مخطط انتشار تلوث الهواء

📅 آخر تحديث: ٤ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٤ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 2 صور
الموسوعة الحرة

يُقدّم المخطط التالي نظرة عامة ودليلاً موضوعياً حول انتشار تلوث الهواء: في علم البيئة ، يُعرّف انتشار تلوث الهواء بأنه توزيع ملوثات الهواء في الغلاف الجوي . ويُعرّف تلوث الهواء بأنه دخول الجسيمات الدقيقة ، أو الجزيئات البيولوجية، أو غيرها من المواد الضارة إلى الغلاف الجوي للأرض، مما يُسبب الأمراض والوفيات بين البشر، ويُلحق الضرر بالكائنات الحية الأخرى، مثل المحاصيل الغذائية، والبيئة الطبيعية أو المبنية . وقد ينجم تلوث الهواء عن مصادر بشرية أو طبيعية. ويشير الانتشار إلى ما يحدث للتلوث أثناء دخوله وبعده؛ وفهم ذلك يُساعد في تحديده والسيطرة عليه.

أصبح انتشار تلوث الهواء محور اهتمام دعاة الحفاظ على البيئة ووكالات حماية البيئة الحكومية (المحلية والولائية والإقليمية والوطنية) في العديد من البلدان (التي اعتمدت واستخدمت الكثير من مصطلحات هذا المجال في قوانينها ولوائحها) فيما يتعلق بمكافحة تلوث الهواء .

أعمدة انبعاثات تلوث الهواء

تصوير لعمود انتشار ملوثات الهواء الغاوسي الطافي

عمود انبعاثات تلوث الهواء - تدفق الملوثات على شكل بخار أو دخان ينطلق في الهواء. تُعدّ أعمدة الانبعاثات ذات أهمية بالغة في نمذجة انتشار تلوث الهواء في الغلاف الجوي. وهناك ثلاثة أنواع رئيسية من أعمدة انبعاثات تلوث الهواء :

  • الأعمدة الهوائية الطافية - هي أعمدة أخف من الهواء لأنها ذات درجة حرارة أعلى وكثافة أقلمن الهواء المحيط، أو لأنها ذات درجة حرارة مماثلة تقريبًا للهواء المحيط ولكن بوزن جزيئي أقل ، وبالتالي كثافة أقل. على سبيل المثال، تُعدّ الانبعاثات من مداخن أفران الاحتراق الصناعيةطافية لأنها أكثر دفئًا وأقل كثافة من الهواء المحيط. ومثال آخر، يُعدّ عمود انبعاث غاز الميثان عند درجات حرارة الهواء المحيط عمودًا هوائيًا طافيًا لأن الميثان ذو وزن جزيئي أقل من الهواء المحيط.
  • أعمدة الغاز الكثيفة - هي أعمدة أثقل من الهواء نظرًا لكثافتها العالية مقارنةً بالهواء المحيط. قد تكون كثافة عمود الغاز أعلى من كثافة الهواء بسبب ارتفاع وزنه الجزيئي (على سبيل المثال، عمود ثاني أكسيد الكربون ). كما قد تكون كثافة عمود الغاز أعلى من كثافة الهواء إذا كانت درجة حرارته أقل بكثير من درجة حرارة الهواء. فعلى سبيل المثال،قد تصل درجة حرارة عمود غاز الميثان المتبخر نتيجة تسرب عرضي للغاز الطبيعي المسال إلى -161 درجة مئوية (-258 درجة فهرنهايت) .  
  • الأعمدة السلبية أو المحايدة - الأعمدة التي ليست أخف أو أثقل من الهواء.

نماذج انتشار تلوث الهواء

توجد خمسة أنواع من نماذج انتشار تلوث الهواء، بالإضافة إلى بعض النماذج الهجينة من الأنواع الخمسة: [ 1 ]

