موضوع: هواشناسی آلودگی هوا

با حل معادله (3-11) برای [IMG]file:///C:\Users\DR951A~1.KAL\AppData\Local\Temp\msohtmlcl ip1\01\clip_image002.gif[/IMG] و با فرض اینکه برای تغییرات اندک P، [IMG]file:///C:\Users\DR951A~1.KAL\AppData\Local\Temp\msohtmlcl ip1\01\clip_image004.gif[/IMG]است، خواهیم داشت :
(3-12) [IMG]file:///C:\Users\DR951A~1.KAL\AppData\Local\Temp\msohtmlcl ip1\01\clip_image006.gif[/IMG]
که، [IMG]file:///C:\Users\DR951A~1.KAL\AppData\Local\Temp\msohtmlcl ip1\01\clip_image008.gif[/IMG] گرادیان دمای پتانسیل است. توجه کنید که سمت راست رابطه (3-12) اختلاف بین گرادیان*های دمای آدياباتيك خشک و محیطی است. هنگامی که دما با ارتفاع کاهش می*یابد، مثلا در اتمسفر استاندارد یا نرمال، [IMG]file:///C:\Users\DR951A~1.KAL\AppData\Local\Temp\msohtmlcl ip1\01\clip_image010.gif[/IMG] منفی خواهد بود. هنگامی که[IMG]file:///C:\Users\DR951A~1.KAL\AppData\Local\Temp\msohtmlcl ip1\01\clip_image010.gif[/IMG] منفی*تر از گرادیان دمای آدياباتيك خشک باشد، در این صورت [IMG]file:///C:\Users\DR951A~1.KAL\AppData\Local\Temp\msohtmlcl ip1\01\clip_image008.gif[/IMG] منفی و یا کمتر از صفر خواهد شد. بنابراین گرادیان دمای پتانسیل منفی بیان*گر یک جو ناپایدار (فوق آدياباتيك)است. همچنین هنگامی که [IMG]file:///C:\Users\DR951A~1.KAL\AppData\Local\Temp\msohtmlcl ip1\01\clip_image010.gif[/IMG] از گرادیان دمای آدياباتيك خشک، کمتر منفی (و یا حتی مثبت) باشد(شرایط زیر آدياباتيك)، گرادیان دمای پتانسیل مثبت خواهد بود و اتمسفر پایدار می باشد . وقتی [IMG]file:///C:\Users\DR951A~1.KAL\AppData\Local\Temp\msohtmlcl ip1\01\clip_image008.gif[/IMG] صفر است اتمسفر خنثی است.
هنگامی که دما با ارتفاع افزایش می*یابد نرخ کاهش، منفی خواهد بود که به این شرایط جوی وارونگی[1] گویند [شکل3- 8(د)]. در این حالت شرایط جوی بسیار پایدار است و مشخصه آن گرادیان دمای پتانسیل مثبت و نسبتاً بزرگ است. اثر وارونگی بصورت کاهش پخش عمودی آلاینده*ها و لذا افزایش غلظت محلی است. از انواع وارونگی*ها دو گونه آن بسیار متداول هستند، یکی شرایطی است که با نزول یک لایه هوا به درون یک توده هوای پرفشار ایجاد می*شود و دیگری وارونگی بوجود آمده براثر بازتابش از سطح زمین به اتمسفر محلی در شب هنگام است. نوع اول، وارونگی فرونشستی[2] نامیده می*شود. در این حالت معمولا یک لایه وارونگی بالای سطح زمین بوجود می*آید. این نوع وارونگی در اثر تراکم آدياباتيك و گرم شدن لایه هوا، هنگامی که به درون یک مرکز پرفشار در ارتفاعات پایین *تر کشیده می*شود، تشکیل می*گردد. در هنگام نزول آدياباتيك یک لایه هوا که رفتار یک گاز ایده*آل رادارد، طبق معادله (3-3) داریم:
[IMG]file:///C:\Users\DR951A~1.KAL\AppData\Local\Temp\msohtmlcl ip1\01\clip_image016.gif[/IMG]
بنابراین تغییر دما با فشار در هر نقطه*ی درون این لایه وارونگی تابع گرمای ویژه در فشار ثابت و چگالی گاز در آن موقعیت است. در دامنه وسیعی از دماها مقدار c_P برای هوا اساسا ثابت است. با اين حال، چگالی هوا در بالای این لایه از مقدار آن در پایین لایه کمتر است، كه به دلیل تغییر فشار باروماتیک با ارتفاع مي*باشد. در نتیجه برای این لایه هوا داریم:
[IMG]file:///C:\Users\DR951A~1.KAL\AppData\Local\Temp\msohtmlcl ip1\01\clip_image018.gif[/IMG]
معنای این عبارت آنست که بالای لایه سریعتر از پایین لایه گرم می شود . اگر فرونشست (سقوط کلی) این لایه به مدت کافی ادامه یابد یک گرادیان دمای مثبت درون لایه ایجاد خواهد شد. وجود این گرادیان، شرایط را برای ایجاد لایه وارونگی آماده می*کند. لذا این توده هوای فرونشسته به عنوان یک سرپوش بزرگ برای جو زیرین خود عمل می*کند.
باید در نظر داشت که وارونگی*های فرو نشستی در ارتفاع بسیار بالاتری از منابع انتشار اتفاق می*افتند و بنابراین بطور کلی سهمی در مشکلات آلودگی هوای کوتاه مدت ندارد. اما به هر حال این نوع وارونگی مي*تواند برای چندین روز ادامه پیدا کند و با شدت به تجمع طولانی مدت آلاینده*ها کمک نمايد. موارد خطرناک آلودگی*های هوا که در گذشته در نواحی پرجمعیت شهرهای بزرگ به ثبت رسیده است اغلب با یک وارونگی فرونشستی همراه بوده است. وارونگی*های فرونشستی مشخصه معمول سواحل غربی ایالات متحده است که تقریباً در 340 روز از سال رخ می*دهند. نمودار دمای متداول برای وارونگی فرو*نشستی، که از جریان رو به پایین هوا در یک ناحیه پرفشار ایجاد می*شود، در شکل 3-10(الف) نشان داده شده است.
در نوع دوم وارونگی که وارونگی تشعشعی[3] نامیده می*شود، لایه*های سطحی اتمسفر در طی روز از طریق هدایت، همرفت، و تابش از سطح زمین، حرارت دریافت کرده و گرم می*شوند. این مسئله باعث ایجاد یک پروفیل دما با گرادیان منفی در لایه پایینی جو می*شود. اگر یک شب صاف داشته باشیم در این*صورت سطح زمین به*سرعت گرمای خود را از دست داده و سرد می*شود. در این حالت لایه*هایی از هوا که در نزدیکی سطح زمین قرار دارند سردتر از لایه*های بالایی خود می*شوند. بنابراین پروفیل دمای روزانه معکوس می*شود و یک لایه پایدار وارونگی جو نزدیک سطح زمین را می*پوشاند[3-10(ب)]. این نوع وارونگی فقط تا قبل از روشنی روز و طی اوقاتی که آسمان
[IMG]file:///C:\Users\DR951A~1.KAL\AppData\Local\Temp\msohtmlcl ip1\01\clip_image020.jpg[/IMG]
شكل 3-10: نمايش؛ الف)وارونگی فرونشستی، ب)وارونگی تشعشعی، ج)ترکیب وارونگی*های فرونشستی و تشعشعی

