Схема распространения загрязнения воздуха - Outline of air pollution dispersion

  • Следующее контур представляет собой обзор и актуальное руководство по рассеиванию загрязнения воздуха:

Распространение загрязнения воздуха - распространение загрязнения атмосферного воздуха. Загрязнение воздуха представляет собой попадание твердых частиц, биологических молекул или других вредных материалов в атмосферу Земли, вызывающее болезни, смерть людей, повреждение других живых организмов, таких как пищевые культуры, или естественной или искусственной среды. Загрязнение воздуха может происходить из антропогенных или естественных источников. Дисперсия относится к тому, что происходит с загрязнением во время и после его внесения; понимание этого может помочь в его выявлении и контроле. Распространение загрязнения воздуха стало предметом внимания специалистов по охране окружающей среды и государственных агентств по охране окружающей среды (местных, штатных, провинциальных и национальных) многих стран (которые приняли и использовали большую часть терминологии этой области в своих законах и постановлениях) в отношении контроль загрязнения воздуха.

Шлейфы выбросов загрязняющих веществ в атмосферу

Визуализация всплывающего гауссовского шлейфа рассеивания загрязнителя воздуха

Шлейф выбросов загрязняющих веществ в атмосферу - поток загрязняющих веществ в виде пара или дыма, выбрасываемых в воздух. Шлейфы имеют большое значение при моделировании атмосферной дисперсии загрязнения воздуха. Есть три основных типа загрязнения воздуха. выброс перья:

  • Плавучий перья - Шлейфы легче воздуха, потому что они выше температура и ниже плотность чем окружающий их воздух, или потому что они имеют примерно такую ​​же температуру, как и окружающий воздух, но имеют более низкую молекулярный вес и, следовательно, более низкая плотность, чем у окружающего воздуха. Например, выбросы от дымовые трубы промышленных печи обладают плавучестью, потому что они значительно теплее и менее плотны, чем окружающий воздух. В качестве другого примера, шлейф выбросов метан Газ при температуре окружающего воздуха обладает плавучестью, поскольку метан имеет более низкий молекулярный вес, чем окружающий воздух.
  • Плотный газовые шлейфы - Шлейфы тяжелее воздуха, потому что они имеют более высокую плотность, чем окружающий воздух. Шлейф может иметь более высокую плотность, чем воздух, потому что он имеет более высокую молекулярную массу, чем воздух (например, шлейф углекислый газ ). Шлейф может также иметь более высокую плотность, чем воздух, если шлейф имеет гораздо более низкую температуру, чем воздух. Например, шлейф испарился газообразный метан от случайного выброса сжиженный природный газ (СПГ) может иметь температуру -161 ° C.
  • Пассивные или нейтральные шлейфы - Шлейфы ни легче, ни тяжелее воздуха.

Модели рассеивания загрязнения воздуха

Существует пять типов моделей рассеивания загрязнения воздуха, а также некоторые гибриды этих пяти типов:[1]

  • Модель коробки - Коробчатая модель - самая простая из типов моделей.[2] Предполагается, что ангар (т. е. заданный объем атмосферный воздух в географическом регионе) имеет форму коробки. Он также предполагает, что загрязнители воздуха внутри бокса распределены однородно, и использует это предположение для оценки среднего содержания загрязнителя. концентрации в любом месте ангара. Несмотря на то, что эта модель полезна, ее способность точно прогнозировать распространение загрязнителей воздуха над аэродромом очень ограничена, поскольку допущение об однородном распределении загрязнителей слишком просто.
  • Гауссовская модель - Гауссова модель, пожалуй, самая старая (около 1936 г.)[3] и, пожалуй, наиболее часто используемый тип модели. Предполагается, что дисперсия загрязнителя воздуха имеет Гауссово распределение, что означает, что распределение загрязняющих веществ имеет нормальное распределение вероятностей. Гауссовские модели чаще всего используются для прогнозирования распространения непрерывных плавучих шлейфов загрязнения воздуха, исходящих от наземных или надземных источников. Гауссовские модели также могут использоваться для прогнозирования рассеивания прерывистых шлейфов загрязнения воздуха (называемых слоеные модели). Основным алгоритмом, используемым в гауссовском моделировании, является Обобщенное дисперсионное уравнение для непрерывного факела точечного источника..[4][5]
  • Лагранжиан модель - Лагранжева модель дисперсии математически следует за участками шлейфа загрязнения (также называемыми частицами), когда эти участки движутся в атмосфере, и они моделируют движение участков как случайная прогулка процесс. Затем модель Лагранжа вычисляет дисперсию загрязнения воздуха путем вычисления статистики траекторий большого количества участков шлейфа загрязнения. В лагранжевой модели используется движущаяся точка зрения[6] по мере того, как посылки перемещаются из исходного местоположения. Говорят, что наблюдатель лагранжевой модели следует за шлейфом.
  • Эйлеров модель - модель эйлерова дисперсии похожа на модель Лагранжа в том, что она также отслеживает движение большого количества участков шлейфа загрязнения по мере того, как они перемещаются из своего исходного местоположения. Наиболее важное различие между двумя моделями состоит в том, что модель Эйлера использует фиксированную трехмерную Декартова сетка[6] как система отсчета, а не как движущаяся система отсчета. Говорят, что наблюдатель модели Эйлера наблюдает за проходящим шлейфом.
  • Модель плотного газа - Модели плотного газа - это модели, которые имитируют распространение шлейфов плотных газовых загрязнений (т. Е. Шлейфов загрязнения, которые тяжелее воздуха). Три наиболее часто используемых[нужна цитата ][сомнительный – обсуждать] Модели плотного газа:

Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу

Источник выбросов загрязняющих веществ в атмосферу
  • Типы источников выбросов загрязняющих веществ в атмосферу - названы по своим характеристикам
    • Источники по форме - существует четыре основных формы, которые может иметь источник выбросов. Они есть:
      • Точечный источник - единственный идентифицируемый источник выбросов загрязняющих веществ в атмосферу (например, выбросы от горение дымовая труба печи). Точечные источники также характеризуются как находящиеся на возвышенности или на уровне земли. Точечный источник не имеет геометрический размеры.
      • Линейный источник - одномерный источник выбросов загрязняющих веществ в атмосферу (например, выбросы от автомобильное движение на проезжей части).
      • Районный источник - двумерный источник диффузных выбросов загрязняющих веществ в атмосферу (например, выбросы от лесной пожар, а свалка или испарившиеся пары от большого разлива летучей жидкости).
      • Объемный источник - трехмерный источник диффузных выбросов загрязняющих веществ в атмосферу. По сути, это районный источник с третьим (высотным) измерением (например, летучие газовые выбросы от трубопровод фланцы, клапаны и другое оборудование на разной высоте на промышленных объектах, например нефтеперерабатывающие заводы и нефтехимический растения). Другой пример - выбросы из цеха окраски автомобилей с несколькими вентиляционными отверстиями на крыше или несколькими открытыми окнами.
    • Источники по движению
    • Источники по уровню урбанизации - независимо от того, находится ли источник в пределах города или нет, актуален в том, что городские районы составляют так называемую остров тепла а жара, поднимающаяся из городского района, делает атмосферу над городской зоной более турбулентной, чем над сельской местностью.
      • Городской источник - выбросы находятся в городской зоне
      • Сельский источник - выбросы находятся в сельской местности
    • Источники по высоте
      • Источник на поверхности или на уровне земли
      • Приповерхностный источник
      • Повышенный источник
    • Источники по длительности
      • Затяжной или прерывистый источник - краткосрочные источники (например, многие аварийные выбросы кратковременные затяжки)
      • Непрерывный источник - долгосрочный источник (например, большая часть выбросов дымовых газов непрерывна)

Характеристика атмосферной турбулентности

Эффект турбулентность по дисперсии - турбулентность увеличивает увлечение и подмешивание незагрязненного воздуха в шлейф, тем самым снижая концентрацию загрязняющих веществ в шлейфе (то есть усиливая дисперсию шлейфа). Поэтому важно классифицировать количество атмосферной турбулентности, присутствующей в любой момент времени. Этот тип дисперсии зависит от масштаба.[10] Таким образом, для потоков, в которых облако загрязняющего вещества меньше, чем самые большие присутствующие водовороты, будет происходить перемешивание. Нет ограничений на размер перемешиваемых движений в атмосфере, и поэтому более крупные облака будут испытывать все более и более сильные перемешивающие движения. Следовательно, этот тип дисперсии зависит от масштаба.

