Atmosferin yerüstü qatında avtomobil yolları ətrafında aerozolun optik qalınlığının ölçülməsi üzrə eksperimental tədqiqatlar

Atmosferin yerüstü qatında avtomobil yolları ətrafında aerozolun optik qalınlığının ölçülməsi üzrə eksperimental tədqiqatlar
1. Üfüqi traslarda aerozol ölçmələri aparılmasının nəzəri əsasları. Allard qanununun tətbiqi imkanlarının müəyyənləşdirilməsi.
Atmosferin yerüstü qatında avtomobillərin hərəkəti nəticəsində yaranmış aerozolların optik qalınlığını ölçmək üçün eksperimental tədqiqatlar aparılmışdır. Eksperimental tədqiqatların yerinə yetirilməsi üçün aşağıda göstərilmiş məsələlər yerinə yetirilmişdir:

1. Mövcud texniki ölçmə qurğuları bazası nəzərə alınmaqla ölçmə metodikasının işlənilməsi.

2. Ölçmə qurğusunun yaradılması və sınaqdan keçirilməsi.

3. Ölçmə nəticələrinin işlənilməsi.

Ölçmə metodikasının işlənilməsi məsələsinə baxaq. Qeyd edək ki, bəzi xarici mənbələrdə avtomobillərin hərəkəti nəticəsində yaranan aerozolun dispers tərkibinin yalnız PM₁₀ tipli, yəni diametri 10 mkm və daha çox olan aerozol hissəciklərindən ibarət olduğu qeyd edilir [1]. Lakin, bir çox digər mənbələrdə avtomobilin hərəkətindən yaranan aerozolun tərkibində PM_2.5 dispers komponentin mövcud olduğu göstərilir [2,3].

Biz belə hesab edirik ki, avtomobillərin hərəkəti nəticəsində yaranan aerozolun tərkibində həm PM₁₀, həm də PM_2.5 dispers komponenti vardır və bu komponentlər qiymətləndirilməlidirlər. Qeyd etmək lazımdır ki, üfüqi traslarda aerozolun optik qalınlığını ölçmək üçün Buger – Ber qanununun riyazi ifadəsi belə yazılır

(1)

Burada: A(λ) – qurğunun aparat funksiyası; I(λ) – ölçmə qurğusunun çıxışında alınan siqnal; λ – dalğa uzunluğu; I₀(λ) – işıq mənbəyinin intensivliyi; l - işıq mənbəyi ilə qəbul edici arasında olan məsafə; τ(λ) – l məsafəsində mövcud olan atmosfer aerozolunun optik qalınlığıdır. Onu da qeyd edək ki, əgər işıq mənbəyinin ölçüsü qəbuledicinin ölçülərindən kiçikdirsə, yəni nöqtəvi işıq mənbəyi tətbiq edilirsə qəbulediciyə çatan işıq seli l² qədər zəifləyir və bu halda Allard qanunu tətbiq edilir [4]. Istifadə edilən işıq mənbəyinin nöqtəvi işıq mənbəyi olub – olmadığını müəyyənləşdirmək üçün iki üsul mövcuddur:

1. Optik hesablamalar metodu.

2. Eksperimental metod.

Birinci üsul tətbiq edilmiş fotoqəbuledici barədə bir çox əlavə informasiyanın mövcudluğunu tələb etdiyi üçün eksperimental sınaq üsulu istifadə edilmişdir.

Aparılan sınaqların məqsədi hazırlanmış ölçmə qurğusu vasitəsilə hər hansı nöqtədən işıqlanan lampaya qədər olan məsafənin Allard qanunu əsasında ölçmə nəticəsinə (lampanın işıqlanma intensivliyinə) təsirini göstərməkdən ibarətdir. Aparılan sınaq ölçmələrinin sxemi şəkil 1-də verilir.

Şəkil 1. Aparılan ölçmələrin sxemi. 1 – fotometr; 2 – lampa “A” vəziyyətində; 3 – lampa “B” vəziyyətində; L₁ – fotometrlə “A” vəziyyətində olan lampa arasındakı məsafə; L₂ – fotometrlə “B” vəziyyətində olan lampa arasındakı məsafədir

İlkin mühakimə olaraq qəbul edirik ki, aparılan ölçmələrin riyazi Allard qanununun formulası təşkil edir, yəni ölçmə qurğusunun (fotometrin) çıxış siqnalı belə hesablanır (qəbul edirik ki, aparat funksiyası vahidə bərabərdir).

(1)

Burada I(λ) - işıq mənbəyinin şüasının fotometrin girişində olan intensivliyidir; I₀(λ) – işıq mənbəyinin şüasının bilavasitə mənbənin yaxınlığında olan intensivliyidir; R – fotometrlə mənbə arasındakı olan məsafə ; τ(λ) – fotometrlə mənbə arasındakı mühitin optik qalınlığıdır.

