

опушке (II) [4].

Фиг. 36. Распределение содержания пыли в воздухе

на лесной поляне [4].

И/IV1935

Зависимость распределения пыли на опушке леса

(12-метровые сосны, у которых нижние ветви удалены

i 150

Часть I. Природа и свойства атмосферной пыли

до высоты 1,8 м) или просеке от ряда факторов пока-

зывают кривые, построенные Речке [4] (фиг. 34—36). Эти

кривые отчетливо отражают решающее значение ветра

и структуры воздушного потока.

В фильтрующем действии опушек леса можно убе-

диться по отложению пыли на их растительном покрове.

Подобно пологу крон, этот воздушный фильтр предста-

вляет собой не улавливающую поверхность, а препят-

ствие на пути движения потоков воздуха, вызывающее

осаждение частиц пыли [71].

Содержание пыли в различных воздушных массах

Запыленность различных воздушных масс неодина-

кова. Она зависит от характерных особенностей воздуш-

ных масс в очагах формирования и от воздействий, ко-

торым они подвергаются во время прохождения через

континент. Однако и в одной и той же воздушной массе

число пылинок колеблется по месяцам и годам.

Исходя из удобных для сравнения показателей полу-

денного минимума концентрации пыли, определенных

Колмбергской обсерваторией, Речке [4] получил приве-

денные в табл. 21 данные о запыленности различных

воздушных масс. (Измерения производились кониметром

с фильтром G

, данные за ноябрь и декабрь не учиты-

вались.)

Таблица 21

Запыленность различных воздушных масс [4|

Воздушные массы

Число

в 1

пылинок

см

Морской арктический холодный воз-

Дух

1--4

Морской полярный холодный воздух

6--8

Морской полярный теплый воздух

10-

-20

Тропический воздух

15-

-30

Смешанный воздух (в зоне фронта)

20--40

Воздушная масса, лишенная харак-

терных признаков

10--20

!Гл.

5. Распределение пыли в атмосфере

151

Минимальное количество пылинок (0,1—2 пылинки

в 1 см

) содержит морской арктический холодный воздух

до прохождения над континентом. Оно значительно воз-

растает на пути над континентом (до 10 пылинок

в 1 см

). Континентальный арктический холодный воз-

дух также беден пылью. В умеренных широтах массы

морского (т. е. влажного) воздуха всегда больше загряз-

нены, чем массы континентального воздуха. В воздуш-

ных массах субтропиков отношение среднего содержа-

ния ядер конденсации и ныли примерно вдвое превосхо-

дит отношение этих величин в воздушных массах Арк-

тики [31].

Наибольшая запыленность воздуха, по данным Речке,

падает на ноябрь и декабрь, в течение которых наблю-

дается много туманных дней. Концентрация пыли осо-

бенно велика в морском полярном холодном и теплом

воздухе, а также в смешанном воздухе. В ноябре в 1 см

морского полярного холодного воздуха содержалось

27,9 пылинок (по измерениям на протяжении 12 дней),

в 1 см

смешанного воздуха — 50,8 пылинок (по измере-

ниям в течение 14 дней), в 1 см

морского полярного

теплого воздуха — 95,8 пылинок (по результатам десяти-

дневных измерений). Эти повышенные значения объяс-

няются, по-видимому, тем, что в ноябре и декабре пре-

обладает обратная конвекция, благодаря которой ча-

стицы пыли, находившиеся на большой высоте,

опускаются в нижние слои.

Месячные колебания содержания пыли зависят от

преобладания тех или иных воздушных масс. Эта зави-

симость ясно обнаруживается при сравнении величин

запыленности в феврале 1935 и 1936 гг. (фиг. 37).

В феврале 1935 г. в течение длительного времени преоб-

ладали арктические и полярные холодные воздушные

массы, а в феврале 1936 г. было много туманных дней.

Рейффершейд [32] попытался установить зависимость

между содержанием микроорганизмов в воздухе и оча-

гом формирования воздушной массы. Способность цве-

точной пыльцы переноситься на расстояние нескольких

сотен километров дает ботаникам и биоклиматологам воз-

можность аналитически определить пути следования воз-

душных масс. Такое определение еще легче произвести

i 152

Часть I. Природа и свойства атмосферной пыли

на основании содержания в воздухе бактерий, которое

зависит не только от места формирования воздушной

массы, но и от условий существования бактерий в пути.

Например, континентальные субтропические воздуш-

ные массы богаче бактериями, чем морские поляр-

ные. При восходящем скольжении во время дождя

наблюдается возрастание концентрации бактерий вместо

* so

$40

I 30

§20

1_Р

И III IV V VI VII VIII IX X XI XII I п

1935 1936

Фиг. 37. Месячные колебания содержания пыли в воздухе

в зависимости от характера воздушных масс.

измерения производились ежедневно в 14 час.;

измерения производились не ежедневно [4].

уменьшения, которого можно было бы ожидать в ре-

зультате выпадения осадков. Этот дождь, по-видимому,

переносит бактерии из влажного континентального или

вообще из континентального воздуха в холодный, где они

содержатся в частицах смешанного происхождения. Осо-

бенно интересны были бы подобные исследования в от-

ношении вирусов.

Влияние климата городов на содержание пыли

в воздухе

Изучение запыленности воздуха городов имеет боль-

шое практическое значение для градостроения [72]. Ха-

рактерное распределение пыли в городе определяется

главным образом деятельностью человека. Поскольку