Dokuz Eylül Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Mühendisliği Bölümü, Buca/İZMİR Hava Kirliliği Meteorolojisi Prof.Dr.Abdurrahman BAYRAM
Meteoroloji Meteoroloji, içinde yaşadığımız atmosfer tabakasının hava ve iklimsel değişimlerini belirlemeye yardımcı olan sıcaklık, basınç, rüzgar hızı ve yönü, nem, yağış, görüş uzaklığı ve güneş radyasyonu gibi faktörleriyle ilgilenen bilim dalıdır. Hava kirliliği açısından önemi kirleticilerin atmosferde dağılımında dolayısıyla daha yüksek veya daha düşük yer seviyesi konsantrasyonları oluşturmasında önemli rol oynamasıdır. 2 / 66
Meteorolojik olayları etkileyen en önemli faktörler: Isı Basınç Rüzgar Nem Bunlardan sadece ısı, diğerlerinden bağımsız düşünülebilir. Çünkü atmosfer dışından gelen güneş ışımasıyla ilgilidir. 3 / 66
Dünyadaki yıllık enerji akışı (in 10 20 kj) 4 / 66
Atmosferin katmanları ve sıcaklık değişimi 5 / 66
Hava ortamındaki ısı transfer mekanizmaları 1. Yer seviyesi ile yere yakın yoğun atmosfer tabakası arasındaki sınır tabakada oluşan ısı transferi. Bu transferin büyük kısmı iletim (kondüksiyon) yoluyla olur. Bunun nedeni, litosfer ve hidrosferle temas halinde olan bu tabaka ile yer örtüsü arasındaki sıcaklık gradyanıdır. Yer örtüsü, atmosfere göre daha çabuk ısınıp-soğumaktadır. 6 / 66
Hava ortamındaki ısı transfer mekanizmaları-2 2. Isınan havanın yükselmesi ve soğuyan havanın onun yerine çökmesiyle oluşan konveksiyon akımıdır. 3. Rüzgarlarla akan hava hareketlerinin yol açtığı, zorlamalı konveksiyon yoluyla olan ısı transferi. Makro ölçekte olduğundan daha önemlidir. 7 / 66
Konvektif hava akımı 8 / 66
Hava hareketlerinin ölçekleri 1. Makro ölçek: Yerküre üzerinde ekvator ve kutuplar arasında oluşan sıcaklık gradyanı ve yer küresinin dönme hareketleri etkisiyle oluşan hava hareketleridir. Dünyanın kendi ekseni etrafında dönmesiyle bu hava hareketleri kuzeydoğu-güneybatı yönlerindedir. Kıtasal boyutlarda ortaya çıkan hava hareketleridir. Yüksek veya alçak basınçlı, sıcak veya soğuk hava akımları. Zaman periyodu: Haftalar - aylar 9 / 66
Hava hareketlerinin ölçekleri 2. Mezo ölçek: Kentsel ölçekteki hava hareketleri. 10-100 mil. Deniz-kara esintileri, yamaç-vadi akımları, kentsel ısı adası Zaman periyodu: Saatler-haftalar 10 / 66
Hava hareketlerinin ölçekleri 3. Mikro ölçek: Yer örtüsünün türüne göre değişen radyasyon bilançoları nedeniyle oluşan yerel türbülanslardır. (< 10 mil) İklim, bitki örtüsü, kentleşme gibi faktörlere bağımlıdır. Duman davranışı, bacalarda geri yıkama, Zaman periyodu: Dakika 11 / 66
Kirleticilerin mikro ve mezo ölçekte dağılımı Kirletici kaynaklardan atmosfere salınan kirleticiler, taşınırlar ve meteorolojik olaylara ve topoğrafyaya bağlı olarak belirli bir seyrelmeye uğrarlar. Bu yerel dağılımlardaki önemli meteorolojik olaylar: Rüzgar (hız ve yönü) Türbülans Atmosferik kararlılık 12 / 66
Rüzgarlar Rüzgarlar, havanın yatay doğrultudaki kütlesel akma hareketidir. Etkileyen kuvvetler: Koriolis kuvvetleri ve basınç değişimine bağlı kuvvetler. Rüzgar hızı ile dış havada oluşan kirletici konsantrasyonları ters orantılıdır. Emisyon debisi sabit olduğunda rüzgar hızının iki katına çıkması kirletici konsantrasyonunu yarıya indirecektir. 13 / 66
Rüzgar Hızının Kirletici Dağılımına Etkisi : 14 / 66
Rüzgarlar Yatay rüzgar hızı; dağ, vadi, nehir, göl, orman, tarım arazileri ve binalar gibi topoğrafik özelliklerce saptanan yeryüzeyi pürüzlülüğüne orantılı olan sürtünmeyle etkilenir. Düz araziler üzerindeki ortalama rüzgar hızları, engebeli arazilere göre daha hızlıdır. Rüzgar hızı yükseklikle değişmektedir. V/V o = (Z/Z o ) m 15 / 66
Arazi pürüzlülüğü ve yükseklikle rüzgar hızı değişimi 16 / 66
