4.2 Промышленная санитария

4.2.1 Метеоусловия

Горизонтальные перемещения воздуха зависят от особенностей распределения атмосферного давления. Это горизонтальное движение воздушных масс, как известно, называется ветром. Скорость и направление ветра постоянно меняются. В среднем у земной поверхности скорость ветра колеблется в пределах от 5 до 10 м/с, хотя иногда она может возрастать до 50 м/с и более.

Когда говорят о направлении ветра, то имеют в виду ту сторону горизонта, откуда он дует. В практике выделяют 8 или 16 румбов, указывающих направление ветра. Каждому румбу соответствует определенный угол его с меридианом.

На изменение направления и скорости ветра влияет также сила трения. Сила трения в приземном слое вызывается прохождением воздуха над шероховатой земной поверхностью. За счет шероховатости скорость ветра замедляется. С удалением от поверхности земли скорость ветра возрастает. В городах скорость ветра уменьшается, но одновременно увеличивается турбулентность за счет неровности подстилающей поверхности. Поэтому ветер более порывист даже при устойчивой стратификации. Кроме того, в условиях городской застройки за счет зданий и иных построек ветер часто меняет направление и скорость. В частности, вдоль улиц может возникать так называемый эффект каналирования воздушного потока. По ним, как по каналам, направляются воздушные потоки.

Скорость ветра влияет весьма существенно на концентрацию примесей за счет изменения объема воздуха. Чем больше скорость ветра, тем больше турбулентность, а это, в свою очередь, обеспечивает лучшее рассеивание (разбавление) загрязняющих веществ в атмосфере. Вместе с тем имеет значение также скорость выхода газов из трубы. В связи с изменением направления и скорости ветра загрязнение в одной и той же точке в разные сезоны года и в разные часы суток будет сильно отличаться.

Атмосфера представляет собой термодинамическую систему. Любая масса поднимающегося вверх воздуха будет охлаждаться, а опускающегося - нагреваться. В основе этого явления лежит уменьшение давления и увеличение объема массы воздуха при подъеме и снижении температуры. При опускании объем уменьшается, а температура возрастает.

Нижние слои атмосферы нагреваются и охлаждаются больше всего радиационным путем, и изменение температуры определяется в основном изменениями температуры земной поверхности.

В ясную погоду происходит интенсивная инсоляция поверхности земли и прилегающего к ней слоя воздуха. За счет этого осуществляется перемешивание воздуха в вертикальном направлении. После захода солнца поверхность почвы быстро охлаждается, что приводит к понижению температуры. Иначе говоря, в противоположность обычным условиям у поверхности земли воздух оказывается более холодным, чем на некоторой высоте. Это явление и обозначают термином «инверсия». Речь идет о случаях, когда температура с высотой не понижается, а, наоборот, повышается. Инверсии особенно часты в приземном слое воздуха по ночам. При неустойчивом состоянии атмосферы или при конвективных условиях погоды вредные вещества уносятся потоками воздуха вверх на большую высоту. После восхода солнца инверсия постепенно разрушается, поскольку почва и приземные слои атмосферы начинают прогреваться. Однако зимой инверсия сохраняется в течении нескольких суток. Случаи катастрофических отравлений при загрязнении атмосферного воздуха имели место именно в такие дни.

Длительные и устойчивые инверсии образуются при штилях, сопровождающихся сильными туманами. При этом солнечное тепло в основном поглощается частичками тумана, а отраженные от его верхней поверхности количества не могут достичь земной поверхности.

Аналогичное положение наблюдается и при низкой облачности, которая препятствует турбулентному обмену в атмосфере и является причиной длительных инверсий. Следовательно, создаются условия для загрязнения атмосферы при уменьшении или отсутствии рассеивания вредных веществ.

Инверсия может усиливаться за счет рельефа местности. Например, в низких местах – котловинах, ущельях, впадинах охлаждение приземного слоя воздуха выражено больше. Охлажденный воздух там застаивается. При неровностях земной поверхности холодный воздух может стекать по склонам гор и холмов, заполняя лощины, углубления, впадины.

Инверсии имеют важное значение для рассеивания вредных веществ в атмосфере. Дело в том, что в нижнем слое температура воздуха более низкая, а плотность наибольшая, за счет силы тяжести воздух подняться вверх не может. Значит, он не может смешиваться с более теплым воздухом, расположенным выше. Следовательно, загрязнения будут концентрироваться в приземистой части под слоем теплого воздуха.

Более высокие концентрации вредных веществ отмечаются в дни с низкой температурой. Конечно, с одной стороны, это можно объяснить тем, что в такие дни сжигается больше топлива, увеличивается выброс вредных веществ (золы, сажи, диоксида серы и др.). С другой стороны, при низкой температуре имеет место выхолаживание земной поверхности, что, в свою очередь, приводит к образованию инверсий, затрудняющих рассеивание вредных веществ в атмосфере. Следовательно, в определенной мере зимнее увеличение содержания вредных веществ можно связать с метеорологическими условиями, а именно с изменением температурного градиента.

Концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе зависят не только от направления и скорости ветра и температуры воздуха, но также от барометрического давления. В частности, с повышением атмосферного давления содержание, вредных веществ в воздухе повышается.

Данные о влиянии метеорологических условий на рассеивание выбросов вредных веществ в атмосферном воздухе имеют важное практическое значение. На основе выявленных общих закономерностей разработана система учета и реагирования на неблагоприятные метеорологические условия.