تم النشر اليوم 2024/05/19 | نموذج انتشار جوي

طبقات الغلاف الجوي

يوجد هناك حاجة ماسة لإجراء نقاش حول الطبقات في الغلاف الجوي للأرض لفهم مكان انتشار الملوثات المحمولة جوًا فيه. تُعرف الطبقة الأقرب إلى سطح الأرض باسم التروبوسفير. تمتد هذه الطبقة من مستوى سطح البحر إلى ارتفاع يُقدر بحوالي 18 كم، وتحتوي على حوالي 80% من كتلة الغلاف الجوي العام. طبقة الستراتوسفير هي الطبقة التالية وتمتد من 18 كم إلى حوالي 50 كم. الطبقة الثالثة هي طبقة الميزوسفير التي تمتد من 50 كم إلى حوالي 80 كم. هناك طبقات أخرى فوق ارتفاع 80 كم، ولكنها عديمة التأثير على نمذجة الانتشار الجوي. يُسمى الجزء الأدنى من التروبوسفير بالطبقة الحدودية الجوية أو طبقة الحدود الكوكبية. تنخفض درجة حرارة الهواء في الغلاف الجوي كلما ازداد الارتفاع حتى تصل إلى ما يسمى طبقة الانقلاب الحراري (حيث ترتفع درجة الحرارة مع زيادة الارتفاع) التي تغطي طبقة الحدود ذات الحمل الحراري، والتي عادةً ما تكون في ارتفاع يتراوح بين 1.5 إلى 2.0 كم. يُسمى الجزء العلوي من التروبوسفير (أي فوق طبقة الانقلاب) بالتروبوسفير الحر ويمتد حتى التربوبوز (الحد في الغلاف الجوي للأرض بين التروبوسفير والستراتوسفير). يمكن أن تضم طبقة الحمل الحراري الحر طبقة التروبوسفير بأكملها، في خطوط العرض الاستوائية وخطوط العرض الوسطى خلال النهار، والتي يتراوح ارتفاعها بين 10-20 كم في نطاق التقارب بين المدارين. تُعتبر طبقة الحدود الكوكبية من أهم العوامل التي تتعلق بانبعاث الملوثات المحمولة جوًا ونقلها وانتشارها. يُعرف جزء هذه الطبقة الذي يوجد بين سطح الأرض وقاع طبقة الانقلاب الحراري باسم طبقة الخلط. تُنقل معظم الملوثات المحمولة جوًا المنبعثة في الجو المحيط وتنتشر داخل طبقة الخلط. تخترق بعض الانبعاثات طبقة الانقلاب وتدخل في طبقة التروبوسفير الحر فوق طبقة الحدود الكوكبية. باختصار، تشمل طبقات الغلاف الجوي للأرض بدءًا من سطح الأرض إلى الأعلى: طبقة الحدود الكوكبية المكونة من طبقة الخلط المغطاة بطبقة الانقلاب، وطبقة التروبوسفير الحر، وطبقة الستراتوسفير، وطبقة الميزوسفير وغيرهم. يشار إلى العديد من نماذج الانتشار في الغلاف الجوي بنماذج الطبقة الحدودية لأنها تُعد نموذجًا أساسيًا لانتشار ملوثات الهواء داخل طبقة الحدود الكوكبية. تتميز النماذج المشار إليها باسم نماذج الميزوسكيل بقدرات على نمذجة الانتشار التي تمتد أفقياً حتى بضع مئات من الكيلومترات لتجنب الاختلاط. هذا لا يعني بأنها تمثل نموذج الانتشار في طبقة الميزوسفير.

شرح مبسط

نمذجة الانتشار الجوي هي محاكاة رياضية لكيفية انتشار ملوثات الهواء في الجو المحيط. تُنفّذ هذه المحاكاة عن طريق برامج حاسوبية تتضمن خوارزميات لحل المعادلات الرياضية التي تسيطر على انتشار الملوثات. تُستخدم نماذج الانتشار لتقدير تركيز الهواء المحيط بالملوثات أو السموم المنبعثة من مصادر مثل المنشآت الصناعية أو حركة السيارات أو الانبعاث الكيميائي العرضي. يمكن استخدامها أيضًا للتنبؤ بالتركيزات المستقبلية في إطار سيناريوهات محددة (أي التغييرات في مصادر الانبعاث)، ولذلك، فهي النوع السائد من النموذج المستخدم في وضع سياسة جودة الهواء. تُعد هذه النماذج مفيدة للغاية للملوثات التي تنتشر على مسافات كبيرة، والتي يمكن أن تتفاعل في الغلاف الجوي. تُستخدم الملوثات ذات التباين المكاني والزمني العالي جدًا (أي ذات المسافة شديدة الانحدار عن تحلل المصدر مثل الكربون الأسود)، والدراسات الوبائية لنماذج الانحدار الإحصائي لاستخدام الأراضي.