? Sin embargo, en nuestra opinión, no hay necesidad de preocuparse por la situación de la imagen de arriba. Aparece una franja muy larga de columna de humo y su extremo se extiende en la nube, como un matamoscas. Esta condición meteorológica es atmósfera neutra (sin estratificación de inversión) + aclaración en la nube. La llamada atmósfera neutra, en términos sencillos, significa que los contaminantes emitidos por chimeneas elevadas se difunden lentamente en dirección vertical, pero se propagan más rápido en dirección horizontal. En otras palabras, en este caso, la columna de humo corre hacia otros lugares altos en el cielo, desviando el problema hacia el este y soplando hacia el océano (como se muestra a continuación) sin extenderse al suelo, que es adecuado para la disipación de contaminantes. Así que los humanos que viven en la tierra no tienen que preocuparse. Sin embargo, cualquiera que haya estudiado física en la escuela secundaria sabe que la materia y la energía se conservan. Los contaminantes no escapan al espacio; permanecen en el mundo. Los contaminantes se eliminan primero en nubes o penachos. En pocas palabras, las gotas de agua chocan y engullen los contaminantes emitidos por industrias con diámetros más pequeños, al igual que los glóbulos blancos gigantes envuelven a las bacterias, y luego regresan a la tierra a través del proceso de lluvia. para aplastar al suelo los contaminantes del aire suspendidos que son fácilmente inhalados por el cuerpo humano con tres golpes y dos pies.
? "Los bodhisattvas temen las causas, la gente común teme las consecuencias". Es muy difícil condenar y sentenciar las fuentes de emisión simplemente mediante experimentos de observación, porque la determinación de la causalidad requiere un razonamiento y pruebas muy rigurosos. Antes de que no haya datos y no se conozcan las condiciones de fondo, se debe utilizar el razonamiento deductivo, es decir, se pueden derivar conclusiones preliminares basadas en supuestos y reglas existentes. Sabemos que los contaminantes en el aire se concentran principalmente por debajo de los 2.000 metros, pero en dirección vertical, el límite entre el aire contaminado específico y el aire limpio cambia. Este límite en constante cambio se llama capa límite atmosférica. Suponiendo que la ciudad de Rizhao es una capa límite terrestre-mar típica, de acuerdo con la estratificación de la atmósfera mediante el modelo ROM de calidad del aire de segunda generación, se puede dividir en:
¿Aunque la capa límite y la capa límite? capa mixta no son sinónimos, tienen una fuerte convección. En la capa límite, el aire se mezcla vigorosamente hacia arriba, formando a menudo una capa mixta. Cabe señalar que, aunque las zonas costeras como la ciudad de Rizhao son propensas a la niebla marina y tienen características obvias de circulación de la brisa marina y terrestre, en términos generales, las características de circulación de la brisa marina y terrestre en las zonas de latitudes medias sólo son más prominentes en verano. Además, la circulación de la brisa marina y terrestre es débil y la fuerza del viento es pequeña, y a menudo está cubierta por una circulación a gran escala, como el vórtice frío del noreste que va hacia el sur y el flujo de aire cálido y húmedo del sureste/suroeste que va hacia el norte. Por tanto, la capa marina a veces no es evidente.
? Cuando se dispone de cierta información básica, se debe utilizar el razonamiento inductivo para resumir las reglas preliminares. Cuando la altura de la capa mezclada es mayor que la altura de la capa límite afectada por la fricción superficial, todas las masas de aire en la capa límite turbulenta se mezclan uniformemente. En este momento, suponiendo que la masa de contaminantes emitidos desde el suelo permanece sin cambios, se puede ver a partir de la relación entre densidad y volumen que la disminución en la altura de la capa límite irá acompañada por la acumulación de concentración de contaminantes en el aire y la PM del suelo. La concentración de 2,5 aumentará linealmente. Como se muestra en la figura siguiente, la abscisa es la altura de la capa límite BLH y la ordenada es la concentración de partículas. Se puede ver que cuando la altura de la capa límite es inferior a 500 metros, la concentración de PM 2,5 comienza a aumentar linealmente. Resumiendo la altura de la capa límite en el área de Rizhao de 2013 a 2019, como se muestra en la figura siguiente, la abscisa es la altura de la capa límite BLH y la ordenada es la concentración de partículas. Se puede ver que cuando la altura de la capa límite es menor que. A 500 metros, la concentración de PM 2,5 comienza a aumentar linealmente. Por lo tanto, la altura de la capa mixta en la ciudad de Rizhao en invierno es de unos 500 metros, lo que básicamente coincide con nuestras suposiciones.