Rüzgar yönü Kirletici dağılımını etkileyen en önemli faktörlerden birisi de rüzgar yönüdür. Yön sabit kalırsa hep aynı bölge kirleticilerden etkilenir, değişirse etkilenen bölge de değişir. Zaman içerisinde rüzgar yönleri değişebildiği gibi aynı noktada yükseklikle de rüzgar yönü değişir. (Kuzey yarı kürede saat yönünde-ekman spirali) 17 / 66
Yerel Rüzgarlar : Gündüz ve Gece Kara-Deniz Esintileri 18 / 66
19 / 66
Gündüz ve Gece Dağ Vadi Esintileri 20 / 66
İzmir de gündüz ve gece rüzgar yönleri değişimi 21 / 66
Rüzgar gülü Bir bölgede belli bir zaman diliminde esen rüzgarların yönleri ve hızları ile ilgili bilgi veren bir grafik. Rüzgar yönlerinin esme yüzdelerini gösterdiği için hakim rüzgar yönlerinin belirlenmesinde ve sanayi tesislerinin yer seçiminde kullanılırlar. 22 / 66
Rüzgar Gülü 23 / 66
İzmir-Güzelyalı istasyonu 1990-1999 yılları Ekim- Mart ayları rüzgar gülleri 24 / 66
İzmir-Güzelyalı istasyonu 1990-1999 yılları Nisan- Eylül ayları rüzgar gülleri 25 / 66
Hız Gruplarına Göre 1995-1996 Yılları Ortalama Rüzgar Yönleri (İzmir Güzelyalı Meteoroloji İstasyonu) NW NNW 600 500 400 N NNE NE WNW W 300 200 100 0 ENE E 0-1,5 m/s 1,5-2,5 m/s 2,5-3,5 m/s 3,5-4,5 m/s 4,5-6,5 m/s WSW ESE > 6,5 m/s SW SE SSW SSE S 26 / 66
Güzelyalı 95-96 yılları hız gruplarına göre rüzgar esme yüzdeleri 14,00 12,00 10,00 8,00 6,00 Series6 Series5 Series4 Series3 Series2 Series1 4,00 2,00 0,00 N NNE NE ENE E ESE SE SSE S SSW SW WSW W WNW NW NNW 27 / 66
Mevsimsel Rüzgar Gülleri KIŞ YAZ 28 / 66
Kış Mevsimi Rüzgar Gülleri 29 / 66
Yaz Mevsimi Rüzgar Gülleri 30 / 66
Yıllık Rüzgar Gülleri 31 / 66
2007 yılı rüzgar gülleri 32 / 66
Kararlılık Atmosferin düşey yöndeki hava hareketine karşı direncine denir. 33 / 66
Atmosferde Kararlılık Termodinamik sistemde adyobatik olarak hareket eden bir hava paketi her 100 metrede 1 C soğumaktadır (KHASP) Atmosferdeki gerçek profiller ise bundan farklıdır: G.P. < KHASP ise süper adyobatik G.P. = KHASP ise adyobatik G.P. > KHASP ise sub adyobatik (Kararsız) (Nötral) (Kararlı) 34 / 66
35 / 66
A: Kararsız B: Nötral C: Kararlı D: Çok kararlı 36 / 66
37 / 66
38 / 66
Kararlı ve Kararsız Durumlara Örnek Kararsız Kararlı 39 / 66
Pasquill kararlılık sınıflandırması Yer seviyesinde (10 m de) rüzgar hızı (m/sn) Gündüz Gece Güneş radyasyonu Bulutluluk Kuvvetli Orta Zayıf >= 4/8 < 3/8 < 2 A A-B B 2-3 A-B B C E E 3-5 B B-C C D E 5-6 C C-D D D D >6 C D D D D A: Çok kararsız B: Orta derecede kararsız C: Az kararsız D: Nötral D: Orta derecede kararlı E: Çok kararlı 40 / 66
İnversiyon İnversiyon, sıcaklığın yükseklikle artmasıdır. Atmosfer oldukça kararlıdır. Düşey yönde taşınım çok azaldığı için, kirleticilerin dağılımı da azalır. 41 / 66
İnversiyon türleri-1 Radyasyon inversiyonu: Yer kabuğunun çabuk ısınıp-soğuması nedeniyle; özellikle güneşin doğuş ve batışı sırasında oluşan inversiyon türü. Yerseviyesine yakın mesafelerde oluştuğu için kirletici kaynaklar bu inversiyon tabakası içinde kalabilirler. Genellikle bulutsuz ve rüzgarsız gecelerde meydana geldiğinden yağış ve rüzgarla temizlenme olasılığı çok düşüktür. 42 / 66
İnversiyon türleri-2 Çökelme inversiyonu: Yüksek basınçlı hava kütleleriyle hava tabakasının çökelmesiyle oluşan inversiyon. Yerseviyesinden yüksek tabakalarda oluşur. Kaynaklardan yüksek noktalarda oluştuğundan kıs zamanlı seyrelme problemlerine değil, birkaç güren süren kirlenme problemlerine neden olur. Büyük şehirlerdeki tehlikeli kirlenme episodları çökelme inversiyonu ile birlikte görülmektedir. İnversiyon türleri farklı zamanlarda meydana gelebileceği gibi aynı anda da meydana gelebilir. 43 / 66
44 / 66
45 / 66
Çeşitli Duman Davranışları 46 / 66
47 / 66
48 / 66
49 / 66
50 / 66
51 / 66
52 / 66
53 / 66
54 / 66
55 / 66
56 / 66
57 / 66
58 / 66
59 / 66
60 / 66
61 / 66
Maksimum Karışma Yüksekliği 62 / 66
Maksimum karışma yüksekliği 63 / 66
64 / 66
65 / 66
66 / 66