پایان نامه با کلید واژه های ایالات متحده، مدل ترکیبی، رطوبت نسبی

دانلود پایان نامه ارشد

ی طولانی
زمانهای کوتاه
نوع مدل
σ∝t^(1/2)
σ∝t

زمانهای خیلی کوتاه
σ∝t^(3/2)
زمان متوسط

پف
σ∝t^(1/2)
σ∝t
پولوم

در تلاشی برای توسعه یک نظریه برای σ_y که مشاهدات پولوم و پف را با هم در نظر بگیرد، جیفورد40 با معادله آماری (3-30) آغاز به کار کرد.
(3-30)
v^’ (t)=v^’ (t-∆t)R(∆t)+v^”
که در اینجا v^’ به جای u^’ استفاده شده است. او به این نتیجه رسید که این معادله به شکل یک فرم از معادله لانگوین41 یعنی رابطه (3-31) میباشد:
(3-31)
(dv^’)/dt+βv^’=η(t)
که η شتاب تصادفی و β^(-1) برابر مقیاس زمان آشفتگی لاگرانژین (T_(L_v )) میباشد. حل این معادله به صورت رابطه (3-32) است:
(3-32)
(σ_y^2)/(2k_y t)=t/T_(L_v ) -(1-e^(-t/T_(L_v ) ) )-0.5(1-(v_0^2 T_(L_v ))/k_y ) (1-e^(-t/T_(L_v ) ) )^2
که پراکندگی گردباد (k_y) برای کل جریان به کار رفته است که مشخصا کمیتی بزرگ مقیاس میباشد و v_0 سرعت اولیه چشمه میباشد [26].
در معادله بالا اگر متوسط همهی سرعتهای اولیه ممکن در نظر گرفته شود، حل تیلور برای پخش از چشمه پیوسته بدست میآید. برای سرعت ثابت v_0 حل بالا برای پخش آنی (پف) در زمانهای کوتاه به کار میرود. با افزایش زمان، حل معادله به معادله فیکین نزدیک میشود که به صورت زیر میباشد ]26[:
(3-33)
σ_y^2=2k_y t

3-3-4-2-کاربردها
برای زمان سفر پف کمتر از 104 ثانیه فرمول بچلر (σ_y^2=εt^3) برای محاسبه، پیشنهاد میگردد. همچنین برای زمانهای بزرگتر از 104 ثانیه، رابطه σ_y=c_3 t به کار میرود که در نتیجه رابطه (3-34) را خواهیم داشت:
(3-34)
c_3=ε^(1/2) 〖(〖10〗^4 sec)〗^(1/2)
شکل زیر نمونهای دیگر از نتایج یک آزمایش است که میتواند اطلاعاتی را در مورد پخش پف، پخش پولوم و ترکیبی از آنها بدست دهد.
شکل 3-9: تصویری از پولوم نمونهبرداری شده به وسیله هواپیما در طول 1 ساعت ]26[

فرض میکنیم یک پولوم بزرگ در یک بازه 1 ساعته توسط چندین هواپیما نمونهبرداری شده است. هر یک از هواپیماها در سطح مقطع پولوم در جهت باد در تمام 1 ساعت پرواز میکنند و سرعت باد 5 متر بر ثانیه میباشد. در طول زمان سفر که مساوی با زمان نمونهبرداری است، پولوم مسافتی 18 کیلومتری را میپیماید. بنابراین برای مسافت هم جهت باد (x) کمتر از 10 کیلومتر، مشاهدات هواپیما اطلاعاتی را در مورد پخش پولوم پیوسته میدهد.
همچنین برای x بزرگتر از 30 کیلومتر، مشاهدات هواپیما بیشتر به پخش پف برمیگردد. همه تصاویر و مشاهدات از پولوم در مسافتهای x (بزرگتر از 50 کیلومتر) فقط برای پخش پف مفید میباشد [26].

