Wiatry bardzo słabe ( 0-2 m·s^-1) + słabe (3-5 m·s^-1) + cisze: * wybrzeże - około 40% * środkowa Polska - ponad 50% * południowa Polska - około 70% * obszary podgórskie i górskie- około 90% dni w roku

Klasy turbulencyjności: *brak turbulencji v=0m/s *turbulencja słaba >0-4m/s *turbulencja umiarkowana >4-10m/s *turbulencja silna >10-20m/s *turbulencja bardzo silna >20m

Pionowy profil prędkości wiatru: przyrost prędkości zależy od: *charakteru podłoża, *stanu pionowej równowagi atmosfery *prędkości wiatru

Pionowy profil kierunku wiatru: *w szerokościach umiarkowanych, nad lądem średnio o 23,5°- latem 20°, zimą 30°, *nad terenem płaskim kąt skrętu w prawo mniejszy niż nad górzystym, *mniejszy kąt skrętu przy dużej prędkości wiatru i większy przy małej, *kąt skrętu zależy od krzywizny izobar - w obszarach niżów barycznych średnio 15-20°, a w wyżach 30-35°.

Temperatura potencjalna powietrza: jest temperaturą jaką cząstka by miała, gdyby została sprowadzona adiabatycznie do ciśnienia standardowego P0, równego zazwyczaj 1000 hPa.

Procesy prowadzące do powstania równowagi chwiejnej: *Każdy proces, który powoduje powstawanie chłodniejszego powietrza na większych wysokościach i cieplejszego na mniejszych przyczynia się do zmniejszenia stabilności atmosfery *ogrzewanie powietrza od gruntu - słońce ogrzewając grunt ogrzewa powietrze przy nim zalegające, a to powoduje, że powietrze ciepłe znajduje się w dolnej warstwie atmosfery poniżej chłodnego *ciepła adwekcja przy gruncie - napływ ciepłego powietrza nad dany obszar powoduje podwyższenie temperatury przy powierzchni ziemi *chłodna adwekcja w wyższych warstwach atmosfery - napływ chłodnego powietrza w górne warstwy atmosfery powoduje, że powietrze jest tam chłodniejsze od tego poniżej.

Procesy prowadzące do powstania równowagi stałej: *Każdy proces, który powoduje powstawanie cieplejszego powietrza na większych wysokościach i chłodniejszego na mniejszych przyczynia się do zwiększenia stabilności atmosfery *ochłodzenie z wypromieniowania - występuje podczas spokojnych i bezchmurnych nocy, kiedy powietrze przy gruncie ochładza się szybciej niż warstwy powyżej (na skutek wypromieniowania ciepła) i w rezultacie chłodniejsze powietrze zalega przy gruncie *chłodna adwekcja przy gruncie - napływające zimne powietrze powoduje szybszy spadek temperatury przy gruncie niż na większych wysokościach *ciepła adwekcja w górnych warstwach atmosfery - kiedy ciepłe powietrze napływa na wyższe warstwy atmosfery i powoduje podwyższenie temperatury na większych wysokościach (podczas gdy poniżej temperatura jest niższa).

Głębokość warstwy mieszania zależy od: *stopnia nagrzania podłoża - im jest większy, tym większa turbulencja termiczna *prędkości wiatru - im jest ona większa, tym większa turbulencja mechaniczna *szorstkość podłoża - im większa, tym silniejsza turbulencja mechaniczna

Rodzaje smug w zależności od pionowego gradientu temperatury: 1.Smuga narastająca (wznosząca) : powstaje, gdy inwersja rozciąga się poniżej wylotu komina lub w niewielkiej odległości od niego. Wyemitowane gazy odlotowe mogą rozprzestrzeniać się tylko ku górze, ponieważ inwersja hamuje ich ruch w dół. 2. Smuga termiczna: jest często obserwowana w letnie popołudnia kiedy ruchy termiczne są dobrze rozwinięte. Prądy konwekcyjne gazy powodują rozerwanie smugi na poruszające się oddzielnie fragmenty, które często unoszą się do góry i tworzą chmury typu cumulus.

