Тема 2. Короткострокове прогнозування техногенного забруднення атмосфери з врахуванням динаміки метеорологічних умов

1. Поширення техногенних речовин в атмосфері як міжнародна проблема.

2. Короткостроковий прогноз метеорологічних умов, не сприятливих для розсіювання домішок.

3. Практичне застосування методів короткострокового прогнозу.

1. Поширення техногенних речовин в атмосфері як міжнародна проблема. Забруднюючі речовини поширюються у вертикальному і горизонтальному напрямах.

Вертикальне перемішування відбувається за допомогою конвекційних або турбулентних рухів. Залежно від структури атмосфери і її стану в даний момент перемішування може досягти лише певної висоти. Ця висота в першу чергу залежить від розподілу температури по вертикалі в атмосфері. Температура повітря вгору зазвичай знижується, на 0,6ºС на кожних 100 м. На висоті 8-18 км. це пониження температури зникає, і рухаючись вище, можна спостерігати потепління. Шар, де відбувається зміна температури у зворотному напрямі, називається тропопаузою, а простір між нею і поверхнею землі-тропосферою. Вище знаходиться стратосфера, де потепління відбувається в результаті поглинання короткохвильового випромінювання і протікання фотохімічних реакцій. Тропопауза, що розділяє дві сфери відіграє важливу роль, вона діє як екрануючий шар між тропосферою і стратосферою. Фізичною умовою руху потоку вгору є зниження температури повітря в цьому ж напрямі. Перемішування в тропопаузі сповільнюється, і забруднюючі речовини вже можуть проникнути в стратосферу лише за допомогою дифузії - дуже повільний процес. Речовини, що мають тривалий час, життя можуть попасти в стратосферу, наприклад фреон, і час знаходження яких в тропосфері обчислюється декількома десятками років.

Часто поблизу від поверхні, спостерігається інверсія температури, т. е зміна її в протилежному напрямі, що також призводить до припинення вертикального переміщення. Місцезнаходження інверсії інколи видно неозброєним оком. Над забрудненими місцями інколи можна чудово розгледіти кордон між сірим забрудненим нижнім і верхнім чистим шарами повітря. На цьому кордоні припиняється вертикальне перемішування забруднюючих речовин. Цей близький до поверхні шар називають шаром перемішування. Висота його залежить від пори року і метеорологічних умов.

Кислотні забруднюючі речовини поширюються і в горизонтальному напрямі. Цей процес відбувається під впливом так званої адвекции напряму швидкості напряму вітру при впорядкованому русі повітря або в результаті турбулентного (неврегульованого) руху. На великих відстанях (більше 50 км.) вирішальним чинником є адвекція. Відстань, яку може в середньому пройти одна молекула забруднюючої речовини, залежить окрім швидкості вітру і від часу її перебування в атмосфері. Усі речовини, що знаходяться в атмосфері, у тому числі і її основні компоненти, через певний час вступають в хімічну реакцію або випадають з атмосфери на поверхню у вигляді осаду.

Поширення забруднюючих речовин створило багато міжнародних проблем. Наприклад, існує тісний зв'язок між утворенням кислотних дощів в Скандинавських країнах і емісією двоокису сірки і азоту в Середній і Західній Європі. Європейська економічна комісія ООН вже підрахувала, в якій мірі та або інша держава несе відповідальність, наприклад, за випадання кислотних дощів в Скандинавських країнах. Кількості забруднюючих речовин, які винагороджуються з певної країни і надходять туди з інших країн можна обчислити виходячи з колообігу речовин на даній території. Якщо в якій-небудь країні викид забруднюючої речовини (наприклад, двоокису сірки або окису азоту) на її території перевищує його випадіння в незмінній або перетвореній формі, то баланс цієї країни негативний, тобто вона більше забруднює, ніж забруднюється сама.

За пересуванням мас повітря між країнами і поширенням в такий спосіб забруднюючих речовин можна простежити. Використовуючи різні метеорологічні дані (наприклад, напрями вітру на різній висоті, швидкість вітру), можна визначити, де маса повітря, що знаходиться над певною територією, буде знаходиться через 0; 3; 6;. 36 год. Якщо ми з'єднаємо ці крапки, то отримаємо траєкторію руху повітряної маси. Цей спосіб часто застосовують в метеорології, особливо при аналізі так званих епізодичних явищ (забруднення повітря у великих масштабах, виключаючи кислотні дощі і так далі).

Таким чином, ми схематично ознайомилися з вертикальним перемішуванням (конвекція) і горизонтальним поширенням (адвекция) забруднюючих речовин. Проте їх лише теоретично можна відокремити один від одного, насправді два ці процеси проходить паралельно. Для моделювання поширення забруднюючих речовин необхідно також враховувати хімічну взаємодію, седиментацію мікроелементів, вплив рельєфу на формування потоку повітря і так далі Ці моделі дуже складні, їх теорія ще не розроблена повністю.

Дата добавления: 2014-01-06