< Попер   ЗМІСТ   Наст >

Атмосфера

К наиболее значимым из факторов, формирующих поля загрязнения атмосферы относятся поле скорости и направления ветра, переносящего загрязняющие вещества, выбрасываемые в атмосферу источниками антропогенного загрязнения. На рисунке 15 к примеру представлены сезонные розы повторяемости (%) ветра по направлениям на станциях Херсонеский маяк (рисунок - 1), Камышовая бухта (рисунок - 2), Балаклава (рисунок - 3) и Севастополь (рисунок - 4) в Севастопольском регионе [71]. Розы повторяемости ветра по направлениям являются аналогами полей направленности ветра в статистическом их представлении. Данные поля являются векторными полями так как они (поля) характеризуются абсолютной величиной скорости и вектором направления. Подтверждением векторного характера поля загрязнения атмосферы является график изменения внутригодовых величин скорости ветра рассматриваемого региона. На рисунке 16 приведены среднемесячные величины скорости ветра в Севастопольском регионе и показана их изменчивость во времени.

К факторам влияющим на поле загрязнения атмосферы относится температура воздуха, которая является результатом влияния климатических условий, создающихся на поверхности земли и не зависящих от жизнедеятельности людей и, как следствие, техногенного влияния обусловленного деятельностью человека. Сумма указанных факторов определяет векторное температурное поле атмосферы региона, которое формируется на основе абсолютной температуры воздушных масс и градиента этой температуры в зависимости от координаты региона и времени. На рисунке 17 в качестве примера представлены величины средних и экстремальных значений температуры воздуха Севастопольского региона в зависимости от месяца года.

Сезонные розы повторяемости ветра по направлениям в Сева¬стопольском регионе на станциях Херсонесский маяк (1), Камышовая бухта (2), Балаклава (3), Севастополь (4)

Рисунок 15 — Сезонные розы повторяемости ветра по направлениям в Севастопольском регионе на станциях Херсонесский маяк (1), Камышовая бухта (2), Балаклава (3), Севастополь (4)

Внутригодовой ход среднемесячных величин скорости ветра в Севастопольском регионе

Рисунок 16 — Внутригодовой ход среднемесячных величин скорости ветра в Севастопольском регионе

Внутригодовой ход средних и экстремальных значений темпера¬туры воздуха в Севастопольском регионе

Рисунок 17 — Внутригодовой ход средних и экстремальных значений температуры воздуха в Севастопольском регионе

Фактором, влияющим на формирование поля загрязнения атмосферы, также является силовое поле — поле силы тяжести, зависящее от положения в пространстве атмосферы частиц ЗВ на которые эта сила действует. Необходимо упомянуть о векторах концентрации загрязняющих веществ в атмосфере и давления в ней, оказываемого на ЗВ.

Из сказанного выше можно сделать вывод, что миграция загрязняющих веществ в атмосфере при выбросе из источника характеризуется направлением движения (векторная величина), скоростью движении (распространения) и изменением концентраций ЗВ. Приведенные параметры характеризуют поля загрязнения атморосферы как векторные величины или векторные поля.

Теорема разложения Гельмгольца

Проведенный анализ физических полей загрязнения сфер региона показывает, что поля загрязнения относятся к классу векторных полей. В общем случае вектор поля загрязнения различается для разных точек пространства, то есть векторное поле принимает разные значения в разных точках пространства. В каждой точке пространства сферы загрязнения вектор поля имеет определенную величину и определенное (за исключением тех случаев, когда поле обращается в ноль) направление в этом пространстве. В целом в физике термин векторное поле имеет то же значение, что и в математике. Данным видом поля можно описать любую векторнозначную физическую величину, являющуюся функцией точки пространства и зависящую также от времени.