Rodzaje smug w zależności od pionowego gradientu temperatury: 1. Smuga chorągiewkowa spowodowana jest przez małą prędkość gazów odlotowych, niewystarczającą do ich odprowadzenia na znaczniejszą odległość od komina. W przypadku silnych wiatrów smuga tego typy nie stanowi problemu, ponieważ zanieczyszczenia ulegają szybkiemu rozcieńczeniu. Problem pojawia się przy słabych wiatrach. 2.Smuga zstępująca jest charakterystyczna dla przypadku, gdy niewysoki komin stoi blisko wysokiego budynku lub jest wręcz na jego dachu. Łatwo jest wówczas o skierowanie smugi spalin ku powierzchni Ziemi.

Rodzaje smug w zależności od pionowego gradientu temperatury: 1.Smuga pętlowa tworzy się w przypadku występowania dużego gradientu temperatury. Na jej kształt mają wpływ wysokie budynki, wzniesienia terenu oraz termiczna konwekcja. 2.Smuga stożkowa powstaje, gdy pionowy gradient temperatury jest mały. Tworzy się na skutek mieszania gazów odlotowych z otaczającym powietrzem. Jest typowa dla pory wieczorowej, kiedy spadek temperatury przy gruncie stabilizuje najniżej położone warstwy powietrza.

Rodzaje smug w zależności od pionowego gradientu temperatury: 1.Smuga wentylacyjna jest charakterystyczna dla stanów równowagi stałej, w tym inwersji temperaturowej. Atmosfera jest wówczas stabilna, z niewielkim wiatrem. Struga jest płaska i porusza się horyzontalnie osiąga stan równowagi. 2.Smuga zanieczyszczająca tworzy się podczas inwersji temperatury powyżej wylotu komina. Zanieczyszczenia spułapkowane przez warstwę inwersyjną szybko osiągają powierzchnię Ziemi. Smuga ta często występuje nad ranem, po nocnej smudze wentylacyjnej. Świeże nocne powietrze zostaje wówczas zastąpione powietrzem zanieczyszczonym.

Elementy i zjawiska służące do określania stanów równowagi: *prędkość wiatru *klasa radiacyjna *wysokość Słońca nad horyzontem i stopień nasłonecznienia *stopień pokrycia chmurami *wysokość podstawy chmur *stan gruntu *widzialność

Ocena kwasowości opadów (pH) : *6,1-6,5   lekko podwyższona  *5,1-6,1  normalna  *4,6-5,1  lekko obniżone  *4,1-4,6  znacznie obniżone  *Poniżej 4,1 silnie obniżone 
  Procesy zachodzące w zanieczyszczonej warstwie objęte opadami  *zwykłe rozpuszczenie i wymycie związku  *rozpuszczenie związku, połączone z uwodnieniem i dysocjacją  *rozpuszczenie i następująca bezpośrednio po nim przemiana lub reakcja z innymi substancjami 

  Intensywność  wymywania zanieczyszczeń z powietrza atmosferycznego zależy od; * charakteru opadu  *czasu opadu  *wielkości średnicy kropel deszczu  *prędkości opadania kropel deszczu  *charakteru zanieczyszczenia *nasycenia kropli deszczu zanieczyszczeniami

Rodzaje źródeł *punktowe (ruchome lub nieruchome, np. kominy przemysłowe, chłodnie wentylatorowe, poziome wyrzutnie wentylacyjne, instalacje przemysłowe, wybuchy materiałów chemicznych lub zbiorników ) *liniowe (rozmieszczone wzdłuż linii prostej lub krzywej, prostopadle, równolegle albo skośnie do kierunku wiatru, w tym ciągłe jak np. autostrady, ulice, kanały ściekowe lub nieciągłe - np. punktowe wyrzutnie wentylacyjne z hali produkcyjnej *powierzchniowe (wydzielanie zanieczyszczeń następuje z płaszczyzny lub z cienkiej warstwy przylegającej do płaszczyzny, w tym o emisji ciągłej, np. wszelkie otwarte zbiorniki cieczy - jeziora, morza, oceany oraz powierzchnia ziemi - hałdowiska, np. popiołów lotnych, czy obszary pustynne lub emisji skokowej - miasta

Matematyczny opis procesów atmosferycznych Modelowanie matematyczne umożliwia:*ocenę istniejącego stanu zanieczyszczenia - modele diagnostyczne *prognozowanie skutków przyszłych wysokich stężeń emisyjnych- prognostyczne, a także przewidywanie zagrożeń związanych z emisją losową, powstałą

na skutek np. awarii urządzeń.