Allard qanununun (1) riyazi ifadəsinin sadələşdirilməsi məsələsini təhlil edək. İki hala baxaq:

1. Fotometrlə mənbə arasında olan optik mühitin optik qalınlığı τ çox kiçikdir (sıfıra yaxındır τ<0,05).

Bu halda e^-τ(λ) ≈ 1 – τ(λ) ≈ 1 olduğunu qəbul etsək yaza bilərik:

(2)

2. Fotometrlə mənbə arasında olan optik mühitin optik qalınlığı 0,05<τ(λ)<0,1 intervalındadır.

Bu halda Allard qanunu belə ifadə edilə bilər: Məlumdur ki, τ(λ) ≤ 0,1 şərti daxilində

(3)

(1) və (3) ifadələri nəzərə alınarsa, alarıq:

(4)

Daha sonra mühitin optik qalınlığını belə ifadə etmək olar:

(5)

Burada δ(λ) – mühitin xüsusi optik qalınlığıdır.

(4) və (5) ifadələri nəzərə alınarsa, aşağıdakı ifadəni alarıq:

(6)

Sonuncu ifadədən aşağıdakı kvadrat tənliyi alarıq:

(7)

(7) tənliyinin həlli aşağıdakı ifadəni verir:

(8)

Qeyd edək ki, fotometrlə mənbə arasında optik qalınlıq çox kiçik olduğu halda (δ(λ)=0) (8) formulu sadələşir və R_1,2 məsafəsi (2) formulu əsasında belə hesablanır

(9)

Sınaqlar zamanı aparılan ölçmələrin metodiki əsaslarını nəzərdən keçirək.

Sınaqların metodikasının hesablanması üçün şək. 1-də göstərilmiş laboratoriya sınaqları üzrə aparılan ölçmələrin sxemindən istifadə edirik. Lampa “A” vəziyyətində olduğu halda, ölçmə aparıldıqdan sonra , (9) formulası əsasında aşağıdakı ifadə yazıla bilər:

(10)

Lampa “B” vəziyyətində olduğu halda, ölçmə aparıldıqdan sonra, (9) formulası əsasında aşağıdakı ifadə yazıla bilər:

(11)

(10) formulasından alırıq:

(12)

(11) formulasından alırıq:

(13)

(12) və (13) formullarından alırıq:

(14)

və ya

(15)

(15) formulasından yekun olaraq alırıq:

(16)

(16) formulası aparılmış ölçmələrin əsasini təşkil edir. Ölçmələr şəkil 2-də göstərilmiş sxem əsasında aparılmışdır.

Şəkil 2. Aparılmış ölçmələrin sxemi

Ölçmələrin aparılması üçün aşağıdakı əməliyyatlar yerinə yetirilir:

1. Fotometr vasitəsilə “B” mövqeyində olan lampanın şüalanma intensivliyi I_B(λ) ölçülür.

2. Fotometr vasitəsilə “A” mövqeyində olan lampanın şüalanma intensivliyi I_A(λ) ölçülür.

3. L₁(A) məsafəsi ölçülür.

4. L₂(B) məsafəsi (16) formulu əsasında hesablanır.

5. L₂(B) məsafəsi metrlə ölçülür və ölçmə nəticəsi 4-cü maddə üzrə alınmış nəticə ilə müqayisə edilir. Ölçmə xətası belə hesablanır:

(17)

Sınaqlar zamanı əldə edilmiş ölçmə nəticələri və müvafiq hesablama nəticələri cədvəl 1-də verilmişdir.

Cədvəl 1

I0	L2	L1	I(L2)	I(L2)- I0	I(L1)	I(L1)- I0	L2hes	ΔL	δ,%
26	11,21m	28,56m	36	10	28	2	25,10	3,4m	11,92%
25	11,21m	28,56m	35	10	27	2	25,10	3,4m	11,92%
24	11,21m	28,56m	35	11	26	2	29,1	0,5m	1,7%
21	11,21m	28,56m	33	12	23	2	27,5	1,06m	3,4%
19	11,21m	28,56m	31	12	21	2	27,5	1,06m	3,4%

Beləliklə aparılmış ölçmələrin nəticəsi göstərmişdir ki, üfüqi traslarda aerozol ölçmələri üçün istifadə edilən fotometr və işıq mənbəyi kimi istifadə edilən lampa əsasında yerinə yetirilən ölçmələrdə baza fotometrik qanunu kimi Allard qanunu istifadə edilməlidir.

Ədəbiyyat

1. 
   Gehrig R., Hill M., Buchmann B. Separate determination of PM10 emission factors of road traffic for tailpipe emissions and emissions from abrasion and resuspension processes// Int. J. Environment and Pollution, Vol. 22, No.3, 2004.
   
2. 
   Healy R.M., Hellebust S., Kourtchev I., Allanic A., O’Connor I.O., Bell J.M., Healy D.A., Sodeau J.R., Wenger J.C. Source apportionment of PM_2.5 in Cork Harbour, Ireland using a combination of single particle mass spectrometry and quantitative semi – continuous measurements // Atmos. Chem. Phys., 19, 9593 – 9613, 2010.
   
3. 
   Karvosenoja N., Taunio M., Kupiaunen K., Toumisto T., Kukkinen J., Johanson M. Evaluation of the emissions and incertainties of PM_2.5 originated from vehicular traffic and domestic wood combustion in Finland // Boreal Environmental Research 13: 465-474, Helsinki 31 October 2008.
   
4. 
   Мирошников М.М. Теоретические основы оптико – электронных приборов. «Машиностроение», Ленинград, 1984, с. 541.