3-3-5- مدلهای همانندی پخش
با معلوم بودن متغییرهای مهم و پارامترهای حاکم در مسئله، در اغلب اوقات امکان استنتاج کردن مدلهای مفیدی برای پخش فراهم است. این مدلها به مدلهای همانندی مشهورند، زیرا رفتار مشابهی از جو را از یک نقطه به نقطهای دیگر و از یک زمان به زمان دیگر با این فرض که پارامترهای معینی ثابت نگه داشته شوند، تضمین میکنند.
تکنیکهایی که منجر به مدلهای همانندی میشوند در برخی اوقات تجزیه و تحلیل ابعادی نامیده میشوند.
اولین گام در توسعه یک مدل همانندی جدا نگه داشتن همه متغییرها و پارامترهایی است که در مسئله به کار میروند. به طور کلی اگر n متغییر و پارامتر با m واحد مختلف وجود داشته باشد، سپس n-m کمیت مستقل بدون بعد تشکیل میشود.

3-3-6-مدلهای پخش نواحی شهری
نواحی شهری شامل هزاران و حتی میلیونها چشمه مجزا هستند که میتوان آنها را به چشمههای کوچک (زبالهسوزها) و چشمههای بزرگ (کارخانههای قدرت) تقسیم بندی کرد.
به کار بردن مدل پخش برای هر کدام از این چشمهها به تنهایی غیر ممکن است، بنابراین با ترکیب چندین چشمه کوچک به یک چشمه سطحی بزرگتر با شدت Q_a (جرم بر زمان بر واحد سطح) میرسیم و فرض میکنیم که در این نواحی انتشارات از سطح زمین به صورت یکنواخت است.
در این حالت پخش از چشمههای نقطهای بزرگتر به طور منفرد محاسبه شده و نتایج توزیع در یک گیرنده نقطهای برای محاسبه توزیع کل چشمههای سطحی به کار میرود. تعداد چشمههای نقطهای استفاده شده دراین روش بین 10 تا 100 چشمه میباشد ]27[.

فصل چهارم

توصیفی از مدل نرمافزاری HYSPLIT

مدل HYSPLIT (Hybrid Single Particle Lagrangian Integrated Transport) در آزمایشگاه تحقیقات هوایی سازمان ملی اقیانوسی و جوی42 (NOAA) ایالات متحده به منظور محاسبه مسیر حرکت بستههای هوا یا انتقال پراکندگی و ته نشست آلودگیها توسط دراکسلر و هس43 در سال 1997 توسعه یافت ]29[. ورودیهای مورد نیاز برای محاسبات HYSPLIT شامل ویژگیهای خاص آلاینده، پارامترهای انتشار، نواحی هواشناسی تقسیمبندی شده و تعریف گریدهای مربوط به خروجی میباشند.
همچنین تغییر شکل میدانهای باد، برش باد و پروفایل انتشار عمودی، برای محاسبه آهنگ ته نشست مورد استفاده قرار میگیرند. دادههای هواشناسی گریدبندی شده، برای بازههای زمانی منظم مورد نیاز میباشند.
مدل میتواند آلودگی را به صورت ذرات، پفهای گوسی یا پفهای بالا – کلاه44 پیکربندی کند. کلمه Hybrid در HYSPLIT به توانایی خاص این مدل برای بیان آلودگی به صورت گوسی یا بالا–کلاه در جهت افقی برمیگردد، در حالی که برای محاسبات پراکندگی عمودی آلودگی، به صورت ذره رفتار میکند. روش استفاده شده برای محاسبات در این مدل ترکیبی از دیدگاه لاگرانژین و دیدگاه اویلرین میباشد که در بخشهای گذشته توضیح داده شد ]29[.

