Помощь студентам в учебе
ВЛИЯНИЕ МЕТЕУСЛОВИЙ НА ЗАГРЯЗНЕНИЯАТМОСФЕРЫ В КАЗАНИ
|
Введение 3
Глава 1. Характеристика территории города Казани 8
1.1. Физико-географическая характеристика г. Казани 8
1.2. Социально-экономическая характеристика г. Казани 10
1.3 Климатическая характеристика Казани 11
Глава II. Влияние метеорологических факторов на состояние атмосферы 17
2.1 Скорость ветра 17
2.2 Распределение температуры воздуха 20
2.3 Влажность воздуха 24
2.4 Атмосферные осадки 25
Глава III. Влияние метеоусловий на загрязнения атмосферы в Казани 28
3.1 Скорость ветра 28
3.3 Направление ветра 36
3.2 Многолетние изменения ветрового режима 39
3.4 Влияние стратификации нижней части пограничного слоя Казани на
загрязнение атмосферы 42
3.5 Осадки 49
3.6 Влажность воздуха 53
3.7 Коэффициент самоочищения 55
3.8 Состояние воздушного бассейна 58
Высотный метеорологический температурный профилемер МТП-5 66
Заключение 74
Литература
Глава 1. Характеристика территории города Казани 8
1.1. Физико-географическая характеристика г. Казани 8
1.2. Социально-экономическая характеристика г. Казани 10
1.3 Климатическая характеристика Казани 11
Глава II. Влияние метеорологических факторов на состояние атмосферы 17
2.1 Скорость ветра 17
2.2 Распределение температуры воздуха 20
2.3 Влажность воздуха 24
2.4 Атмосферные осадки 25
Глава III. Влияние метеоусловий на загрязнения атмосферы в Казани 28
3.1 Скорость ветра 28
3.3 Направление ветра 36
3.2 Многолетние изменения ветрового режима 39
3.4 Влияние стратификации нижней части пограничного слоя Казани на
загрязнение атмосферы 42
3.5 Осадки 49
3.6 Влажность воздуха 53
3.7 Коэффициент самоочищения 55
3.8 Состояние воздушного бассейна 58
Высотный метеорологический температурный профилемер МТП-5 66
Заключение 74
Литература
Атмосферный воздух относится к одним из самых важных ресурсов, который дает начало всему живому на нашей планете и состоит из смеси газов и аэрозолей. Так же важно отметить, что атмосферный воздух считается неисчерпаемым ресурсом и как физическое тело практически неисчерпаем. Однако, его состав в результате выбросов вредных веществ в атмосферу, качественно претерпевает изменения и нуждается в постоянном контроле и возобновлении.
Природа сама обладает огромным потенциалом для самоочищения и поддержания своего равновесия и это самоочищение происходит непрерывно и протекает в связи с круговоротом веществ в природе. Наиболее распространенный вид самоочищения атмосферного воздуха (АВ) - это смыв и рассеивание потоками воздуха пылевых и газообразных загрязняющих веществ, выбрасываемых промышленными предприятиями и автотранспортом. Очищение атмосферного воздуха происходит также в результате фотохимических реакций, превращающих токсичные загрязняющие вещества в безвредные нейтральные соединения. Интенсивность разложения органических загрязняющих веществ зависит от количества ультрафиолетовой радиации, наличия окислителей и температуры воздуха, при увеличении которой процессы самоочищения атмосферы происходят быстрее и интенсивнее. Очень сильное влияние на самоочищение атмосферы оказывают циркуляционные процессы. Господствующие в условиях антициклональной погоды нисходящие потоки воздуха приводят к накапливанию загрязняющих веществ в приземных слоях атмосферы, циклоническая же деятельность способствует очищению атмосферного воздуха. К процессу самоочищения атмосферы относится и гравитационное осаждение аэрозолей на землю, и наличие растительного покрова, который адсорбирует и фильтрует на своей поверхности значительное количество пыли и газа. Относительная устойчивость атмосферы к самоочищению зависит также от наличия гидроксильного радикала (НО), уровень которого практически не меняется из года в год, что было доказано международной группой исследователей Национального управления по исследованию океанов и атмосферы NOAA. Радикал участвует в формировании и распаде поверхностного озона и загрязнителей, вступает в реакцию и разрушает метан, углеводороды, угарный и сернистый газы, но не может удалять углекислый газ, закись азота и фторхлоруглеводороды. Т.е. в природе есть достаточно механизмов для поддержания своего равновесия и до 50-60 -х годов прошлого столетия это равновесие практически соблюдалось. Однако бурное послевоенное строительство промышленных предприятий с большими выбросами загрязняющих веществ в атмосферный воздух и стремительный рост автотранспортных 8 средств пробили брешь в способностях природы к самоочищению. Наступил момент, когда неконтролируемый поток выбросов вредных веществ в атмосферу привел к формированию высоких концентраций примесей, особенно в районах с суровыми климатическими условиями. Для изучения этого вопроса американские ученые в 60-х годах прошлого столетия ввели понятие метеорологического потенциала загрязнения атмосферы, под которым подразумевался комплекс метеорологических условий рассеивания или накопления примесей, их диффузию и оседание, вымывание осадками и химические превращения. Это было необходимо для того, чтобы уже на стадии планирования и размещения промышленного предприятия, имеющего значительные выбросы вредных веществ в атмосферу, как можно рациональнее использовать природный потенциал местности [alt-energy.org.ua].