Векторное поле математически описывается теоремой разложения Гельмгольца, которое к полям загрязнения окружающей среды региона применима в следующей формулировке. Если дивергенция и ротор векторных полей загрязнения Бх, ¥у , ¥г (в общем случае Б) определены в каждой точке конечной сферы региона X, У, X, то всюду в указанных сферах функция может быть представлена в виде суммы безвихревого Р1 (ХУХ) и вихревого (соленоидального) Б2 (ХУХ) векторных полей или в общем виде:

— для литосферы Бх = Е1 (X) + Б2 (X), где го1Бх (X) = 0 и

с1^Е2( X) = 0 соответственно;

  • — для гидросферы Бу = Б1(У) + Б2(У), где го1¥х(У) = 0 и с1^Е2(У) = 0 соответственно;
  • — для атмосферы Б2 = ) + ¥2(2), где го1¥х(2) = 0 и

с1ыЕ2(Х) = 0 соответственно.

Из двух составляющих поля первая — безвихревая составляющая 7*1 (XУZ) требует краткого пояснения. В случае, если Б имеет

нулевой ротор, то Б называется безвихревым или локально потенциальным полем, а разложение Б принимает вид

В случае такого представления поля называется скалярным потенциалом поля Т. Для безвихревого поля (то есть поля с нулевым ротором) всегда можно построить скалярную функцию (скалярный потенциал), градиентом которого данное поле является. Скалярный потенциал для заданного безвихревого поля определяется с точностью до аддитивной константы.

Рассмотрим вторую составляющую векторного поля — вихревую составляющую Б2 (XXX). Векторное поле называется соленоидальным или вихревым, если через любую замкнутую поверхность 5* его поток равен нулю.

Если условие выполняется для любых замкнутых 5* в отдельной сфере, то это условие равносильно тому, что равна нулю дивергенция векторного поля ¥

Поэтому соленоидальные поля называют также бездивергентными. Или поле является вихревым, если оно не имеет источников. Силовые линии такого поля не имеют ни начала, ни конца, и являются замкнутыми.

В реальных природных условиях поля загрязнения сфер окружающей среды в безвихревом и вихревом чистом виде не существует. Но как показано выше (раздел 1) указанные поля существуют в природе как таковые. Поэтому всегда присутствует смешанная компонента, которая характеризуется как безвихревой (градиентной) так и вихревой (роторной) составляющими. Наличие данной компоненты в природе обусловлено физическими и химическими процессами, происходящими при размещении отходов, сбросе и выбросе ЗВ из источников, а также особенностями процессов перехода загрязняющих веществ из одной сферы загрязнения в другую. Установить границы перехода из безвихревой в вихревую составляющую и обратно поля загрязнения отдельных сфер в принципе возможно. Но практика природоохранной деятельности показала, что рассмотрение данного вопроса связано со значительными математическими трудностями и финансовыми затратами. Доказательством этого является тот факт, что на данный момент (2012-2013 год), несмотря на большое количество замечаний к основным государственным нормативным документам действующим на территориях Украины и России и определяющим методики практических расчетов разбавления и рассеивания ЗВ в гидросфере и атмосфере [3] и [8], никаких действий по их корректировке не предпринимается.

Поэтому во избежание математических и, связанных с накоплением экспериментального материала, финансовых трудностей авторы считают возможным не рассматривать отдельно дивергентное и соленоидальное поля загрязнения сфер с определением границы их взаимного перехода. Как альтернативное решение предлагается разложение Гельмгольца для векторных полей загрязнения представить в виде функционально зависимых решений. За основу для представления данных решений взять следующие факторы, имеющие место в практической деятельности. К первому из факторов относится фактор выброса (сброса, размещения) загрязняющих веществ из источников. Данный фактор математически описывается оператором поля — дивергенцией источника выброса. Ко второму фактору относится фактор перехода ЗВ из одной сферы загрязнения в другую. Данный фактор описывается оператором поля — ротором (движением) ЗВ между сферами. В практике формируемых в регионе полях загрязнения между этими факторами существует функциональная связь. Обычно увеличение мощности выброса (сброса, размещения) ЗВ ведет к увеличению степени загрязнения региона, что является результатом указанной выше функциональной связи. Кроме этого увеличение мощности выбросов ведет к увеличению выхода ЗВ за границы региона.

 
< Попер   ЗМІСТ   Наст >