Влияние условий моделирования на оценку скорости сухого осаждения аэрозольных частиц на сильно неоднородные подстилающие поверхности

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Предложен и численно исследован подход к оценке скорости сухого осаждения аэрозольных частиц на подстилающие поверхности характерные для арктических районов, где преобладают поверхности, покрытые снегом, открытая водная поверхность, тундра и хвойный лес. Предложены оптимальные условия моделирования, учитывающие характерные размеры и плотности аэрозольных частиц, вовлекаемых в перенос в пограничном слое атмосферы, и взаимодействие воздушных потоков с подстилающей поверхностью на основе динамической скорости u*, рассчитанной по модели WRF-ARW. Проведено сравнение предложенного подхода с другими известными моделями и экспериментальными данными. Выполнены оценки зависимости скорости сухого осаждения полученной по предложенному подходу от диаметра, плотности аэрозольных частиц и динамической скорости u* для подстилающих поверхностей в районах Крайнего Севера.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Д. А. Припачкин

ИБРАЭ РАН; НИЯУ МИФИ

Автор, ответственный за переписку.
Email: dmrwer@mail.ru
Россия, 115191, Москва, ул. Большая Тульская, д. 52; 1115409, Москва, Каширское ш., 3

В. Л. Высоцкий

ИБРАЭ РАН

Email: dmrwer@mail.ru
Россия, 115191, Москва, ул. Большая Тульская, д. 52

А. К. Будыка

НИЯУ МИФИ

Email: dmrwer@mail.ru
Россия, 1115409, Москва, Каширское ш., 3

Список литературы

  1. Алоян А.Е. Моделирование динамики и кинетики газовых примесей и аэрозолей в атмосфере. М.: Наука, 2008. 415 с.
  2. Берлянд М.Е. Современные проблемы атмосферной диффузии загрязнения атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1975. 448 с.
  3. Будыка А.К., Припачкин Д.А. Радиоактивные аэрозоли. Начальные сведения. Учебное пособие. М.: НИЯУ МИФИ, 2022. 96 с.
  4. Волков В.А. Коллоидная химия. Поверхностные явления и дисперсные системы: учебник. СПб.: Лань, 2022. 672 с.
  5. Гусев Н.Г., Беляев В.А. Радиоактивные выбросы в биосфере: Справочник. М.: Энергоатомиздат, 1991. 256 с.
  6. Колмогоров А.Н. О логарифмически-нормальном законе распределения размеров частиц при дроблении // Докл. АН СССР. 1941. Т. 31. C. 99–101.
  7. Монин А.С., Обухов А.М. Основные закономерности турбулентного перемешивания в приземном слое атмосферы // Тр. Геофиз. ин-та АН СССР. 1954. Т. 24. С. 163–187.
  8. Метеорология и атомная энергия / Под ред. Н.Л. Бызовой. Л.: Гидрометеоиздат, 1971. 648 с.
  9. Методика расчета рассеяния загрязняющих веществ в атмосфере при аварийных выбросах. Обнинск. РД 52.18.717-2009. 2009. 121 с.
  10. Огородников Б.И., Скитович В.И., Будыка А.К. Дисперсный состав искусственных и естественных радиоактивных аэрозолей в 30-км зоне ЧАЭС в 1986–1996 гг. // Радиационная биология. Радиоэкология. 1998. Т.38. № 6. С. 889–892.
  11. Пискунов В.Н. Динамика аэрозолей. М.: Физматлит, 2010. 296 с.
  12. Саркисов А.А., Антипов С.В., Высоцкий В.Л. и др. Радиационные и радиоэкологические последствия гипотетической ядерной аварии на атомном объекте в районе расположения ФГУП “Атомфлот” // Атомная энергия. 2022. Т. 133. № 4. С. 229–238.
  13. Baklanov A., Sorensen J.H. Parameterization of radionuclide deposition in atmospheric long-range transport modelling // Phys. Chem. Earth. (B). 2001. V. 26. №. 10. P. 787–799.
  14. Brioude J., Arnold D., Stohl A. et al. The Lagrangian particle dispersion model FLEXPART-WRF version 3.1 // Geosci. Model Dev. 2013 V. 6. P. 1889–1904.
  15. Dorrian M.-D., Bailey M.R. Particle size distributions of radioactive aerosols in workplaces // Radiat. Prot. Dosimetry. 1995. V. 60. № 2. P. 119–133.
  16. Farmer D.K., Boedicker E.K., DeBolt H.M. Dry deposition of atmospheric aerosols: approaches, observations, and mechanism // Annu. Rev. Phys. Chem. 2021. V. 72. P. 375–97.
  17. Garger E.K. The rate of dry deposition of radioactive substances of Chernobyl origin according to observations // Problemi Bezpeki Atomnikh Elektrostantsyij yi Chornob. 2018. V. 31. P. 85–103.
  18. Giardina M., Buffa P. A new approach for modeling dry deposition velocity of particles // Atmos. Environ. 2018. V. 180. P. 11–22.
  19. Kharchenko A.I. Parametrization of dry deposition velocity in the atmospheric surface layer // J. Aerosol Sci. 1997. V. 28. P. 589–590.
  20. Moroz B.E., Beck H.L., Bouville A. et al. Predictions of dispersion and deposition of fallout from nuclear testing using the NOAA-HYSPLIT meteorological model. Health Phys. 2010. V. 99. № 2. P. 252–269.
  21. Müller H. ECOSYS-87. A dynamic model for assessing radiological consequences of nuclear accidents // Health Physics. 1993. V. 64. № 3. P. 232–252.
  22. Peters K.K. Modelling the dry deposition velocity of aerosol particles to a spruce forest // Atmospheric Environment. 1992. V. 21. P. 2555–2564.
  23. Petroff A., Zhang L. Development and validation of a size-resolved particle dry deposition scheme for application in aerosol transport models // Geosci. Model Dev. 2010. V. 3. P. 753–69.
  24. Report 2009. Technical Analysis of Dry Deposition. Department of Energy Washington, DC 20585, 2010. 13 p.
  25. Sehmel G.A. Particle and gas dry deposition: a review // Atmos. Environ. 1980. V. 14. P. 983–1011.
  26. Skamarock W.C., Klemp J.B., Dudhia J. et al. Description of the Advanced Research WRF Version 3. NCAR Technical Note NCAR/TN-475+STR. 2008. 520 p.
  27. Slinn W.G.N. Parameterization for resuspension and for Wet and Dry Deposition of Particles and Gases for Use in Radiation Dose Calculations // Nucl. Safety. 1978. V. 19. № 2. P. 205–219.
  28. Slinn S.A. Prediction for particle deposition on natural waters // Atmos. Environ. 1980. V. 14. P. 1013–1016.
  29. Zhang L., Gong S., Padro J. et al. A size-segregated particle dry deposition scheme for an atmospheric aerosol model // Atmos. Environ. 2001. V. 35. P. 549–560.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Расстояние X, пройденное аэрозольными частицами до полного их осаждения на поверхность при скоростях ветра 1 м/с, плотности частиц 2.5 г/см3 (— 1) и 5 г/см3 (---2) и 5 м/с, плотность частиц 2.5 г/см3 (— 3) и 5 г/см3 (---4).