Para sacar conclusiones preliminares, realizamos estadísticas de distribución de probabilidad sobre la concentración de PM 2,5 y la concentración de ozono O 3 en la ciudad de Rizhao de 2013 a 2019. Como se puede ver en la figura siguiente, la concentración de PM 2,5 es una distribución normal gaussiana unimodal típica, pero hay un fenómeno de cola larga de alto valor, mientras que la concentración de ozono es una distribución bimodal no normal. La distribución bimodal del ozono indica que parte del proceso de generación de ozono cerca de la superficie no tiene nada que ver con reacciones fotoquímicas, sino que es transportado hacia abajo desde grandes altitudes, principalmente antes de las 12 del mediodía. La fuente de concentración de partículas finas es principalmente la acumulación lineal cerca del suelo, como se mencionó anteriormente, pero también hay aumentos explosivos no lineales. Para obtener más información, consulte el artículo del autor antes mencionado: /p/19085537b21e.
? La altura de las chimeneas industriales en China es generalmente superior a 200 metros, por lo que la longitud de la columna de humo es suficiente para atravesar la capa de mezcla y extenderse uniformemente hacia la atmósfera exterior. Sin embargo, la forma de la columna en sí es cambiante y está relacionada con las complejas condiciones meteorológicas a gran altura. Incluso debido a la existencia de pequeños remolinos turbulentos locales, las longitudes de las columnas de humo emitidas por dos chimeneas adyacentes son inconsistentes. Resumimos las formas de varios penachos de fuentes aéreas y descubrimos que las siguientes condiciones son tiempo limpio: una es cuando la velocidad del viento horizontal es pequeña, pero el intercambio turbulento vertical es fuerte, como se muestra en la primera imagen a continuación; la otra es neutral; atmósfera, horizontal La velocidad del viento es alta, pero el intercambio vertical es débil, como se muestra en la segunda imagen a continuación.
? Después de la deducción e inducción preliminar. Finalmente decidimos utilizar métodos de imágenes para inferir la relación entre las columnas industriales de fuentes elevadas y la contaminación del aire terrestre. Cuando la fuente de emisión es fuerte, la concentración de contaminantes del aire es sensible a factores meteorológicos, es decir, controlada por factores de escasez. Los factores meteorológicos en la capa límite tierra-mar son complejos y es muy difícil y requiere mucho tiempo observar con precisión las condiciones meteorológicas a gran altura. El contorno de la pluma es un buen indicador meteorológico.
Para capturar los complejos cambios en las condiciones meteorológicas a gran altura, utilizamos una cámara automática programada para tomar fotografías cada media hora. Como puede verse en lo anterior, el contorno de la columna de humo puede reflejar cambios meteorológicos complejos, por lo que utilizamos el contorno de la columna de humo como indicador de las condiciones meteorológicas. Debido a la presencia de nubes bajas, el reconocimiento automático por parte de la máquina del contorno de la columna de humo en la imagen no es ideal, por lo que requiere mejora de la imagen y anotaciones manuales. La mejora de la imagen utiliza el algoritmo de desempañado desarrollado por el incomparable genio de la IA, He Kaiming. La forma de la columna de humo cambia rápidamente, por lo que la longitud del polígono (longitud del polígono) del contorno de la columna de humo, es decir, la longitud diagonal, se utiliza para describir las características de su contorno. Es importante señalar que el rango de difusión real de las partículas atmosféricas puede exceder con creces su contorno visible. Esto se debe a que el contorno de la columna visto a simple vista se debe principalmente a la condensación de vapor de agua.
? Los factores que controlan la longitud de la columna de humo son muy complejos, como la velocidad del viento, la dirección del viento, la humedad, las nubes, etc. Como se puede ver en la figura siguiente, existe una correlación negativa entre la concentración de partículas del suelo y la longitud del perfil de la pluma, pero no es lineal. El sistema meteorológico es un sistema caótico típico y las características no lineales en sistemas complejos sólo aparecerán cuando se cumplan ciertas condiciones. Por lo tanto, especulamos que la relación entre la concentración de partículas terrestres y los perfiles de la pluma debería ser clasificable.
? Utilizamos un modelo de regresión logística (Función Logística) para ajustar la concentración de partículas del suelo y la longitud del polígono del contorno de la pluma. Aunque la regresión logística se denomina modelo de regresión, es un algoritmo de clasificación binaria. Como se muestra en la figura siguiente, la altura de la chimenea (H) está marcada en la imagen y el cálculo muestra que H = 385 (puntos de píxeles). La altura de la chimenea es de 200 metros según las normas nacionales. Tomando 2 veces la altura de la chimenea como punto crítico, se puede ver que cuando la longitud del polígono del contorno de la columna de humo es mayor que 2 veces la altura de la chimenea, la concentración de partículas del suelo se verá afectada por las condiciones de difusión. Cuando la longitud de la columna de humo es inferior a 2 veces la altura de la chimenea, el efecto de la difusión sobre la eliminación local de partículas no es obvio.
