مقدمة لنماذج تشتت ملوثات الهواء

مقدمة لنماذج تشتت ملوثات الهواء، وهي النماذج التي تختص بدراسة جودة الهواء. تُستخدم هذه النماذج تقنيات رياضية وحسابية لمحاكاة العمليات الفيزيائية والكيميائية التي تؤثر على ملوثات الهواء أثناء انتشارها وتفاعلها في الغلاف الجوي. وتعتمد النماذج على بيانات الأرصاد الجوية وبيانات المصدر مثل معدلات الانبعاثات وارتفاع المداخن، بالإضافة إلى التضاريس واستخدامات الأراضي.

تُعد نماذج تشتت الهواء من النماذج الحتمية (Deterministic Models)، وهناك منها ما يُعتبر شبه حتمي، ويُستخدم في حالات الطقس غير المستقرة أو التي تغطي مساحة كبيرة، ليأخذ في الاعتبار التغيرات البيئية والجوية المستمرة.

هناك منهجان يستخدمان لوصف حركة وتشتت الملوثات:

✅ نهج لاغرانج (Lagrangian):
في هذا النهج، يتم تتبع حركة جزيئات الهواء الفردية مع مرور الوقت. يمكن تصور هذا النهج على أنه تتبع مسار جزيئات الهواء عبر الغلاف الجوي، ويتم ذلك من خلال:

• تحديد موقع وسرعة كل جزيء هواء عند نقطة زمنية معينة.
• متابعة حركة الجزيئات عبر الزمن باستخدام معادلات الحركة والتشتت.
• حساب تأثيرات المصادر والانبعاثات والعوامل الجوية على كل جزيء هواء على حدة.
• هذا النهج مفيد لتتبع مسار الملوثات بشكل دقيق ولتحليل تشتت الملوثات على نطاق صغير أو متوسط.

✅ نهج أويلريان (Eulerian):
في هذا النهج، تتم دراسة تدفق الهواء وانتقال الملوثات عند نقاط ثابتة في الفضاء مع مرور الزمن. يمكن تصور هذا النهج على أنه تحليل لتغير تركيز الملوثات في شبكة من النقاط الثابتة في الغلاف الجوي، ويتم ذلك من خلال:

• تقسيم المنطقة المدروسة إلى شبكة من الخلايا أو النقاط.
• حساب التغيرات في تركيزات الملوثات في كل خلية أو نقطة عبر الزمن باستخدام معادلات الانتقال والتفاعل.
• استخدام المعادلات التفاضلية الجزئية لوصف تدفق الهواء وانتقال الملوثات عبر حدود الخلايا.
• هذا النهج مفيد لتحليل انتشار الملوثات على نطاق واسع وتقييم تأثيرات السياسات البيئية وتنظيمات جودة الهواء.

ونماذج التشتت (Dispersion Models) عادة ما تُطبق نهج لاغرانج، ومن أمثلة النماذج التطبيقية لنماذج التشتت هي AERMOD/AERSCREEN. خلال الفترة القادمة، سنتحدث عن النموذج الأكثر شهرة وهو نموذج AERMOD، وللعلم فإن AERSCREEN هو النسخة الأولية للفحص من نموذج AERMOD، لذا سأركز على AERMOD فقط لأنه الأكثر شهرة في الدراسات البيئية.

AERMOD هو اختصار لـ(AMS/EPA Regulatory Model)، وهو نموذج مجاني تم تطويره بواسطة وكالة حماية البيئة الأمريكية (EPA) بالشراكة مع الجمعية الأمريكية للأرصاد الجوية (AMS) بهدف تقييم جودة الهواء وتقدير تأثيرات انبعاثات الملوثات على البيئة المحيطة. ولكن، نظرًا لصعوبة التعامل مع هذا النموذج، فقد قامت بعض الشركات بتطوير برامج سهلة الاستخدام مثل برنامج BREEZE AERMOD وبرنامج AERMOD VIEW.