ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Аналитические модели функции распределения из "Атмосферная оптика Т.2 " Эта функция определена параметрами V и с, из которых последний связан с концентрацией частиц. Теоретическое обоснование применимости (2.6) выполнено в работах Юнге [37] на основе выводов теории самосохранения функции распределения частиц по размерам, там же для условий тропосферы предложено среднее значение параметра 3,0. [c.42] Из аналитических выкладок Дэвиса [51] следует, что степенной закон распределения с достаточной точностью может использоваться в интервале 0,1 мкм г 1,0 мкм. Кларк и Витби в работе [48] на основании анализа экспериментальных измерений приходят к заключению о том, что теория самосохранения спектра применима в границах 0,03 мкм 3,0 мкм. В ряде последних работ показано, что одно значение показателя V не может удовлетворительно описать весь спектр наблюдаемых частиц, особенно в области значений 1 мкм, где значение V достигает 6—8. Все это стало причиной появления многочисленных модификаций степенного закона. [c.42] В работе [33] для случая крупнодисперсного аэрозоля предлагается использование еще одной модификации гамма-распределения . [c.44] Результаты исследований, проведенных Для другого класса золей, процесс образования которых связан с коагуляционными и конденсационными механизмами преобразования микродйсперсной фракции атмосферного аэрозоля, также в ряде случаев указывают на хорошую аппроксимацию экспериментально полученных данных логнормальным распределением. Поскольку форма распределения (2.16) отвечает наиболее современным представлениям о микрофизике аэрозоля [30], рассмотрим более детально некоторые его свойства. [c.45] Например, для стратосферного аэрозоля в [116] получено Og = 1,86, rg = 0,0725 мкм. [c.45] Заканчивая обсуждение аналитических моделей микроструктуры аэрозоля, можно согласиться с мнением автора монографии [20] о том, что причина, по которой логарифмические нормальные распределения наиболее адекватно описывают реальные спектры аэрозольных частиц, заключается в следствиях центральной предельной теоремы. Как показано Колмогоровым [16], если статистичес1Йя переменная есть результат процесса, в котором выход пропорционален уже достигнутой величине переменной, то ее статистическое распределение должно быть логарифмически нормальным. Поскольку процессы, определяющие трансформацию состояния частиц в атмосфере, действительно являются функцией приобретенного ею размера, то логнормальное распределение является, по-видимому, естественным свойством этой системы. По этой же причине реальную кривую распределения счетной или массовой концентрации любой конфигурации можно аппроксимировать суперпозицией логнормальных распределений, количество которых соответствует числу независимых конкурирующих источников [20]. [c.47] Известны попытки установления эмпирических типовых форм /(г), характерных для определенного типа оптической погоды, сезона, местности [37, 48, 62, 64. [c.47] В силу технических причин большинство исследований касается аэрозоля приземного слоя и тропосферы, на основе которых сложилась достаточно определенная классификация, согласно которой выделяют следующие типы аэрозоля фоновый, морской и континентальный. Обобщив результаты соответствующих измерений, Янике [37] рекомендует для этих типов тропосферного аэрозоля формы поведения /(г), представленные на рис. 2.11. [c.47] В ранних работах предполагалось, что вследствие высокой подвижности частиц с радиусами г 0,01 мкм они достаточно быстро коагулируют. Это представление дает крутое спадание распределения f r) в области малых размеров. Последующие прямые измерения с помощью счетчиков ядер Айткена поставили под сомнение эти выводы, указывая на присутствие достаточно высоких концентраций мелкой фракции, которая возникает вследствие постоянных процессов химического и фотохимического взаимодействия примесей с газовой фазой или вследствие образования мелких частиц из легких ионов. Такие процессы уже неоднократно прослеживались в лабораторных опытах. Теоретические исследования Вальтера [123] динамики распределений размеров при коагуляции частиц с размерами, сравнимыми с г==10 мкм, подтверждают эти результаты. [c.48] Нормированные распределения /(г), соответствующие выбранным ситуациям, приведены в табл. 2.9. [c.49] Достоинством указанных моделей является то, что в них параметризуется не только спектр размеров частиц, но и их оптические постоянные, а