5.3.1. Гауссовская модель атмосферной диффузии

К числу наиболее распространенных методов расчета загрязнения атмосферы относится гауссовская модель расчета шлейфа вредных веществ от стационарных источников. В основе модели лежит выражение для нормального или гауссовского распределения вредных веществ в атмосфере.

Подобная методика рекомендована Агентством по охране окружающей среды США для проведения расчетов, носящих нормативный характер.

Модели этого типа пригодны как для краткосрочных прогнозов, так и для долгосрочных. Краткосрочные прогнозы осуществляются с помощью моделей, рассчитывающих карту загрязненности района для одного периода, которому соответствуют достаточно устойчивые метеорологические условия. Эти модели могут <5ыть использованы и для долгосрочных прогнозов, если интервалы предсказания можно разбить на квазиустойчивые периоды по метеорологическим условиям. Такой подход индуцирует определенные расчетные трудности, особенно в тех случаях, когда надо оценить среднегодовые концентрации для большого количества распределенных источников. Для долгосрочных прогнозов наблюдаемая в течение года роза ветров дискретизируется, отдельные показатели разбиваются на классы: скорость ветра - j классов, направление ветра - А:, параметры атмосферной устойчивости - е, высота инверсии - т и т. д. Иногда учитываются и такие параметры, как температура, освещенность, влажность. Из накопленной за несколько лет метеоинформации можно построить вероятностную функцию f(j,k,е,m,...), характеризующую вероятность появления ветра силой j, направления k и т. п. Рассмотрим подробно гауссовские модели в случае краткосрочных прогнозов.

Гауссовское уравнение следует из общего уравнения атмосферной диффузии (5.2) при выполнении следующих условий:

1) решение не зависит от времени (источник имеет постоянные параметры выброса);

2) скорость ветра постоянна и одинакова во всем слое диффузии;

3) коэффициенты диффузии не зависят от координат;

4) диффузия в направлении х мала по сравнению со средней скоростью переноса вещества в этом направлении, что значит

В этом случае общее уравнение диффузии существенно упрощается.

(5.6)

Общее решение уравнения (5.6) имеет вид:

(5.7)

где С₀ - произвольная постоянная, определяемая граничными условиями конкретной задачи Окончательное выражение будет иметь вид:

(5.8)

где , . - дисперсии, характеризующие гауссовское распределение по оси Yи оси Z:

(5.9)

Математическая модель называется гауссовской, так как с точностью до постоянного множителя она состоит из двух гауссовских функций вида:

(5.9)

Гауссовская кривая имеет вид колокола и меняется от - до + с максимумом при y=0.
Коэффициент  - нормализующий фактор, который делает площадь под кривой равной единице