ÇEV 715 Atmosferin Yapısı ve Hava Kirliliği Meteorolojisi. Özgür ZEYDAN (PhD.)

Transkript

1 ÇEV 715 Atmosferin Yapısı ve Hava Kirliliği Meteorolojisi Özgür ZEYDAN (PhD.) Atmosferin Yapısı Hava kirliliğinin oluşumu, etkileri ve kontrol yöntemlerini belirleyebilmek: Atmosferi oluşturan gazlar Atmosferin katmanları Bu katmanlardaki fiziksel ve kimyasal reaksiyonlar bilinmelidir. 1

2 Temiz kuru havanın bileşimi Not:1ppmhacim=0.0001%hacim Molekül Sembol ppm (hacim) µg/m 3 Azot N Oksijen O Argon Ar KarbonDioksit CO Neon Ne Helyum He Metan CH Kripton Kr NitrözOksit N 2 O Hidrojen H Ksenon Xe KreiderJ F, CohenR RH, CookN E, CurtissP S, IllangasekareT, KreithF, RablA andzannetti P (1999) EnvironmentalEngineering, Mechanical Engineering Handbook, Ed. F. Kreith, CRC Press LLC, U.S.A. Karışım Oranı (C x ) ppm: milyonda bir (parts per million) ppb: milyarda bir (parts per billion) ppt: trilyonda bir (parts per trillion) (25 C ve 760 mm Hg basınç altında) 2

3 Problem web sitesi Ocak 2018 tarihi için küresel CO 2 konsantrasyonunu ppmolarak belirtmiştir. Buna göre atmosferdeki CO 2 konsantrasyonunu µg/m 3 olarak hesaplayınız. MW CO2 = 44 gr/mol 1 ppmv= 40.9 MW µg/m 3 = = µg/m ppmv = µg/m 3 Kuru Havanın Molekül Ağırlığı kg/mol 3

4 Bağıl Nem (Relative Humidity) (RH) % 100.,"#$%&' RH 100% Bulut oluşumu P H2O = P H2O,sat Çiğlenmenoktası Nemli Havanın Molekül Ağırlığı,()*+ %1, -. ',/ Örneğin, su buharının karışım oranı 0.03 ise nemli havanın molekül ağırlığı nedir?,()*+ 1, / /678,()* /678 Nemli hava kuru havadan daha hafiftir. 4

5 Atmosfer Katmanları Stratopoz Tropopoz Troposfer Yer yüzeyinden başlayan ilk km lik atmosfer katmanı. Meteorolojik olaylar bu bölgede gerçekleşir. Yükseğe çıkıldıkça sıcaklık yaklaşık 15 C den (288 K) -57 C ye (216 K) düşer. Basınç 1013 mb dan mb a kadar düşer. 5

6 Serbest Troposfer Sınır Katman Tabakası Serbest Troposfer Atmosferik Taşınım 2 ay Sınır Katman Tabakası 7-10 gün PBLyüksekliği (HPBL) genellikle 1-2 km arasında değişir (zamana ve konuma bağlı). Sınır Katman Tabaka Yüksekliği (HPBL) Karışım Yüksekliği olarak da bilinir. Hava kirleticilerinin hava içerisinde tam karışımlı oldukları yüksekliktir. Karışım yüksekliğinin belirlenmesi hava kirliliği problemlerinde oldukça önemlidir. 6

7 Stratosfer km ler arasında troposferin üzerinde yer alır km ler arasında Ozon tabakası bulunur. Bu tabaka güneşten gelen UV-B ışınlarını tutar. 7

8 Atmosferik Basınç 9 ρ -:.4.; ρ Hg : civanın özgül ağırlığı (13.6 gr/cm 3 ) g : yerçekimi ivmesi (9.8 m/s 2 ) h : yükseklik (deniz seviyesinde 76 cm) Pa= x 10 5 Pa= 1013 hpa= 1013 mb = 1 atm= 760 mm Hg = 760 torr B A Atmosferin Kütlesi Dünya yer yüzeyindeki ortalama basınç 984 hpaise toplam atmosfer kütlesini (m atm ) hesaplayınız. 9ρ.g.h = * #$< =.4.;* #$<.>.4.;* D@EE/*.FG@> F.GH */I HG 34 8