Классы атмосферной устойчивости Паскуилла

Классы атмосферной устойчивости Паскуилла - старейшим и в течение многих лет наиболее часто используемым методом классификации присутствующей атмосферной турбулентности был метод, разработанный Pasquill в 1961 г.[11] Он разделил атмосферную турбулентность на шесть классы устойчивости названы A, B, C, D, E и F, причем класс A является наиболее нестабильным или наиболее турбулентным классом, а класс F - наиболее стабильным или наименее турбулентным классом.

  • В таблице 1 перечислены шесть классов
  • В таблице 2 представлены метеорологические условия, определяющие каждый класс. Классы устойчивости демонстрируют несколько ключевых идей. Солнечная радиация увеличивается атмосферная нестабильность через нагревание поверхности Земли, так что теплый воздух оказывается ниже более холодного (и, следовательно, более плотного) воздуха, способствуя вертикальному перемешиванию. Ясные ночи делают условия стабильными, поскольку земля остывает быстрее, создавая более стабильные условия и инверсии. Ветер увеличивает вертикальное перемешивание, разрушая любой тип расслоения и приближая класс устойчивости к нейтральному (D).[12]

Таблица 1: Классы устойчивости Паскуилла

Класс устойчивостиОпределение Класс устойчивостиОпределение
Аочень нестабильный Dнейтральный
Bнеустойчивый Eнемного стабильный
Cнемного нестабильный Fстабильный

Таблица 2: Метеорологические условия, определяющие классы устойчивости Паскуилла

Скорость ветра над землейДневное приходящее солнечное излучениеНочная облачность
РСмиль / чСильныйУмеренныйНезначительный> 50%< 50%
< 2< 5АА - БBEF
2 – 35 – 7А - БBCEF
3 – 57 – 11BДО Н.ЭCDE
5 – 611 – 13CCDDDD
> 6> 13CDDDD
Примечание: класс D применяется к сильной облачности при любой скорости ветра днем ​​и ночью.

Поступающее солнечное излучение основано на следующем: сильное (> 700 Вт · м−2), умеренная (350-700 Вт · м−2), слабая (<350 Вт · м−2)[13]

Другие параметры, которые могут определять класс устойчивости

Класс устойчивости можно определить также с помощью

Расширенные методы классификации атмосферной турбулентности

Расширенные модели рассеивания загрязнения воздуха - они не классифицируют атмосферную турбулентность с помощью простых метеорологических параметров, обычно используемых при определении шести классов Паскуилла, как показано в таблице 2 выше. Более продвинутые модели используют некоторую форму Теория подобия Монина-Обухова. Вот некоторые примеры:

Разная другая терминология

(Работа над этим разделом постоянно ведется)
  • Строительные эффекты или промывка: Когда шлейф загрязнения воздуха проходит над близлежащими зданиями или другими сооружениями, на подветренной стороне здания образуются турбулентные водовороты. Эти водовороты заставляют шлейф от источника, расположенного примерно в пять раз выше высоты ближайшего здания или сооружения, опускаться на землю гораздо раньше, чем если бы здания или сооружения не было. Эффект может значительно увеличить результирующие концентрации загрязняющих веществ на уровне земли ниже здания или сооружения. Если загрязняющие вещества в шлейфе истощаются при контакте с землей (частицы, например), увеличение концентрации сразу после здания или сооружения приведет к уменьшению концентрации дальше по потоку.
  • Отложение компонентов шлейфа загрязнения на подстилающую поверхность можно определить как сухое или влажное отложение:
    • Сухое осаждение представляет собой удаление газообразного или твердого материала из шлейфа загрязнения при контакте с поверхностью земли или растительностью (или даже с водными поверхностями) посредством процессов переноса, таких как поглощение и гравитационный осаждение. Это можно рассчитать с помощью скорость осаждения, что связано с сопротивлением подстилающей поверхности переносу.
    • Влажное осаждение удаление компонентов шлейфа загрязнения под действием дождя. Влажные выпадения радионуклидов в шлейфе загрязнения из-за дождя часто образуют так называемые горячие точки радиоактивности на подстилающей поверхности.
  • Инверсионные слои:[5] Обычно воздух около земной шар Поверхность России теплее воздуха над ней, потому что атмосфера нагревается снизу, так как солнечное излучение нагревает поверхность Земли, которая, в свою очередь, нагревает слой атмосферы непосредственно над ней. Таким образом, температура атмосферы обычно понижается с увеличением высоты. Однако при определенных метеорологических условиях могут образовываться слои атмосферы, в которых температура увеличивается с увеличением высоты. Такие слои называются инверсионными. Когда такой слой образуется на поверхности Земли, его называют поверхностная инверсия. Когда на некотором расстоянии над землей образуется инверсионный слой, он называется инверсией. инверсия вверх (иногда называемый инверсия укупорки ). Воздух внутри инверсии на высоте очень стабилен с очень небольшим вертикальным движением. Любой поднимающийся воздушный поток внутри инверсии вскоре расширяется, тем самым адиабатическое охлаждение до более низкой температуры, чем окружающий воздух, и посылка перестает подниматься. Любой тонущий пакет вскоре адиабатически сжимается до более высокой температуры, чем окружающий воздух, и пакет перестает тонуть. Таким образом, любой шлейф загрязнения воздуха, который попадает в инверсию наверху, будет претерпевать очень небольшое вертикальное перемешивание, если он не импульс полностью пройти через инверсию наверху. Это одна из причин, почему инверсию наверху иногда называют инверсией кепки.
  • Высота смешивания:[5] Когда образуется инверсия наверху, слой атмосферы между поверхностью Земли и основанием инверсии наверху известен как слой смешивания а расстояние между поверхностью Земли и нижней точкой инверсии наверху известно как высота смешивания. Любой шлейф загрязнения воздуха, рассеивающийся под высотой инверсии, будет ограничен в вертикальном перемешивании до того, что происходит под нижней частью высотной инверсии (иногда называемой крышка). Даже если шлейф загрязнения проникает через инверсию, он не будет подвергаться дальнейшему значительному вертикальному перемешиванию. Что касается шлейфа загрязнения, полностью проходящего через инверсионный слой наверху, это случается редко, если только исходная труба шлейфа загрязнения не очень высока, а инверсионная крышка довольно низка.