صاف و باد ملایم وجود دارد بسیار شدید است. این وارونگی هنگامی که آفتاب صبحگاهی زمین را گرم می*کند و حرکت رو به بالای جریانات هوای گرم شروع می*شود از بین می*رود. اگر سطح زمین با برف پوشیده شده باشد، از آنجا که توان بازتابش برف بیشتر از 8/0 است و سطح زمین دیرتر گرم می*شود، وارونگی صبح طولانی*تر خواهد شد. شکل 3-11 نمایی واقعی از جابه*جایی روزانه توده*های هوای پایدار و ناپایدار نزدیک به سطح زمین را نشان می*دهد. تقریباً از ساعت 6 صبح تا 5 بعدازظهر در این منطقه گرادیان دما منفی است. اما با فرا رسیدن غروب، گرادیان معکوس شده و تا اندکی پس از طلوع آفتاب روز بعد ادامه می*یابد. توجه کنید که لایه وارونگی تا حدودm 300 (ft1000) به سمت بالا امتداد می یابد. ارتفاع وارونگی**های تابشی اغلب کمتر ازm 500 (ft1600) است. چنین وارونگی*هایی توسط پوشش قابل ملاحظه*ا*ی از ابر یا توسط بادهای قوی از بین می*روند. پوشش ابر تا حدودی از اتلاف تابشهای سطح زمین جلوگیری کرده و مانع از سرد شدن سریع هوای اطراف زمین می*شود. بادهای قوی، گرادیان* دمای نامطلوبی که توسط شرایط حرارتی بوجود آمده*اند را بهبود می*بخشند. وارونگی*های تابشی در مشکلات آلودگی هوا نقش مهمی دارند چرا که (برخلاف وارونگی*های فرونشستی) در لایه*ا*ی از اتمسفر که شامل منابع آلاینده است بوجود می*آیند. به علاوه، از آنجایی که احتمال تشکیل وارونگی*های تابشی در طی شب*های بدون ابر و باد بسیار زیاد است لذا شانس اینکه بتوان توسط ته*نشینی یا حرکت جانبی هوا میزان آلودگی را کاهش داد بسیار کم است.
وارونگی*های تابشی و فرونشستی ممکن است بطور همزمان در اتمسفر تشکیل شوند. این شرایط در شکل3-10(ج)، توسط یک نمودار دمای متداول نشان داده شده است. حضور مشترک دو نوع وارونگی منجر به پدیده**"به*دام افتادگی گاز خروجی از دودکش" می*شود که در بخش بعد مورد
[IMG]file:///C:\Users\DR951A~1.KAL\AppData\Local\Temp\msohtmlcl ip1\01\clip_image022.jpg[/IMG]

---

[1]-inversion

[2]-subsudence inversion

[3]-radiation inversion