  • نموذج الصندوق – يُعدّ نموذج الصندوق أبسط أنواع النماذج. [ 2 ] يفترض هذا النموذج أن منطقة الهواء (أي حجم مُحدد من الهواء الجوي في منطقة جغرافية) تأخذ شكل صندوق. كما يفترض أن ملوثات الهواء داخل الصندوق موزعة بشكل متجانس، ويستخدم هذا الافتراض لتقدير متوسط ​​تركيزات الملوثات في أي مكان داخل منطقة الهواء. على الرغم من فائدته، إلا أن هذا النموذج محدود للغاية في قدرته على التنبؤ بدقة بانتشار ملوثات الهواء فوق منطقة الهواء، لأن افتراض التوزيع المتجانس للملوثات مُبسط للغاية.
  • النموذج الغاوسي – يُعدّ النموذج الغاوسي من أقدم النماذج (حوالي عام 1936) [ 3 ] ، وربما أكثرها استخدامًا. يفترض هذا النموذج أن انتشار ملوثات الهواء يتبع التوزيع الغاوسي ، أي أن توزيع الملوثات يتبع التوزيع الاحتمالي الطبيعي. تُستخدم النماذج الغاوسية غالبًا للتنبؤ بانتشار أعمدة تلوث الهواء المستمرة والصاعدة من مصادر أرضية أو مرتفعة. كما يمكن استخدامها للتنبؤ بانتشار أعمدة تلوث الهواء غير المستمرة (وتُسمى نماذج النفثات ). الخوارزمية الأساسية المستخدمة في النمذجة الغاوسية هي معادلة الانتشار المعممة لعمود تلوث مستمر من مصدر نقطي . [ 4 ] [ 5 ]
  • نموذج لاغرانج - نموذج تشتت لاغرانجي هو نموذج رياضي يتتبع مسارات جزيئات أعمدة التلوث (وتسمى أيضًا الجسيمات) أثناء تحركها في الغلاف الجوي، ويُحاكي حركتها كعملية سير عشوائي . ثم يحسب نموذج لاغرانجي تشتت تلوث الهواء من خلال حساب إحصائيات مسارات عدد كبير من جزيئات أعمدة التلوث. يستخدم نموذج لاغرانجي إطارًا مرجعيًا متحركًا [ 6 ] أثناء تحرك الجزيئات من مواقعها الأولية. ويُقال إن مراقبًا في نموذج لاغرانجي يتبع مسار عمود التلوث.
  • نموذج أويلر – يُشبه نموذج أويلر لتشتت الملوثات نموذج لاغرانج في تتبعه لحركة عدد كبير من جزيئات أعمدة التلوث أثناء انتقالها من موقعها الابتدائي. ويكمن الاختلاف الأهم بين النموذجين في أن نموذج أويلر يستخدم شبكة ديكارتية ثلاثية الأبعاد ثابتة [ 6 ] كإطار مرجعي، بدلاً من إطار مرجعي متحرك. ويُقال إن مراقب نموذج أويلر يراقب عمود التلوث وهو يمر.
  • نموذج الغاز الكثيف – نماذج الغاز الكثيف هي نماذج تحاكي انتشار أعمدة تلوث الغاز الكثيف (أي أعمدة التلوث الأثقل من الهواء). أكثر ثلاثة نماذج استخدامًا للغاز الكثيف هي:

انبعاثات ملوثات الهواء

مصدر انبعاثات تلوث الهواء
  • أنواع مصادر انبعاث ملوثات الهواء - سميت وفقًا لخصائصها
    • مصادر الانبعاثات، حسب الشكل - هناك أربعة أشكال أساسية قد يتخذها مصدر الانبعاثات. وهي:
      • المصدر النقطي هو مصدر واحد ومحدد لانبعاثات ملوثات الهواء (على سبيل المثال، الانبعاثات من مدخنة غازات احتراق فرن). يُصنف المصدر النقطي أيضًا إلى مرتفع أو على مستوى سطح الأرض. ولا يمتلك المصدر النقطي أي أبعاد هندسية .
      • المصدر الخطي – مصدر أحادي البعد لانبعاثات ملوثات الهواء (على سبيل المثال، الانبعاثات الناتجة عن حركة مرور المركبات على الطريق).
      • مصدر المنطقة - مصدر ثنائي الأبعاد لانبعاثات ملوثات الهواء المنتشرة (على سبيل المثال، الانبعاثات الناتجة عن حريق غابة أو مكب نفايات أو الأبخرة المتبخرة من انسكاب كبير لسائل متطاير).
      • مصدر حجمي – مصدر ثلاثي الأبعاد لانبعاثات ملوثات الهواء المنتشرة. وهو في الأساس مصدر مساحي ذو بُعد ثالث (ارتفاعي) (على سبيل المثال، الانبعاثات الغازية المتسربة من حواف الأنابيب والصمامات وغيرها من المعدات على ارتفاعات مختلفة داخل المنشآت الصناعية مثل مصافي النفط ومصانع البتروكيماويات ). مثال آخر هو الانبعاثات من ورشة طلاء سيارات ذات فتحات تهوية متعددة في السقف أو نوافذ مفتوحة متعددة .
    • المصادر، عن طريق الاقتراح
    • تُعدّ مصادر الحرارة، بحسب مستوى التحضر - سواء أكان المصدر داخل المدينة أم لا - ذات أهمية، إذ تُشكّل المناطق الحضرية ما يُعرف بـ" الجزيرة الحرارية" ، وتؤدي الحرارة المتصاعدة من منطقة حضرية إلى جعل الغلاف الجوي فوقها أكثر اضطرابًا من الغلاف الجوي فوق منطقة ريفية.
      • مصدر حضري – الانبعاثات تحدث في منطقة حضرية
      • مصدر ريفي – الانبعاثات في منطقة ريفية
    • المصادر، حسب الارتفاع
      • مصدر سطحي أو على مستوى الأرض
      • مصدر قريب من السطح
      • مصدر مرتفع
    • المصادر، حسب المدة
      • مصدر انبعاثات متقطع أو نفثات – مصادر قصيرة المدى (على سبيل المثال، العديد من انبعاثات النفثات العرضية هي نفثات قصيرة المدى)
      • مصدر مستمر – مصدر طويل الأجل (على سبيل المثال، معظم انبعاثات مداخن الغازات مستمرة)

