Математичне моделювання розсіювання забруднюючих речовин у приземному шарі атмосферного повітря

Проблема захисту довкілля та забезпечення якісного життя населення надзвичайно актуальна у наш час, коли більшість людей живуть під «факторною» експозицією та зазнають щоденного впливу забруднення довкілля (зокрема, атмосферного повітря).

Забруднення повітря різноманітними промисловими об’єктами та автотранспортом є актуальною проблемою в першу чергу міст як в Україні, так і за кордоном. Підвищена концентрація забруднюючих речовин викликає необхідність у вирішенні задач оцінки та моделювання поширення забруднюючих речовин у приземному шарі атмосфери (ПША) з метою запобігання або зменшення їх впливу. 

Під час складання звіту з ОВД виконавець повинен описати та оцінити ймовірні впливи на атмосферне повітря, в чому допомагає програмне забезпечення. На сьогоднішній день розробка програмного забезпечення та автоматична обробка даних надає широкі можливості в сфері аналізу розповсюдження забруднення повітря ПША, що відбувається за численними сценаріями. В умовах недостатньої кількості постів моніторингу  для вирішення задач прогнозування забруднення, візуалізації розповсюдження та визначення концентрацій вмісту різноманітних речовин у повітрі з метою аналізу впливу на населення,  використовують різні методики оцінювання забруднення повітря ПША. Ці методики засновані на різноманітних математичних моделях турбулентного переносу та розсіювання забруднюючих речовин з урахуванням їх фізико-хімічних особливостей.

Для прогнозування якості атмосферного повітря використовуються різноманітні методики – від найпростіших до комплексних. На даний момент більшість з них спрямовані на проведення короткострокового  від 1 до 3 днів прогнозування концентрацій забруднюючих речовин. При цьому, методики прогнозування забруднення базуються на використанні різноманітних моделей, таких як кліматичні, статистичні та тривимірні. Вищевказані, методики мають багато переваг, але мають один спільний недолік.

Вони припускають деяку стабільність процесів, що визначають стан повітря, але будь-які кліматичні зміни (короткочасні або довгострокові) або зміна кількості викидів знижує їх ефективність. Один із шляхів вирішення даної проблеми – це використання детермінованих тривимірних моделей, що намагаються  математично представити всі найважливіші процеси, які впливають на рівень забруднення повітря. Ці моделі фактично складаються з декількох підмоделей, які взаємодіють при моделюванні викиду, передачі або перетворення забруднення повітря, а саме: 

• моделі викидів, що моделюють просторовий розподіл викидів забруднюючих речовин у часі, обумовлені антропогенними або природними джерелами; 
• метеорологічні моделі, що прогнозують метеорологічні умови, вплив хімічних чинників (сонячної активності, температури, вологості, і т.д.), випромінювань (температура), опадів, які визначають перенесення і змішування забруднюючих речовин та використовують тривимірну метеорологію даних моделей в поєднанні з даними про викиди; 
• хімічні моделі, що використовують рівні основних параметрів хімічної кінетики, спектроскопічні властивості і термодинамічні співвідношення для моделювання перетворення первинного забруднення у вторинне, враховуючи властивості композиції та морфології (вимірювані дистрибутивні і оптичні властивості) забруднюючих речовин.