Смотрите также

Модели рассеивания загрязнения воздуха

Другие

Рекомендации

  1. ^ Список моделей атмосферной дисперсии
  2. ^ Распространение загрязнения воздуха: коэффициент вентиляции Доктор Нолан Аткинс, Линдонский государственный колледж
  3. ^ Bosanquet, C.H. и Пирсон, Дж. Л. (1936).Распространение дыма и газов из дымохода, Пер. Faraday Soc., 32: 1249.
  4. ^ Моделирование атмосферной дисперсии
  5. ^ а б c Бейчок, Милтон Р. (2005). Основы диспергирования дымового газа (4-е изд.). авторское издание. ISBN  0-9644588-0-2. (Глава 8, страница 124)
  6. ^ а б Особенности моделей дисперсии публикация Евросоюз Объединенный исследовательский центр (JRC)
  7. ^ Техническое руководство и руководство пользователя DEGADIS (Сайт загрузки Агентства по охране окружающей среды США)
  8. ^ UCRL-MA-105607, Руководство пользователя для плиты: модель атмосферной дисперсии для выбросов плотнее воздуха, Дональд Ермак, июнь 1990 г.
  9. ^ «Техническое справочное руководство HEGADIS» (PDF).
  10. ^ Уолтон, Джон (апрель 1973 г.). «Масштабно-зависимая диффузия». Журнал прикладной метеорологии. 12 (3): 548. Дои:10.1175 / 1520-0450 (1973) 012 <0547: SDD> 2.0.co; 2.
  11. ^ Паскуилл, Ф. (1961). Оценка рассеивания переносимого ветром материала, Метеорологический журнал, том 90, № 1063, стр. 33-49.
  12. ^ Паскуилл, Ф. (февраль 1961 г.). «Оценка рассеивания переносимого ветром материала». Метеорологический журнал. 90: 33–49.
  13. ^ Сайнфелд, Джон (2006). Химия и физика атмосферы: от загрязнения воздуха до изменения климата. Хобокен, Нью-Джерси: John Wiley & Sons, Inc., стр. 750. ISBN  978-0-471-72018-8.
  14. ^ а б «Классы устойчивости Паскуилла». NOAA.
  15. ^ а б Седефиан, Леон; Беннетт, Эдвард (1980). «Сравнение схем классификации турбулентности». Атмосферная среда. 14 (7): 741–750. Дои:10.1016/0004-6981(80)90128-6.
  16. ^ [1][мертвая ссылка ]
  17. ^ «AERMOD: Описание формулировки модели» (PDF).
  18. ^ ADMS 4 Описание модели разработано разработчиками Cambridge Environmental Research Consultants.

дальнейшее чтение

внешняя ссылка