АТМОСФЕРАЛЫҚ ДИСПЕРСИЯЛЫҚ МОДЕЛЬДЕУДЕ AERMOD-ТЫҢ ЖАН-ЖАҚТЫ МҮМКІНДІКТЕРІ ЖӘНЕ ҚОЛДАНЫЛУЫ

КОМПЛЕКСНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ И ПРИМЕНЕНИЕ AERMOD ПРИ МОДЕЛИРОВАНИИ АТМОСФЕРНОЙ ДИСПЕРСИИ

Оразбаева Талшын Рыскелдіқызы

магистр естественных наук, Казахский национальный университет имени Аль-Фараби,

Казахстан, г. Алматы

Мадибеков Азамат Сансызбаевич

PhD, ассоцированный профессор, руководитель лаборатории гидрохимии и экологической токсикологии, АО Институт географии и водной безопасности,

Казахстан, г. Алматы

COMPREHENSIVE CAPABILITIES AND APPLICATION OF AERMOD IN ATMOSPHERIC DISPERSION MODELING

Talshyn Orazbayeva

Master of Science, Al-Farabi Kazakh National University

Kazakhstan, Almaty

Azamat Madibekov

PhD, associate professor, Head of the Laboratory of Hydrochemistry and Ecotoxicology, JSC Institute of geography and water security,

Kazakhstan, Almaty

Кілт сөздер: AERMOD, жел жылдамдығы, жел бағыты, турбуленттілік.

Ключевые слова: AERMOD, скорость ветра, направление ветра, турбулентность.

Keywords: AERMOD, wind speed, wind direction, turbulence.

AERMIC жүргізген жеті сатылы модельді әзірлеу процесі ISC3 нормативтік үлгісін жаңа AERMOD үлгісімен ауыстыруға әкелді. Одан әрі процесс келесідей болды:

1. Модельдің бастапқы тұжырымы;

2. Жақсартуды қажет ететін аймақтарды анықтауға бағытталған әртүрлі далалық өлшемдерге негізделген дамуды бағалау;

3. Ішкі шолу және бета-тестілеу;

4. Дамуды бағалау нәтижелеріне негізделген қайта қаралған үлгі тұжырымы;

5. Тиімділікті бағалау және сезімталдықты тексеру;

6. Сыртқы сараптама, оның ішінде EPA конференциясында қоғамдық форум;

7. Үлгіні реттеуші үлгі ретінде қарастыру үшін EPA Ауа сапасын жоспарлау және стандарттар басқармасына (OAQPS) жіберіңіз.

AERMOD алғашқы түпнұсқалары Perry және т.б. (1994), Cimorelli және т.б. (1996) жұмыстарында кездесті. AERMOD оның тиімділігі мен нормативтік пайдалану үшін сәйкестігін бағалау үшін бақылау сынақтары мен үздіксіз SO2 өлшеулерін қоса, әртүрлі дерекқорларда сыналған.

Оған қоса, модель кең ауқымды сараптамадан өтті (EPA, 2002), түсініктемелер мен тестілеу нәтижелері негізінде оның тұжырымына өзгерістер енгізілді.

Ластаушы заттардың шығарындыларын өңдеуден басқа, AERMOD толығымен ISC3 орнын басады. AERMIC құрғақ, дымқыл бөлшектерді және газ тәріздес тұнбаларды, сондай-ақ сарқылатын көздер немесе шлейфтер арқылы AERMOD-ты жақсартуға бағытталған. Осы жақсартулар енгізілгеннен кейін бұл есеп шөгінді құрамының сипаттамасын қамту үшін жаңартылады.

Мұнда сипатталған AERMOD моделі әртүрлі параметрлерге қолданылады: ауылдық және қалалық аймақтар, ойпатты және күрделі рельеф, жер үсті және жоғары шығарындылар және бірнеше көздер (соның ішінде нүкте, аумақ және көлемдік көздер). Кіріс параметрлеріндегі кішігірім өзгерістер есептелген концентрациялардағы үлкен өзгерістерге әкеп соқтырған кезде, үлгінің сәйкестігін қамтамасыз ету және үзілістерді азайту үшін күш-жігер жұмсалды. Тұрақты шекаралық қабатта (SBL) ол тігінен де, көлденеңінен де Гаусс таралуын қабылдайды. Конвективтік шекаралық қабатта (CBL) көлденең бөлу Гаусс болып қалады және тік таралу бигаусс ықтималдық тығыздығы функциясы (pdf) арқылы модельденеді. Бұл CBL әрекетін Willis пен Deardorff (1981) және Briggs (1993) растады.

CBL-де AERMOD «шлейфтің көтерілуін» есептейді, мұнда қалқымалы шлейф массасы шекаралық қабаттың жоғарғы жағына көтеріледі және араласқанға дейін сол жерде қалады. Ол сондай-ақ көтерілген тұрақты қабатқа түсетін шлейфтің массасын қадағалайды, қажет болған жағдайда шекаралық қабатқа қайта кіруге мүмкіндік береді. AERMOD CBL және SBL көздері үшін шлейфтің бұралуы арқылы бүйірлік шашырауды арттырады.

AERMOD қарапайым модельді пайдалана отырып, шлейф әсерлері мен жер бедерін модельдеу арқылы күрделі рельефтегі дисперсияны модельдеуді жеңілдетеді. Бұл тәсіл физикалық шынайылық пен қарапайымдылықты қамтамасыз етуге арналған, басқа реттеуші модельдер талап ететін жер бедерінің күрделілігін санаттау қажеттілігін болдырмайды. AERMOD тұрақты стратификацияланған орталарда ретке келтіру бөлу тұжырымдамасын (Snyder және т.б., 1985) пайдалана отырып, кез келген жер бедерін дәйекті түрде өңдейді.

