Роль климатических факторов в загрязнении атмосферы

Загрязнение атмосферы — сложный природно-промышленный процесс, связанный с поступлением и рассеиванием загрязняю­щих веществ в приземном слое атмосферы. Значительную роль в этом процессе играют метеорологические условия в месте рас­положения источника загрязнения. При одинаковых парамет­рах выброса в приземном слое атмосферы могут возникать раз­ные по величине концентрации загрязняющих веществ. Их ве­личины будут зависеть от скорости и направления ветра, тем­пературной стратификации атмосферы, температуры воздуха в момент выброса, осадков и других факторов.

В общем случае ветер в момент выброса загрязняющих ве­ществ может играть как положительную, так и отрицательную роль в загрязнении атмосферы. Достаточная скорость ветра спо­собствует хорошему «проветриванию» атмосферы, отсутствие его продолжительное время может привести к застойным явле­ниям и накоплению веществ в воздухе. Однако необходимо знать, что при всех прочих равных условиях существует опас­ная скорость ветра,при которой в приземном слое ат­мосферы возникают максимальные приземные концентрации за­грязняющих веществ от организованных выбросов. Такая ско­рость ветра определяется только параметрами источника вы­броса (труба, аэрационный фонарь, свечи и т. д.) и газовоз­душной смеси.

Опасная скорость ветра — один из климатических факторов, оп­ределяющих неблагоприятные метеорологические условия (НМУ).

В зависимости от расположения источника выброса по от­ношению к жилому массиву существует понятие «опасное на­правление ветра» — направление от источника выброса на жи­лой массив. При нескольких источниках выброса и расположе­нии жилого массива вокруг предприятия за «опасное» прини­мается направление ветра, при котором происходит наложение факелов выброса наиболее мощных источников загрязнения ат­мосферы или наибольшего количества этих факелов.

В реальных условиях в атмосфере может быть любое распре­деление температуры воздуха по высоте, в зависимости от ко­торого выделяют три типичных состояния атмосферы: безраз­личное, неустойчивое и устойчивое.

При безразличном состоянии атмосфера характеризуется снижением температуры воздуха на каждые 100 м высоты на 1°С (сухоадиабатический градиент). Если при таком состоя­нии атмосферы выделить элементарный объем воздуха, то его температура при движении вверх или вниз будет постоянно одинакова с окружающей его атмосферой. Таким образом, атмосфера не будет способствовать перемеще­нию этого объема воздуха ни вверх, ни вниз, т.е. она остается безразличной. С точки зрения рассеивания загрязняющих ве­ществ такое состояние атмосферы не самое худшее, но и особо благоприятным оно не является.

Наиболееактивно рассеиваются вещества в атмосфере при неустойчивом состоянии, когда реальный градиент температур превышает сухоадиабатический, т. е. температура на каждые 100 м высоты падает больше чем на 1°С. В этом случае каждый опускающийся объем воздуха будет всегда хо­лоднее и тяжелее воздуха в окружающей его атмосфере и по­этому будет стремиться вниз, и наоборот, поднимаю-щийся бу­дет всегда теплее и легче атмосферного, поэтому будет им вы­талкиваться. Это способствует развитию первоначального им­пульса, и ускорение движению будет тем интенсивнее, чем боль­ше температура этого элементарного объема будет отличаться от температуры окружающего воздуха. Такое состояние атмо­сферы наиболее благоприятно для рассеивания загрязняющих веществ.

Устойчивое равновесие в атмосфере возникает в том случае, когда реальный градиент температур меньше сухоадиабатического, т.е. температура воздуха на каждые 100 м высоты па­дает меньше чем на 1°С.Поднимающийся элемен­тарный объем воздуха будет охлаждаться быстрее, чем атмо­сферный, и будет все время тяжелее, а опускающийся— все время теплее, а значит и легче. Другими словами, при устойчи­вом равновесии этот объем воздуха будет стремиться вернуться к своему исходному положению, а действие первоначального импульса гасится тем интенсивнее, чем меньше градиент тем­ператур. Такое состояние атмосферы из всех рассмотренных выше наиболее неблагоприятное для рассеивания загрязняю­щих веществ. Устойчивое состояние атмосферы — еще один ИЗ климатических факторов, определяющих НМУ.

Иногда температура воздуха в приземном слое атмосферы не уменьшается, а возрастает с высотой. Такое состояние ат­мосферы называют температурной инверсией, возникновению которой способствуют штили, туманы, низкая облачность или вторжение больших масс холодного либо теплого воздуха. Ин­версионный слой, сформировавшийся на линии, разделяющей холодный и теплый воздух, создает препятствие рассеиванию загрязняющих веществ, т. е. рассеивание практически не про­исходит.Длительное состояние инверсии может привести к катастро­фическому загрязнению атмосферы, что требует особых меро­приятий (остановка производств, запрещение использования транспорта, эвакуация людей и т. д.).

На распространение загрязняющих веществ в атмосфере оказывает влияние как температура атмосферы в момент вы­броса, так и температура газовоздушной смеси. При расчетерассеивания загрязняющих веществ необходимо предваритель­но определить значение разности температур, в котором температура выбрасываемой в атмосферу газовоздушной смеси определяется по действующим для данного производства технологическим нормативам, а темпера­тура окружающего атмосфер-ного воздуха -по фактиче­ским замерам. Если разность температур равна 0, то выброс считается «холодным», при разности температур больше 0газовоздушная смесь считается «нагретой». Холод­ные выбросы рассеиваются в атмосфере хуже, поэтому, чем теплее атмосферный воздух и меньше значение разности температур,тем боль­ше приземная концентрация загрязняющих веществ. При расче­те максимальной приземной концентрации температура наруж­ного воздуха принимается равной средней максимальной тем­пературе наружного воздуха наиболее жаркого месяца года. Высокая температура воздуха - еще один параметр, опреде­ляющий НМУ.

Осадки играют положительную роль в самоочищении ат­мосферы от загрязняющих веществ. Однако в последнее время обнаружено еще одно явление, связанное с загрязнением атмо­сферы и осадками и получившее название кислотный дождь или кислые осадки (второе название более правильное).

Процессы, происходящие в атмосфере, играют активную роль в рассеивании загрязняющих веществ и определяют их кон­центрации в приземном слое. Величина концентрации может быть замерена или рассчитана, это определит состояние атмо­сферы. Максимальная приземная концентрация загрязняющих веществ в приземном слое атмосферы возникает при НМУ - опасная скорость ветра, устойчивое состояние атмосферы и мак­симальная температура воздуха в момент выброса.