Введение 3
Глава 1. Качество воздуха на территории Белгородской области 7
1.1 Организация системы наблюдения за качеством атмосферного
воздуха 7
1.2 Оценка основных загрязнителей воздуха 13
1.3 Динамика качества воздуха на территории Белгородской области 16 Глава 2. Метеорологические условия, способствующие рассеиванию примесей 22
2.1 Комплексные показатели метеорологических условий загрязнения
атмосферного воздуха, применяемые в РФ 22
2.2 Метеорологический потенциал атмосферы по методике Т.С.Селегей 35
Глава 3. Межгодовая и сезонная динамика составляющих коэффициента
самоочищения на территории Белгородской области 40
3.1 Метеорологический потенциал атмосферы на территории
Белгородской области 40
3.2 Динамика коэффициента самоочищения атмосферы на территории
Белгородской области 44
Заключение 48
Библиографический список 53
Актуальность исследования. Качество атмосферного воздуха в промышленных центрах, к которым относится Белгородская область, по- прежнему остается актуальным, что определяется необходимостью обеспечения безопасных условий для населения и сохранения экосистем.
Белгородская область относится к староосвоенным районам с высокой плотностью населения, крупными промышленными объектами (ЛГОК, СГОК и ряд других), а так же высоким уровнем развития сельского хозяйства. В основном уровень загрязнения воздуха в населенных пунктах определяется выбросами от передвижных источников, наибольшая часть загрязняющих веществ поступает от автотранспорта.
Численность населения области по данным Росстата составляет 1 550 137 чел. (2016). Плотность населения — 57,13 чел./км2 (2016). Белгородская область — единственный за пределами столичной агломерации регион Центрального Федерального округа, в котором численность населения растёт.
С 2000 г. параллельно с восстановлением экономического роста в стране отмечается ежегодный рост объемов выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от стационарных источников в среднем на 1,5 — 2% в год.
Антропогенное влияние - один из главных, но не единственный фактор, под влиянием которого формируется определенный уровень загрязнения атмосферы. Немаловажное значение при этом имеют природные факторы, главным из которых является способность атмосферы к самоочищению.
Цель работы заключается в оценке способности атмосферы к самоочищению на территории Белгородской области.
В соответствии с поставленной целью предполагается решение ряда следующих задач:
1. Изучение и описание основных источников загрязнения воздуха, организации системы наблюдения за качеством атмосферного воздуха в Белгородской области.
2. Исследование методов оценки способности атмосферы к самоочищению, методов расчета коэффициента самоочищения атмосферы и комплексных показателей метеорологических условий загрязнения атмосферного воздуха, применяемые в РФ.
3. Расчет метеорологического потенциала атмосферы и оценка динамики коэффициента самоочищения атмосферы на территории Белгородской области.
Объект изучения - атмосфера.
Предмет - метеорологические характеристики, определяющие способность атмосферы к самоочищению на территории Белгородской области.
Теоретико-методологическая основа. В качестве методологической основы исследования для оценки экологического состояния атмосферы Белгородской области были использованы методики Т.С.Селегей [43,44,45,46], С.С.Андреева [1], Ю.П. Переведенцева [41].
Расчеты коэффициента самоочищения атмосферы на территории Белгородской области, за период 1998 - 2014 гг., проведенные автором в течение 2014 - 2016 гг. использовались в качестве основы для написания магистерской диссертации.
Научная новизна полученных результатов в ходе написания магистерской диссертации, заключается в следующем:
Впервые проведены расчеты коэффициента самоочищения атмосферы с использованием данных Белгородского центра по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды в пунктах Белгород, Богородицкое - Фенино, Новый Оскол, Готня, Валуйки за период 1998 - 2010 гг. Полученные данные в связи с расположением пунктов представляют наиболее полную картину метеорологического потенциала загрязнения атмосферы на территории Белгородской области.
Предполагается, что способность атмосферы к рассеиванию или накоплению примесей на территории области различается и имеет сезонную динамику, а в условиях наблюдаемых изменений климата, возможно и межгодовую динамику.
