Mở đầu Các mô hình nhiễm bần không khí là biểu diễn toán học các quá trình lan truyền, khuếch tán tạp chất và các phản ứng hóa học kết hợp với số lượng và đặc trưng của phát thải từ các nguồn công nghiệp và các dữ liệu thời tiết được sử dụng để dự báo nồng độ chất bản đang xét. Ngoài các khó khăn của việc mô phỏng các tham số khí tượng (sự phân bố của gió và nhiệt độ trong lớp biên của khí quyền, sự mô tả các quá trình khuếch tán và bức xạ mặt trời), ta cần phải lưu ý tới các yếu tố liên quan tới bản chất của các chất bản : sự nóng lên của các chất được thải ra, sự chuyển hóa do kết quả của các phản ứng hóa học. Trong trường hợp đơn giản nhất các chất bản được xét như một chất khí trơ không nóng với mật độ giống như không khí. Tuy nhiên các chất thải của các nhà máy hóa học và các xí nghiệp công nghiệp là khí nóng.
Trong trường hợp như thế ta cần lưu ý tới sự ảnh hưởng của tính nổi nhiệt và như vậy ta phải hiệu chỉnh công thức dự báo nồng độ tạp chất. Trong việc dự báo các hạt cheo lơ lửng bài toán còn phức tạp hơn do ta còn phải lưu ý tới sự lắng trọng trường. Về mặt hóa học, các thành phần hoạt tính, nghĩa là các thành phần là nguyên nhân của khói quang hóa, sẽ dẫn tới bài toán còn phức tạp hơn nữa, bởi vì khi đó ta cần phải đưa vào mô hình bức xạ mặt trời và độ ấm. Như vậy, dự báo chất lượng không khí tại một thời điểm bất kỳ cũng như tại một vị trí bất kỳ của khu công nghiệp cần phải dựa vào sự hiểu biết các qui luật khí tượng và hóa học.
Các mô hình dự báo sự nhiễm bắn không khí phục vụ /[60|,[70] / cho việc vạch ra chiến lược kiếm soát mức độ nồng độ các tạp chất có hại; dự báo thời vụ các mức độ cao của nồng độ trong thành phố và các khu công nghiệp trong sự phụ thuộc vào các điều kiện khí tượng thủy văn 3 bắn có thể khi và lượng thoát ra của các chất bắn; phân tích sự nhiễm đưa vào các nguồn mới. các điều Các mô hình được sử dụng để dự báo sự nhiễm ban trong lớn hơn phải kiện của thành phố cũng như cho một vùng lãnh thổ rộng thỏa các điều kiện sau : thay đổi nồng © Có phạm vi không gian và thời gian tương ứng với sự độ trong miền đang xét vào khoảng thời gian dự báo; nó; e tác vụ từ quan điểm thời gian đòi hỏi để thực hiện quá © Theo khả năng của mình cho ta một biếu diễn tổng hợp về các đặc trưng của trình bình lưu, khuếch tán, các phản ứng hóa học và chất thải. hình hóa các Kinh nghiệm của nhiều nghiên cứu trong lãnh vực mô khẳng định sự quá trình lan truyền các chất nhiễm bản trong không khí hệ giữa cần thiết phải phân loại các quá trình này tương ứng với mối liên phải phân loại các kích thước theo không gian và thời gian. Sự cần thiết quốc tế, như như vậy được chứng minh chặt chế tại nhiều chương trình quyến toàn "Những thay đổi toàn cầu”, "Chương trình về hóa học khí .Marchuc, cầu”, ” Mô hình các chu trình tuần hoàn sinh địa hóa”.
Phụ thuộc vào kích thước thời gian- ta chia gian của đối tượng và các quá trình sinh thái và địa vật lý người ra làm bổn mức độ sau /xem{[11]/: lưu - Mức độ toàn cầu-tiến hành khảo sát với kích thước toàn cầu có quan ý tới các tác động tổng hợp của các yếu tố mà người khảo sát tâm trong khoảng thời gian từ một vài chục năm cho tới vài tháng ứng (ví dụ các mô hình thay đổi khí hậu, mô hình tính toán hiệu nhà kính,.) - Mức độ vĩ mô (mức độ hành tỉnh) - xem xét các đối tương và các kích quá trình trong không gian có kích thước vài trục ngàn km, thước thời gian- từ một năm tới một vài tháng (mô hình lan truyền vượt tuyến của chất bẩn giữa các quốc gia hay các hành tình với Bác nhau, mô hình này đã được đưa vào áp dụng tại châu âu và Mỹ,.) - Mức độ trung bình (mức độ vùng) -xem xét các quá trình trong không gian có kích thước tir vai tram km tdi vai tram m và thời gian từ một vài ngày tới một vài giờ (các quá trình nhiễm bản khí quyền tại các thành phố công nghiệp, các tổ hợp công nghiệp, các tình huống tai biển khi có sự phát tổa lớn của các chất bản vào khí quyến là thuộc mức độ này). - Mức độ vi mô (mức độ địa phương)- xem xét các quá trình trên một diện tích từ vài trăm m tới một vài m, thời gian một vài phút tới một vài chục phút (một bài toán sinh thái tiêu biểu ở đây là tính cho một số ít các nguồn thải và xem xét chỉ tiết phân bố không gian của nồng độ tại một miền địa phương nào đó). Từ quan điểm tổng hợp tất cả các yếu tố khác nhau, để tính mức độ nhiễm bản ta có thể dựa vào Seinfeld /[69]/ dé chia ra bốn giai doạn được sử dụng ngày nay để mô phỏng nhiễm bần công nghiệp. Dạng đơn giản hơn cả của mô hình-mô hình ”hop”.
