ปัจจัยสภาพอากาศต่อมลพิษทางอากาศ

ปัจจัยสภาพอากาศต่อมลพิษทางอากาศ

บทความโดย ผศ.ดร.ชาคริต โชติอมรศักดิ์

ปัญหามลพิษทางอากาศมีปัจจัยที่เกี่ยวข้องอยู่หลายปัจจัย ซึ่งประกอบไปด้วย จำนวนแหล่งกำเนิด ลักษณะภูมิประเทศและที่สำคัญอีกประการคือลักษณะลมฟ้าอากาศและภูมิอากาศประจำถิ่นด้วย สำหรับปัจจัยอันเนื่องมาจากภูมิประเทศสำหรับพื้นที่ที่เป็นหุบเขาหรือแอ่งกระทะมีผลต่อการระบายอากาศ ซึ่งจะทำให้ระบายอากาศค่อนข้างยากเกิดการสะสมมลพิษบริเวณแอ่ง ปัจจัยอันเนื่องจากภูมิประเทศเราไม่สามารถจัดการได้นอกจากต้องย้ายแหล่งที่อยู่ ส่วนแหล่งกำเนิดนั้นขึ้นอยู่กับการจัดการว่าจะควบคุมได้มากน้อยเพียงใด ส่วนอีกปัจจัยที่เราสามารถเฝ้าระวังได้คือปัจจัยอันเนื่องมาจากลักษณะทางอุตุนิยมวิทยาในช่วงที่เกิดปัญหามลพิษทางอากาศ ซึ่งที่สำคัญประกอบไปด้วย ความเร็วและทิศทางลม ระดับความสูงผสม เสถียรภาพอากาศ และการระบายอากาศ เป็นต้น

จุดความร้อนจากไฟ (Hotspots) แหล่งกำเนิดของฝุ่นควันจากการเผาในที่โล่ง ซึ่งตรวจวัดได้ดาวเทียม

ลักษณะภูมิประเทศแบบแอ่งกระทะทางภาคเหนือซึ่งเอื้อต่อการสะสมของมลพิษทางอากาศ[1]

ความเร็วและทิศทางลม

ความเร็วและทิศทางลมมีบทบาทสำคัญในการแพร่กระจายของหมอกควันและศักยภาพศักยภาพของบริเวณที่จะได้รับผลกระทบ ลมแรงช่วยให้การกระจายของหมอกควันในแนวราบได้ดีและช่วยลดความเข้มข้นบริเวณใกล้แหล่งกำหนด อย่างไรก็ตามลมแรงก็เป็นสาเหตุให้เกิดการกีดกั้นการฟุ้งกระจายของหมอกควันในแนวดิ่งด้วย ส่งผลให้ความเข้มข้นของหมอกควันบริเวณผิวพื้นตามทิศทางที่ลมพัดมีค่าสูง ดังนั้นในการพิจารณาผลของลมต่อมลพิษจากหมอกควันจึงขึ้นอยู่กับการให้ความสำคัญต่อบริเวณต้นลมหรือปลายลม สำหรับในบริเวณที่เป็นหุบเขาจะมีลมภูเขาพัดลงหุบเขาในเวลากลางคืนอันเนื่องมาจากความแตกต่างของอุณหภูมิสองบริเวณ ดังนั้นถ้าหากมีการปลดปล่อยมลพิษในเวลาหลังพลบค่ำ มลพิษเหล่านั้นก็จะถูกกีดกั้นจากลมภูเขาไม่ให้ฟุ้งกระจายในแนวดิ่งได้ อากาศจะไม่ระบายและเกิดการสะสมของหมอกควันบริเวณใกล้ผิวพื้น ในทางกลับกันในเวลากลางวันจะมีลมหุบเขาพัดจากหุบเขาขึ้นไปตามลาดเขาซึ่งถือเป็นการช่วยระบายอากาศออกจากหุบหรือแอ่ง ปัจจัยเหล่านี้ล้วนมีผลต่อการแพร่กระจายของหมอกควันทั้งสิ้น

ความเร็วและทิศทางลมที่มีผลต่อการแพรากระจายของมลภาวะ[1]

ความสูงผสม

ความสูงผสม (Mixing Height) คือความสูงของชั้นบรรยากาศเหนือพื้นดินซึ่งมีการผสมของอากาศได้ดี ชั้นของอากาศเหนือความสูงนี้จะมีเสถียรภาพ ดังนั้นหมอกควันที่ถูกปลดปล่อยสู่บรรยากาศจะมีศักยภาพในการฟุ้งกระจายในแนวดิ่งได้สูงสุดถึงระดับความสูงผสมนี้เท่านั้น ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับความเร็วลมและเสถียรภาพของบรรยากาศ ณ เวลานั้นด้วย ความสูงผสมที่ต่ำจะจำกัดขีดความสามารถในการฟุ้งกระจายของหมอกควันในแนวดิ่ง ส่งผลให้ความเข้มข้นสูงของหมอกควันอยู่บริเวณผิวพื้นเป็นเวลานาน ทำใหเกิดปัญหามลพิษทางอากาศ

ความสูงผสม

เสถียรภาพของบรรยากาศ

เสถียรภาพของบรรยากาศ (Atmospheric/Air Stability) เป็นดัชนีชี้วัดแนวโน้มของบรรยากาศที่จะส่งเสริมหรือยับยั้งการเคลื่อนที่ของอากาศในแนวดิ่ง สำหรับบรรยากาศที่ไม่มีเสถียรภาพ (Unstable) ก้อนอากาศจะสามารถลอยขึ้นตามแนวดิ่งได้อย่างต่อเนื่องอันเนื่องจากแรงลอยตัว (เช่นเดียวกับการลอยขึ้นของโคมลอยและโคมไฟ)

