وارونگی دما چیست و چرا موقع سرما هوای شهر آلوده می شود؟
زیاد شدن غلظت آلاینده ها و ذرات معلق در هوای شهر بخصوص در فصل پاییز و زمستان، یکی از عوامل بیماری های ریوی، و آسیب های تنفسی است. در این مقاله می خواهیم با دلیل این مساله بهتر آشنا شویم.
در همین ابتدای مطلب بهتر است توضیح مهمی را بیان کنیم. عبارت "وارونگی هوا" که در جامعه مصطلح است واژه درستی نیست. به پدیده افزایش آلودگی بر اثر شرایط دمایی"وارونگی دما(temperature Inversion)" گفته می شود. اما از آنجایی که عبارت وارونگی هوا در جامعه رایج شده است، ما هر دو عبارت را در این مقاله استفاده می کنیم.
وارونگی هوا(دما) پدیده ای است که بیشتر در انتهای فصل پاییز و زمستان اتفاق می افتد. در هنگام وارونه شدن دمای ستون هوا در شهر هایی مثل تهران، اصفهان، اهواز و مشهد ، گازهای آلاینده و گلخانه ای به سطح زمین نزدیک شده و باعث بالاتر رفتن مقدار آلودگی هوا از حد مجاز خواهند شد. همچنین جرکت هوا بین لایه های اتمسفر بدلیل پدیده وارونگی دما، متوقف می شود.
اتفاق هایی که باعث می شود پدیده وارونگی هوا تا حدی از بین برود عبارت است از :
1 - باریدن باران یا برف
2 - وزش باد و حرکت جبهه های هوای گرم و سرد
برای اینکه از دلیل رخ دادن وارونگی هوا بیشتر اطلاع پیدا کنید، در ادامه این مطلب با ما همراه باشید.
نمونه آلودگی ایجاد شده در یک شهر، بر اثر وارونگی هوا (وارونگی دما)
وارونگی گرمایی یا وارونه شدن دمای هوا(Thermal/Air Inversion)
برای درک بهتر مفهوم وارونگی دما یا وارونگی هوا، لازم است در ابتدا با شرایط عادی لایه های هوا آشنا شویم. جو اطراف زمین از چندین لایه مختلف تشکیل شده است که این لایه ها به ترتیب تروپوسفر(نزدیکترین لایه به سطح زمین که کل بحث ما هم در محدوده همین لایه است)، استراتوسفر، مزوسفر، ترموسفر و اگزوسفر نام دارند. شرایط دمایی در لایه های مختلف جو متفاوت است اما به صورت کلی می توان نمودار تغییرات دمایی در جو را در تصویر زیر مشاهده کرد. در شرایط عادی آب و هوایی و در لایه تروپوسفر که تا ارتفاع میانگین تقریبا 17 کیلومتری از جو گسترش یافته است، هر چقدر ارتفاع از سطح زمین افزایش یابد، دمای هوا کاهش خواهد یافت. باید توجه داشت که 10 کیلومتر اول لایه های هوای اطراف زمین که در محدوده تروپوسفر(troposphere) مربوط به تغییرات آب و هوایی است و ابرها هم در همین محدوده تشکیل می شوند. به عنوان مثال در حالت عادی دمای هوا در بالای قله کوه دماوند کمتر از دمای هوا در شهر تهران است.
نمودار دمای تغییر دمای هوا در لایه های مختلف و ارتفاع جو
عوامل ایجاد آلاینده در هوای شهر
در شرایط معمولی و در شهرهای بزرگی مانند تهران، تبریز، مشهد، اهواز، اصفهان و ...، آلاینده های تولید شده توسط موتورهای احتراق داخلی مثل خودرو سواری، اتوبوس، کامیون، قطار، و تاسیسات صنعتی مانند پالایشگاه، نیروگاه و کارخانجات، بدلیل اینکه دمای بالایی دارند، به سمت قسمت بالای لایه هوایی تروپوسفر حرکت می کنند. این حرکت آلاینده ها به سمت بالا و جابجایی آنها توسط باد، موجب می شود در شرایط عادی، میزان آلاینده های هوا در حد مشخصی باقی بماند. در عین حال بدلیل تابش آفتاب در طول روز و گرم شدن هوای اطراف سطح زمین، یک چرخش پیوسته و جابجایی طبیعی هوا ایجاد می شود.
وارونگی دما یا وارونگی هوا پدیده ای است که در آن یک لایه هوای گرم، در بالای شهر یا یک منطقه خاص بوجود آمده و در آن ناحیه ماندگار می شود. در این شرایط گازهای آلاینده تولید شده در لایه زیرین حبس شده و به تدریج غلظت آلاینده ها به طرز قابل ملاحظه ای افزایش می یابد.
نحوه حرکت هوا و آلودگی در شرایط عادی و در وضعیت وارونگی هوا
باید توجه داشت که بروز پدیده وارونگی گرمایی یا وارونگی هوا، در مناطقی که آلاینده ای تولید نشود مانند مناطق غیر شهری، مشکلی را ایجاد نخواهد کرد. اما در مناطق شهری تا زمانی که آن لایه هوای گرم در بالای محدوده شهر وجود داشته باشد، ادامه خواهد داشت. وارونگی هوا یا وارونه شدن دما دارای چندین منشا مختلف است :
1- وارونگی هوا و دما بر اثر تشعشع (Radiation Inversion)
2- وارونگی هوا بر اثر عدم توربولانس و تلاطم هوا(Turbulence Inversion)
3- وارونگی هوا بر اثر استقرار جبهه هوا(Frontal Inversion)
4- وارونگی بر اثر نشست هوا(Subsidence Inversion)
در بعضی از موارد، آلودگی شدید هوای شهر می تواند بخاطر اتفاق افتادن چند مورد از گزینه های فوق بصورت همزمان باشد.
