Phân bố chất ô nhiễm hay hình dạng luồng khuếch tán rối (luồng khói) trong khí quyển chịu ảnh hưởng trực tiếp của khuếch tán rối. Trường hợp điển hình nhất của khuếch tán rối là chuyển động của luồng khói trong môi trường chuyển động, tức khi có gió. Khi không có gió, sự khuếch tán được thực hiện dưới tác dụng của dòng đứng.
Hình dạng luồng khói thoát ra từ ống khói phụ thuộc chủ yếu vào cường độ khuếch tán đứng hay gradient nhiệt độ theo chiều đứng, tức tính ổn định của khí quyển gần ống khói. Phân biệt 6 dạng luồng khói (hình 1.6)[2]:
Hình 1.5. Xác định độ cao hòa trộn trong ngày
1. Đường gradient nhiệt độđoạn nhiệt; 2. Nghịch nhiệt sát mặt đất điển hình vào thời gian trong đêm; 3. Gradient nhiệt độđiển hình vào thời gian trong ngày; 4. Lớp hòa trộn; Tmax – nhiệt độ cực đại trong ngày; z – độ cao hòa trộn lớn nhất
Luồng hình sóng( uốn lượn) (hình 1.6a) được tạo thành khi gradient nhiệt độ trên đoạn nhiệt (β >βk) tương ứng với cường độ khuếch tán mạnh. Luồng hình sóng xuất hiện đặc biệt vào ban ngày trong những ngày hè nóng bức khi mặt trời nung nóng mặt đất với cường độ bức xạ lớn và gió nhẹ. Luồng hình
Hình 1.8: Hình dạng luồng khuếch tán rối (luồng khói)
Luồng hình sóng( uốn lượn)
Luồng hình nón
Luồng hình quạt
Luồng hình quạt dốc lên trên – dạng nửa chuồng chim
Luồng hình quạt xông khói
Luồng “mắc bẫy” (“bẫy” khói)
Hướng gió thổi
sóng uốn lượn mang phần lớn khí ô nhiễm cuốn theo nhiệt vào độ cao gần mặt đất sau khi thoát ra khỏi ống khói trong thời gian ngắn. Do đó, mặc dù chất ô nhiễm lan tỏa tốt, nó vẫn gây ô nhiễm tại vị trí này với nồng độ cao.
Luồng hình nón (hình 1.6b) được tạo thành ở điều kiện khí quyển trung tính (β = βk) tương ứng với cường độ khuếch tán vừa. Luồng hình nón xuất hiện khi thời tiết ẩm và gió nhẹ, bầu trời có mây che phủ làm cho bức xạ mặt trời vào ban ngày và bức xạ từ mặt đất vào không trung vào ban đêm giảm. Luồng hình nón có lợi thế hơn so với luồng hình sóng là chất ô nhiễm được mang đi xa trước khi nó chạm đất, tức gây ô nhiễm ở vị trí gần mặt đất xa nơi ống khói.
Luồng hình quạt (hình 1.6c) được tạo thành trong điều kiện khí quyển nghịch nhiệt (β < 0 < βk) và gần với đẳng nhiệt tương ứng với khuếch tán rất yếu. Luồng hình quạt xuất hiện vào ban đêm, bầu trời trong sáng và gió nhẹ (đặc biệt có tuyết phủ) khi mặt đất được làm nguội do bức xạ nhiệt vào không trung. Nếu mật độ khói và mật độ khí quyển bằng nhau thì chất ô nhiễm di chuyển song song với mặt đất với khoảng cách dài. Do đó, mặc dù chất ô nhiễm lan tỏa (khuếch tán) yếu, nồng độ của nó ở lớp gần mặt đất vẫn thấp do luồng khói ở dạng nổi hiếm khi đạt tới mặt đất trước khi bị pha loãng. Luồng hình quạt dốc lên trên – dạng nửa chuồng chim (hình 1.6d) được tạo
thành khi lớp nghịch nhiệt gần mặt đất nằm bên dưới miệng ống khói, luồng khói hình quạt khuếch tán mạnh bên trên. Luồng hình quạt dốc lên trên xuất hiện vào buổi chiều tối khi mặt trời lặn và trời trong không mây, bức xạ nhiệt chưa đủ thời gian để nâng độ cao của lớp nghịch nhiệt. Luồng khói bốc lên mang chất ô nhiễm vào lớp không khí không ổn định bên trên. Do nghịch nhiệt ngăn cản chất ô nhiễm hạ xuống mặt đất nên nồng độ chất ô nhiễm trên mặt đất được hạn chếở mức thấp.
Luồng hình quạt xông khói (hình 1.6e) được tạo thành khi lớp nghịch nhiệt trên cao nằm bên trên miệng ống khói, bên dưới là lớp khí quyển không ổn định. Trường hợp này, luồng khói khuếch tán mạnh bên dưới, xuất hiện vào
buổi sáng khi mặt trời nung nóng mặt đất và lớp không khí gần nó chưa đủ để loại bỏ hoàn toàn lớp nghịch nhiệt được hình thành từ đêm hôm trước. Nghịch nhiệt ngăn cản chất ô nhiễm khuếch tán lên trên, luồng khói tản hạ xuống “xông” mặt đất gây ô nhiễm diện tích xa ống khói.
Luồng “mắc bẫy” (“bẫy” khói) (hình 1.6f) được tạo thành khi nghịch nhiệt nằm cả bên trên và bên dưới miệng ống khói. Luồng khói bị giới hạn (“đánh bẫy”) trong phạm vi nghiêm ngặt bên trên và bên dưới miệng ống khói, tức giữa 2 vùng ổn định của lớp nghịch nhiệt. Chất ô nhiễm khó khuếch tán lên trên hoặc xuống dưới.
