مدلسازی پراکنش آلاینده های هوا با نرم افزار ایرمود AERMOD

آلودگی هوا محصول جانبی و نامناسب پیشرفت صنعت و تکنولوژی است که متأسفانه پا به پای آن رشد کرده و حال دامنه آن از یک شکل محلی و ملی فراتر رفته و به یک معضل بین المللی و جهانی تبدیل شده است. آلودگی هوا از جمله مباحث زیست محیطی است که حجم زیادی از فعالیت‌ها و تحقیقات دانشمندان و محققان این رشته را به خود معطوف کرده است. سال‌هاست که همانند سایر شاخه‌های علوم محیط‌زیست و دیگر رشته‌های علمی، دانشمندان کاربرد فرمول‌ها و معادلات ریاضی را در بحث آلودگی هوا رایج کرده‌اند و امروزه مدل‌سازی آلودگی هوا ابزاری اساسی و قدرتمند در مطالعات آلودگی هوا خصوصاً در پیش‌بینی وضعیت آلودگی هوا، انتشار آلاینده‌ها و غلظت آنها تحت شرایط مختلف و در مکان‌های دلخواه شده است. مدل‌سازی آلودگی هوا به‌عنوان ابزاری اصلی برای اغلب مطالعات آلودگی هوا مطرح می‌باشد. مدل‌سازی دو بحث جداگانه را شامل می‌شود:

۱- شبیه سازی در ابعاد کوچک فیزیکی یا آزمایشگاهی

۲- مدل سازی تحلیلی و عددی

مدل های فیزیکی در علم آلودگی هوا به منظور تهیه ابزار تجربی ساخته می شوند مدلهای آزمایشگاهی نیاز به فهم برخی شرایط سیستم دارند که ناگزیر غیر ممکن هستند.

مدل سازی کامپیوتری آلودگی هوا، امروزه تنها قابلیت شبیه سازی عددی پدیده های آلودگی هوا را دارد. به عبارت دیگر کامپیوترها یک آزمایشگاه عددی هستند که پدیده های آلودگی هوا را در حین آزمایش، بازآفرینی آزمایش و کنترل می کنند.

علم مدرن مدل سازی آلودگی هوا از دهه ۱۹۲۰ هنگامی که دانشمندان نظامی در انگلستان سعی داشتند برآوردی از پراکنش مواد شیمیایی سمی در میدان جنگ تحت شرایط مختلف منتشر کنند، شکل گرفت. تحولات سریع در دهه ۱۹۵۰ و ۱۹۶۰ شامل مطالعات عمده در زمینه عوارض زمینی منطقه و پیشرفتهایی در درک ساختار اتمسفر، منجر به توسعه اولین مدلهای قانونی آلودگی هوا در ایالات متحده شد.

مدلهای آلودگی هوا به صورت معمول در ارزیابی اثرات محیط زیستی، تجزیه و تحلیل خطر و برنامه ریزی در موقعیت های اضطراری، و مطالعات تسهیم (واگذاری منبع استفاده میشود و طیف گسترده ای از مقیاس، مقیاس محلی تا جهانی را پوشش میدهد.

مدلهای آلودگی هوا شامل:

۱- مدل جعبه ای ثابت

۲- مدل انتشاری: شامل مدل گوس

۳- مدل عددی

فرآیند مدل سازی آلودگی هوا از چهار قسمت تشکیل می گردد:

داده های ورودی » میزان انتشار » غلظت محصولات ایجاد شده » تجزیه و تحلیل داده ها

نرم افزار AERMOD

نرم افزار AERMOD یکی از نرم افزارهای مورد تایید آژانس حفاظت محیط زیست (EPA) می‌باشد که در دسته مدل‌های ارحج قرار دارد، به این معنا که استفاده از این نرم افزار نسبت به بقیه نرم افزارهای مدلسازی پراکنش آلاینده‌های هو در ارجحیت قرار دارد. این نرم افزار از روش‌های گوسی و گوسی دوگانه در مدل پراکنش خود بهره می‌گیرد و الگوریتم‌های گوناگونی را بر پایهی ویژگی‌های هواشناسی غالب منطقه مدل سازی به کار می‌گیرد. AERMOD غلظت آلاینده‌های هوا را در دوره‌های زمانی روزانه، ماهانه و سالانه مدل سازی می‌کند و منابع گوناگون آلاینده را در گستره‌ی وسیعی از مناطق شهری و روستایی و مناطق مسطح و دارای پستی و بلندی در بر می‌گیرد.

