3. Турбулентний перенос забруднювача в атмосфері
Поширення в атмосфері викидаються з труб і вентиляційних пристроїв промислових викидів підкоряється законам турбулентної дифузії. На процес розсіювання викидів суттєво впливають стан атмосфери, розташування підприємств і джерел викидів, характер місцевості, фізичні та хімічні властивості викидаються речовин, висота джерела, діаметр гирла і т. п. Горизонтальне переміщення домішок визначається в основному швидкістю вітру, а вертикальне - розподілом температур у вертикальному напрямку.
Властивості атмосфери. Одна з найважливіших характеристик атмосфери - її стійкість, тобто здатність перешкоджати вертикальним переміщенням повітря і стримувати турбулентне перемішування. Це безпосередньо пов'язано зі ступенем розсіювання забруднювачів. Щоб оцінити здатність атмосфери розсіювати забруднювачі антропогенного походження, необхідно знати ступінь її стійкості. Якщо атмосфера стійка, в ній відсутні значні вертикальні переміщення та турбулентне перемішування. В такій атмосфері антропогенні забруднювачі залишаються в тому місці, де вони викинуті, т. е. поблизу поверхні Землі. На перемішування в приземних шарах атмосфери впливає велика кількість факторів, основними з яких є температурний градієнт і турбулентна дифузія.
Відзначимо три варіанти стійкості атмосфери:
1. Стійкий стан, коли деякий об'єм повітря, що зміщувався з вихідного положення по висоті під дією якихось сил (наприклад, температурного градієнта), прагне повернутися назад.
2. Нестійкий стан, при якому об'єм повітря, який отримав імпульс руху, не повертається у вихідне положення, а з прискоренням рухається в напрямку початкового зсуву.
3. При нейтральному (байдужому) стані зміщений об'єм повітря, потрапивши в шар з такою ж температурою, залишається нерухомим [4].
Зміна температури з висотою, як зазначалося вище, характеризується температурним градієнтом. При підйомі повітряних мас внаслідок зменшення тиску об'єм повітря збільшується, а температура знижується. І навпаки, опускається повітря в обсязі зменшується, а температура зростає. При сверхадиабатическом процесі від'ємний градієнт температури, що відображає нестійкість атмосфери. Якщо ж градієнт температури позитивний, то атмосфера стійка. Коли градієнт температури дорівнює нулю, атмосфера нейтральна. При інверсії стан атмосфери дуже стійко, температурний градієнт має відносно високе позитивне значення. Інверсія може проіснувати кілька днів, що призводить до небезпечних для здоров'я людей наслідків. Такі випадки у великих містах відомі досить давно. Розрізняють два види інверсії: інверсія осідання та радіаційна. Вони можуть існувати одночасно.
На розсіювання забруднювачів в атмосфері впливає конвективне та турбулентне перемішування. Висота шару перемішування по висоті залежить від часу року, діб, топографії району. Чим більше шар перемішування, тим нижче концентрація забруднювачів в атмосфері.
Висота конвективного шару перемішування визначається теплової підйомною силою. Під впливом сонячної радіації повітря біля поверхні Землі нагрівається і набуває підйомну силу. Чим вище різниця температури повітря по висоті (температурний градієнт), тим більше прискорення, що купується повітрям за рахунок підйомної сили. Значне забруднення атмосфери в приземному шарі спостерігається при висоті конвективного шару перемішування менше 1,5 км.
Досить точно оцінити ступінь розсіювання забруднювачів в атмосфері можна, вивчивши розподіл швидкості і напрямку вітру. Ці параметри переменны, проте для кожної місцевості їх можна усереднити. Таке усереднення може бути представлено у вигляді таблиць і графіків. Результати розподіляють по восьми основних і восьми додатковим напрямами. Графічна форма зображення дається в полярних координатах помічену напрямків вітру. Розподіл швидкостей вітру уздовж кожного напряму показують довжиною відрізків радіусів за цими напрямами (роза вітрів).
На розсіювання забруднень в атмосфері впливають середня швидкість вітру і атмосферна турбулентність. Остання залежить не тільки від природних потоків, але і від механічної турбулентності, яка є результатом вітрового зсуву. Теплові вихори частіше спостерігаються в сонячні дні, коли швидкість вітру мала. Механічні вихори переважають у період вітряних ночей. Механічна турбулентність визначається рухом повітря надземної поверхнею, на неї впливає рельєф місцевості та будівлі (споруди) [5].