توصيف الاضطراب الجوي

تأثير الاضطراب على الانتشار : يزيد الاضطراب من اندماج الهواء غير الملوث واختلاطه في عمود الدخان، مما يقلل من تركيز الملوثات فيه (أي يعزز انتشاره). لذا، من المهم تصنيف مقدار الاضطراب الجوي في أي وقت. يعتمد هذا النوع من الانتشار على الحجم. [ 10 ] ففي التدفقات التي يكون فيها حجم سحابة الملوثات أصغر من أكبر الدوامات الموجودة، يحدث اختلاط. لا يوجد حد لحجم حركات الاختلاط في الغلاف الجوي، وبالتالي ستشهد السحب الأكبر حركات اختلاط أكبر وأقوى. ومن ثم، يعتمد هذا النوع من الانتشار على الحجم. 

فئات استقرار الغلاف الجوي في باسكويل

فئات استقرار الغلاف الجوي لباسكويل - كانت الطريقة التي طورها باسكويل في عام 1961 هي الأقدم والأكثر استخدامًا لسنوات عديدة لتصنيف مقدار الاضطراب الجوي الموجود. [ 11 ] قام بتصنيف الاضطراب الجوي إلى ست فئات استقرار تسمى A وB وC وD وE وF، حيث كانت الفئة A هي الفئة الأكثر عدم استقرار أو الأكثر اضطرابًا، والفئة F هي الفئة الأكثر استقرارًا أو الأقل اضطرابًا.

  • يسرد الجدول 1 الفئات الست
  • يوضح الجدول 2 الظروف الجوية التي تُحدد كل فئة. تُبين فئات الاستقرار بعض الأفكار الرئيسية. يزيد الإشعاع الشمسي من عدم استقرار الغلاف الجوي من خلال تسخين سطح الأرض، بحيث يكون الهواء الدافئ أسفل الهواء البارد (وبالتالي الأكثر كثافة)، مما يُعزز الاختلاط الرأسي. تُؤدي الليالي الصافية إلى استقرار الظروف الجوية مع تسارع برودة الأرض، مما يُؤدي إلى ظروف أكثر استقرارًا وانعكاسات حرارية. تُزيد الرياح من الاختلاط الرأسي، مما يُؤدي إلى تفكك أي نوع من أنواع التطبق الحراري، ويدفع فئة الاستقرار نحو الحياد (D). [ 12 ]

الجدول 1: فئات استقرار باسكويل

فئة الاستقرارتعريف فئة الاستقرارتعريف
أغير مستقر للغاية دحيادي
بغير مستقر هـمستقر قليلاً
جغير مستقر قليلاً Fمستقر

الجدول 2: الظروف الجوية التي تحدد فئات استقرار باسكويل

سرعة الرياح السطحيةالإشعاع الشمسي الوارد خلال النهارغطاء سحابي ليلي
آنسةميل/ساعةقويمعتدلطفيفأكثر من 50%أقل من 50%
< 2أقل من 5أأ – ببهـF
2 – 35 – 7أ – ببجهـF
3 – 57 – 11بب - ججدهـ
5 – 611 – 13جج - دددد
> 6> 13جدددد
ملاحظة: ينطبق التصنيف D على السماء الملبدة بالغيوم الكثيفة، بغض النظر عن سرعة الرياح ليلاً أو نهاراً.