AERMOD-тың маңызды жетістігі оның планеталық шекаралық қабатты (PBL) беттік және аралас қабат масштабтау арқылы сипаттау мүмкіндігі болып табылады. Ол өлшемдер мен ұқсастық қатынастарын пайдалана отырып, метеорологиялық айнымалылардың тік профильдерін құрастырады. Жел жылдамдығы, жел бағыты, турбуленттілік, температура мен температура градиентінің профильдері қолда бар метеорологиялық деректер негізінде бағаланады. AERMOD әдетте Ұлттық метеорологиялық қызметінің (NWS) станцияларында қолжетімді деректерді пайдалана отырып, ISC3-ке ұқсас ең аз қажетті метеорологиялық параметрлермен жұмыс істейді. Бұл жел жылдамдығын (әдетте жер деңгейінен 7 м-ден 100 м-ге дейін, жер бетінің кедір-бұдырының биіктігі 00-ге дейін), жел бағытын, қоршаған орта температурасын және байқалатын бұлттылықты жер бетінде бір өлшеуді қажет етеді.

AERMOD тұрақты шлейф үлгісі ретінде жұмыс істейді, яғни ол модельденген сағат ішіндегі концентрациялар сол сағаттағы орташа метеорологиялық жағдайларды көрсетеді деп болжайды. Бұл болжам реттеу мақсаттары үшін құндылығы дәлелденген белгілі бір уақытта немесе жерде нақты концентрациялардан гөрі концентрацияның статистикалық таралуына бағытталған. AERMOD рельеф түрлерін (мысалы, тегіс, жеңіл немесе қиын) қабат биіктігі бойынша жіктеуді қажет етпей, тегіс және күрделі рельефте ластаушы заттардың әсерін біркелкі есептеу үшін арнайы жасалған. Бұл бірыңғай тәсіл барлық деңгейдегі рецепторлардың дәйекті түрде өңделуін қамтамасыз етеді.

Тұрақты шекаралық қабатта (SBL) AERMOD көлденең және тік концентрация профильдері үшін Гаусс таралуын болжайды. Керісінше, конвективтік шекаралық қабаттың (CBL) ішінде көлденең таралу гаусстық болып қалады және тік үлестірім үлкен Гаусс ықтималдық тығыздығы функциясы (pdf) арқылы модельденеді. Бұл мінез-құлық алдыңғы зерттеулермен расталды (Willis және Deardorff, 1981; Briggs, 1993). Сонымен қатар, CBL-де AERMOD қалқымалы көзден босатылған шлейфтің бір бөлігі көтеріліп, толығымен араласқанға дейін шекаралық қабаттың жоғарғы жағында қалатын «шлейф көтерілу» құбылысын қамтиды.

Қалалық жерлерде AERMOD түнгі «конвективті» шекаралық қабаттың дисперсиялық сипаттамаларын ескереді, мұнда Оке ұсынғандай қалалық жылу ағынының және онымен байланысты аралас қабат әсерлерінің әсерінен ауылдық жерлерде іргелес тұрақты шекаралық қабаттарға қатысты турбуленттілік жоғарылайды (1978; 1982).

Күрделі рельеф үшін AERMOD тұрақты стратификацияланған орталарда бөлу сызбасының тұжырымдамасын біріктіреді (Snyder және т.б., 1985). Ол шлейфті екі сценарийдің қоспасы ретінде модельдейді: жер бедері әсер ететін көлденең шлейф және рельефті ұстанатын және жер бедерінің ерекшеліктеріне жауап беретін шлейф. Бұл тәсіл AERMOD-ға бір модельдеу құрылымын пайдалана отырып, ластаушы заттардың тегіс және күрделі рельефке таралуымен күресуге мүмкіндік береді.

Тұтастай алғанда, AERMOD дизайны әртүрлі қоршаған орта жағдайларында сенімді өнімділікті қамтамасыз етеді, CTDMPLUS сияқты күрделірек үлгілермен салыстырғанда, шамадан тыс деректер талаптарынсыз ластаушы заттардың әсерін модельдеуде тұрақтылықты сақтайды, бұл реттеуші қолданбалар үшін шлейф биіктігінде жел мен турбуленттілік туралы егжей-тегжейлі деректерді жинауды талап етеді (EPA, Code of Federal Regulations, 1997).

Әдебиеттер тізімі:

1. Perry, S. G., A. J. Cimorelli, R. F. Lee, R. J. Paine, A. Venkatram, J. C. Weil, and R. B. Wilson, 1994: AERMOD: A dispersion model for industrial source applications. Preprints, 87th Annual Meeting Air and Waste Management Association, Air and Waste Management Association, Pittsburgh, PA.
2. Willis, G. E. and J. W. Deardorff, 1981: A laboratory study of dispersion in the middle of the convectively mixed layer. Atmos.Environ., 15, 109-117.
3. Briggs, G. A., 1993: Plume dispersion in the convective boundary layer. Part II: Analysis of CONDORS field experiment data. J.Appl.Meteor., 32, 1388-1425.
4. Oke, T. R., 1978: Boundary Layer Climates. John Wiley and Sons, New York, New York, 372pp.
5. Oke, T. R., 1982: The energetic basis of the urban heat island. Quart.J.Roy.Meteor.Soc., 108, 1- 24.
6. Snyder, W. H., R. S. Thompson, R. E. Eskridge, R. E. Lawson, I. P. Castro, J. T. Lee, J. C. R. Hunt, and Y. Ogawa, 1985: The structure of the strongly stratified flow over hills: Dividing streamline concept. J.Fluid Mech., 152, 249-288.