Kempelen Farkas Hallgatói Információs Központ

A légszennyeződés-meteorológia, a transzmisszió (szállítódás) tényezőinek ismeretében, a különböző méretű légszennyező folyamatokat vizsgálja a levegőminőség-terve-ző szimulációs modellek segítségével.

A kibocsátott légszennyező anyagok légkörben való tartózkodását, terjedését a levegő mozgása határozza meg. A szél a levegőmolekulák rendezetlen hőmozgásának, azaz diffúziójának eredménye. Vannak nagyméretű, rendezett légmozgások és szélfluktuációk, ez utóbbiak turbulens örvényeket képeznek. A légmozgások kialakulásában fontos szerepe van a függőleges hőmérsékleti és szélmezőnek.

A hőmérsékletnek a magasság növekedésével való csökkenési mértékét hőmérsék-let-gradiensnek nevezzük. A troposzférában a hőmérséklet gradiens értéke általában 0,65 °C/100 m. Vannak azonban olyan meteorológiai helyzetek, amelyek ettől eltérő értékeket alakítanak ki. Légszennyeződési szempontból különösen hátrányos, ha a hőmérséklet emelkedik a magassággal, ekkor a gradiens negatív. Ezt az állapotot inverziónak nevezzük. Általában kora reggel vagy éjszaka, derült égbolt és gyenge szél esetén alakul ki a talaj feletti rétegben. A vertikális szélstruktúrát a vízszintes síkban négy erőhatás alakítja ki:

A felszíntől mért 500–1000 m vastag légréteg feletti részben az áramlás súrlódásmentesnek és stacionáriusnak tekinthető. A súrlódási erőt a talajfelszín közelében, az alsó, ezer méter vastagságú légrétegben kell figyelembe venni. Ez az erő a felszín által a légkörre gyakorolt ellenállásból származik. A súrlódási erő érdes, szaggatott térszínek felett nagyobb, egyenletes sík térszínek felett csekélyebb. A növényállomány jelentősen növelheti a súrlódási erő nagyságát. Lombhullató fákból álló erdők felett értéke nyáron nagyobb, mint télen. A súrlódás közvetlenül a földfelszín közelében a legnagyobb, hatása a felsőbb rétegekre a magasság növekedésével fokozatosan csökken.

Az áramláson belüli rendezetlen mozgásokat turbulenciának nevezzük. A turbulenciát termikus és mechanikus hatások hozzák létre. Ennek alapján két típusát különböztetjük meg: a termikus és a dinamikus turbulenciát. A termikus turbulencia kifejlődésében döntő része van a hőmérsékleti rétegződésnek. Minél nagyobb a turbulenciát előidéző hőmérséklet gradiens, annál nagyobb az a sebesség, amellyel a keveredés végbemegy. Nappal a besugárzás hatására a földfelszín felmelegszik és a légkör alsó rétege labilissá válik. A melegebb, tehát könnyebb légrétegek felemelkednek és ezek helyébe hidegebb légrészek süllyednek le. A nagy függőleges hőmérséklet gradiensű légtömegekben gyakori a talajközelben is az élénk turbulens mozgás. A kis függőleges hőmérséklet gradiensű légtömegekben viszont a gyakori szélcsend és a gyenge áramlás a jellemző.

A dinamikus turbulencia a felszín érdességi elemei által keltett örvénylő mozgás. Mértéke a felszíni érdességen kívül a szélsebesség nagyságától is függ. Minél nagyobb a szélsebesség, annál erősebb a turbulencia. A kétféle turbulencia általában egyszerre fordul elő, az egyik vagy a másik azonban dominálhat adott meteorológiai feltételek esetén. A dinamikai örvényesség szeles éjszakákon jelentős, a termikus örvények pedig a meleg nyári napokon uralkodnak.

A szennyező anyagok elszállítódását és keveredését a felszíni egyenetlenségek a sík felszínhez viszonyítva lényegesen bonyolítják. A városok beépítettsége a felszín anyagi minősége, a domborzat és a növényzet megváltoztatják a terjedés körülményeit. Helyi széljárások alakulnak a lejtők mentén, kiterjedt vízfelületek és szárazföldek határán.