يعتمد الإشعاع الشمسي الوارد على ما يلي: قوي (> 700  واط م −2 )، معتدل (350-700  واط م −2 )، طفيف (< 350  واط م −2 ) [ 13 ]

معايير أخرى يمكن أن تحدد فئة الاستقرار

يمكن تحديد فئة الاستقرار أيضًا باستخدام

أساليب متقدمة لتصنيف الاضطرابات الجوية

نماذج انتشار تلوث الهواء المتقدمة - لا تصنف هذه النماذج الاضطرابات الجوية باستخدام المعايير المناخية البسيطة الشائعة الاستخدام في تحديد فئات باسكويل الست كما هو موضح في الجدول 2 أعلاه. بل تستخدم النماذج الأكثر تطورًا شكلًا من أشكال نظرية التشابه لمونين-أوبوخوف . ومن الأمثلة على ذلك:

مصطلحات أخرى متنوعة

(العمل على هذا القسم مستمر بشكل متواصل)
  • تأثيرات المباني أو التيارات الهابطة : عندما يمر عمود من ملوثات الهواء فوق المباني أو المنشآت المجاورة، تتشكل دوامات مضطربة في الجانب المواجه للريح من المبنى. تتسبب هذه الدوامات في دفع عمود الملوثات المنبعث من مدخنة تقع على ارتفاع يعادل خمسة أضعاف ارتفاع مبنى أو منشأة مجاورة، إلى الأرض بشكل أسرع بكثير مما لو لم يكن هناك مبنى أو منشأة. يمكن أن يؤدي هذا التأثير إلى زيادة كبيرة في تركيزات الملوثات على مستوى سطح الأرض في اتجاه الريح من المبنى أو المنشأة. إذا كانت الملوثات في عمود الملوثات عرضة للتلاشي عند ملامستها للأرض ( كالجسيمات الدقيقة ، على سبيل المثال)، فإن زيادة التركيز مباشرة في اتجاه الريح من المبنى أو المنشأة ستؤدي إلى انخفاض التركيزات في المناطق الأبعد.
  • يمكن تعريف ترسب مكونات عمود التلوث على السطح السفلي إما بأنه ترسب جاف أو ترسب رطب:
    • الترسيب الجاف هو إزالة المواد الغازية أو الجسيمية من عمود التلوث عن طريق ملامستها لسطح الأرض أو الغطاء النباتي (أو حتى المسطحات المائية) من خلال عمليات نقل مثل الامتصاص والترسيب بفعل الجاذبية . ويمكن حساب ذلك باستخدام سرعة الترسيب ، والتي ترتبط بمقاومة السطح السفلي لعملية النقل.
    • الترسيب الرطب هو إزالة مكونات عمود التلوث بفعل المطر. وغالبًا ما يؤدي الترسيب الرطب للنويدات المشعة في عمود التلوث بفعل هطول أمطار غزيرة إلى تكوين ما يُسمى بالبؤر الساخنة للإشعاع على السطح السفلي.
  • طبقات الانعكاس الحراري : [ 5 ] عادةً، يكون الهواء القريب من سطح الأرض أكثر دفئًا من الهواء فوقه، لأن الغلاف الجوي يُسخّن من الأسفل بفعل الإشعاع الشمسي الذي يُدفئ سطح الأرض، والذي بدوره يُدفئ طبقة الغلاف الجوي التي تعلوه مباشرةً. وبالتالي، تنخفض درجة حرارة الغلاف الجوي عادةً مع ازدياد الارتفاع. مع ذلك، في ظل ظروف جوية معينة، قد تتشكل طبقات جوية ترتفع فيها درجة الحرارة مع ازدياد الارتفاع. تُسمى هذه الطبقات بطبقات الانعكاس الحراري. عندما تتشكل هذه الطبقة على سطح الأرض، تُسمى انعكاسًا حراريًا سطحيًا . وعندما تتشكل طبقة انعكاس حراري على ارتفاع معين فوق سطح الأرض، تُسمى انعكاسًا حراريًا علويًا (يُشار إليه أحيانًا بالانعكاس الحراري العلوي ). يكون الهواء داخل الانعكاس الحراري العلوي مستقرًا للغاية مع حركة رأسية ضئيلة جدًا. أي كتلة هواء صاعدة داخل الانعكاس الحراري تتمدد سريعًا، وبالتالي تبرد بشكل أديباتي إلى درجة حرارة أقل من درجة حرارة الهواء المحيط، وتتوقف الكتلة عن الصعود. سرعان ما تنضغط أي كتلة هوائية هابطة بشكل أديباتي لتصل إلى درجة حرارة أعلى من درجة حرارة الهواء المحيط، فتتوقف عن الهبوط. لذا، فإن أي عمود من ملوثات الهواء يدخل طبقة انقلاب حراري في طبقات الجو العليا سيخضع لخلط رأسي ضئيل للغاية ما لم يكن لديه زخم كافٍ لعبور طبقة الانقلاب الحراري بالكامل. وهذا أحد أسباب تسمية طبقة الانقلاب الحراري في طبقات الجو العليا أحيانًا بطبقة الانقلاب الحراري العلوية.
  • ارتفاع الاختلاط : [ 5 ] عند تشكل طبقة انعكاس حراري علوية، تُعرف الطبقة الجوية الواقعة بين سطح الأرض وقاع هذه الطبقة بطبقة الاختلاط، وتُعرف المسافة بين سطح الأرض وقاع طبقة الانعكاس الحراري بارتفاع الاختلاط . أي عمود تلوث هوائي ينتشر أسفل طبقة الانعكاس الحراري العلوية سيقتصر اختلاطه الرأسي على ما يحدث أسفل قاع طبقة الانعكاس الحراري العلوية (والذي يُسمى أحيانًا بالغطاء ) . حتى لو اخترق عمود التلوث طبقة الانعكاس الحراري، فلن يخضع لأي اختلاط رأسي إضافي يُذكر. أما بالنسبة لعمود التلوث الذي يمر عبر طبقة الانعكاس الحراري العلوية بالكامل، فنادرًا ما يحدث ذلك إلا إذا كان مدخنة مصدر عمود التلوث عالية جدًا وكان غطاء طبقة الانعكاس الحراري منخفضًا نسبيًا.