دلیل آلودگی هوای شهرها در زمستان و پاییز
به صورت کلی بیشترین دلیل وارونگی هوا و آلوده شدن شدید هوا در شهرهای بزرگ، حالت وارونگی تشعشی است. ایجاد وارونگی تشعشی به این صورت است که در طول روز، زمین بر اثر تابش نور خورشید گرم می شود و هوای گرم اطراف زمین تمایل به حرکت به سمت بالا دارند. اما هنگامی که شب فرا می رسد، سطح زمین به سرعت سرد می شود و لایه هوای اطراف سطح زمین سرد می شود. در این شرایط لایه گرم هوا که بالای لایه هوای سرد در اطراف زمین قرار گرفته، به آلاینده ها اجازه نمی دهد به سمت بالا حرکت کنند. همزمان با این پدیده، بدلیل بالا رفتن غلظت آلاینده ها و انعکاس تابش خورشید، در طول روز نیز دمای هوا بر اثر تابش به حد مناسب نمی رسد و پدیده وارونگی هوا را تشدید می کند. شرایط زمانی ایجاد وارونگی هوا در طول یک شبانه روز در تصویر زیر نشان داده شده است.
ساعت های ایجاد و از بین رفتن وارونگی هوا
بروز پدیده وارونگی هوا یا وارونگی دما توسط چند عامل تشدید خواهد شد :
1- عدم وزش باد به صورت مقطعی
2- عدم وجود ابر در آسمان
3- وجود هوای سرد و خشک
بررسی علت آلودگی هوا در زمستان
همانطور که گفتیم پدیده وارونگی هوا یا وارونگی گرمایی، موجب آلودگی شدید در شهرهای پر جمعیت و صنعتی شده و می تواند صدمات شدیدی را به ساکنین شهرها وارد نماید.
باید توجه داشت در شهرهایی که اطراف آن کوه وجود دارد، پدیده وارونگی هوا معمولا بیشتر اتفاق می افتد.
برای رهایی از وارونگی هوا لازم است ارگان های مربوط، اقداماتی را در بلند مدت و کوتاه مدت انجام دهند. امروزه کشورهای دنیا برای حل مشکل وارونگی هوا در کلانشهرها برنامه های بلند مدت و کوتاه مدتی در نظر گرفتند و دولت ها، شهرداری ها و سایر ارگانها، به دور از جناح بندی سیاسی، موظف به اجرای این برنامه ها هستند.
- به عنوان مثال جلوگیری از تردد خودرو هایی که استانداردهای آلایندگی را دریافت نکرده اند
- استفاده از بنزین با کیفیت
- تشویق به استفاده از خودروی های برقی و هیبریدی
- و تشویق به خرید موتور سیکلت برقی و دوچرخه
در عین حال با انجام مدلسازی ها و شبیه سازی های سیالاتی، بررسی جهت وزش باد و شرایط اقلیمی هر منطقه، باید و نبایدهایی در حوزه ساختمانی اعمال می شود و از ساخت و سازهای بدون پشتوانه علمی در بعضی مناطق جلوگیری می شود. متاسفانه در ایران و به ویژه شهر تهران، ارگانهای متولی، بیشتر نگرش کسب درآمد نسبت به آلودگی هوا دارند و به هیچ عنوان یک برنامه مدون که تمامی دستگاه ها را بتواند مجبور به انجام فعالیت های بلند مدت و کوتاه مدت نماید، وجود ندارد.
علاوه بر تهران در شهرهایی مانند اهواز و آبادان نیز ریزگردها موجب بروز صدمات مالی و جانی فراوانی به هموطنان می گردند و سازمانی مسئول این مشکلات وجود ندارد که با داشتن برنامه مدون و همچنین ضمانت اجرایی، سایر ارگانها را به انجام وظایف خود در قبال آلودگی هوا وادار نماید. به برنامه های اجرایی که در شهر های بزرگ جهان برای کاهش آلودگی هوا در نظر گرفته می شود Air quality action plan گفته می شود و شما با جستجوی این عبارت در موتورهای جستجو گر مانند گوگل(google)، می توانید به فعالیتهای انجام شده در کشورهای دیگر در خصوص کاهش وارونگی و آلودگی هوا دسترسی پیدا کنید. لازم است به این نکته اشاره کنیم که این برنامه های مدون افزایش کیفیت هوا، شامل یک گزارش جامع و مطالعات اولیه است و مبنا قرار دادن صرف تصاویر در اینترنت، کار صحیحی نیست. برای نمونه اینفوگرافیک کلی برنامه جامع کاهش آلودگی هوای شهر بیرمنگام برای سال 2021 را در تصویر ذیل مشاهده می کنید.
پس اگر واقعا نگران سالهای آینده هستیم و نمی خواهیم به صورت فصلی و موقتی به مسائلی مانند آلودگی هوا بپردازیم، نیاز به یک برنامه جامع و اجرایی داریم که باید هر سال بروز شود. اما کاری که در حال حاضر می کنیم، این است که با فرا رسیدن فصل پاییز و زمستان، شورای شهر و یا شهرداری یک سری اقدامات تکراری و موقتی مانند طرح زوج و فرد از درب منازل را اجرا می کند و یا نسبت به تعطیلی شهر اقدام خواهد کرد. در صورتیکه این اقدامات، بیشتر به خاطر بی توجهی به آینده و نداشتن برنامه جامع و منظم است.
شبیه سازی جریان هوا
سیمولیشن سیالاتی تهویه
شبیه سازی و تحلیل سیالاتی تهویه تونل
شرکت آراکو - محمد قربانعلی بیک
09124780268
02166129745
02166561974