Пограничный слой не является постоянной оболочкой заданной высоты. В определении AMS[1] существенны контакт с поверхностью и изменчивость вертикальной структуры. Это динамическая часть тропосферы, а не отдельный слой химического состава. Выше влияние поверхности тоже существует, но распространяется другими путями и на других временах.[1]
Именно здесь расположены большинство наземных источников загрязнения и значительная часть среды обитания людей. Тепловые и влажностные потоки от почвы, леса, города и водоёма создают неодинаковые условия. Поэтому данные открытой метеоплощадки не всегда полностью описывают поток внутри городской улицы или над лесным пологом.
Суточное развитие и вертикальная структура
Над прогреваемой сушей днём часто развивается конвективный перемешанный слой: восходящие и нисходящие движения распределяют тепло и примеси по высоте. Его верхняя граница взаимодействует с более устойчивым воздухом, который частично вовлекается внутрь. Рост слоя зависит от прогрева, стратификации и крупномасштабной погоды, а не только от времени после восхода.
После охлаждения поверхности может сформироваться более тонкий устойчивый ночной слой. Выше иногда сохраняется остаточный слой от дневного перемешивания, уже слабо связанный с землёй. Это объясняет, почему примесь способна оставаться над приземным воздухом и позднее вновь вовлекаться в обмен. Над морем, при сильном ветре или в облачную погоду суточный ход может заметно отличаться от этой схемы.
Высота перемешивания, высота пограничного слоя и высота основания инверсии связаны, но методы их определения не всегда дают одно число. NOAA исследует такие характеристики с помощью наземных и дистанционных наблюдений. Различия оценок могут отражать реальную сложную структуру, а не простую ошибку прибора.[2]
Почему толщина слоя важна для качества воздуха
При прочих равных распределение одной массы примеси в большем объёме уменьшает её среднюю концентрацию. Условно, в идеально перемешанном закрытом столбе удвоение высоты при неизменной площади и массе уменьшило бы среднюю концентрацию вдвое. Реальная атмосфера не закрыта: вещество одновременно поступает, переносится ветром, реагирует и осаждается. Поэтому такой пример объясняет разбавление, но не является прогнозом для города.
Высокий источник может выбрасывать примесь внутри слоя, у его верхней границы или выше неё. В зависимости от положения факела и турбулентности воздействие у поверхности будет различным. Работа Чиморелли и соавторов описывает, как параметры пограничного слоя используются в AERMOD для расчёта ветра, температуры и турбулентного рассеивания с учётом рельефа.[3]
Высоту пограничного слоя сопоставляют с интенсивностью выбросов и проветриванием. Профильные наблюдения объясняют перемешивание, а приземные измерения — состав воздуха на уровне воздействия.