انظر أيضاً

نماذج انتشار تلوث الهواء

آحرون

مراجع

  1. ↑ قائمة نماذج الانتشار الجوي
  2. ↑ انتشار تلوث الهواء: عامل التهوية، بقلم الدكتور نولان أتكينز، كلية ليندون ستيت
  3. ↑ بوسانكيه، سي إتش وبيرسون، جيه إل (1936). انتشار الدخان والغازات من المدخنة ، معاملات جمعية فاراداي، 32:1249.
  4. ↑ نمذجة الانتشار الجوي
  5. 1 2 3 بيتشوك، ميلتون ر. (2005). أساسيات تشتت غازات المداخن (  الطبعة الرابعة). منشور من قبل المؤلف. ISBN 0-9644588-0-2.(الفصل 8، الصفحة 124)
  6. 1 2 خصائص نماذج التشتت ( رابط قديم مؤرشف بتاريخ 18-12-2012 على archive.today ) منشور صادر عنمركز الأبحاث المشترك التابع للاتحاد الأوروبي (JRC)
  7. ↑ دليل المستخدم والدليل الفني لجهاز DEGADIS (موقع التنزيل التابع لوكالة حماية البيئة الأمريكية)
  8. ↑ UCRL-MA-105607، دليل المستخدم لـ Slab: نموذج الانتشار الجوي للإطلاقات الأكثر كثافة من الهواء ، دونالد إرماك، يونيو 1990.
  9. ↑ "دليل المرجع الفني لـ HEGADIS" (ملف PDF) .
  10. ↑ والتون، جون (أبريل 1973). "الانتشار المعتمد على المقياس" . مجلة الأرصاد الجوية التطبيقية . 12 (3): 548. Bibcode : 1973JApMe..12..547W . doi : 10.1175/1520-0450(1973)012 < 0547:sdd > 2.0.co ; 2 .
  11. ↑ باسكويل، ف. (1961). تقدير انتشار المواد المحمولة بالرياح ، مجلة الأرصاد الجوية، المجلد 90، العدد 1063، الصفحات 33-49.
  12. ↑ باسكويل، ف. (فبراير 1961). "تقدير انتشار المواد المحمولة بالرياح". مجلة الأرصاد الجوية . 90 : 33-49 .
  13. ↑ سينفيلد، جون (2006). كيمياء وفيزياء الغلاف الجوي: من تلوث الهواء إلى تغير المناخ . هوبوكين، نيو جيرسي: جون وايلي وأولاده، ص 750. ISBN  978-0-471-72018-8.
  14. 1 2 "فئات استقرار باسكويل" . الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي (NOAA) .
  15. 1 2 سيديفيان، ليون؛ بينيت، إدوارد (1980). "مقارنة بين مخططات تصنيف الاضطراب". بيئة الغلاف الجوي . 14 (7): 741-750 . Bibcode : 1980AtmEn..14..741S . doi : 10.1016/0004-6981(80)90128-6 .
  16. ↑
  17. ↑ "AERMOD: وصف صياغة النموذج" (ملف PDF) . 13 يوليو 2016. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) في 6 أكتوبر 2006.
  18. ↑ ADMS 4 وصف النموذج من قبل المطورين، شركة كامبريدج للاستشارات البحثية البيئية.

للمزيد من القراءة