9 Problem Toplam atmosferdeki kütlenin ne kadarı troposferdedir? $KLMLMLN OüNQO HEE > HEEE> F troposfer : troposfer fonksiyonu F troposfer = 1, $KLMLMLN OüNQO 0.90 Toplam atmosferdeki kütlenin ne kadarı stratosferdedir? P stratopoz = 0.9 hpa F stratosfer = $KLMLMLN "$K#$LMLN OüNQO Atmosferin Kütle Dağılımı Troposfer = % 90 Stratosfer = % 9.9 Mezosfer = % 0.1 9

10 Atmosferik Taşınım Atmosfer içinde ısının ya da diğer özelliklerin dikey hareketine Konveksyion(convection) denilir. Atmosfer içinde ısının ya da diğer özelliklerin yatay hareketine Adveksiyon(advection) denilir. Atmosferik Taşınım Atmosferik taşınımdaetkin olan kuvvetler: Yerçekimi Basınç gradyanı Coriolis kuvveti Yataydaki taşınım basınç gradyanıile corioliskuvveti arasındaki dengeye bağlıdır. Dikeydeki taşınım yerçekimi ile basınç gradyanıarasındaki dengeye bağlıdır. 10

11 Coriolis Kuvveti Kuzey yarım kürede bütün sapmalar sağ tarafa doğru olur. Güney yarım kürede bütün sapmalar sol tarafa doğru olur. Ekvatorda coriolis kuvveti sıfırdır. Coriolis Etkisi Video Alçak ve Yüksek Basınç Kuzey Yarımküre 11

12 Hava Parseline Yatayda Etki Eden Kuvvetler R S 2.T.U.VWX λ R S : corisolisivmesi w: dünyanın açısal hızı V: nesnenin dünyadaki hızı λ: Enlem R Y, H Z.[.9 R Y : basınç ivmesi [ \ \], \ \^, \ \_ [: gradyan vektörü R` : sürtünme ivmesi Rüzgar Hareketleri Ferrel cell Ekvator bölgesi: Intertropical Convegence Zone(ITCZ) enlemler: doğu rüzgarları 30 : yüksek basınç bölgesi 30 den yukarı enlemler: batı rüzgarları Rüzgar hareketleri video

13 Atmosferde Yatay Taşınım Havanın Kaldırma Kuvveti (Bouyancy) Fnet = (ρ - ρ).vg γ a ρ ρ ρ.4 γ a : bouyancyivmelenmesi ρ : cismin özkütlesi ρ: akışkanın özkütlesi g: yerçekimi ivmesi İdeal gaz kanunundan ρ~ 1/T γ a 1/T 1/T 1/T.4 T T T.4 13

14 Atmosferik Stabilite Kuru havanın adiyabatik yükselmesi (Dry adiyabatik lapse rate) g Γ = dt / dz = = 9.8 K km C Adiyabatik: ısı alışverişi yok (dq=0) -dt/dz: lapse rate Cp:1.0x10 3 J kg -1 K -1 (havanın ısı kapasitesi) Sıcaklık her 100 metrede yaklaşık 1 C azalır. p -1 Atmosferik Stabilite 14

15 DALR: Dry adiabatic lapse rate (Kuru havanın adiyabatik düşme oranı) ELR: Environmental Lapse Rate (Çevresel sıcaklık düşme oranı) Atmosferde Dikey Taşınım 15

16 Rüzgar Hızı Rüzgar hızının yüksekliğe bağlı değişimi b _ b E c Y u z : z yüksekliğindeki rüzgar hızı (m/s) u 0 : anomometre yüksekliğindeki rüzgar hızı (m/s) z : yükseklik (m) z 0 : anomometre yüksekliği (m) (genellikle 10 m.) p : katsayı (atmosferik kararlılık sınıfına göre değişir) Atmosferik Kararlılık Sınıfına Göre p Değerleri PasquillKararlılık Engebeli arazi için p Düz arazi için p Sınıfı A (en kararsız) B C D E F (en kararlı)

17 Kara ve Deniz Meltemleri Deniz Meltemi Kara Meltemi Bazı Tanımlar Yatayda hava hareketlerinin kesilmesi: rüzgarsız hava (calm) Dikeyde artan hava sıcaklığı nedeniyle hava hareketinin engellenmesi: inversiyon veya sıcaklık terslemesi (inversion) Yatay ve dikeyde hava hareketinin 24 saatten fazla gerçekleşmesi: durağanlık (stagnation) Durağanlık ile birlikte kirletici konsantrasyonlarının artması: epizod(episode) 17

18 18