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[杂谈]让我们再来谈谈霾

日报标题:一道小学数学题,解决了我对雾霾的几个疑问

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漠北,大气科学/强风暴物理学

上篇文章中,我已经就各位小伙伴的关心的一些问题做了解释。在本篇[杂谈]中,我会从另一个角度入手为各位解释霾。

一、这是一道小学数学题

1、或许各位还一直对小学里一边进水,一边放水的“疯狂泳池管理员”有所印象。

题目通常是这样的(已略去单位)

已知泳池的体积是 V,进水口进水的速度是 a,出水口出水的速度是 b。如果一边进水一边出水,那么泳池的情况会是怎样?
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我们都知道用泳池的体积除以进水速度和出水速度的绝对值,就是泳池装满或排空的时间 T。

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2、我现在对这道小学的数学题进行变化

在一个体积为 V 的房间里,原本有 N 个小球,有一个进口一个出口,进口以 a 个 /s 的速度向房间里均匀输送小球,出口以 b 个 /s 的速度从房间里清除小球。

求经过时间 T(s)后在这个房间中单位体积里小球的个数ρ。

理想情况:设小球在房间里均匀分布,小球体积可以忽略不计,时间 T 时房间里仍然有小球)。

这依旧是一道小学就可以解决的题目,在小学这样的表述可能稍难了一些。而到了中学接触了密度的概念,就知道我在模拟密度的概念

公式是这样的

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3、对于污染物来说

如果说小球相当于污染物

如果说进水口相当于污染物向大气的排放

如果说泳池或房间的体积相当于大气自身能承载污染物的能力

如果说出水口相当于大气清除污染物的过程

那么对于上面的题目是不是就可以有了新的理解呢。

二、在污染小球模型下对一些问题的解释。

对于这个小球模型(名字是我起的……),我再重复一下内容

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在控制变量的情况下

原始污染物含量(N)越大,越严重。(工业区、长时间污染区)

输入速度(a)越大,越严重。(工业区、城市市中心)

输出速度(b)越大,越不严重。(大风区、海洋)

承载能力越小,越严重。(高压控制区、逆温层存在且很低)

了解了之后,我们来看看关于雾与霾(主要是霾)的有关事件:

1、一些标题:天啊!欧美地区也有雾霾,罕见!

在小球模型下,欧美地区的特点是:N、a 都比较小,这使得污染密度很难提高

而在某些天气背景下导致大气清除污染物的能力弱(b 减小),大气承载污染物的能力也变弱(V 减小)。随然 a 很小,但是如果 b 变得更小,而且 V 也在减小。那么在经过时间的积累后,污染也会变得严重。

所以,欧美等地区也是会有污染天气的,但是频率很小(谈不上罕见),加上 a-b 的值很小,导致污染不会非常严重。

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同时,这张图也适用我国蓝天后,稳定天气系统的回归使得霾回归。

2、为什么霾会在很短的时间内消失。

就我国而言,在污染较重的时间里,N、a 的值都比较大,而 b、V 都比较小。但随着某些天气系统的到来(降水清除、寒潮大风、低压大风系统),尤其是寒潮,带来的清洁气团会大大增加 b 和 V

而 b 变得很大,导致 a-b 的绝对值变得很大,加上 V 也变大,最后引起ρ大大减小。

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