هماوردگاه

در فوریه سال ۱۹۹۱، انجمـن هواشناسـی امریکـا (AMS) و سازمان حفاظت از محیط زیـست ایـالات متحـده آمریکـا، در یـک همکـاری مـشترک کمیتـه اصـلاح مـدل تنظیمـی (ASM/EPA) را سازماندهی کردند. که از متخصصان هـر دو سازمان بهره می‌جست، این کمیته با هدف به کارگیری دستاوردهای جدیـد بویژه مفاهیم لایه مرزی جو (PBL) در مدل‌های کـاربردی، شروع به کار کرد که دستاورد این همکاری مشترک، مدل پیـشرفته و به روز AERMOD بود. مدل AERMOD مدل پراکنشی حالـت دائمی است که برای تعیین غلظت آلایندههای مختلـف، در منـاطق شهری و حومه­های، صاف و ناهموار، انتـشار سـطحی و در ارتفـاع از منابع نقطه‌ای، حجمی و انواع مختلف منابع سـطحی قابـل اسـتفاده است، که بیشتر برای شبیه سازی پراکنش آلاینده‌ها در محدودههای تا ۵۰ کیلومتر پیشنهاد می‌شود.

در این مدل فرض می‌شود که توزیـع غلظـت در لایـه مـرزی پایدار (SBL) در هر دو جهت قائم و افقی، همانند توزیع غلظت در جهـت افقـی در لایـه مـرزی همرفتـی (CBL)، گاوسـی اسـت (Cimorelli, et al., 2005; Perry, et al., 2005). اما در CBL توزیع غلظت در جهت قائم با یـک تـابع توزیـع چگـالی دوگاوسی تعریف می‌شود (Willis, et al., 1981).

در زمینهای نـاهموار، مـدل AERMOD از مفـاهیم تقـسیم خطوط جریـان اسـتفاده کـرده (Synder, et al., 1985) و غلظـت نهایی را از مجموع وزنی غلظتهای حاصل از دو حالت پلوم افقی و پیرو عوارض زمین تعیین می‌کند کـه در زمین‌های صـاف هـر دو حالت یکسان هستند (Cimorelli, et al., 2004; Cimorelli, et al., 2005). تحت شرایط بسیار پایدار، پلوم در مواجهه با مانع تمایل دارد افقی باقی بماند و در شرایط ناپایـدار پلـوم از روی سـطح مـانع حرکت می‌کند. از این رو در تعیین غلظت نهایی از برایند وزنی ایـن دو حالت استفاده می‌شود. هر یک از این حالت‌ها بر اسـاس مفـاهیم خط جریان بحرانی و مقیاس ارتفاعی هر پذیرنده، وزن دهی می‌شوند (Venkatram, et al., 2001). این وزن دهی به میزان جرم انتقالی در آن حالت بستگی دارد که این تقسیم جرم بر اساس ارتبـاط بـین ارتفاع تقسیم خط جریان بحرانی و توزیع قائم غلظت در هر پذیرنده صورت می‌گیرد (Cimorelli, et al., 2005).

AERMOD از مدل افزایش ارتفاع صعود پلـوم (PRIME)، به منظور اعمال اثر سا ختمانهـا بـر صـعود پلـوم و نحـوه پـراکنش آلایندهها استفاده می‌کند (Schulman, et al., 2000).

در مدل PRIME، جرم پلوم بین ناحیه فرورفتگی و دنباله کـه بر اساس مرزهای حاصل از تفکیک عمودی و افقی خطـوط جریـان به وجود آمده‌اند تقسیم می‌شود. در این مدل، پراکنش جرمی از پلوم، که در ناحیة فرورفتگی ساختمان بـه دام افتـاده، بـا فـرض اخـتلاط یکنواخت انجام گرفته و وابسته به هندسه سازه است. به دنبال ناحیه فرورفته، این جرم به دنباله منتشر می‌شود و در آنجـا بـا جـرم پلـوم پیرامونی آمیخته شده و با نرخ بیشتری نسبت به منطقـه هـوای آزاد پراکنده می‌شود که این پراکنش به محل منبـع و ارتفـاع آزادسـازی آلاینده، همچنین هندسه سـازه بـستگی دارد (Cimorelli, et al., 2004; Cimorelli, et al., 2005).

مدل AERMOD برای شبیه­سازی پـراکنش آلاینده‌ها از دو پیش‌پردازنده بهره می‌گیرد. پیش پردازنده AERMET که داده‌های هواشناسی را پردازش کرده و مشخصه‌های لایـه مـرزی جـو را بـه منظور استفاده در مدل تخمین می­زند و پیش پردازنده AERMAP که اطلاعات توپوگرافی منطقه مورد مطالعه را آماده سازی می‌کنـد. در ادامه مراحل استفاده از مدل به تفصیل شرح داده می‌شود.

پیش پردازنده AERMET از سـه نـوع فایـل بـر ای پـردازش استفاده می‌کند. مشاهدات ساعتی سطحی و داده‌های هواشناسی جو بالا که سازمان خـدمات آب و هـوایی ملـی (NWS) آن‌ها را تهیـه می‌کند، همچنین فایل اطلاعات هواشناسی گردآوری شده در منطقه مورد مطالعه (U.S. EPA, User’s Guide for the AERMET, 2004).

این پیش پردازنده به گونه های طراحی شده اسـت کـه می‌توان تمامی اطلاعات هواشناسی موجود را در قالب فایل در محل، تعریف و جهت پردازش استفاده کرد. بنابراین در این پروژه میزان بارنـدگی، پوشش ابری، فشار جوی و فشار نسبت به سـطح دریاهـای آزاد بـه عنوان مشخصه­های سطحی، و دمای نقطـه شـبنم، درجـه حـرارت، جهت و سرعت باد و همچنین درصد رطوبت به عنوان مشخصه‌های نیمرخی درنظر گرفته شده است. افزون بر داده‌های ثبـت شـده در ایستگاههای هواشناسی، مدل‌های پیشرفته هواشناسی نظیر WRF، Eta و MM5 نیز توانایی تولید مشخصه‌های هواشناسی مورد نیـاز مدل AERMOD را دارند (Isakov, et al, 2007; Kesarkar etal., 2007). همچنین این پیش پردازنده سه مشخصه سطحی، از منطقه مورد مطالعه را به عنوان ورودی نیاز دارد که این مشخصه‌هـا عبارتند از نسبت بوان، ضریب آلبدو، طول زبری سطح.

برای مشخص کردن این مقـادیر لازم اسـت تـا منطقـه مـورد مطالعه بر حسب نوع کاربری زمینهای اطراف و پوشش گیاهی آنهـا، در جهت گردش عقربه‌های ساعت به قطاعهای مناسب تقسیم شود و مقادیر این سه مشخصه به صورت ماهانه، فصلی، یا سالانه معرفی شوند. در فصل چهارم راهنمای پیش پردازنـده AERMET مقـادیر این مشخصه‌ها بر حسب نوع کاربری و پوشش گیاهی و بـر اسـاس نظریه پاین ارائه شده اسـت.