В самых первых работах (Niemeya, 1960) было рассмотрено, что под потенциалом загрязнения атмосферного воздуха (ПЗА) было принято брать сочетание таких условий, как: скорость ветра у земли < 4 м/с; скорость ветра на уровне изобарической поверхности 500 гПа < 12 м/с; нисходящих движений воздуха ниже поверхности 600 гПа при продолжительности таких условий около 36 ч.
В более поздних работах (Holzworth, 1970), потенциал загрязнения воздушного бассейна вычислялся по высоте основания приподнятых температурных инверсий и средней скорости ветра в слое инверсии или по высоте слоя перемешивания и средней скорости в слое перемешивания
В научных статьях зарубежных авторов, также предлагается метод определения потенциала загрязнения атмосферы в зависимости от высоты слоя перемешивания и средней скорости ветра для 8 типов атмосферных циркуляций для центральных месяцев каждого сезона по двум срокам наблюдений. Для каждого типа циркуляций были построены графики связи горизонтальной дисперсии и высоты слоя перемешивания. Анализ таких графиков показывал, что каждый тип циркуляции характеризуется своим потенциалом загрязнения (Muller, 1985).
В бывшем СССР первые такие разработки появились в конце 70-х годов и использовались в основном санитарной службой. В 80-х годах к этому процессу подключилась Гидрометслужба страны. В ГГО им. А.И. Воейкова под руководством Э.Ю. Безуглой был разработан комплексный показатель, учитывающий климатические особенности территории России, так называемый потенциал загрязнения атмосферы (ПЗА), который и до настоящего времени используется во всей официальной документации Росгидромета. Комплексные показатели такого типа позволяют выбирать оптимальные места для размещения проектируемых промышленных предприятий, а, если место для вновь строящегося объекта уже выбрано и этот выбор продиктован социально-экономическими обстоятельствами, то, зная климатические условия для рассеивания примесей данной 9 территории, можно заранее планировать перечень природоохранных мероприятий и вносить ограничения на мощность объекта, высоту его труб и т.д. Однако, за последние десятилетия применение ПЗА при решении практических задач стало затруднительным, как за счет произошедшего потепления климата и изменившихся в связи с этим природным ресурсом атмосферного воздуха, так и за счет перехода к новым формам хозяйствования и появлению новых нормативных и законодательных актов в сфере охраны окружающей среды и в частности атмосферного воздуха. Поиск других моделей количественной оценки метеорологического потенциала загрязнения на сегодняшний день является крайне актуальным, т.к. от адекватной оценки природного потенциала атмосферного воздуха зависит экологическая безопасность РФ и каждого региона в отдельности. В предлагаемом отчете проводится анализ наиболее распространенных методик по определению метеорологического потенциала загрязнения атмосферного воздуха в России, анализируются их достоинства и недостатки, а также предлагается новый показатель для определения рассеивающей способности атмосферы, учитывающий влияние ветра, осадков и температуры воздуха [Безуглая, 1980].
Цель работы оценка влияния атмосферных характеристик в воздушном бассейне г. Казани, для уточнения формирования погодных условий, которые способствуют образованию и рассеиванию загрязняющих веществ.
