Забруднення атмосфери

Місцевість залежно від її географічних координат завжди має свої регіональні (зональні) особливості. Такі, наприклад, як кліматичні, геологічні, грунтово-рослинні та інші. Особливо важливо те, що залежно від цих специфічних особливостей, вона може по-різному впливати на здатність самоочищення повітря від забруднюючих речовин. Тому відповідно до цього вся територія земної кулі зонована залежно від величини метеокліматичного потенціалу самоочищення атмосфери на п'ять типів. Перший тип має найбільш низьку здатність до самоочищення. На нашій території це найбільш північна маленька частина території країни (північніше 52^о п.ш.). Другий тип має більш помірну здатність до самоочищення. Практично це вся територія України за винятком І зони і південно-східної та південно-західної її частини. Третій тип має підвищений потенціал самоочищення. Це крайня південно-східна і крайня південно-західна територія України (рисунок 6.2).

Крім потенціалу самоочищення, місцевість обумовлює специфічні фізичні процеси в атмосфері (такі, як турбулентність, стратифікація, конвекція і т.п.).

Інверсійна стратифікація спостерігається у випадку, коли температура повітря в шарах на різній висоті сильно послаблює турбулентний обмін та переміщення забруднюючих речовин від земної поверхні із низького приземного шару в більш високі шари атмосфери. З цієї причини при утворенні інверсій домішки, які викидає наземне джерело, залишаються поблизу земної поверхні і тим самим створюють підвищений рівень їх концентрації в зоні їх викиду. Зазначимо, що в міських населених пунктах більш частіші припідняті інверсії (близько 46% загальної кількості, тобто коли їх нижня межа не збігається з земною поверхнею, а знаходиться на деякій висоті). Менш частіші приземлені (до 13%, у яких нижня межа збігається з земною поверхнею). Для сільської місцевості, навпаки, припідняті складають менше 15%, а приземні 38%. Це викликано, в першу чергу, великим об'ємом антропогенних викидів у містах. До того ж антропогенний потік у містах досягає 10% сумарного притоку сонячної радіації, теплоти в грунт та теплоти, яка витрачається на випаровування.

Звичайно в природних умовах вночі складаються більш сприятливі умови для формування приземної інверсії радіаційного проходження (вертикальний градієнт температури повітря γ < 0). У цей час відбувається особливо інтенсивна втрата теплоти земною поверхнею.

Проте в цей же час під впливом збільшеного зустрічного випромінювання атмосфери за рахунок наявності в ній високих концентрацій домішок та водяного пару в населених пунктах (великих містах) ефективне випромінювання поверхні землі значно нижче, ніж на околицях. Оскільки вночі в містах тепловий потік із землі за своєю абсолютною величиною значно більший, ніж на околицях, то вночі в містах поблизу поверхні більш позитивне значення вертикального градієнта температури (γ > 0).

Температура в приземному шарі не підвищується, як це має місце на околицях, а навпаки, знижується з висотою. Відповідно інверсія при цьому піднімається на деяку висоту (Z) над поверхнею землі (рисунок 6.3).

При розгляданні процесів стратифікації звичайно вважають, що приземний шар атмосфери обмежується висотою Z=50-100 м, а прикордонний досягає висоти 1000 м.

Концентрація забруднюючої речовини в приземному шарі атмосфери над сушею визначається швидкістю вітру і турбулентним обміном (для стаціонарних джерел і для речовини, яка зберігається тривалий час у повітрі). Однією з головних характеристик приземного шару є збереження в ньому по висоті вертикальних потоків тепла і кількості руху. Для нього із збільшенням висоти властива значна зміна швидкості вітру, температури, турбулентності, а також виявлення впливу сталості і тривкості атмосфери, який пов'язаний із температурною стратифікацією.

Вирізняють наступні умови стратифікації:

- байдужа (вертикальний потік тепла близький до нуля, а зміни температури повітря з висотою відбувається за адіабатичним законом, тобто мало змінюються);

- небайдужа (температурний градієнт істотно відрізняється від нуля);

- нестійкий стан (із зверхньо адіабатичним градієнтом температури, коли стратифікація сприяє розвитку випадкових збурень у повітряному потоці і посиленню турбулентного обміну);

- сталий стан (власне стратифікація, коли температура збільшується із висотою).

 

Рисунок 6.3 – Вертикальна зміна (Z) температури (Т) повітря у місті (1) і на околицях (2)

 

Якщо в атмосфері має місце інверсія температури, то збурення в потоці згасають, і інтенсивність турбулентного обміну слабшає.