4-1- ویژگیهای مدل HYSPLIT

مسیر حرکت و پراکندگی به صورت مجزا محاسبه میگردد.
محدوده وسیعی از شبیهسازیهای مربوط به انتقال و پراکندگی، آلودگیهای جوی و مواد خطرناک و ته نشست بر روی سطح زمین را در برمیگیرد.
فرآیندهای پهنرفت و پخش در قالب لاگرانژین، و محاسبه غلظتها در قالب اویلرین انجام میگیرد.
شبیهسازی در این مدل با یک ذره (پف) آغاز میگردد که با گذشت زمان به چندین پف تقسیم میشود. بدین ترتیب ذرات در راستای عمودی و پف-ها در راستای افقی درنظر گرفته میشوند.
در بخش خاکستر آتشفشان، مواد پرتوزا، دود ناشی از آتشسوزیهای بزرگ، خاک، آلودگیهای هوا و غیره کاربرد دارد.
به صورت آنلاین از طریق وبسایت (http://ready.arl.noaa.gov/) و یا به صورت نصب بر روی کامپیوتر قابل استفاده است.
دادههای ورودی هواشناسی را در سه بعد، در گریدهای مختلف، با فرمت ARL/HYSLPIT دریافت میکند.
سیستم HYSPLIT شامل برنامههایی برای تبدیل دادههای هواشناسی به فرمت مورد استفاده توسط مدل و نمایش خروجیهای متفاوت و برنامههای پسپردازنده میباشد.
دارای خروجی گرافیکی استاندارد در ضمیمه45، فایلهای تصویری46، یا گوگل ارث47 (با پسوند Kml) است ]22[.

4-2- فایلهای ورودی هواشناسی

مرکز ملی خدمات هواشناسی برای پیشبینی محیط زیست48 (NCEP) ایالات متحده، مجموعهای از تجزیه و تحلیلهای کامپیوتری و عملیات پیشبینی را انجام میدهد. آزمایشگاه تحقیقاتی هوایی مرکز ملی جوی و اقیانوسی ایالات متحده49 (NOAA ARL)، برای محاسبات مدلسازی پراکندگی و انتقال نمونههای هوا از مدلNCEP استفاده میکند. از سال 1989 آزمایشگاه تحقیقات هوایی آغاز به جمعآوری بعضی از این دادههای هواشناسی به منظور مطالعات تحقیقاتی در آینده نمود. یکی از این سیستمها، سیستم یکسانسازی دادهای هواشناسی (GDAS)50 میباشد که در اینجا از آن استفاده خواهیم کرد و دارای ویژگیهایی میباشد که به توضیح آن میپردازیم ]30[.
گردآوری دادههای جهانی GDAS از دسامبر سال 2004 آغاز گردید ]31[. این مجموعه حاوی دادههایی در بازههای زمانی 3 ساعته میباشد. در هر روز در 4 نوبت در ساعات 18،12،06،00 ساعت جهانی51 (UTC) عملیات ثبت انجام میگیرد. دادههای موجود در این زمانها برای تجزیه و تحلیل مورد استفاده قرار میگیرند.
همچنین برای پیشبینی، در 3 زمان در ساعات 9،6،3 ثبت دادهها انجام میپذیرد. در این اطلاعات در فواصل مکانی 1 درجه طول و 1 درجه عرض جغرافیایی در دسترس میباشد. فرمت فایل خروجی به صورت GRIB میباشد. این دادهها در فایلهای هفتگی، یکم تا هفتم، هشتم تا چهاردهم، پانزدهم تا بیست و یکم، بیست و دوم تا بیست و هشتم و بیست و نهم تا آخر هر ماه قرار داده میشوند. اندازه هر فایل در حدود 600 مگا بایت میباشد. شکل فایل به صورت gdas1.mmmyy# میباشد کهmmm نشان دهنده سه حرف اول ماه،yy بیانگر سال و # به هفته مورد نظر برمیگردد. به عنوان مثال فایل gdas1.oct05.w2 بیانگر دادههای مربوط به هفته دوم اکتبر سال 2005 میباشد. در هر یک از این فایلها که دادههای هواشناسی را برای کل کره زمین بدست میدهند، پارامترهای هواشناسی وجود دارند که در جدول (4-1) آمدهاند.
خصوصیات جوی دیگری نیز در این فایل موجود میباشد که از آوردن آنها اجتناب شده است. در مجموع در هر فایل GDAS در حدود 35 پارامتر هواشناسی موجود میباشد] 32[. در فایلهای GDAS دادههای در سطح فشاری مختلف داده میشوند که هر سطح فشاری بیانگر یک ارتفاع میباشد. سطح اول دارای ارتفاع 1000 هکتو پاسکال، سطح دوم 975 هکتو پاسکال و به همین ترتیب در نهایت سطح 23 مربوط به ارتفاع 20 هکتوپاسکال میباشد. دادههای هواشناسی GDAS برای چندین سال متوالی از سال 2005 تا سال 2012 از آدرس زیر قابل دانلود میباشد.
/ftp://ar1ftp.ar1hq.noaa.gov/pub/archives/gdas