Для достижения постановленной цели решались следующие основные задачи:
• рассмотреть механизмы влияния метеорологических параметров на степень загрязнения атмосферы;
• дать оценку состоянию воздушного бассейна г.Казани;
• определить, как влияет режим скорости ветра, температуры воздуха, влажности воздуха и осадков на качество атмосферного воздуха г.Казани;
• выявить тенденции изменения метеопараметров и состояния атмосферного воздуха.
Объектом исследования является метеорологические характеристики, которые влияют на загрязнения в городе Казани.
Предмет исследования - метеоусловия влияющие на загрязнение атмосферы.
Научная новизна - в исследовании использован обширный фактический материал, впервые для г.Казани рассмотрены характеристики стратификации атмосферы с привлечением данных температурного профилемера МТР-5.
Практическая значимость работы - результаты исследования могут быть использованы при планировании расположения производств с целью минимизации пагубного воздействия на атмосферу Казани.
Актуальность работы - проблема изучения процессов самоочищения и самовосстановления воздушного бассейна города Казани является особенно актуальной в современных условиях повышения антропогенной нагрузки.
В качестве исходных данных для оценки загрязнения воздушного бассейна г. Казани использовались данные профилимера МТР-5, данные о качестве атмосферного воздуха в г. Казани, содержащихся в Государственных докладах о состоянии природных ресурсов и об охране окружающей среды Республики Татарстан, обширный архив срочных метеорологических наблюдений на станции Казань-опорная.
Структура и объем работы. Работа состоит из введения, 3 глав, заключения, списка литературы. Объем основного текста диссертации составляет 72 страницы, включая 35 рисунков, 13 таблиц. Список литературы насчитывает 61 наименование.
Природа сама обладает огромным потенциалом для самоочищения и поддержания своего равновесия и это самоочищение происходит непрерывно и протекает в связи с круговоротом веществ в природе. Наиболее распространенный вид самоочищения атмосферного воздуха (АВ) - это смыв и рассеивание потоками воздуха пылевых и газообразных загрязняющих веществ, выбрасываемых промышленными предприятиями и автотранспортом. Очищение атмосферного воздуха происходит также в результате фотохимических реакций, превращающих токсичные загрязняющие вещества в безвредные нейтральные соединения. Интенсивность разложения органических загрязняющих веществ зависит от количества ультрафиолетовой радиации, наличия окислителей и температуры воздуха, при увеличении которой процессы самоочищения атмосферы происходят быстрее и интенсивнее. Очень сильное влияние на самоочищение атмосферы оказывают циркуляционные процессы. Господствующие в условиях антициклональной погоды нисходящие потоки воздуха приводят к накапливанию загрязняющих веществ в приземных слоях атмосферы, циклоническая же деятельность способствует очищению атмосферного воздуха. К процессу самоочищения атмосферы относится и гравитационное осаждение аэрозолей на землю, и наличие растительного покрова, который адсорбирует и фильтрует на своей поверхности значительное количество пыли и газа. Относительная устойчивость атмосферы к самоочищению зависит также от наличия гидроксильного радикала (НО), уровень которого практически не меняется из года в год, что было доказано международной группой исследователей Национального управления по исследованию океанов и атмосферы NOAA. Радикал участвует в формировании и распаде поверхностного озона и загрязнителей, вступает в реакцию и разрушает метан, углеводороды, угарный и сернистый газы, но не может удалять углекислый газ, закись азота и фторхлоруглеводороды. Т.е. в природе есть достаточно механизмов для поддержания своего равновесия и до 50-60 -х годов прошлого столетия это равновесие практически соблюдалось. Однако бурное послевоенное строительство промышленных предприятий с большими выбросами загрязняющих веществ в атмосферный воздух и стремительный рост автотранспортных 8 средств пробили брешь в способностях природы к самоочищению. Наступил момент, когда неконтролируемый поток выбросов вредных веществ в атмосферу привел к формированию высоких концентраций примесей, особенно в районах с суровыми климатическими условиями. Для изучения этого вопроса американские ученые в 60-х годах прошлого столетия ввели понятие метеорологического потенциала загрязнения атмосферы, под которым подразумевался комплекс метеорологических условий рассеивания или накопления примесей, их диффузию и оседание, вымывание осадками и химические превращения. Это было необходимо для того, чтобы уже на стадии планирования и размещения промышленного предприятия, имеющего значительные выбросы вредных веществ в атмосферу, как можно рациональнее использовать природный потенциал местности [alt-energy.org.ua].
