chapter 1 measures of atmospheric composition

CHAPTER 1

Measures of Atmospheric Composition

NRTpV

RTNpVRTNVp iiii

V

V

RTpV

RTpV

N

NC xx

ii

xx

/

/

Ideal gasslov

NB! Blandingsforholdet endrer seg ikke selv om p,T eller V skulle endres (for eksempel ved transport)

ppmv: 10-6

ppbv: 10-9

pptv: 10-12

m: Million

b: Billion (am. for milliard)

t: trillion (am. for billion)

Ved bakken:

na = 2.7x1025 molekyler/m3

Cx = 1ppmv nx=2.7x1013 molekyler/cm3

Konsentrasjon (number density) er spesielt nyttig for å kvantifisere hastigheten til kjemiske reaksjoner (se kapittel 9)

Overgang mellom Cx og nx

N: antall mol gass

R: Universell gasskonstant

Av: Avogadros tall: 6.023x1023

molekyler/mol

Massekonsentrasjon (ρx tetthet)Enhet: kg/m3

Standarder (krav) til luftkvalitet er ofte gitt i denne enheten

v

xxvxxxx A

Mn

V

AMVn

V

m

/

Mx er molvekten for komponent x (g/mol).

For eksempel for karbonmonoksid CO: 12+16=28 g/mol

Midlere molvekt for tørr luft er: 28.96 g/mol

18-19. august 2013:http://www.luftkvalitet.info

Surface ozone in Norway

Total atmosfærisk kolonne konsentrasjon

(kalles ofte Burden) Enhet: Molekyler/cm2

Definisjon av Dobson enheter

1 DU= 2.68x1016 molecules cm-2 at STP (0o degs C, 1013.25 hPa).

Observed NOx in the troposphere

Ozonlaget over Antarktis 17. august

2012

CHAPTER 3

Simple Models

Numerisk Modeller

• Matematisk representasjon av prosessene som styrer utviklingen av konsentrasjonen av en kjemisk komponent

• Prosesser:– Utslipp

• Naturlige• Antropogene: Pga. menneskelig aktivitet

– Kjemisk produksjon og/eller tap i atmosfæren– Transport – Avsetning på bakken

• Tørravsetning• Utvasking

From Fischer et al., Atm. Env. 2011

Enhet τ (s) 1/τ (s-1)

1/ τ er tapshastigheten.

Eks. 1/ τ =0.1s-1 betyr at 10% av massen tapes pr. sekund

dtu

du

k

duk

dm

kdmdu

kmSu

1

1

Kildene S og tapsraten k er antatt konstante (dvs. ingen tidsvariasjon)

Substituerer u=S-km

tkmS

tkmS

ku

k

dtu

du

k

tt

t

t

t

t

)0(

)(ln1

ln1

1

0

0 0

ktkt ek

Semtm 1)0()(

Integrerer på begge sider fra t=0 til t

11222122222 mkmkDLPE

dt

dm

)(11

21

2

tFmdt

dm

dt

md

Ved å derivere 3.14 mhp. t og substituere fra likningen under, får man en 2.ordens ordinær differensiallikning for m1, og tilsvarende for m2.

Med mange bokser må likningene løses numerisk

Eksempel på grid brukt i global modell (rødt, CAM, ca. 110km) og regional model (grønt, WRF, 27 km). Fra masteroppgaven til Anna Velken

Gridboksmodeller (Eulerske modeller)

Figure 6. Average ozone impact of megacity/hot spot emissions (in %) relative to background ozone (run [9X-RX]/RX) from the surface up to approx. 2 km height shown for London (top), for the time period in July 2003 (left) and August 2003 (right).

Hodnebrog et al., Atmospheric Environment, 2011.

Lagrangske modeller, eller trajektoriemodeller

Massebalanselikningen for en luftpakke som følger trajektorien

E: utslipp. P,L: Kjemisk produksjon og tap. D: Avsetning

kdil: Fortynning ved innblanding av luft fra omgivelsene

Gaussisk spredningsmodell

Analyser basert på bakovertrajektorier Hvor kan forurensingen komme fra?

Eksempel på bruk av trajektoriemodell for å analysere transport av forurensing til Arktis

Kolonnemodeller er nyttige der hvor vertikalblandingen hovedsakelig er gjennom variasjoner i tykkelsen av grenselaget

Figur fra kap. 9 i W&H, GEF2200

Skal se på komponent X.

Antar: Ingen kjemisk produksjon av X i atmosfæren, og førsteordens tap (L=-k[X])