В этой статье изучена зависимость распределения уровня загрязненности атмосферного воздуха взвешенными веществами от режима и количества осадков. Выявлено, что одними из сильных загрязнителей атмосферного воздуха в городах являются взвешенные вещества. Прослежена связь между уровнем загрязнения атмосферы взвешенными веществами и количеством выпавших осадков. Выявлено, что зимой и осенью отмечаются наименьшие коэффициенты корреляции между содержанием взвешенных веществ в воздухе и количеством осадков.
Установлено, что сила влияния количества осадков на уровень загрязнения атмосферы воздуха взвешенными веществами составляет большое количество процентов в общем числе других факторов загрязнения.
Введение На современном этапе преобразованные и урбанизированные ландшафты предгорья Заилийского Алатау являются одним из основных объектов загрязнения воздушного бассейна г.Алматы.
Одним из главных факторов, влияющим на распространение примесей в атмосфере является не только ветровой режим, температура, но и осадки. Поэтому нами прослежена связь между уровнем концентрации взвешенных веществ и количеством выпавших осадков. Исследователи, работавшие над этой проблемой установили, что повышение концентрации различных примесей, редко наблюдаются во время и после дождя [1,2].
Поэтому при изучении условий формирования среднего уровня загрязнения атмосферного воздуха, следует учитывать интенсивность и количество выпадающих осадков. Атмосферные осадки способствуют вымыванию примесей из атмосферы, а их интенсивность определяет скорость этого процесса. Также известно, что сам процесс вымывания различных примесей с помощью атмосферных осадков протекает, как правило, такими способами как: соединение могут растворяться в каплях в процессе образования облаков, после чего происходит трансформация в большие по размерам капли дождя и с осадками растворенные примеси поступают на земную поверхность. Другой способ вымывания вредных примесей из атмосферы заключается в «захватывании» содержащихся в воздухе поллютантов пролетающими каплями дождя и переносе их на земную поверхность. Но во всех случаях выпадение осадков приводит к значительному очищению воздушного бассейна городов [1].
Необходимо отметить, что на территории г. Алматы в среднем за год выпадает 550- 600 мм осадков. Если учесть, что здесь располагается огромный промышленно- транспортный потенциал, который в свою очередь является главным источником загрязнения воздушного бассейна, кроме того, большая повторяемость условий способствующих накоплению вредных примесей в атмосфере воздуха, а именно повторяемость слабых ветров и инверсий температуры, то роль осадков в очищении атмосферы города существенно повышается.
Материалы и методы исследований Для определения закономерности и распределения основных загрязняющих веществ по территории города использовались статистические характеристики, такие как средние месячные значения и максимально разовые концентрации, предельно – допустимые концентрации и случаи повторяемости превышения ПДК за пятилетний период.
Метеорологический анализ, влияющий на условия формирования высокого уровня загрязнения выявлялся на основе такого материала как: архив погоды за 2009-2013 гг., а именно температура воздуха и количество выпавших осадков за исследуемый период. Методической основой работы является зависимость уровня загрязнения атмосферы воздуха от метеорологических условий. Такую зависимость можно установить с помощью расчета статистических данных метеорологических параметров и пространственно – временного распределения загрязняющих веществ. Все расчеты выполнялись с помощью математической обработки имеющихся данных, при применении корреляционного анализа, для выявления коэффициентов корреляции Фишера и регрессионного анализа для построения линей регрессии в программе EXCEL.
Результаты исследований Одними из сильных загрязнителей атмосферного воздуха в городах являются взвешенные вещества. За последние 50 лет запыленность атмосферы крупных городов возросла на 70% [3]. Так, в г. Алматы ИЗА (индекс загрязнения атмосферы) в среднем по пяти веществам составляет 11,7% (за 2010г), из них 13% приходится на взвешенные вещества.
Рассмотрим, какова тенденция распределения взвешенных веществ г. Алматы в течение 2009-2013 гг. В начале следует отметить, что концентрации взвешенных веществ, в течение всего исследуемого периода, значительно повысились, по сравнению с 90-ми годами. На рисунке 1 показаны средние многолетние данные за исследуемый период, где видно, что минимумы загрязненности воздуха взвешенными веществами приходятся на май и октябрь месяцы, а максимум на январь месяц. Такое распределение является результатом нескольких факторов. В первую очередь это связано с режимом энергетических предприятий и отопительных систем частных домов. Во вторую очередь такой ход взвешенных веществ связан с режимом осадков в г. Алматы. Именно с большой повторяемостью осадков связаны все минимумы [2].
Из рисунка 1 видно, что кроме январского максимума прослеживаются значительные повышения уровня загрязненности, приходящиеся на март и ноябрь месяцы. То, что основные максимумы приходятся на эти периоды, можно объяснить следующим образом.
Рисунок 1 - Среднемноголетний ход значения взвешенных веществ в мг/м3 (2009-2013 гг.)
После схода снежного покрова и высыхания поверхности почвы в весенний период, в связи с временным отсутствием растительности и обычным усилением скорости ветра в годовом ходе имеет место весенний максимум, приходящийся на март. Ноябрьский максимум обусловлен сильным высыханием почвы в течение второй половины лета и первой половины осени, в связи с отсутствием осадков.