รูป A แสดงพฤติกรรมของหมอกควันจากไฟป่าภายใต้สภาวะบรรยากาศที่ไม่มีเสถียรภาพ ซึ่งจะเห็นว่าหมอกควันจะลอยสูงขึ้นและถูกพัดไปตามทิศทางของลมระดับบน สำหรับในสภาวะบรรยากาศที่มีเสถียรภาพ (Stable) อุณหภูมิของก้อนอากาศจะเย็นกว่าอากาศรอบ ๆ ส่งผลให้ก้อนอากาศจมตัวลงเนื่องจากมีความหนาแน่นมากกว่า ดังนั้นการเคลื่อนที่ขึ้นในแนวดิ่งจึงถูกจำกัดและมลพิษเช่นหมอกควันจะอยู่ใกล้ผิวพื้น

รูปที่ B แสดงตัวอย่างพฤติกรรมของหมอกควันจากไฟป่าภายใต้สภาวะบรรยากาศมีเสถียรภาพ โดยจะเห็นว่าหมอกควันส่วนใหญ่ลอยอยู่ใต้ระดับความสูงผสม และจมลงบริเวณใกล้ผิวพื้น แต่ก็จะมีส่วนที่อยู่เหนือแหล่งกำเนิดไฟที่หมอกควันลอยขึ้นตามแนวดิ่งได้ระยะหนึ่งเนื่องจากกระแสการพาความร้อนจากไฟเอง

พฤติกรรมของหมอกควันภายใต้สภาวะบรรยากาศที่มีไม่มีเสถียรภาพ (A) และบรรยากาศที่มีเสถียรภาพ (B)[2]

อุณหภูมิผกผันกับมลพิษทางอากาศ

อุณหภูมิผกผัน (Temperature Inversion) เป็นปรากฏการณ์ที่อุณหภูมิของอากาศมีการเพิ่มขึ้นตามความสูง ลักษณะของการเกิดอุณหภูมิผกผันมีอยู่ 2 ประเภท คือ อุณหภูมิผกผันที่ผิวพื้น (Surface Inversion) และ อุณหภูมิผกผันที่ระดับสูง (Aloft inversion) ปัจจัยที่เอื้อต่อการเกิดอุณภูมิผกผันผิวพื้นแบบรุนแรง คือ ลมสงบ อากาศโปร่ง และกลางคืนที่ยาวนาน ในตอนกลางคืนของฤดูหนาวจะยาวนานกว่าเวลากลางคืนในช่วงฤดูร้อน ดังนั้นอุณหภูมิผกผันที่พื้นผิวจึงมักเกิดในช่วงฤดูหนาวมากกว่าฤดูอื่น ๆ อย่างไรก็ตามโดยปกติแล้วในเวลากลางวันเมื่อดวงอาทิตย์เริ่มขึ้นจะทำให้อากาศเหนือพื้นดินเริ่มอุ่นขึ้น ปรากฎการณ์อุณหภูมิผกผันก็จะเริ่มอ่อนกำลังลงและหายไปในตอนบ่ายที่อากาศเหนือพื้นดินร้อนที่สุด แต่อย่างไรก็ตามภายใต้เงื่อนไขทางอุตุนิยมวิทยาบางอย่าง เช่น การมีความกดอากาศสูงปกคลุมพื้นที่ จะทำให้อุณหภูมิผกผันที่ผิวสามารถคงอยู่ได้หลายวัน นอกจากนี้ลักษณะภูมิประเทศของท้องถิ่นนั้น ๆ ก็มีผลต่อการคงอยู่ของปรากฎการณ์อุณหภูมิผกผันด้วย โดยเฉพาะในบริเวณที่เป็นหุบเขา

อุณหภูมิผกผันบริเวณผิวพื้น (A) และ อุณหภูมิผกผันเหนือพื้นดิน (B)[1]

อุณหภูมิผกผันผิวพื้นมีผลโดยตรงต่อคุณภาพอากาศ โดยเฉพาะในช่วงฤดูหนาว เมื่อเกิดอุณหภูมิผกผันบริเวณใกล้ผิวพื้นที่แรง อากาศอุ่นที่อยู่เหนืออากาศเย็นกว่าจะเป็นเหมือนฝาปิดกั้น และหยุดยั้งการผสมกันของอากาศและกั้นอากาศที่เย็นกว่าข้างล่างไม่ให้ลอยขึ้นไปได้ ดังนั้นมลพิษ เช่น การเผาในที่โล่ง ไฟป่า และมลพิษจากแหล่งกำเนิดอื่น ๆ ที่ปลดปล่อยสู่อากาศก็จะถูกกีดกั้นทำให้มลพิษเหล่านี้สะสมอยู่ใกล้พื้นดิน ส่งผลให้คุณภาพอากาศไม่ดี ความแรงของปรากฎการณ์อุณหภูมิผกผันที่ผิวพื้นจะส่งผลโดยตรงต่อคุณภาพอากาศ กล่าวคือ ยิ่งอุณหภูมิผกผันมีความแรงก็จะทำให้คุณภาพอากาศแย่ลง ควันไฟจากการเผาไม้และวัชพืชจะมีปริมาณฝุ่นละอองขนาดเล็กจำนวนมากเมื่อเทียบกับการเผาไหม้จากน้ำมันเชื้อเพลิง ดังนั้นหลายเมืองในหลายประเทศจึงมีการห้ามเผาในช่วงที่ลักษณะอากาศเอื้อต่อการสะสมของมลพิษทางอากาศ โดยเฉพาะในวันที่เกิดอุณหภูมิผกผันที่ผิวพื้นที่แรงในช่วงฤดูหนาว

อ้างอิงรูป

[1] Whiteman, 2000

[2] Roger Ottmar, United State of America Forest Service (USFS)