Az épületek hatására vonatkozó vizsgálatok eredménye szerint akkor a legkedvezőbb a füstgáz elvezetése, ha a legmagasabb erőművi épületek hosszanti tengelyét szembeállítják az uralkodó széliránnyal, valamint ha a kéménynél uralkodó szélsebesség és a kéményből kilépő füstgáz sebességének aránya, megfelelő kéménymagasság esetén, 2–3 közötti. További tapasztalati tény az is, hogy az akadály által keltett dinamikus turbulencia akkor nem okoz leáramlást, ha a kémény legalább kétszer olyan magas, mint a kéményhossz húszszorosának megfelelő távolságon belüli akadály. Ha ezekről az arányokról nem gondoskodunk, számolhatunk azzal, hogy a kéményből kilépő füstgáz egy része bekerül a kémény mögötti zónába és lecsapódik a forrás közvetlen közelében.

A turbulens diffúzió ismeretében kvantitatív összefüggések állapíthatók meg a kibocsátások és a kialakuló immisszió között. Ez a matematikai modell nyilván csak közelítése a valóságos állapotnak, a tervezéshez és szabályozáshoz azonban jó segítséget nyújt. Hatásvizsgálatok esetén nélkülözhetetlen eszköz. A magas pontforrásból és a kiterjedt területi forrásból származó szennyező anyagok talaj-közeli koncentrációjának meghatározását magyar szabványok rögzítik.

A diffúzió klimatológia az alkalmazott éghajlattannak az ága, amely a légszennyező anyagok terjedése, hígulása és felhalmozódása szempontjából döntő fontosságú meteorológiai elemek és tényezők meghatározásával és vizsgálatával foglalkozik. Diffúzióklimatológiai vizsgálataink célja a számítógépes módszerek számára szükséges objektív kvantitatív, regionális jellegű diffúzió klimatológiai adatok megszerzése. A szennyező anyagok talajközeli koncentrációját turbulens-diffúziós egyenlettel határozhatjuk meg, az ipari paraméterek és a meteorológiai tényezők várható gyakoriságának ismeretében. Valamely adott forrás szennyező hatásának felméréséhez legalább egy éven keresztül mérni kell a hely jellemző diffúzió klimatológiai adatait. Ha nincsenek megfelelő részletességű adataink, akkor egy lehetőleg közeli, hasonló éghajlatú állomás sok évi adatsorával való összevetés ad lehetőséget arra, hogy meghatározzuk a várható immisszió értékét.

A szennyező anyagok diffúzióját előidéző komplex légköri mechanizmus két fő tényezője az áramlási és hőmérsékleti mező térbeli eloszlása, és annak időbeli változása. Ennek a megismeréséhez a hőmérsékleti viszonyok, a talaj-közeli és magassági szél folyamatos vagy időszakos mérésére van szükség. Az országban jelenleg magassági légállapot mérést két állomáson, magassági szélmérést 10, talaj-közeli szélregisztrálást közel 50 helyen, éghajlati észlelést pedig 100 állomáson végeznek. E meteorológiai tényezők felhasználásával nyerjük a diffúzió klimatológia tényezőit: a stabilitási paramétert, a talajszelet, a szélprofilt, ezek együttes gyakorisági eloszlását és a keveredési réteg vastagságát.

A légszennyeződés-meteorológia tevékenységi területe a lokális, városi, regionális, kontinentális és globális levegőminőség tervezése. Ennek keretében az alábbiakkal foglalkozik:

Valamely vizsgált szennyező forrás környezetében alapterhelésnek nevezzük azt a távolabbi környezetből származó átlagos immissziót (I), amelyet olyan időjárási helyzetek immisszióiból mérnek vagy számítanak, amelyekben a vizsgált szennyező forrásból eredő koncentráció egy gyakorlati alapon meghatározott átlagos maximális értékközbe esik.

Valamely szennyező forrás környezetében ténylegesen mérhető koncentráció (I_max) az alapterhelés (I_a) és az adott forrás által okozott átlagos maximális koncentráció (I_{v max}) hatásából tevődik össze. Mivel I_max a levegőminőségi határértéknél (I_{n max})na-gyobb nem lehet, a levegőkészlet terhelhetősége szempontjából gazdálkodni a levegőminőségi határérték és az alapterhelés különbségeként meghatározható tartományon belül lehet.

A hazai szabályozás a levegőkészlet-gazdálkodás érdekében számszerűen megadja az alapterhelés értékeket az ország valamennyi településére. Ezek az értékek azonban nem tisztán alapterhelés jellegűek, mert magukban foglalják a szabályozás más (pl. fokozott védelmi ) szempontjait is.