? Obtenemos una fórmula para la concentración de partículas del suelo y y la longitud de la columna de humo x:
? Cuando la longitud de la columna de humo es inferior a 400 metros, se puede ver que la La fórmula anterior no es muy buena. Describe su relación con PM 2.5. Por lo tanto, también tomamos en cuenta factores meteorológicos a diferentes alturas y utilizamos el modelo de árbol de decisión para realizar el ajuste. La siguiente imagen es el modelo de árbol de decisión de la concentración de PM 2,5 en el suelo en la Estación de Hierro y Acero de Shandong en marzo de 2019. Se puede observar que el viento zonal (U_850) y la longitud del penacho (PL) en la tropopausa (aproximadamente 1500 metros a 850 hPa) son factores estadísticamente decisivos en este árbol de decisión.
? Aunque este árbol de decisión tiene solo 6 niveles, la presentación y explicación siguen siendo relativamente engorrosas y largas. Pero, de hecho, sólo debemos preocuparnos por los dos troncos del árbol de decisión, es decir, las ramas de decisión cuando la concentración de PM 2,5 en el suelo es la más alta y la más baja. El área del círculo rojo en la figura anterior es el árbol de decisión cuando la concentración de PM 2,5 es la más alta: U_850 < -5,4 m/s → PL < 509 píxeles → PM 2,5 > 176 ?g/m 3 ; cuando la concentración de PM 2,5 es la más baja Árbol de decisión: U_850 > -5,4 m/s → PL >796 píxeles →PM 2,5 < 67 ?g/m 3 .
Se puede inferir que cuando el viento atmosférico libre hacia la costa por encima de los 1500 metros es superior a 5 m/s (generalmente un flujo de aire cálido y húmedo del sureste a gran escala) y la columna de humo es corta (300-500 metros de altura), tanto y la difusión vertical será débil, las partículas se acumulan en el suelo y es probable que se produzca una fuerte contaminación de PM 2,5 en el suelo.
?Además de la importante concentración masiva de partículas, la concentración numérica de partículas también es un factor que tiene un mayor impacto en la salud humana. Según la fórmula de masa de partículas esféricas m=ρV= 4ρR 3 /3, se puede ver que: PM 2,5, es decir, la masa de partículas por debajo de 2500 nanómetros es más de 10.000 veces la de las partículas de 50 nanómetros. Las partículas de menos de 500 nanómetros representan aproximadamente el 80% del número total de partículas y pueden penetrar la membrana alveolar, mientras que las partículas a nivel de micras representan aproximadamente el 90% de la masa.
? Realizamos observaciones de concentración numérica de partículas en áreas rurales en las afueras de la ciudad de Rizhao. Cuando el aire del campo es más limpio, la concentración de partículas es inferior a 3.000 partículas/cm 3 . Sin embargo, hay ocasiones en las que la concentración de partículas es superior a 10.000 partículas/cm 3 . Cuando la cantidad de partículas es máxima, el cielo se ve claro y azul. Se generó una gran cantidad de nuevas partículas de tamaño nanométrico y aumentaron de tamaño, pero la concentración de PM 2,5 no cambió significativamente.
? En los bordes de las vías urbanas, afectadas por el tráfico de vehículos a motor, la concentración de partículas puede alcanzar las 60.000 partículas/cm 3 , lo que supone 6 veces el tiempo más sucio en las zonas rurales. Sin embargo, en las columnas de humo industrial situadas por encima de los 300 metros sobre la ciudad, la concentración de partículas es inferior a 3.000 partículas/cm 3 , lo que equivale al aire exterior limpio en las zonas rurales. En cuanto al aire interior, en una oficina con más de diez metros cuadrados de personas, es de unos 7000/cm 3 , que varía en función del número de personas. Cuando ves la advertencia del teléfono móvil y el índice de calidad del aire AQI supera los 100, aunque la concentración de partículas atmosféricas es alta, se trata básicamente de partículas grandes, con sólo unos pocos miles por centímetro cúbico. Cuando ves un cielo azul limpio, las concentraciones de partículas pueden alcanzar decenas de miles por centímetro cúbico.
? La razón por la que no podemos preservar los campos originales es simplemente porque no somos lo suficientemente modernos. La dureza de la industria inevitablemente nos hará perder tanto el campo como la modernidad. Los experimentos científicos de observación deberían trasladarse gradualmente de las ciudades a los campos y extenderse desde el centro hacia los bordes.