Размеры зоны токсической опасности при выбросах токсиканта зависят как от мощности выброса, так и от характеристик атмосферного переноса, прежде всего от скорости ветра и от категории (класса) устойчивости (стабильности) атмосферы. Категории различаются, в основном, интенсивностью вертикального перемещения.Наиболее неустойчивая категория «А» отмечается при слабом ветре и сильной солнечной радиации, когда воздух, нагретый теплом от земной поверхности, всплывает. Обычно это состояние возникает после полудня или несколько раньше. Категория «С» наблюдается при усилении ветра от умеренного до сильного и чаще всего вечером при ясном небе или днём при низких кучевых облаках, а также летними ясными днями при высоте солнца 15 – 30°.Нейтральная категория «D» соответствует условиям сплошной облачности, как днём, так и ночью, когда влияние прямых солнечных лучей незначительно. Устойчивые категории «Е» и «F» фиксируют обычно ночью при чистом небе или слабой облачности, когда земная поверхность выхолаживается и над ней устанавливается инверсионный слой. Естественная конвекция при этом подавляется. Стабильность повышается с ростом скорости ветра и снижением интенсивности солнечного облучения. Облачность проявляется по-разному. Ночью её снижение усиливает охлаждение Земли, образование температурной инверсии. Днём, наоборот, конвективные потоки и нестабильность усиливаются.Для определения категории стабильности используют классификацию по вертикальному градиенту температур (классификация Паскуилла, таблица 1). Поскольку состояние устойчивости атмосферы по существу определяется интенсивностью вертикальных конвективных течений, оно может существенно изменяться и в течение суток. Таблица 1 Классификация классов устойчивости по ПаскуиллуГрадиент температуры (ΔT/ΔZ), ℃/100 мКласс устойчивости< -1,9 А - сильная конвекция-(1,9÷1,7) В - конвекция-(1,7÷1,5) С – умеренная конвекция-(1,5÷0,5) D – нейтральная-0,5÷+1,5 Е – инверсия Как видно, распределение состояний устойчивости атмосферы в холодное и тёплое время года весьма отличаются. Так, в холодное время года доминируют нейтральное и стабильное состояние атмосферы, а в тёплое время года: ночью – стабильное, а днём – неустойчивое. Для мощных вертикальных высокоскоростных выбросов или высокотемпературных выбросов, а также в случае расположения источника выброса на значительной высоте от поверхности земли весьма важным является учёт зависимости слоя перемешивания (приземный слой атмосферы с примерно постоянным касательным напряжением сдвига) от состояния атмосферы. По данным зарубежных исследователей высота слоя перемешивания в среднем изменяется от 100 м ночью до 2000 м в дневное время. При этом максимальное значение высоты слоя перемешивания достигается через 3 – 4 часа после восхода солнца.Для описания зависимости реализации того или иного класса устойчивости атмосферы от скорости ветра U были проанализированы данные соответствующей определенному типу земной поверхности (равнинная, холмистая и т.д.). Влияние состояния земной поверхности проявляется также и в эффекте торможения движения воздушных масс, который характеризуется, как правило, так называемым «параметром шероховатости» (Д0) в зависимости от структуры ландшафта и сезона в разрезе года. Наиболее характерные значения Д0 даны в таблице 2.Известно, что скорость ветра существенно изменяется с высотой [1]. В прикладных исследованиях наиболее часто используется степенная зависимость вида:U(z)=U0⋅(zz0)p,(1)где U0=1м/с – скорость ветра на высоте источника выброса; р – показатель степени, зависящий от атмосферных условий и шероховатости поверхности (0,16 – открытое пространство; 0,28 – наличие пригородной зоны; 0,4 – условия города, т.е. в условиях города турбулентность выше, чем на открытой местности; z0 – высота источника выброса.Значения показателя «р» также зависят от класса устойчивости атмосферы и "шероховатости" поверхности Д0 (таблица 2).Таблица 2 Зависимость параметра "р" от величины шероховатостиКатегория стабильности атмосферыПараметры шероховатости Д0, м0,010,113А0,050,080,170,27В0,060,090,170,28С0,060,110,20,31D0,120,160,270,37Е0,340,320,380,47F0,530,540,610,69 Также существует связь между категориями устойчивости атмосферы и характеристиками турбулентного переноса, и масштабами переноса примеси. Анализ для простейшего случая переноса «нейтральной» примеси от точечного источника постоянной мощности G0 показал, что распределение концентрации примеси на оси следа (у = 0) на поверхности земли (z = 0) равно:N(x,0,0)≈G02⋅π⋅U⋅σy(x)⋅σz(x)(2)Обычно коэффициенты дисперсии в горизонтальном и вертикальном направлении σy и σz вычисляют по эмпирическим соотношениям. Наиболее известны номограммы «Гиффорда-Паскуилла», составленные по наблюдениям концентрации на равнинной местности:σi=exp[ai+bi⋅lnx+ci⋅(lnx)2](3)где x – расстояние, м (102 ≤ x ≤ 104); i = y, z.  