Автор исследует зависимость изменения концентраций основных загрязняющих веществ в атмосферном воздухе от характеристики ветрового режима и скорости ветра в городе Алматы. На примере семи лет рассмотрены периоды благоприятные и не благоприятные для рассеивания ЗВ в городе. Выявлена повторяемость румбовых направленностей в процентном соотношении к другим направлениям, а также высчитаны средние скорости ветра по сезонам года за семь лет.
Введение На сегодняшний день основными источниками загрязнения атмосферного воздуха в крупных городах являются выбросы автотранспорта, ТЭЦ, промышленных предприятий.
Так выхлопные газы автомобилей и ТЭЦ, считаются наиболее опасными источниками загрязнения атмосферного воздуха в большинстве городов мира [11].
Алматы на протяжении последнего десятилетия является самым загрязнённым городом Казахстана. Загрязнение воздушного бассейна города, безусловно, на сегодняшний день острая экологическая проблема, обусловленная особым расположение города, который находится во впадине, что ведет к возникновению частых приземных инверсий, которые наблюдаются в основном в зимние время. А за последние годы, современная застройка города препятствует естественному движению воздушных потоков в горизонтальном направлении, где и так часто наблюдается безветрие.
Надо отметить, что основными загрязнителями атмосферного воздуха в Алматы, являются диоксид азота, диоксид серы, оксид углерода и взвешенные вещества, именно они в основном и определяют экологический риск загрязнения атмосферы и негативно влияют на здоровье человека [7].
Поэтому была поставлена задача, изучить, годовой ход концентрации выше обозначенных веществ, при этом используя статистические характеристики загрязненности воздуха.
Материалы и методы исследования Основными методами исследования выбраны сравнительно – аналитический, физико – статистический и математическая обработка эмпирических данных.
Автором были проанализированы результаты средних показателей качества атмосферного воздуха по данным пяти стационарных постов наблюдений за семилетний период. При этом выявлены основные румбы ветрового режима за обозначенное время и высчитаны средние скорости ветра по сезонам года.
Основная часть исследования Для того чтобы выявить основные закономерностей загрязнения воздушного бассейна города Алматы автором были высчитаны сезонные изменения концентрации различных примесей (таб.1). Статистические данные охватывают семилетний период [6].
Таблица 1 Динамика изменения загрязняющих веществ за 2007 - 2013 гг.
Из таблицы видно, что высокий уровень загрязнения по всем основным веществам сохраняется в основном в зимние время, а в летний период идет стабильное снижение. Так средние концентрации оксида углерода в январе составляют 5,6 мг/м3, в апреле и июле идет снижение от 2,6 –до 2,5 мг/м3 соответственно. В октябре снова наблюдается повышение до 2,9 мг/м3. Практически туже картину имеет годовой ход диоксида серы, 0,024 мг/м3 в январе и 0,012мг/м3 в летний период. Динамика изменения диоксида азота и взвешенных веществ практически аналогична, оксиду углерода.
Такие изменения, скорее всего, связаны с метеорологическими условиями. Известный факт, что метеорологические условия, играют большую роль в переносе и рассеивание различных примесей, поступающих в атмосферный воздух города [4,1]. Ветровой режим является наиболее главным и важным из факторов, влияющих на распространение вредных примесей в атмосфере [5,2]. Но нельзя забывать и о скорости ветра, которая в свою очередь оказывает большое влияние на рассеивание и перенос загрязняющих веществ [10,8].
Территория города Алматы как было сказано выше, расположена в зоне пониженных скоростей ветра, из-за особых орографических условий.
Для того чтобы проследить динамику изменения концентраций данных примесей и скорости ветра, были проанализированы данные погоды Алматы за период с 2007 по 2013 гг., а именно направления ветра по 16 румбам [9].
По осредненным данным за исследуемый период, была построена таблица направляемости и скорости ветра по основным месяцам (таб. 2).
Таблица 2 - Скорость и повторяемость ветрового режима за 2007 – 2013гг.
Как видно из таблицы 2 наибольшую повторяемость в течении года по 16 румбовым направлениям имеют следующие ветра: ССВ, СВ, С, ЗЮЗ, ЮЗ, ЮВ. За зимний период преобладают ветра ССВ и СВ направленности и в процентном соотношении составляют 14,2 и 7,5 %. При этом скорость преобладающих ветров невысока, в среднем менее 1,1 м/с., а дней со штилем составило 55,2 % от общего числа.