Mo hinh nay giả thiết rằng sự pha trộn hoàn toàn bên trong một khối đơn vị có diện tích bằng cả một thành phố và chiều cao được xác định bởi biên trên của sự pha trộn. Chất được thoát ra từ các nguồn với vận tốc không đối, phân bố đều trên lãnh thổ thành phố. Dé tinh dong chất bắn qua tường của khối ta sử dụng vận tốc trung bình của gió. Mô hình vệt khói và các mô hình khuếch tán tiêu biểu đều lưu ý tới các tham số khác nhau sau đây.
Dạng này của mô hình mô tả sự phát tán của tạp chất trơ từ một nguồn điểm, tuyến hay bề mặt. Sự tán xạ ngang được thường đánh giá từ các quan sát thực nghiệm và là hàm số của thời gian. Sự khuếch tán đứng được xác định như là hàm số ổn định của khí quyền. Giai đoạn tiếp theo của sự phát triển dự báo nhiễm bẩn do hoạt động của con người là việc mô phỏng dựa trên việc giải phương trình vi phân bảo tồn khối lượng.
Các mô hình này bao trùm các phản ứng hóa học, sự thay đổi theo thời gian của các tham số khí tượng, mô tả đầy đủ hơn sự phát thải của các nguồn, nghĩa là lưu ý tới sự thay đổi các chất thải trong không gian và theo thời gian. Lớp các mô hình này bao gầm các phương trình bảo tồn khối lượng của tạp chất đang xét, cho nên các biến liên quan tới các phương trình chuyển động và gia nhập nhiệt là các tham số đầu vào của phương trình mô tả sự lan truyền của chất. Cuối cùng xấp xí đầy đủ và hoàn chỉnh hơn cả trong việc mô phỏng nhiềm bản công nghiệp là giải các phương trình đầy đủ, ba chiều, thay đổi theo thời gian của lớp biên khí quyến có bao hàm cả phương trình bảo tồn khối lượng. Trong những năm gần đây, người ta đã thiết lập một loạt các mô hình dự báo nhiễm bắn không khí có chứa bên trong nó những đặc điểm riêng đặc trưng cho đối tượng được xem Xét và ta rất khó đặt nó trong dạng nào ở trên.
Dưới dây, đối với mỗi trong bốn giai đoạn ta sẽ xét Các tham số tham gia vào mô hình, phạm vi ứng dụng của mô hình, những ưu khuyết điểm. Những lưu ý chính sẽ tập trung cho các phương pháp số giải phương trình bảo tồn khối lượng. Các mô hình ”®hộp” Mô hình ”hộp” đơn giản nhất được Xtern trình bay trong /[55]/. Theo mô hình này, người ta xét một khối đơn vị có đáy là diện tích của thành phố, chiều cao được xác định bằng cận trên của quá trình pha trộn, chiều cao này phụ thuộc vào sự phân tầng của khí quyền.
Giả thiết rằng chất bán được thoát ra từ các nguồn phân bố đều trên lãnh thổ của thành phố với vận tốc không thay đổi. Dòng tạp chất qua các tường bên của khối đang xét phụ thuộc vào vận tốc trung bình của gió. Mo hình "hộp” đơn vị được phát triển trong các công trình của Reiquam /[ð4], [55]/. Mê hình bao gồm mảng ngang các khối (trong mặt phẳng x-y) rằng buộc với nhau.
Chiều cao của mỗi khối được giới hạn bởi chiều cao của sự pha trộn. Tiếp theo ta giả thiết rằng tạp chất được pha trộn tốt trong mỗi khối, sự lan truyền giữa các tường bên của các khối được xác định bởi trường gió, tạp chất thoát ra từ bề mặt đất và đáy của mỗi khối được xem xét như một nguồn bề mặt thuần nhất. Như vậy ta đã xác định bài toán, sự cân bằng của mỗi tạp chất trong mỗi 6 thể tích tại thời điểm ý có thể được viết bởi phương trình : 1 Cuts (nha + RazQnt) + PnaCase-1 (2.1) mử trong đó C„¿,„¿_¡ là nồng độ của tạp chất tại các thời điểm ¿ và t— 1; Vi, la thé tich của hộp, g„„ là khối lượng của tạp chất trong ô thể tích do sự bình lưu; Q„„ là khối lượng của tạp chất do phat 10 thai; thas Rat Png & cdc dai lượng không thứ nguyên xác định mối quan hệ giữa véctơ gió và kích thước các khối đặc trưng cho phần dư Qn,t» Qn,ts Cn,t-1 COD lai trong khối thứ n tai cudi khodng t. Sự phát triển tiếp theo của mô hình "hộp” được thể hiện trong công trình của Ragland /[53]/.
Tác giả cũng xét mô hình hai chiều cua “hop” nhưng trong mặt phẳng z và z. Trong trường hợp này ta có thể lưu ý tới sự thay đổi của gió theo độ cao, cũng như sự khuếch tán đứng. Sự khuếch tán đứng này phụ thuộc vào độ én định của khí quyền. Tác giả đã xây dựng mảng hai chiều gồm ð với đáy 6 gắn với bề mật trái đất là nơi đặt nguồn thải chất bẩn, còn dòng nền nồng độ tạp chất tác dong lên các cột 6.
Người ta lấy chiều cao sự pha trộn làm biên trên. Khi đó sự cân bằng của tạp chất trong mỗi ö là tổng các dòng tap chất đi vào và đi ra do sự bình lưu và do sự khuấch tán đứng. Các mô hình này được nhiều tác giả khác nhau sử dụng để tính các mức độ nồng độ được trung bình hóa trong khoảng thời gian từ một thời vụ tới một năm. Một bước ngang của mô hình dao động trong khoảng từ một vài chục km vuông tới một vài trăm.