Рассмотрим более подробно, зависимость распределения уровня загрязненности атмосферного воздуха взвешенными веществами от режима и количества осадков. Так загрязнения взвешенными веществами за пятилетний период изменялись в пределах от 0,17 0,48 мг/м3 в различное время года (таблица 1). Также можно заметить, что средние концентрации взвешенных веществ в апреле 2013 г. достигли пика за весь год и составили 0,48 мг/м3, а в 2009 г. – 0,19 мг/м3. Такие показатели связаны с количеством выпавших осадков в эти годы.
Таблица 1 - Годовой ход концентрации взвешенных веществ за 2009-2013 гг.
Так если мы рассмотрим средние многолетние климатические данные по осадкам и сравним их с апрелем 2009 и 2013 гг, то можно заметить следующую разницу (таблица 2): норма суммы осадков в апреле составляет 111 мм, а в апреле 2013 года выпало всего 53 мм осадков, эта сумма составляет 48% от нормы. В апреле 2009 г общее количество осадков равнялось -223 мм, эта сумма составляет 201% от нормы. Таким образом, чем больше выпадает осадков, тем меньше составляют средние концентрации взвешенных веществ в атмосферном воздухе.
Таблица 2 - Количество выпавших осадков, мм
В летний период средняя концентрация взвешенных веществ снижается. Если в 2012- 2013 гг. концентрации взвешенных веществ достигали 0,29-0,35 мг/м3, что конечно ниже, чем в зимний период. То к 2010 г. средние концентрации значительно снизились и составили 0,17-0,24 мг/м3. Если обратиться к таблице 2, то видно, что за летний период 2012-2013 гг. в июне месяце выпало осадков меньше от средней нормы, а в 2010 г. осадков выпало 77 мм, что выше нормы и уровень загрязнения взвешенными веществами снизился и составил 0,19 мг/м3. Становится, очевидно, что 2013 г. был самым высоким по уровню загрязненности атмосферы взвешенными веществами. Если обратится к выше приведенным климатическим данным (таблица 2),то видно, что 2013 год был и самым сухим в отношении осадков.
С помощью дисперсионного анализа, критерий статистической значимости Фишера (F), были изучены связи между концентрациями взвешенных веществ и таким метеопараметром как – осадки. Цель такого анализа состояла в том, чтобы оценить достоверность влияния данного фактора. Данный дисперсионный анализ представляет собой статистический метод оценки связи, между факторными и результативным признаками.
Анализ проводился по следующим этапам: построение дисперсионного комплекса, вычисление средних квадратов отклонений, вычисление дисперсии, сравнение факторной и остаточной дисперсий, оценка результатов с помощью теоретических значений распределения Фишера (таблица 3). Достоверность результатов исследования определялось методом Фишера.
Таблица 3 - Значения критериев Фишера в рядах среднесезонных концентраций взвешенными веществами за период 2009-2013 гг.
В результате выявлено, что зимой и осенью отмечаются наименьшие коэффициенты корреляции между содержанием взвешенных веществ в воздухе и количеством осадков, а именно F= составляет 4,8 осенью и 4,9 зимой. При этом показатель силы влияния (η2) факторного признака на результат, показывающий долю влияние изучаемого фактора среди всех других факторов, составил 65%. Из таблицы 3 видно, что в летнее время отмечаются наибольшие коэффициенты корреляции между содержанием взвешенных веществ в воздухе и количеством осадков, а именно F= составляет 13,09. А показатель силы влияния (η2) факторного признака составляет уже 83%. Поскольку Fфакт>Fтабл как при 0,01%-ном, так и при 0,05%-ном уровне значимости, то можно судить о значимости уравнения регрессии, и вычисленное значение F признается достоверным.
Таким образом, в результате проведенных исследований прослежена связь между уровнем загрязнения атмосферы взвешенными веществами и количеством выпавших осадков. Можно сделать вывод, что сила влияния количества осадков на уровень загрязнения атмосферы воздуха взвешенными веществами составляет большое количество процентов в общем числе других факторов загрязнения.
Литература
- Горбаренко Е.В., Еремина И.Д. Роль осадков в процессе очищения атмосферы от аэрозоля // Оптика атмосферы и океана. – Томск, 1998, вып. 11, №5, - С. 15-23.
- Разработка научных основ мониторинга эффективности растительных систем и технологий в снижении концентрации СО2 в атмосфере крупной урбанизированной территории (на примере города и пригорода Алматы): отчет о НИР / КазНАУ. - Алматы, 2011. - 86 с.
- Калелова А.Б. Аэросиноптические условия диссипации и накопления загрязняющих веществ в воздушном бассейне города Алматы: Дисс.... канд. геогр. Наук / КазНУ им. аль- Фараби. – А., 2005. – 148 с.
- Crossley , Wilson D., Milne R. Pollution in the upland environment // Environ. Pollut.– 1992. – Vol. 75, №1. – Р. 81-87.