Этапы исследования. Первый этап (2014-2015 гг.) включал в себя изучение и анализ способов оценки метеорологического потенциала атмосферы и способов расчета коэффициента самоочищения атмосферы, а так же организации системы наблюдения за качеством атмосферного воздуха на территории РФ и Белгородской области; подбор и изучение литературных и фондовых материалов в архивных отделах Белгородской областной библиотеки и Научной библиотеки НИУ «БелГУ».
На втором этапе (2015-2016 гг.) проведены расчеты метеорологического потенциала и коэффициента самоочищения атмосферы на территории Белгородской области за период 1998 - 2010 гг.
В третий этап (2016 г.) входило: обобщение полученных в результате расчетов данных и завершение написания магистерской диссертации.
Краткое содержание глав. В первой главе рассматривается организация системы наблюдения за качеством атмосферного воздуха, применяемая в РФ и на территории Белгородской области.
Во второй главе описаны комплексные показатели метеорологических условий загрязнения атмосферного воздуха, применяемы в РФ, рассмотрены методы определения загрязнения атмосферы с использованием приземных показателей, описан метод расчета метеорологического потенциала Т.С.Селегей [44].
В третьей главе представлены результаты расчетов метеорологического потенциала атмосферы и коэффициента самоочищения на территории Белгородской области за период 1998 - 2010 гг., описана динамика коэффициента самоочищения на территории Белгородской области за период 1998 - 2014 гг.
В результате проделанной нами работы было установлено, что постоянные наблюдения за уровнем загрязнения атмосферного воздуха в Белгородской области проводятся ФГБУ «Белгородский областной центр по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды» (Белгородской лабораторией по мониторингу загрязнения атмосферы и Старооскольской комплексной лабораторией по мониторингу окружающей среды) на 9 стационарных постах в городах Белгороде, Старом Осколе, Губкине. В Белгородской области наблюдение за состоянием загрязнения атмосферы происходит в городах: Белгород, Старый Оскол, Губкин. В г. Белгород функционируют четыре стационарных поста наблюдения за качеством атмосферного воздуха. Контроль над загрязнением атмосферного воздуха в городах Старый Оскол и Губкин осуществляется Старооскольской комплексной лабораторией мониторинга окружающей среды. Наблюдения проводятся на 2 стационарных постах, которые расположены около предприятий с интенсивным движением автотранспорта. Сеть мониторинга загрязнения атмосферного воздуха в Старом Осколе включает 3 стационарных поста. Значительными источниками выбросов загрязняющих веществ на территории Белгородской области являются промышленные предприятия (более 6000 источников). Основные предприятия расположены в центральной и северо-восточной части области. Основной вклад в загрязнение атмосферного воздуха на территории Белгородской области вносит автомобильный транспорт. С ростом количества автотранспорта объемы выбросов от передвижных источников заметно увеличиваются. Основными стационарными источниками загрязнения атмосферы на территории области являются предприятия железорудной и металлургической промышленности, промышленности строительных материалов. Так же в последние годы в формировании качества воздушной среды возрастает роль автомобильного транспорта. В настоящее время выбросы автотранспорта являются приоритетным источником загрязнения атмосферы. Из общего количества загрязняющих веществ на долю автотранспорта города Белгород приходится 43,78 тыс.т. (26,1%), Староосколького района - 25,87 тыс.т (15,4%), Губкинского района - 11,43 тыс.т (6,8%).
В настоящее время, исследуя проблему качества атмосферы в населенных пунктах, разрабатываются методики определения степени загрязнения атмосферы с использованием приземных данных. Многие авторы делают вывод о целесообразности использования не отдельных метеорологических элементов, а комплекса характеристик, соответствующих определенной метеорологической ситуации. В исследованиях по количественному выражению загрязнения атмосферного воздуха в зависимости от метеорологических факторов на современном этапе исследований, можно выделить три направления:
- исследования Э.Ю. Безуглой [8,9,11] и предложенный ею потенциал загрязнения атмосферы (ПЗА), расчет которого основан на физико-статистическом методе оценки влияния климатических условий на содержание примесей в атмосфере;
- исследования Т.С. Селегей [45,46,47,48], Л. П. Сорокиной [53] и др., основанные на применении простой метеорологической (климатической) информации, имеющейся на всей сети метеорологических наблюдений Гидрометслужбы;
- исследования И.Н. Кузнецовой [28,29], основанные на использовании синоптической ситуации для определенного региона;
- многочисленные исследования по определению потенциала загрязнения с помощью математических моделей.