4-3- محاسبه ناهمواریها توسط HYSPLIT

یکی از موارد مهم و حائز اهمیت در مدلسازی، در نظر گرفتن اثرات ناهمواریها در مدل میباشد. ناهمواریها شامل ساختمانها، آسمانخراشها، کوه، تپه و غیره میباشند.
این مدل یکی از قویترین مدلها در این زمینه میباشد. برخی از مدلهای معروف، پستی و بلندیهای مربوط به سطح زمین را به عنوان یک فایل ورودی از کاربر دریافت میکنند و همچنین در برخی دیگر از مدلها ضرایبی برای اعمال ناهمواریها بر روی نتایج محاسبات درنظرگرفته شده است که در واقع مقادیر به صورت تقریبی به مدل اعمال میگردند. اما در مدل HYSPLIT این مشخصات به صورت اتوماتیک وارد محاسبات گردیده و اثرات این پستی و بلندیها بر روی نتایج خروجی دیده میشود. این عمل بدین صورت اتفاق میافتد که در اندازهگیری و محاسبه دادههای هواشناسی این اثرات اعمال میشود. به عنوان مثال فرض میکنیم که میخواهیم سرعت باد را در منطقهای محاسبه کنیم که در آن منطقه ساختمان بلندی وجود دارد. اثر این ساختمان بر روی سرعت باد توسط معادلاتی که در مراکز هواشناسی وجود دارد محاسبه گردیده و در واقع مقادیری که ما در بستههای هواشناسی با آنها برخورد میکنیم، سرعت باد پس از عبور از ساختمان میباشد.
پس در مورد دادههای هواشناسی که در قبل به آنها اشاره گردید، تاثیر این پستی و بلندیها بر روی دادهها اعمال گردیده است.

جدول 4-1: بعضی از پارامترهای موجود در فایلهای هواشناسی جهانی GDAS
نوع داده
واحد
نشانه
فشار در سطح
هکتوپاسکال
PRSS
فشار محاسبه شده برای سطح متوسط دریا
هکتوپاسکال
MSLP
میزان بارش
متر
TPP6
مولفه افقی شار تکانه
نیوتن بر متر مربع
UMOF
مولفه قائم شار تکانه
نیوتن بر متر مربع
VMOF
گرمای خالص محسوس در سطح
وات بر متر مربع
SHTF
رطوبت نسبی در فاصله 2 متری از سطح زمین
درصد
RH2M
سرعت افقی باد در ارتفاع 10 متری
متر بر ثانیه
U10M
سرعت قائم باد در ارتفاع 10 متری
متر بر ثانیه
V10M
دما در ارتفاع 2 متری
کلوین
TO2M
پوشش ابری کل
درصد
TCLD
ارتفاع ژئوپتانسیل
ژئوپتانسیل متر (gpm)
SHGT
دمای سطح
کلوین
TMPS
پوشش ابرهای پایین
درصد
LCLD
پوشش ابرهای میانی
درصد
MCLD
پوشش ابرهای بالا
درصد
HCLD

4-4- سایر پارامترهای ورودی مورد استفاده در مدل HYSPLIT

4-4-1- تهنشست خشک52
محاسبات مربوط به تهنشست خشک، نه تنها در مدلسازی رادیواکتیویتی، بلکه در مدلسازی همه انواع آلودگیها، بسیار حساس و نامطمئن است. زیرا تهنشست خشک به تاثیر متقابل بین پارامترهای مدل شده (در ایزوتوپهای موردنظر در این تحقیق) و پوشش

پایان نامه
Previous Entries پایان نامه با کلید واژه های ضریب همبستگی، نمونه برداری Next Entries پایان نامه با کلید واژه های عوامل طبیعی، عدم اطمینان، نقطه مرکز