Скачать (78KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Зависимость динамической скорости u* от параметра шероховатости z0 в модели WRF-ARW (результаты расчета (Х) и аппроксимация (···) по формуле (2).

Скачать (63KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Результаты оценки скорости сухого осаждения Vd аэрозольных частиц на водную (а) и покрытую снегом поверхности (б), полученные при условиях: 2, 4 – расчет по формуле (7), 1, 3 – данные из [Giardina et al., 2018] при u* = = 0.10 и 0.14 м/с соответственно.

Скачать (87KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Результаты оценки скорости сухого осаждения Vd аэрозольных частиц на поверхности, покрытые растительностью: тундра (а) и хвойный лес (б). 2, 4 – расчет по формуле (7); 1, 3 – данные из [Giardina et al., 2018] при u* = 0.5 и 1.5 м/с соответственно.

Скачать (88KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Скорость сухого осаждения Vd от диаметра частицы d при изменении u* (а) и ρp (б) для водной поверхности (1, 2 – u* = 0.03 и 0.25 м/с для ρp = 2.5 г/см3; 3, 4, 5 – ρp = 1, 2.5, 5 г/см3 для u* = 0.1 м/с).

Скачать (107KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Скорость сухого осаждения Vd от диаметра частицы d при изменении u* (а) и ρp (б) для поверхности, покрытой снегом (1, 2 – u* = 0.5 и 0.8 м/с для ρp = 2.5 г/см3; 3, 4, 5 – ρp = 1, 2.5, 5 г/см3 для u* = 0.5 м/с).

Скачать (109KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Скорость сухого осаждения Vd от диаметра частицы d при изменении u* (а) и ρp (б) для тундры (1, 2 – u* = 0.5 и 1 м/с для ρp = 2.5 г/см3; 3, 4, 5 – ρp = 1, 2.5, 5 г/см3 для u* = 0.75 м/с).

Скачать (107KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Скорость сухого осаждения Vd от диаметра частицы d при изменении u* (а) и ρp (б) для хвойного леса (1, 2 – u* = 0.8 и 1.5 м/с для ρp = 2.5 г/см3; 3, 4, 5 – ρp = 1, 2.5, 5 г/см3 для u* = 1 м/с).

Скачать (110KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.