Ders-5_1_HK-Meteorolojisi - Dokuz Eylül Üniversitesi

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
4 / 66
Atmosferin katmanları ve sıcaklık değişimi
Güneş ışınlarından direk olarak etkilenen
katmandır. Dolayısıyla yükseklikle sıcaklık
artar.
Güneş ışınlarını soğurup ısınmaya yol
açabilecek hava molekülleri kalmamıştır.
Bu yüzden mezosfer de troposfer gibi,
içerisinde yükseldikçe sıcaklığı azalan bir
tabakadır.
Stratosferin üst kısımlarında ozon gazı yoğun
bulunur ve güneş ışınlarını çeken bu gaz
katmanın ısınmasına neden olur.
Troposfer genellikle yerden yansıyan güneş
ışınlarıyla ısınır bu nedenle alt kısmı daha
sıcaktır ve yerden yükseldikçe sıcaklık azalır.
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.
Güneşin şiddeti arrtıkça konveksiyon akım büyür.
6 / 66
Konvektif hava akımı
7 / 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.
8 / 66
Hava hareketlerinin ölçekleri
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.
2.
(1.000 km – 40.000 km)
Kıtasal boyutlarda ortaya çıkan hava
hareketleridir. Yüksek veya alçak basınçlı, sıcak
veya soğuk hava akımları.
Zaman periyodu: Haftalar - aylar
Volkan patlamaları sonucu sülfat parçacıklarının
stratosfere çıkıp global ölçekte taşınması
9 / 66
1.
Hava hareketlerinin ölçekleri
2. Mezo ölçek: Kentsel ölçekteki hava
hareketleri (100 km)
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. (< 1km)
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.
m
V/Vo = (Z/Zo)
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
İzmir-Güzelyalı istasyonu 1990-1999 yılları EkimMart ayları rüzgar gülleri
23 / 66
İzmir-Güzelyalı istasyonu 1990-1999 yılları NisanEylül ayları rüzgar gülleri
24 / 66
Hız Gruplarına Göre 1995-1996 Yılları
Ortalama Rüzgar Yönleri
(İzmir Güzelyalı Meteoroloji İstasyonu)
N
NNW
600
NNE
500
NW
NE
400
300
WNW
ENE
200
1,5-2,5 m/s
100
0
W
0-1,5 m/s
E
2,5-3,5 m/s
3,5-4,5 m/s
4,5-6,5 m/s
WSW
ESE
SW
> 6,5 m/s
SE
SSW
SSE
S
25 / 66
Güze lyalı 95-96 yılları hız gruplarına göre rüzgar e s m e yüzde le ri
14,00
12,00
10,00
8,00
Series6
Series5
Series4
Series3
Series2
6,00
Series1
4,00
2,00
0,00
N
NNE
NE
ENE
E
ESE
SE
SSE
S
SSW
SW
WSW
W
WNW
NW
NNW
26 / 66
Mevsimsel Rüzgar Gülleri
KIŞ
YAZ
27 / 66
Kış Mevsimi Rüzgar Gülleri
28 / 66
Yaz Mevsimi Rüzgar Gülleri
29 / 66
Yıllık Rüzgar Gülleri
30 / 66
Kararlılık
 Atmosferin düşey yöndeki
hava hareketine karşı
direncine denir.
31 / 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
(Kararsız)
 G.P. = KHASP ise adyobatik
(Nötral)
 G.P. > KHASP ise sub adyobatik
(Kararlı)
32 / 66
33 / 66
A: Kararsız
B: Nötral
C: Kararlı
D: Çok kararlı
Kararsız koşullarda ısınan
hava yükselir.
Kararlı koşullarda sıcaklık
değişimi azdır.
Nötral koşullarda sıcaklığın
hava hareketine hiçbir etkisi
yoktur.
34 / 66
35 / 66
Kararlı ve Kararsız Durumlara Örnek
Kararsız
Kararlı
36 / 66
Pasquill kararlılık sınıflandırması
Gündüz
Gece
Güneş radyasyonu
Bulutluluk
Yer seviyesinde
(10 m’de)
rüzgar hızı
(m/sn)
Kuvvetli
Orta
Zayıf
<2
A
A-B
B
2 -3
A-B
B
3-5
B
5-6
>6
A: Çok kararsız
D: Nötral
>= 4/8
< 3/8
C
E
E
B-C
C
D
E
C
C-D
D
D
D
C
D
D
D
D
B: Orta derecede kararsız
D: Orta derecede kararlı
C: Az kararsız
E: Çok kararlı
37 / 66
İnversiyon




İnversiyon, sıcaklığın yükseklikle
artmasıdır (Sıcaklık terslemesi).
Soğuk kış günlerinde görülür.
Soğuk kış günlerinde yeryüzünün karla
örtülü ve durgun gecelerde görülür.
Atmosfer oldukça kararlıdır. Düşey yönde
taşınım çok azaldığı için, kirleticilerin
dağılımı da azalır.
38 / 66
39 / 66
İnversiyon türleri-1

Radyasyon inversiyonu: Yer kabuğunun
çabuk ısınıp-soğuması nedeniyle; özellikle
güneşin doğuş ve batışı sırasında oluşan
inversiyon türü.
Yer seviyesine 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.
40 / 66
41 / 66
İnversiyon türleri-2

Çökelme inversiyonu: Yüksek basınçlı hava
kütleleriyle hava tabakasının çökelmesiyle oluşan
inversiyon. Yer seviyesinden 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.
42 / 66
43 / 66
Atmosferik
Kararlılığa bağlı
duman davranışları
44 / 66
Çeşitli Duman Davranışları
45 / 66
46 / 66
47 / 66
48 / 66
49 / 66
50 / 66
51 / 66
52 / 66
53 / 66
54 / 66
Karışma Yüksekliği



Kirleticilerin düşey yönde dağılımının üst
limiti olarak tanımlanan mesafedir.
Kısaca kirleticilerin atmosferde karışabileceği
tabakanın kalınlığıdır.
Mevsimlere göre değişiklik gösterir.
55 / 66
Maksimum Karışma Yüksekliği
56 / 66
Maksimum karışma yüksekliği
57 / 66
58 / 66
59 / 66
Topografya




Bir bölgedeki topografik farklılıklar da
ayrıca hava kirliliğinde mekânsal
farklılıklara neden olmaktadır.
Kentlerin ve sanayilerin kurulma
aşamasında önemli bir parametredir.
Kirletici kaynakların vadi içinde kalması
kirliliğin o bölgede birikmesine neden
olabilir.
Sanayilerin ve yerleşimlerin yer seçiminde
önemlidir.
60 / 66
61 / 66
62 / 66