Распространение стойких химических соединений в атмосфере Земли при чрезвычайных ситуациях

Предложена также комплексная математическая модель глобального распространения стойких химических соединений в атмосфере Земли. Рассматриваемая модель предусматривает комплексный подход к решению задач исследуемого класса с учетом взаимосвязи отдельных блоков, позволяющих произвести расчеты процессов, протекающих в атмосфере, гидросфере, почвах и в ледяных и снежных массах Земли, а также учитывает массообменные процессы между этими элементами системы. Рассмотрена общая структура этой математической модели и отдельных ее блоков. Отмечено, что расчеты процессов транспортировки стойких химических соединений осуществляется в сферической координатной системе, применяемой при метеорологических расчетах.

Рассматриваемая модель была использована при расчете транспортировки пестицидов (в частности, гексахлорциклогексана) в атмосфере на большие расстояния с учетом метеорологических и климатологических данных. Полученные при расчетах с использованием предложенной математической модели результаты сравнены с соответствующими показателями, отражающими результаты реального измерения содержания стойких химических соединений в атмосфере различных регионов (включая Арктический бассейн). Результаты, полученные при использовании рассматриваемой методики, могут быть использованы при кратковременных и долговременных прогнозах переноса стойких химических соединений на территории Земли.

Широкое использование получила новая разработанная во Франции схема ReLACS, которая совместно с мезомасштабными метеорологическими моделями предназначена для описания механизмов превращения в газовой фазе, относящихся к химии атмосферы, и для определения картины распространения загрязнителей в пространстве при выбросах. Считается, что ReLACS - схема химии атмосферы для химических веществ - загрязнителей атмосферы, которые сгруппированы по классам химических веществ, согласно их структуре и функциональным группам. Полагают, что укрупненная схема ReLACS по сравнению с детальной схемой RASM более точно определяет механизмы превращений не только по O, но и по другим важным оксидантам, например NO[x], ОН, летучие органические соединения и др.

Можно ожидать, что для различных задач потребуются и иные методы, например, средние поля скоростей газового потока. В ряде случаев возможно и осреднение непосредственно поля скоростей движения вредных веществ. Оптимизацию усреднения возможно проводить, ориентируясь на целевой параметр при достижении заданной точности расчета.

В атмосфере города важно установить направление движения воздушных масс. С помощью моделей проведена оценка объемов движения, выбросов стационарных и движущихся источников и атмосферного рассеяния загрязняющих веществ (включая модель городского рассеяния (UDM-FMJ) и рассеяния дорожной сети (CAR-EMJ). Учитывались метеоданные (модельно обработанные); проводился статистически-графический анализ временных серий измерений концентраций. Предложен метод, учитывающий при моделировании химическое взаимодействие загрязняющих веществ из различных источников, а в качестве примера приведено распределение NO[x]. Отработана также модель сравнительных наблюдений загрязнения городской атмосферы.

Проведено сравнение прогнозных концентраций NO[x] и NO[2] и данных измерений четырех пунктов в 1993 г. Для NO[2] получено хорошее совпадение, однако для станций в пригороде совпадение по NO[x] и NO[2] было больше, чем для станций города.

Аналогичная работа была проведена в Японии.

Изучали трансграничное загрязнение воздуха, обусловленное Азиатским континентом с использованием 3-мерной Eulerian модели, которая включала параметры выбросов, переноса и трансформации оксидов серы, азота и аммония. Эти данные использовали для определения изолиний концентрации сулфатов. Концентрации SO2 - более чем в 10 мг/м обусловлены направлением ветра, дующего с континентального материка.

Для города важна скорость распространения воздушного потока. Измерена рециркуляция внутри улицы с маломасштабной турбулентной флуктуацией над улицей: выявлено, что рециркуляция внутри улицы слабее, чем неустойчивая турбулентная циркуляция. Рециркуляция на улице соединяется с воздушным потоком над крышами домов через граничный слой, который образуется на уровне крыш. Это считается важным для изучения распространения загрязнения в городской черте.

В связи с усиливающимся влиянием человека на ОС в последние годы возникла потребность в постановке все более сложных математических моделей для описания и оценки процессов распространения, и трансформаций примесей в атмосфере на качественно новом уровне.

В условиях города атмосферные загрязнения создают еще одну особенность - образование смога. Вероятно, с помощью математического моделирования процесс исследования этого явления может быть более эффективным.

Распространение смога изучается на основе теоретической модели, построенной аналогично теории мелкой воды. Принимается при этом, что смог можно рассматривать как смесь газа с твердыми или жидкими частицами отрицательной плавучести (средняя плотность смеси больше плотности атмосферного воздуха). Вследствие этого смог растекается вдоль подстилающей его земной поверхности. Основную роль при распространении смога играют плавучести.

При математическом описании данного процесса делаются следующие предположения: распространение смога происходит в безветренную погоду; рельеф местности представляет собой ровную горизонтальную поверхность.