Γράφει ο Γιώργος Ευθυμίου
Στις πολυσύχναστες αστικές περιοχές, η ποιότητα του αέρα που αναπνέουμε είναι ζωτικής σημασίας για την υγεία μας. Πολλές φορές, ειδικά κοντά σε βιομηχανίες ή κύριους δρόμους, μπορεί να προκύψουν βραχυπρόθεσμα επικίνδυνα «κύματα» υψηλής συγκέντρωσης ρύπων. Η πρόβλεψη αυτών των επικίνδυνων γεγονότων είναι εξαιρετικά δύσκολη, καθώς ο τρόπος με τον οποίο διασπείρονται οι ρύποι επηρεάζεται από τα κτήρια, τους δρόμους και τους γενικότερους ατμοσφαιρικούς παράγοντες. Μια νέα θεωρητική μελέτη προσφέρει έναν πιο ακριβή τρόπο για να κατανοήσουμε και να προβλέψουμε αυτή τη «διαδρομή» των ρύπων στον αέρα.
Γιατί είναι τόσο περίπλοκη η πρόβλεψη στην πόλη;
Φανταστείτε να προσπαθείτε να προβλέψετε πώς θα κινηθεί ένα σωματίδιο καπνού στον αέρα ανάμεσα σε ψηλά κτήρια. Ο άνεμος στριφογυρίζει, αλλάζει κατεύθυνση και ένταση δημιουργώντας μίνι-δίνες. Αυτή η «τυρβώδης ροή» είναι ο κύριος παράγοντας που καθορίζει πώς θα μεταφερθεί και θα απλωθεί η ρύπανση. Τα παραδοσιακά μοντέλα που χρησιμοποιούνται για τέτοιες προβλέψεις, όπως το γνωστό «μοντέλο Gauss», βασίζονται σε απλουστευμένες παραδοχές και δυσκολεύονται να λάβουν υπόψη αυτή την πολυπλοκότητα. Συνεπώς, μπορεί να υποεκτιμούν τον κίνδυνο σε ορισμένες περιοχές.
Πηγή: https://windtechconsult.com/latest-developments-in-cfd-enable-improved-assessment-of-pollution-dispersion-and-re-entrainment-odor-propagation-and-air-quality/.
Τι προτείνει η νέα έρευνα;
Προτείνεται ένα νέο θεωρητικό μοντέλο που βελτιώνει τον υπολογισμό του συντελεστή τυρβώδους διάχυσης. Αυτός ο συντελεστής είναι σαν να περιγράφει πόσο «γρήγορα» και «αποτελεσματικά» διασπείρονται οι ρύποι μέσα στον τυρβώδη αέρα.
Το καινοτόμο στοιχείο αυτής της προσέγγισης είναι ότι συνδυάζει δύο βασικές χρονικές κλίμακες:
1. Τον χρόνο ταξιδιού του ρύπου: Πόσο καιρό παραμένει ο ρύπος στον αέρα.
2. Την ένταση της τυρβώδους ροής: Πόσο «άγριος» είναι ο άνεμος στην περιοχή.
Συνδυάζοντας αυτούς τους παράγοντες, το νέο μοντέλο προσαρμόζεται δυναμικά στις συνθήκες της κάθε περιοχής. Σε μια οδό με έντονη στροβιλότητα, το μοντέλο «βλέπει» την αυξημένη ανάμιξη και προβλέπει με μεγαλύτερη ακρίβεια τις υψηλές συγκεντρώσεις. Αντίθετα, σε μη οδικές περιοχές, το μοντέλο ανταποκρίνεται στη μειωμένη διάχυση.
Πώς δοκιμάζεται ένα νέο μοντέλο;
Δεδομένου ότι η εργασία είναι θεωρητική, η ομάδα χρησιμοποίησε τα δεδομένα από ένα κλασικό πείραμα, το «Prairie Grass», που πραγματοποιήθηκε στη δεκαετία του 1950 στις ΗΠΑ. Σε αυτό το πείραμα, απελευθερώθηκε διοξείδιο του θείου (SO₂) από μια πηγή σε επίπεδο εδάφους και μετρήθηκαν οι συγκεντρώσεις του σε διάφορες αποστάσεις.
Οι ερευνητές σύγκριναν δύο σενάρια:
Σενάριο 1: Χρήση του νέου, δυναμικού μοντέλου για την τυρβώδη διάχυση.
Σενάριο 2: Χρήση ενός παραδοσιακού μοντέλου με σταθερές παραμέτρους.
Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι το Σενάριο 1 ταίριαζε καλύτερα με τις πραγματικές μετρήσεις του πειράματος. Αυτό υποδηλώνει ότι το νέο μοντέλο μπορεί να αποτυπώσει πιο αξιόπιστα την εξέλιξη της διάχυσης του ρύπου στον αέρα.
Γιατί είναι αυτό σημαντικό για εμάς;
Η δυνατότητα ακριβέστερης πρόβλεψης της ατμοσφαιρικής ρύπανσης έχει άμεσες εφαρμογές στη δημόσια υγεία και την πολεοδομική πολιτική:
Προστασία Δημόσιας Υγείας: Βοηθά στον εντοπισμό hotspots ρύπανσης, όπου οι πολίτες κινδυνεύουν από βραχυπρόθεσμη υψηλή έκθεση. Αυτό μπορεί να οδηγήσει σε καλύτερα συστήματα προειδοποίησης ή σε αλλαγές στην κυκλοφοριακή οργάνωση.
Αστικός Σχεδιασμός: Μπορεί να ενημερώσει την τοποθέτηση νέων σχολείων, νοσοκομείων ή κατοικιών, μακριά από πιθανές ζώνες υψηλής συγκέντρωσης ρύπων.
Διαχείριση Κινδύνων: Σε βιομηχανικές περιοχές, μπορεί να βοηθήσει στη βελτίωση των σχεδίων έκτακτης ανάγκης σε περίπτωση ατυχήματος.
Το μέλλον και τα επόμενα βήματα
Η τρέχουσα μελέτη αποτελεί τη θεωρητική βάση για ένα πιο εξελιγμένο μοντέλο. Το επόμενο κρίσιμο βήμα είναι η επαλήθευση – η δοκιμή του μοντέλου σε πραγματικές αστικές συνθήκες, με πολύπλοκες γεωμετρίες, χρησιμοποιώντας προηγμένα συστήματα προσομοίωσης υπερυπολογιστών.
Συνοπτικά, αυτή η έρευνα ανοίγει το δρόμο για πιο ακριβή εργαλεία πρόβλεψης της ποιότητας του αέρα που αναπνέουμε. Μελλοντικές εφαρμογές της θα μπορούσαν να βοηθήσουν στη δημιουργία πιο υγιεινών και ασφαλέστερων αστικών περιβαλλόντων για όλους μας.
Πηγή: Efthimiou, G. An Empirical Theoretical Model for the Turbulent Diffusion Coefficient in Urban Atmospheric Dispersion. Urban Sci. 2025, 9, 281. https://doi.org/10.3390/urbansci9070281.
Γεώργιος Ευθυμίου
FLUENC, 55535 Θεσσαλονίκη, Ελλάδα
