Моделирование процессов переноса, рассеяния и оседания вредных веществ в атмосфере и прогнозирование динамики ее загрязнения

Задачи оценки качества окружающей среды и управления в сфере охраны природы, требуют комплексных знаний и согласованной работы специалистов разной профессиональной ориентации. К примеру, задачи экологической экспертизы проектов промышленного развития территорий решаются крупными экспертными коллективами, включающими в себя экологов, технологов, управленцев, экономистов и требует привлечения к этим работам «узких» специалистов физиков, химиков, биологов, социологов и т.п. (конкретный перечень зависит от конкретной ситуации).

В этой связи специалисты физики, занимающиеся вопросами моделирования в сфере природоохранных задач, должны не только уметь квалифицированно построить или использовать теоретическую модель адекватную той или иной ситуации, но и уметь создавать необходимое для использования модели сторонними пользователями и организациями программное и методическое обеспечения. Важно не только уметь правильно описать или смоделировать явление или процесс, но и уметь, используя профессиональные знания в своей предметной области, создавать научно-исследовательский инструментарий, который расширяет возможности специалистов из смежных областей знаний, работающих по комплексной экологической проблематике.

Поведение потока, выбрасываемого в атмосферу

После того, как примеси попадают в воздух, характер их перемещения и дисперсии определяется их собственными физическими свойствами и свойствами атмосферы, в которых они находятся.

Для того чтобы наглядно показать характер их поведения, полезно рассмотреть поведение потока в целом после его попадания в атмосферу (см. рис.).

Выбросы проникают в атмосферу с определенной скоростью и температурой, которые обычно отличаются от соответствующих характеристик окружающей среды. Движение выбросов имеет вертикальную составляющую, обусловленную начальной вертикальной скоростью потока и разницей температур, до тех пор, пока не исчезнет воздействие этих факторов. Этот вертикальный подъем выбросов называют подъемом шлейфа. Он приводит к изменению эффективной высоты H точки выброса. На путь распространения выброса воздействуют также изменения потоков вблизи таких препятствий, как здания и сооружения.

Мы будем использовать следующую терминологию.

Движение потока под действием ветра в течение и после подъема шлейфа называется переносом.

Турбулентное движение атмосферы вызывает произвольное движение выброса, приводящее к его распространению в горизонтальном и вертикальном направлениях за счет смещения с воздухом. Этот процесс называется атмосферной диффузией.

Комбинация переноса и диффузии называется атмосферной дисперсией. Модели, описывающие эти процессы, называют моделями атмосферного переноса-диффузии или моделями атмосферной дисперсии.

Выброс на стадии подъема шлейфа, переноса и диффузии может также испытывать воздействие таких процессов, как:

1) химическая трансформация примесей;

2) радиоактивный распад и накопление дочерних продуктов;

3) влажное осаждение: пар или аэрозоль попадают в капли воды или снежинки в облаке и выпадают в виде осадков;

     4) сухое осаждение: седиментация аэрозолей или гравитационное осаждение отложение аэрозолей, а также адсорбция паров и газов на предметах;

     5) образование и слипание аэрозолей.

Большую часть этих эффектов можно описать математически и при необходимости включить в математические модели.

Строгих указаний на эти модели в гостированных (имеющих официальный государственный статус) методиках нет. Это фактически означает, что разработчики должны исходить из конкретной ситуации и использовать адекватные ей модели.

При расчетах атмосферной дисперсии различные источники обычно классифицируют по их пространственной конфигурации и продолжительности выброса. К представляющим интерес пространственным конфигурациям источников относятся точечные, линейные, поверхностные и объемные. Линейные и поверхностные источники можно рассматривать как определенный набор эффективных точечных источников.

В зависимости от продолжительности выбросы могут быть: непрерывными и залповыми.