Оценка экологического состояния атмосферы была проведена на основе исследований проводимых Т.С. Селегей [45], с изменениями, которые сформулировал С.С. Андреев [1].
Ю.П. Переведенцев [41], предлагает оценивать способность атмосферы к самоочищению с помощью коэффициента рассчитываемого по следующей формуле:
К’м = (Рсил + Рос) / (Рсл + Pf>80%), (2)
Количественная оценка метеорологических условий по критерию К’м :
К’м< 0,8 - неблагоприятные условия для рассеивания;
0,8< К’м<1,2 - ограниченно благоприятные условия рассеивания;
К’м> 1,2 - благоприятные условия самоочищения атмосферы.
По методике Ю.П.Переведенцева [41] рассчитан метеорологический потенциал самоочищения атмосферы для территории Белгородской области (в пунктах Белгород, Богородицкое - Фенино, Готня, Новый Оскол, Валуйки) за период 1998 - 2010 гг.
В результате полученных нами данных, изучаемые пункты Белгородской области можно разделить на группы с различными условиями для рассеивания вредных примесей в атмосфере группы:
первая группа - благоприятные условия для рассеивания примесей наблюдаются в среднем в 39% случаев, к этой группе относится Белгород;
вторую группу, где такие условия повторяются в 26% случаев, составляют Богородицкое - Фенино и Готня;
третью группу составляют Валуйки и Новый Оскол, где благоприятные условия для рассеивания примесей отмечаются лишь в 14% и 17% случаев соответственно.
Для исследования динамики атмосферных характеристик, которые определяют способность атмосферы, как к рассеиванию, так и к накоплению примесей в промышленных центрах Белгородской области в начале текущего столетия, были использованы данные приземных метеорологических наблюдений суточной размерности Белгородского центра по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (метеостанция Готня расположенная на западе области, метеостанция Валуйки - на юго-востоке области, метеостанция Новый Оскол - в восточной части области, метеостанция Белгород - в центре области, и метеостанция Богородицкое - Фенино - на севере области) за период 1998 - 2014 гг. Для оценки экологического состояния атмосферы Белгородской области был использован коэффициент самоочищения, предложенный С.С. Андреевым [1]. Коэффициент самоочищения атмосферы (К’м) по этой методике определяется как отношение повторяемости условий, способствующих накоплению примесей (слабых ветров и высокой среднесуточной относительной влажности) к повторяемости условий, содействующих удалению примесей (сильных ветров и осадков).
Наиболее благоприятные условия для рассеивания примесей (К’м> 1,2) наблюдаются в мае - июне во всех пунктах, в некоторых пунктах этот период увеличивается: в Белгороде - с апреля по август, в Богородицком - Фенино он продолжается с апреля по сентябрь, а в Новом Осколе - с апреля по июль.
Продолжительность периодов неблагоприятных условий для рассеивания примесей (К’м< 0,8) оказались различными для этих пунктов:
в Богородицком - Фенино - 5 месяцев (с октября по февраль);
в Белгороде - 4 месяца (с октября по январь);
в Новом Осколе и Валуйках - 8 месяцев;
в Готне - 6 месяцев (с сентября по февраль).
Существенной чертой климата Центрально-Черноземных областей является его неустойчивость, различия в данных коэффициента самоочищения над различными пунктами обусловлены как орографией местности, так и территориальными различиями в повторяемости элементов циркуляции атмосферы. Повторяемость штилей, в течение года примерно равная повторяемости скоростей ветра > 6 м/с, не влияет на сезонные изменения условий, которые определяют процессы самоочищения атмосферы. В свою очередь, относительная влажность воздуха, которая выше в холодное время года и условия выпадения атмосферных осадков (интенсивность ливневых осадков выше в теплый период) имеют влияние на межсезонные различия. Совместное влияние всех этих факторов определяет сезонную динамику коэффициента самоочищения атмосферы.
Полученные результаты исследования могут быть полезны для оценки качества атмосферного воздуха на территории Белгородской области, и его изменениям под влиянием динамики коэффициента самоочищения атмосферы.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