Praktyczne pomiary stężeń emisyjnych są inwestycją kosztowną w porównaniu do modelowania matematycznego.

Modelowanie jest ważne w doborze miejsca przyszłych źródeł emisji zanieczyszczeń w celu minimalizacji wpływu emisji na środowisko naturalne i w planowaniu zabudowy miejskiej, może zatem dostarczyć wyniki dla takich dziedzin jak: *planowanie przestrzenne zabudowy mieszkaniowej, *planowanie nowych centrów emisji,*projektowanie stref ochrony krajobrazu.

Skala przestrzenna modeli rozprzestrzeniania zanieczyszczeń w atmosferze: *-globalna (powyżej 2000km) *-kontynentalna (200-2000km)*regionalna (20-200km) *lokalna (2-20 km) *turbulencyjna (do 2 km)

Zanieczyszczenia emitowane do atmosfery ze źródeł naturalnych i sztucznych podlegają: *transportowi, w wyniku działania wiatru *rozcieńczaniu, w wyniku dyfuzji turbulencyjnej *przemianom fizykochemicznym, z udziałem naturalnych składników powietrza *procesom usuwania, w wyniku mokrej depozycji

Modelowanie rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń w atmosferze* Modele fizyczne - procesy zachodzące w rzeczywistej atmosferze są symulowane w mniejszej skali w laboratorium przy wykorzystaniu tuneli wiatrowych lub zbiorników wodnych

Modele matematyczne: - empiryczne - korzystają z danych pomiarowych, które służą do ustalenia empirycznych zależności opisujących procesy atmosferyczne --deterministyczne - wykorzystują matematyczny opis procesów fizycznych i chemicznych zachodzących w atmosferze.

Modele statystyczne są oparte na: -prognozowaniu rozwoju epizodów zanieczyszczeń; -statystycznych i półdoświadczalnych technikach analizy trendów, -okresowości oraz wzajemnych zależności między jakością powietrza a pomiarami atmosferycznymi,

modele statystyczne= klimatyczne

wyznaczenie semiempirycznych zależności receptor - źródło Metody:- modele regresyjne, -proste tablice rozdzielcze -regresja pojedyncza -regresja wielokrotna -analiza ciągów chronologicznych -analiza wielowymiarowa, jak np. analiza spektralna, analiza czynnikowa, analiza skupień.

Przewidywanie wartości wynikowej na podstawie modelu regresji wymaga: -zbudowania modelu funkcji regresji -estymacji parametrów modelu -statystycznej weryfikacji modelu -wyznaczenia wartości zmiennych niezależnych

modele deterministyczne = fizyczne Obliczenia rozpoczyna się od punktu emisji i następnie ustala się zależności przyczynowo-skutkowe typu emitor-receptor. Stężenia zanieczyszczeń wyznacza się korzystając z równań i wzorów teoretycznych, a danymi wejściowymi są wielkości emisji i parametry meteorologiczne, wyrażające dyspersję zanieczyszczeń.

Matematyczny opis procesów atmosferycznych

zasady zachowania: -masy -ciepła -pędu -wody -zanieczyszczeń .

równania podstawowe: -ciągłości -dopływu ciepła -ruchu -transportu wody -transportu zanieczyszczeń -dodatkowe równania

Dla większości modeli rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń podstawę stanowi równanie turbulencyjnej dyfuzji.

Istnieje duża różnorodność modeli transportu i dyspersji zanieczyszczeń, stanowiących matematyczny opis dyfuzji zanieczyszczeń w atmosferze na podstawie znajomości stanu atmosfery i wielkości emisji.

Modele matematyczne deterministyczne

Modele Lagrangeowskie - Modele gaussowskie - Modele pudełkowe - Modele cząstek

Modele Eulerowskie - Modele analityczne - Modele pudełkowe - Modele numeryczne z domknięciem pierwszego rzędu - Modele numeryczne z domknięciem drugiego rzędu

- Modele numeryczne z domknięciem uwzględniającym turbulencję podsiatkową

Modele gaussowskie Modele smugi segmentowej i/lub obłoku przystosowane dla opisu rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń w warunkach niestacjonarnych i niejednorodnych. Modele „nowej generacji: z modułem gaussowskim, posługujące się parametrami warstwy granicznej