В апреле и июле, ситуация меняется и направленность ветров ССВ и СВ, становится несколько ниже и составляет - 10,2 % и 8,7% соответственно, а ветров ЮЗ, ЗЮЗ направленности повышается до 5,7-6,9 %. Так же можно заметить, что более значительным повышением выделяется ветер ЮВ направления и составляет 6,1 % против 2,2 % в январе месяце. Дней со штилем становится значительно меньше, так в июле составляет - 37,3%, скорость при этом всех направленностей несколько повышается.
В октябре дней со штилем составляет 52,1%. А скорость ветров всех направленностей значительно понижается.
На рисунках 1 – 4 представлена зависимость концентраций основных расматриваемых примесей от величины повторяемости штиля по сезонам года.
Рис. 4. Линия регрессии зависимости между уровнем загрязнения атмосферы диоксидом серы и количеством дней со штилем за 2007 – 2013гг. г. Алматы
Как видно из представленных графиков, по всем основным загрязняющим веществам прослеживается довольно четкая зависимость, между повторяемостью дней со штилем и их средними концентрациями. С увеличением числа случаев дней со штилем и очень слабых ветров, увеличиваются средние показатели концентраций данных примесей.
Наибольшая зависимость прослеживается по оксиду углерода, являющимся основным загрязнителем атмосферы города. Так из различных исследований, выявлено, что именно оксид углерода, удаляется из атмосферы в основном под действием ветровой активности [3].
Полученные результаты (выводы) Можно сделать вывод, что уровень загрязнения атмосферного воздуха основными загрязнителями, напрямую зависит от величины повторяемости слабых ветров.
Усиление ветра происходит в основном весенне – летние время, что связано с развитием циклонических процессов происходящих в атмосфере в этот период. При этом концентрации основных примесей понижается и имеет минимальное значение за год.
В зимние время, как правило атмосфера неподвижна и скорость ветра становится незначительной. А такая сложившаяся ситуация приводит к более высокому уровню загрязнения воздушного бассейна по рассматриваемым веществам.
Литература
- Безуглая Э.Ю., Сонькин Л.Р. Влияние метеорологических условий на загрязнения воздуха в городах Советского Союза // В кн.: Метеорологические аспекты загрязнения атмосферы. –Л.: Гидрометеоиздат, 1971.- С. 241-252.
- Безуглая Э.Ю., Завадская Е.К., Полищук А.И. Исследования изменений уровня загрязнения атмосферы // Тр. ГГО., 1979.- Вып. 436. – С.88
- Бейсенова А.С., Белый А.В. Об уровне и тенденциях загрязнения воздуха городов Алматы и Капшагай // Гидрометеорология и экология –1996. - № 1. – С. 135 –
- Берлянд М.Е. Прогноз и регулирование загрязнения атмосферы. – Л.: Гидрометеоиздат, 1985. - 272 с.
- Гельмгольц Н.Ф., Нурумов С.Ж. О некоторых закономерностях ветрового самоочищения атмосферы в городе Алма-Ате // Тр. КазНИГМИ.- 1978.- Вып. 64.- С. 9-16.
- Информационный бюллетень о состоянии окружающей среды Республики Казахстан за 2007 – 2013гг. // Министерство охраны окружающей среды Республики Казахстан. Казгидромет. – Алматы, 2007 – 2013гг.
- Lerner, Jorge Esteban Colman, Kohajda, Tibor, Improvement of health risk factors after reduction of VOC concentrations in industrial and urban areas // Environmental Science and Pollution Research International. – 2014. – Vol. 21. – P.9676-9688.
- Ляпкало А.А. , Дементьев А.А. , Цурган А.М. Влияние скорости и направления ветра на уровень загрязнения атмосферного воздуха города продуктами сгорания топлива // Фундаментальные исследования – 2013. – № 7. – С 125 – 129
- Погода в Алматы. Температура воздуха и осадки //http: //www.pogoda.ru.net
- Сонькин Л.Р. Синоптко-статистический анализ и краткосрочный прогноз загрязнения атмосферы. – Л.: Гидрометеоиздат, 1991. - 224 с.
- Thijsse R., van Oss R.F., Lenschow P. Determination of source contributions to ambient volatile organic compound concentrations in Berlin // Journal of Air Waste Management Association. – 1999. – Vol. 49. – P.1394-1404.