также характеристики, позволяющие приближенно учесть влажность окружающего воздуха. [c.49] С увеличением высоты вид Цг) остается прежний, изменяются только значения входных параметров. Параметр г имеет тенденцию к возрастанию до значений V 5,0, а модальный радиус Гт несколько уменьшается. Исключение составляет зона повышенной замутненности (слой Юнге), где величина го достигает значений 0,1—0,2 мкм. Так, параметры функции (2.25), показанные на рис. 2.16 в качестве модельных, оказываются равными v = 3,96, = 3,27, =1,17, /г = 0,5 и Гт = 0,135 мкм. [c.51] Недостатком эмпирической модели (2.25), так же как и (2.24)., является ее многопараметричность, физическая необусловленность входных параметров. Вызывает возражение и то обстоятельство, что в исходную совокупность функций /(г), определивших зависимость (2.25), включены результаты, относящиеся к совершенно несовместимым по природе воздушных масс ситуациям (морской, континентальный и городской аэрозоль), что и обусловило сильный разброс данных на рис. 2.12. В то же время автор [31] приходит к совершенно правильному и важному для модельных построений выводу об уменьшении с высотой среднего радиуса частиц с экстремумом в области слоя Юнге. [c.52] Оценивая перспективы дальнейшего раззития математической модели, описывающей формирование дисперсного состава атмосферной дымки, в настоящее время можно констатировать, что ни концепция Фридландера [58], согласно которой микропроцессы являются доминирующими в механизме формирования дисперсной структуры аэрозоля, ни гипотеза Юнге [79], трактующая структуру аэрозоля как результат взаимодействия региональных источников и геофизических факторов, не в состоянии самостоятельно обеспечить физически обоснованное решение вопроса. Не ясны пока и принципы объединения обеих концепций, поскольку при этом возникает сложная проблема согласования характерных временных масштабов развития микро- и макропроцессов, учет которых необходим для оценки результирующего поля аэрозольной концентрации. [c.52] Настоятельная необходимость в развитии инженерных, оценочных моделей атмосферного аэрозоля и, в частности, методов оперативной диагностики оптических свойств некоторых его типовых форм предопределила целесообразную форму общей схемы численного моделирования свойств локального объема дисперсной фазы, основанного на результатах аэрозольного микрофизического эксперимента. В этом случае из структуры численного, эксперимента можно исключить ряд медленно развивающихся процессов и па-раметризировать скоротечные, например процесс адаптации фазы к полю переменной относительной влажности. Такой подход был взят за основу численного моделирования оптических свойств аэрозоля в нашей работе [22]. [c.52] Поэтому при аппроксимации экспериментальных данных по дисперсному составу атмосферных аэрозолей в более широком интервале размеров часто используется квадратичное приближение (в двойном логарифмическом масштабе), что адекватно логарифм мически нормальному распределению (2.16). [c.53] Как показывают результаты численного моделирования кинетики развития дисперсного состава дымки, сверхмелкие аэрозольные частицы (г 0,01- 0,05 мкм) сравнительно быстро теряются из этого интервала размеров вследствие взаимного коагуляционного роста. Причем если для данного интервала размеров процесс броуновской коагуляции является постоянно действующим стоком аэрозольного вещества, то для соседнего (г 0,09 мкм), где коагуляционное укрупнение частиц замедляется, он играет роль источника накачки. Очевидно, для того, чтобы в атмосфере сохранялся оптически ощутимый квазистационарный уровень содержания аэрозольных частиц с / 0,07 мкм, необходимо восполнять потери интервала, что можно достигнуть только при постоянной активности процессов внутриатмосферного синтеза транзитивной фракции частиц. [c.53] Как показали результаты численного моделирования [23], неточность применяемой техники аппроксимации экспериментальных данных с помощью модели (2.26) по двум интегральным признакам и априорно заданных средних значениях 6/ вполне приемлема для целей адекватного прогноза оптических свойств атмосферной дымки. [c.55] Наиболее чувствительны к вариациям микрофизических параметров угловые функции аэрозольного светорассеяния. На рис. 2.15 а и б представлены угловые зависимости соответственно нормированной индикатрисы рассеяния Рц(0) и степени поляризации р( б ), рассчитанные для длины волн Х = 0,6943 мкм. [c.56] Вернуться к основной статье