В самых первых работах (Niemeya, 1960) было рассмотрено, что под потенциалом загрязнения атмосферного воздуха (ПЗА) было принято брать сочетание таких условий, как: скорость ветра у земли < 4 м/с; скорость ветра на уровне изобарической поверхности 500 гПа < 12 м/с; нисходящих движений воздуха ниже поверхности 600 гПа при продолжительности таких условий около 36 ч.
В более поздних работах (Holzworth, 1970), потенциал загрязнения воздушного бассейна вычислялся по высоте основания приподнятых температурных инверсий и средней скорости ветра в слое инверсии или по высоте слоя перемешивания и средней скорости в слое перемешивания
В научных статьях зарубежных авторов, также предлагается метод определения потенциала загрязнения атмосферы в зависимости от высоты слоя перемешивания и средней скорости ветра для 8 типов атмосферных циркуляций для центральных месяцев каждого сезона по двум срокам наблюдений. Для каждого типа циркуляций были построены графики связи горизонтальной дисперсии и высоты слоя перемешивания. Анализ таких графиков показывал, что каждый тип циркуляции характеризуется своим потенциалом загрязнения (Muller, 1985).
В бывшем СССР первые такие разработки появились в конце 70-х годов и использовались в основном санитарной службой. В 80-х годах к этому процессу подключилась Гидрометслужба страны. В ГГО им. А.И. Воейкова под руководством Э.Ю. Безуглой был разработан комплексный показатель, учитывающий климатические особенности территории России, так называемый потенциал загрязнения атмосферы (ПЗА), который и до настоящего времени используется во всей официальной документации Росгидромета. Комплексные показатели такого типа позволяют выбирать оптимальные места для размещения проектируемых промышленных предприятий, а, если место для вновь строящегося объекта уже выбрано и этот выбор продиктован социально-экономическими обстоятельствами, то, зная климатические условия для рассеивания примесей данной 9 территории, можно заранее планировать перечень природоохранных мероприятий и вносить ограничения на мощность объекта, высоту его труб и т.д. Однако, за последние десятилетия применение ПЗА при решении практических задач стало затруднительным, как за счет произошедшего потепления климата и изменившихся в связи с этим природным ресурсом атмосферного воздуха, так и за счет перехода к новым формам хозяйствования и появлению новых нормативных и законодательных актов в сфере охраны окружающей среды и в частности атмосферного воздуха. Поиск других моделей количественной оценки метеорологического потенциала загрязнения на сегодняшний день является крайне актуальным, т.к. от адекватной оценки природного потенциала атмосферного воздуха зависит экологическая безопасность РФ и каждого региона в отдельности. В предлагаемом отчете проводится анализ наиболее распространенных методик по определению метеорологического потенциала загрязнения атмосферного воздуха в России, анализируются их достоинства и недостатки, а также предлагается новый показатель для определения рассеивающей способности атмосферы, учитывающий влияние ветра, осадков и температуры воздуха [Безуглая, 1980].
Цель работы оценка влияния атмосферных характеристик в воздушном бассейне г. Казани, для уточнения формирования погодных условий, которые способствуют образованию и рассеиванию загрязняющих веществ.
Для достижения постановленной цели решались следующие основные задачи:
• рассмотреть механизмы влияния метеорологических параметров на степень загрязнения атмосферы;
• дать оценку состоянию воздушного бассейна г.Казани;
• определить, как влияет режим скорости ветра, температуры воздуха, влажности воздуха и осадков на качество атмосферного воздуха г.Казани;
• выявить тенденции изменения метеопараметров и состояния атмосферного воздуха.
Объектом исследования является метеорологические характеристики, которые влияют на загрязнения в городе Казани.
Предмет исследования - метеоусловия влияющие на загрязнение атмосферы.
Научная новизна - в исследовании использован обширный фактический материал, впервые для г.Казани рассмотрены характеристики стратификации атмосферы с привлечением данных температурного профилемера МТР-5.
Практическая значимость работы - результаты исследования могут быть использованы при планировании расположения производств с целью минимизации пагубного воздействия на атмосферу Казани.
Актуальность работы - проблема изучения процессов самоочищения и самовосстановления воздушного бассейна города Казани является особенно актуальной в современных условиях повышения антропогенной нагрузки.
