После выхода из источника примесь переносится средним воздушным потоком и одновременно распределяется поперёк него и по вертикали. Эти процессы часто описывают совместно, хотя перенос отвечает главным образом за перемещение, а рассеивание — за увеличение пространственного разброса. Молекулярная диффузия существует, но на обычных атмосферных масштабах турбулентный обмен гораздо интенсивнее.[1]
Разбавление не равно обезвреживанию. Если масса консервативной примеси распределилась в большем объёме, концентрация уменьшилась, но вещество осталось в окружающей среде. Его химическое превращение и выпадение на поверхность — отдельные процессы; при выпадении нагрузка может переходить из воздуха в воду, почву и растительность.
Что определяет форму и концентрацию факела
Имеют значение расход выброса, высота выхода, температура и скорость струи, ветер и стратификация. Горячий или быстро выходящий факел способен подняться выше устья трубы, поэтому геометрическая высота не всегда совпадает с эффективным уровнем поступления примеси. Холодный наземный выброс взаимодействует с поверхностью иначе.
Турбулентность растягивает облако, но её вертикальная составляющая зависит от устойчивости. Здания создают циркуляционные зоны и могут отклонять факел к земле; рельеф меняет взаимное положение источника и получателя. Поэтому универсальной зависимости «вдвое дальше — вдвое чище» нет. Максимум приземной концентрации от высокого источника может находиться на некотором удалении, а не непосредственно у трубы.[2]
Условная оценка для стационарного переноса через равномерно перемешанное сечение имеет вид C ≈ Q/(uA), где Q — масса в единицу времени, u — скорость потока, A — площадь сечения. При Q в мг/с, u в м/с и A в м² получается мг/м³. Это баланс для упрощённой схемы без химии и выпадения, а не формула допустимой концентрации или полноценная модель промышленного выброса.
Как используют модели и где заканчивается их точность
Стационарные модели факела и нестационарные модели частиц решают разные задачи. В HYSPLIT движение множества расчётных частиц или облаков позволяет описывать меняющийся перенос и рассеивание. Такие частицы представляют массу загрязнителя, а не обязательно отдельные реальные пылинки. Для расчёта нужны метеорологические данные и характеристики поступления вещества.[3]
Результат зависит от точности выбросов, ветра, высоты перемешивания и разрешения модели. Средняя концентрация в ячейке или за час не описывает каждую краткую пиковую пульсацию у человека. Поэтому при сравнении с измерением или нормативом согласуют место, высоту, вещество, единицы и время осреднения. Расчётное поле не следует выдавать за сеть фактически выполненных измерений.
Рассеивание меняет пространственное распределение выброса. Снижение концентрации рядом с источником поэтому оценивают вместе с переносом на удалённые территории и общим сокращением поступающей массы.