Parametry obszaru modelowania cechy charakterystyczne modelowanego obszaru, takie jak szorstkość podłoża, pokrycie roślinne, hipsometria, rodzaj gleby

Charakterystyka źródeł emisji Parametry opisujące źródło emisji zależą od jego typu. Generalnie brak jest szczegółowej inwentaryzacji wszystkich źródeł. Najlepiej rozpoznana jest wielkość emisji z sektora energetycznego

Dane dotyczące procesów fizykochemicznych zanieczyszczeń w atmosferze Całkowity opis chemii zanieczyszczeń w modelu powinien obejmować około 1000 reakcji zachodzących pomiędzy setkami różnych substancji. Jest to więc proces niezmiernie złożony i nie do końca rozpoznany

Dane meteorologiczne Zapotrzebowanie na dane meteorologiczne zależy głównie od skali modelowania obszaru, skali czasowe, związanej z jego przeznaczeniem i przede wszystkim od jego złożoności

Dane pomiarowe imisji zanieczyszczeń Są to przede wszystkim dane z sieci monitoringu i innych stacji pomiarowych, rejestrujących stężenia zanieczyszczeń w sposób systematyczny w ustalonych terminach lub automatycznie w sposób ciągły. Dokładność takich danych zależy od metodyki pomiarów i jakości sprzętu pomiarowego

W praktyce inżynierskiej najczęściej stosuje się modele: proste, oparte na pojedynczych równaniach różniczkowych, w skali lokalnej (o zastosowaniu na niezbyt dużych obszarach),

dla których w sposób doświadczalny ustala się charakterystyczne współczynniki dotyczące:

-stanu atmosfery, -parametrów emisji, -konfiguracji terenu.

Modele gaussowskie smugowe starej generacji obowiązuje tradycyjny opis warunków meteorologicznych, w tym intensywności ruchów

turbulencyjnych w atmosferze ( dyskretne stany równowagi atmosfery)

schematy parametryzacji dyfuzji w tych modelach są odnoszone do w/w stanów równowagi atmosfery stężenie zanieczyszczenia wyznaczane z równania gaussowskiego dla smugi (formuły Pasquilla)

model Gaussa Stosowany dla: -emisji, które nie powodują znacznych zmian charakterystyk powietrza, a w szczególności nie oddziałują na przepływ powietrza;

-niezbyt ekstremalnych warunków pogodowych; -obszarów bliskich źródeł uwolnień (powyżej 100 m); -niewielkich wysokości źródła (w związku ze skrętem kierunku wiatru wraz z wysokością); -prędkości wiatru powyżej zera.

W praktyce inżynierskiej najbardziej rozpowszechniony jest model Pasguilla z 1961 roku. Formuła ta opisuje tzw. Gaussowski model smugi zanieczyszczeń, w której stężenie zanieczyszczenia wzdłuż osi smugi ma statystyczny rozkład Gaussa.

Formuła Pasquilla opisuje rozprzestrzenianie się zanieczyszczenia gazowego w powietrzu. Stanowi rozwiązanie uproszczonego równania różniczkowego dyfuzji zanieczyszczenia gazowego w poruszającym się ośrodku gazowym. Pozostałe metody obliczeniowe są wyprowadzone z tej formuły Dotyczy punktowego źródła emisji zanieczyszczeń ( kominy, wyrzutnie wentylacyjne, wywietrzniki) Wymiary poprzeczne powierzchni wyrzutu zanieczyszczenia są o rzędy wielkości mniejsze od wymiarów obszaru, na jakim rozprzestrzeniają się zanieczyszczenia

Uproszczenie ogólnego rozważania dyfuzji atmosferycznej polega na wprowadzeniu następujących założeń: -Pole stężeń zanieczyszczeń jest stałe, tzn. stała jest wielkość emisji

-Jedynym ruchem powietrza jest wiatr -Współczynniki dyfuzji atmosferycznej nie zależą od wysokości nad powierzchnią gruntu

Najprostszą formułę do określenia stężeń zanieczyszczeń uzyskuje się przy następujących warunkach granicznych: -punktowe źródło o emisji ciągłej w czasie -brak pochłaniania zanieczyszczeń przez podłoże -brak górnej warstwy inwersyjnej, ograniczającej rozpraszanie się zanieczyszczeń w pionie

---