В качестве исходных данных для оценки загрязнения воздушного бассейна г. Казани использовались данные профилимера МТР-5, данные о качестве атмосферного воздуха в г. Казани, содержащихся в Государственных докладах о состоянии природных ресурсов и об охране окружающей среды Республики Татарстан, обширный архив срочных метеорологических наблюдений на станции Казань-опорная.
Структура и объем работы. Работа состоит из введения, 3 глав, заключения, списка литературы. Объем основного текста диссертации составляет 72 страницы, включая 35 рисунков, 13 таблиц. Список литературы насчитывает 61 наименование.
В данной работе было исследовано влияние метеоусловий на загрязнения Казани и были сделаны следующие выводы:
1. Штилевые ситуации, как условия для рассеивания примесей имеет максимальную повторяемость больше в летний сезон. И составляет 35,5%.
2. Многолетний ход среднего за месяц значения скорости ветра и количества сроков со скоростью ветра в градации 0-1 м/с показывает об отрицательной тенденции в «проветривании» города и нарастающем неблагоприятном состоянии воздушного бассейна города.
3. Наибольший уровень загрязнения атмосферного воздуха города, формируется при южном, юго-восточном направлении ветра. В работе выявлено преобладание южных и юго-восточных ветров, суммарная повторяемость данных румбов в среднем за год составляет 43,2%.
4. Инверсии температуры как метеорологическая характеристика, влияющая на загрязнения атмосферы, формирует наиболее неблагоприятные условия для рассеивания примесей в холодный период. В летнее время мощность и продолжительность инверсий ниже и поэтому условия для рассеивания примесей лучше.
5. Осадки в количестве и фазе оказывающих влияние на загрязнение атмосферного воздуха, имеют наибольшую повторяемость в летний период.
6. Средняя годовая изменчивость уровня загрязнения атмосферы г. Казани имеет чётко выраженный годовой ход с максимумом в мае и минимумом в августе и октябре. В мае-июне уровень загрязнения атмосферы характеризуется как повышенный, а в остальной период года - как пониженный.
7. Значения МПА характеризуются, как благоприятные или же ограниченно благоприятные. Значения с неблагоприятными условиями не зафиксированы. Среднее многолетнее значение К=1,5, что показывает на условия, благоприятные на условия рассеивания загрязняющих веществ в атмосфере. Однако, следует отметить, тот факт, что линия хоть и не на большие значения, но все-таки убывает. Что говорит, об ухудшение способности атмосферы к самоочищению. Наибольший вклад в создании такого тренда, вносят ветер, чье показание по годовому ходу уменьшаются.
1. Штилевые ситуации, как условия для рассеивания примесей имеет максимальную повторяемость больше в летний сезон. И составляет 35,5%.
2. Многолетний ход среднего за месяц значения скорости ветра и количества сроков со скоростью ветра в градации 0-1 м/с показывает об отрицательной тенденции в «проветривании» города и нарастающем неблагоприятном состоянии воздушного бассейна города.
3. Наибольший уровень загрязнения атмосферного воздуха города, формируется при южном, юго-восточном направлении ветра. В работе выявлено преобладание южных и юго-восточных ветров, суммарная повторяемость данных румбов в среднем за год составляет 43,2%.
4. Инверсии температуры как метеорологическая характеристика, влияющая на загрязнения атмосферы, формирует наиболее неблагоприятные условия для рассеивания примесей в холодный период. В летнее время мощность и продолжительность инверсий ниже и поэтому условия для рассеивания примесей лучше.
5. Осадки в количестве и фазе оказывающих влияние на загрязнение атмосферного воздуха, имеют наибольшую повторяемость в летний период.
6. Средняя годовая изменчивость уровня загрязнения атмосферы г. Казани имеет чётко выраженный годовой ход с максимумом в мае и минимумом в августе и октябре. В мае-июне уровень загрязнения атмосферы характеризуется как повышенный, а в остальной период года - как пониженный.
7. Значения МПА характеризуются, как благоприятные или же ограниченно благоприятные. Значения с неблагоприятными условиями не зафиксированы. Среднее многолетнее значение К=1,5, что показывает на условия, благоприятные на условия рассеивания загрязняющих веществ в атмосфере. Однако, следует отметить, тот факт, что линия хоть и не на большие значения, но все-таки убывает. Что говорит, об ухудшение способности атмосферы к самоочищению. Наибольший вклад в создании такого тренда, вносят ветер, чье показание по годовому ходу уменьшаются.