در سال ۱۹۹۱، جامعه هواشناسی آمریکا (AMS) و آژانس حفاظت محیط زیست آمریکا (EPA)، تصمیم گرفتند پیشرفتهای خود را در زمینه‌ی هواشناسی لایه مرزی وارد مدل‌های قانونی پراکنش کنند. بنابراین کمیته بهبود مدل قانونی AMS/EPA، متشکل از سه دانشمند از AMS و پنج دانشمند از EPA تشکیل شد. این کمیته پارامترهایی را برای لایه مرزی زمینی یا سیاره ای (PBL) تعریف کردند و مدل‌های قبلی را به روز رسانده و به این مدل رسیدند.

نرم افزار AERMOD توسط AERMIC با همکاری هیات علمی EPA و AMS تهیه شده است. این نرم افزار در سال ۱۹۹۱ برای اولین بار منتشر گردید. این نرم افزار در هفت مرحله طراحی و بهبود یافت:

فرمول نویسی اولیه مدل

ارزیابی ارتقاع مدل

بازنگری داخلی و انتشار سری بتا

بازنگری فرمول نویسی مدل

ارزیابی کارایی مدل و تست حساسیت آن

بازنگری خارجی

تسلیم به EPA برای اینکه از آن به عنوان یک مدل قانونی در طبقه مدلهای ارجح استفاده شود.

در آوریل سال ۲۰۰۰ EPA این نرم افزار را برای مدل سازی عوارض ساده و پیچیده سطحی زمین مورد تایید قرار داد و معرفی نمود. در نوامبر سال ۲۰۰۵ این مدل کاملا توسط EPA پذیرفته و منتشر گردید. همان طور که ملاحظه می شود ارتقاء و پذیرش نهایی این مدل حدود ۱۴ سال به طول انجامید.

آموزش نرم افزار ایرمود

ویژگی های نرم افزار ایرمود

این مدل دارای یک مدل غربالگر به نام AERSCREEN می‌باشد که پیش از انتخاب و یا کاربرد آن می‌تواند مورد استفاده قرار گیرد.

کلیه منابع آلاینده به صورت منفرد یا چندگانه نقطه ای سطحی دوبعدی) و حجمی (سه بعدی) قابل پذیرش می‌باشد.

منابع انتشار آلاینده می‌توانند به صورت سطحی، نزدیک به سطح و یا مرتفع باشند.

محل انتشار آلاینده می‌تواند به صورت شهری و روستایی باشد در مورد منابع شهری معیار تعداد جمعیت می‌باشد.

نوع آلاینده‌های هوای خروجی می‌تواند به صورت پیوسته و یا آلاینده‌های سبک‌تر از هوا باشد. نزولات جوی آلاینده‌های هوا می‌تواند به صورت خشک یا مرطوب، ذرات و یا گازی باشد. برای محاسبه توزیع آلاینده‌ها به صورت عمودی و افقی در شرایط پایدار آب و هوایی از مدل گوسی و برای توزیع عمودی در شرایط ناپایدار از مدل‌های غیر گوسی استفاده می‌کند.

عوارض سطح زمین می‌تواند به صورت ساده و یا پیچیده در نظر گرفته شود.

اثرات ساختمان‌ها با استفاده از الگوریتم PRIME برای جریانات هوای روبه پایین محاسبه می‌گردد. داده‌های هواشناسی برای سطوح مختلف ارتفاعی می‌تواند مورد استفاده قرار گیرد. پروفیل داده‌های هواشناسی به صورت پروفیل عمودی باد توربولانس و دما قابل ارائه می‌باشد.

مهم‌ترین محدودیت‌های آن به شرح ذیل می‌باشد:

این مدل برای شرایط پایدار هوا طراحی شده است محدودیت شعاع مطالعاتی در حد ۵۰ کیلومتر را دارد

این مدل بیشتر برای شرایط پیوسته طراحی شده و ممکن است شرایط اضطراری را نتواند پوشش دهد این مدل قادر به مشخص نمودن آلاینده‌های چندگانه ناشی از مه دود فتوشیمیایی مانند ازن نیست.

انجام هر گونه مطالعات مدلسازی پراکنش آلودگی هوا توسط نرم افزار AERMOD ناشی از منابع مختلف جهت گزارش های ارزیابی اثرات زیست محیطی EIA، تحقیقاتی و پایان نامه پذیرفته می شود