Literature review of atmospheric contaminant transport offshore

I denne rapporten er vi opptatt av atmosfærisk spredning av mulige skadelige stoffer fra offshoreulykker, og vi ser på hva som finnes av forskningslitteratur som er relevant for å modellere dette. Den atmosfæriske spredningen er først og fremst styrt av vinden, som utviser kaotisk oppførsel på grunn av samspillet mellom storskala sirkulasjonsmønstre og overflateforhold. En operasjonell modell for spredningen trenger å være rask og enkel å bruke. Dette kan man oppnå ved å la være å beskrive vindforholdene for detaljert. Den såkalte Gauss-modellen er den mest kjente av slike modeller. Dersom vinden er jevn og dersom det er lite terrengvariasjon, kan slike modeller fungere godt. Men når vinden påvirkes av bygninger og topografi, eller dersom man står overfor transport over lange avstander, er disse enkle modellene nesten garantert å komme til kort. I slike tilfeller må vi heller ty til modeller som kan utnytte mer kompleks vind i form av turbulensmodeller eller numeriske værprediksjonsmodeller. Vind over hav har tradisjonelt blitt sett på som enklere enn vind over land, og havbølgene har blitt sett på som milde ruhetselementer som fører til lave turbulensnivåer. Selv om turbulensnivåer over hav er lave sammenlignet med over land, har forskning vist at det er en kompleks sammenheng mellom sjøtilstanden og den vertikale transportmekanismen. Sjøtilstanden handler om hvorvidt bølgene er korte (og sakte) eller lange (og raske). Korte bølger forplanter seg utelukkende i retning av vinden, og effekten av dem er en netto overføring av energi til bølgene, med den effekten at bølgene vokser mens vinden blir bremset. Lange bølger derimot, ofte referert til som dønninger, kan forplante seg i alle retninger. Hvis disse lange bølgene forplanter seg i vindens retning, vil de gi en netto skyvekraft til vinden samtidig som de sakte avtar i høyde. Dersom de derimot forplanter seg mot vinden, vil de bremse vinden. Denne komplekse sammenhengen mellom sjøtilstand og overføring av energi mellom hav og atmosfære, reiser spørsmålet om hvordan den atmosfæriske spredningen blir påvirket av samspillet mellom vind og bølger. I gjennomgangen vår fant vi bare en håndfull referanser som tar for seg dette emnet. I disse fant vi følgende: • Flere referanser er enige om at dønninger som forplanter seg i samme retning som vinden, fører til at aerosoler transporteres oppover, vekk fra overflaten. Dønninger motvirker altså avsetning på overflaten, noe som fører til høyere luftkonsentrasjoner nedstrøms for kilden. • Én av referansene, der forskeren hadde utført numeriske beregninger på laboratorieskala, viste at korte bølger fører til økt avsetning av aerosoler på overflaten. Hovedinntrykket er imidlertid at det er stor mangel på litteratur på dette emnet. Nylig har såkalte veggmodellerte LES modeller (LES, eng. for large eddy simulation) blitt tatt i bruk for og testet på vind over bølger på operativ skala, altså på domener som strekker seg over flere kilometer. Disse modellene representerer, etter vår mening, den mest lovende kandidaten til å undersøke effekten av bølger på spredning av utslipp nær havoverflaten.