Коэффициенты аппроксимации ai, bi и сi, даны в таблице 3:  Таблица 3Константы формул, аппроксимирующих кривые Гиффорда-ПаскуиллаКонстантыКатегории стабильности атмосферыАВСDЕFay-1,104-1,634-2,054-2,555-2,754-3,143by0,98781,0351,02311,04231,01061,0148cy0,00760,00960,0076-0,00870,0064-0,007az4,679-1,999-2,341-3,186-3,783-4,49bz1,71720,87520,94771,17371,3011,4024cz0,2770,0136-0,002-0,03116-0,045-0,054 Бриггс провёл аналогичные наблюдения в городской местности и поэтому его коэффициенты иногда называют «городскими». Для нестабильной атмосферы городские коэффициенты σy выше сельских приблизительно до 5 км, потом существенно снижаются. С учётом стабильности, (для категории F) позиция превышения городских коэффициентов увеличивается до 40 км. Расхождение коэффициентов σz ещё более существенны.Представленные выше данные об изменениях и корреляциях между основными параметрами атмосферного переноса свидетельствуют о необходимости построения предельно чётких логических схем различных вариантов (исходов) развития аварийного процесса в атмосфере, построенных по принципу «деревьев событий». Очевидно также, что по целому ряду характеристик (шероховатость дневной поверхности, функции распределения скорости ветра и классов стабильности атмосферы в разрезе года и другие) «функции переноса» непосредственно связаны и с «функцией источника» (давление насыщенных паров, температура воздуха и поверхности грунта и другие), то есть с мощностью выброса. Проиллюстрируем важность обоснования характерного сценария на примере аварийного струевого выброса токсического газа с постоянной мощностью. Возможная неопределённость – направление выброса. Варианты: 1 – вертикальная свободная струя в сносящем потоке ветра; 2 – «настильная» струя (то есть ориентированная вдоль земной поверхности) с характерной высотой источника – 1,0 м. Для корректности сравнения диаметр источника и масса выброса в обоих случаях приняты одинаковыми.В настоящее время сформировался «стандартный подход» к моделированию концентрации загрязняющих веществ в системе «источник выброса – концентрация загрязняющих веществ на различных расстояниях от источника выброса» [1-3]. Он опирается на то, что между основными параметрами атмосферного переноса загрязняющих веществ, или «функций переноса» и «функций источника существует тесная связь [4].С использованием классических законов сохранения количества движения, массы и неразрывности можно получить для вертикального выброса следующие выражения для расчёта концентрации токсиканта в расширяющейся струе на высоте «z» от среза трубы радиусом «r0»:C=C0⋅r0⋅r0ra2⋅z⋅a+r0,(4)а также «предельную» высоту подъёма струи – Z*, на которой её средняя по сечению скорость будет близка к скорости ветра на этой же высоте  – U(Z*)≡U*:Z*=r02⋅a⋅(p0pa⋅w0U*-1),(5)где С0; р0 – концентрация токсиканта и плотность газа (смеси) на срезе; ра – плотность атмосферного воздуха; a – коэффициент «захвата» (эжекции) воздуха (в соответствии с многочисленными экспериментами для свободной турбулентной струи, a = 0,06 ÷ 0,08); w0 – скорость выброса.На высоте Z = Z* струя практически погасит свою исходную кинетическую энергию, и дальнейший процесс рассеивания примеси будет подчиняться законам турбулентного обмена в атмосфере, то есть произойдёт смена инжекционного механизма на диффузионный.Определив значения Z* = Нэк и C(Z*), где по смыслу Нэк является высотой эквивалентного источника с помощью токсиканта Q*, можно перейти ко второй стадии анализа – к расчёту рассеивания по направлению ветра токсиканта в атмосфере под действием массопереноса и турбулентной диффузии.Для прогноза распределения концентраций ЗВ вокруг источника используют простейшую модель Гаусса турбулентной диффузии [2, 4 – 6].Математическое выражение для концентрации вещества от точечного источника с постоянной мощностью – Q* (кг/с) записывается в следующем виде:C(x,y,z,t)=f(A)⋅Q*2⋅π⋅σy⋅σz⋅U⋅e-y22⋅σy2⋅(e-(z-H)22⋅σz2+e-(z+H)22⋅σz2),(6)где Q* – мощность источника (кг/с); σy и σz, – дисперсионные параметры, зависящие от устойчивости атмосферы и расстояния от источника «х», (м); U – скорость ветра м/с; Н – высота источника (м); x, y, z – осевая, поперечная и вертикальная координаты; f(A) – доля примеси в слое перемешивания («А» – высота слоя перемешивания).Эта зависимость применительно к реальным условиям выброса с концентрацией С0 корректируются введением понятия виртуального источника. В этом случае вычисляют х0 таким образом, что в точке (х = 0, у = 0, z = Н) соблюдалось равенство:C=f(A)⋅Q2⋅π⋅σy(x0)⋅σz(x0)⋅U(7)А при дальнейших расчётах параметры дисперсии корректируются с учётом значения Х0, то есть σy=σy(x+x0); σz=σz(x+x0). Как правило, для относительно небольших значений высот подъёма факела (Н <100 ÷ 200 м) f(A) = l.            В заключении можно сделать следующий вывод: сложность учёта и описания в моделях процессов турбулентного переноса загрязняющих веществ, при наличии в атмосфере крупномасштабных упорядоченных нестационарных образований (больших вихрей) и упорядоченной составляющей сравнительно мелкомасштабной турбулентности, обусловлены нестационарностью самого процесса и отсутствием универсального кинетического уравнения, аналогичного уравнению Больцмана в динамике разряженных газов [7-9].