Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Географические науки
Географическая экология

Диссертационная работа:

Цыдыпов Вадим Владимирович. Исследование динамики газовых и аэрозольных примесей в приземном слое атмосферы города : На примере г. Улан-Удэ : диссертация ... кандидата технических наук : 25.00.36.- Барнаул, 2005.- 160 с.: ил. РГБ ОД, 61 06-5/999

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

ВВЕДЕНИЕ 4

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ, АНАЛИЗ И ОЦЕНКА

ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРЫ В ГОРОДАХ 12

1.1. Загрязнение атмосферного воздуха техногенными газами

и аэрозолями 12

1.2. Основные источники антропогенного загрязнения

атмосферы г. Улан-Удэ 18

1.3. Численные модели прогнозирования загрязнения

атмосферы 23

1.4. Состояние изученности распределения газовых и

аэрозольных примесей в городах 40

ГЛАВА 2. ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ

ГАЗОВЫХ И АЭРОЗОЛЬНЫХ ПРИМЕСЕЙ В АТМОСФЕРЕ

г. УЛАН-УДЭ 51

2.1. Методика выполнения измерений и результаты вертикального распределения метеорологических

параметров в приземном слое атмосферы 51

2.2. Сезонные и суточные изменения концентрации газовых

примесей 60

2.3. Результаты маршрутных и подфакельных измерений

концентрации диоксида серы и оксида углерода 81

2.4. Загрязнение воздушного бассейна города при лесных

пожарах в 2002-2003 гг 93

2.5. Результаты исследований ионного и элементного состава

аэрозолей 97

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА РАСЧЕТА

РАССЕЯНИЯ АТМОСФЕРНЫХ ПРИМЕСЕЙ 104

3.1. Структура и состав программного комплекса расчета

рассеяния атмосферных примесей 104

3.2. Создание ГИОпроекта (электронной карты г. Улан-Удэ) 120

3.3. Результаты численного расчёта рассеяния атмосферных

примесей в приземном слое атмосферы г. Улан-Удэ 125

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 134

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 136

Приложение 149

Приложение 1. Копия аттестата аккредитации аналитической лаборатории ...150

Приложение 2. Результаты тестовых расчетов 151

Приложение 3. Фрагмент листинга программы расчета рассеяния газовых

примесей в атмосфере 159

Приложение 4. Таблица 2,7. Результаты измерений концентраций малых

газовых примесей и метеорологических величин в июне 2000

г. в г. Улан-Удэ 160

Введение к работе:

Актуальность темы исследования. В общей системе мониторинга загрязнения окружающей среды важную роль играют исследования атмосферных загрязнений, поскольку через атмосферу происходит загрязнение всех компонент природной среды. Процессы, происходящие в атмосфере, наиболее трудно поддаются контролю, прогнозу и управлению, что затрудняет проведение природоохранных мероприятий. В условиях городов наиболее опасными источниками загрязнения атмосферы являются выбросы крупных промышленных предприятий и автотранспорта.

Город Улан-Удэ входит в первую десятку городов России по степени загрязненности атмосферного воздуха. Результаты исследований по оценке риска здоровью населения от загрязнения атмосферного воздуха показывают, что вклад загрязнения атмосферы в г. Улан-Удэ в общую заболеваемость и смертность населения оценивается на уровне 10-17 %. Около 1/3 экологически обусловленных заболеваний связано с загрязнением атмосферного воздуха. Сложившаяся сложная экологическая обстановка в городе требует проведения большого объема природоохранных мероприятий. Целесообразность и эффективность таких мероприятий зависит от качества информации о состоянии окружающей среды, которую может дать автоматизированная система контроля и прогноза загрязнения атмосферного воздуха. Поэтому экспериментальные исследования пространственно-временной изменчивости газовых и аэрозольных примесей в атмосфере г. Улан-Удэ на основе автоматизированной системы наблюдений и разработка численных методов расчета рассеяния загрязняющих веществ с применением ГИС-технологий представляют большой научный и практический интерес и являются весьма актуальными.

Цель работы заключалась в исследовании динамики процессов загрязнения атмосферы г. Улан-Удэ по результатам многолетних измерений концентраций газовых и аэрозольных примесей и в разработке программного комплекса

5 расчета распространения атмосферных примесей от антропогенных источников выбросов.

Были поставлены и решены следующие задачи:

~ экспериментальные исследования пространственно-временного распределения газовых и аэрозольных примесей в атмосфере;

- изучение стратификации 100-метрового приземного слоя атмосферы;

разработка программного комплекса расчета распространения атмосферных примесей от стационарных и передвижных источников выбросов;

создание электронной карты г. Улан-Удэ в виде ГИС-проекта формата ArcView.

Научную новизну характеризуют следующие полученные результаты:

  1. Разработана и внедрена методика измерения вертикального распределения метеорологических параметров в нижнем 100-метровом приземном слое атмосферы. Впервые получены данные высотного распределения температуры в нижнем 100-метровом приземном слое атмосферы г. Улан-Удэ в различные сезоны года.

  2. Создана электронная база данных, содержащая данные многолетнего ряда наблюдений за концентрацией малых газовых и аэрозольных примесей, метеорологических параметров атмосферы, высотных профилей температуры в нижнем 100-метровом слое атмосферы, карты пространственного распределения загрязняющих веществ в приземном слое атмосферы.

  3. Впервые выявлены сезонные и суточные вариации концентраций малых газовых примесей в приземном слое атмосферы.

  4. Впервые получены данные о пространственном распределении количественного и качественного состава аэрозольных примесей в атмосфере г. Улан-Удэ.

  5. Разработанная программа расчета распространения атмосферных примесей совместно с любым геоинформационным пакетом GIS позволяет в комплексе проводить пространственный анализ распределения загрязняющих веществ в атмосфере.

На защиту выносятся:

  1. Результаты экспериментальных исследований стратификации в нижнем 100-метровом слое атмосферы г. Улан-Удэ в различные сезоны года. Установлено, что в зимнее время повторяемость приземных инверсий наиболее высокая и составляет 77 % от общего числа наблюдений, что способствует накоплению примесей в атмосфере.

  2. На основании многолетних непрерывных синхронных измерений концентраций малых газовых примесей в приземном слое атмосферы выявлены их сезонные суточные вариации.

  3. Установлены количественные оценки пространственной неоднородности химического состава аэрозолей в приземном слое атмосферы г. Улан-Удэ.

  4. Программный комплекс расчета рассеяния примесей в атмосфере, позволяющий учесть вклад всех основных антропогенных источников выбросов и прогнозировать загрязнение атмосферы города.

Достоверность полученных результатов обеспечивалась регулярным ежегодным проведением поверки газоаналитического оборудования, проведением межлабораторного эксперимента по оценке точности определения концентрации газовых примесей между аккредитованными лабораториями Бурятского центра по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды и лабораторией мониторинга загрязнения атмосферы БНЦ СО РАН и проведением калибровки приборов с использованием поверочно-газовых смесей.

Достоверность полученных результатов обеспечивается высокой статистической надежностью полученных оценок, основанных на большом объеме исходных данных.

Практическая значимость работы состоит в том, что экспериментальные результаты исследований пространственно-временного распределения газовых и аэрозольных примесей в атмосфере г. Улан-Удэ могут быть использованы для оценки риска здоровью населения.

Предложенный программный комплекс расчета рассеяния примесей в атмосфере может служить основой для построения единого модельного комплек-

7 са прогноза загрязнения атмосферы, для оценки степени загрязнения атмосферы выбросами всех основных антропогенных источников загрязнения воздушной среды, как в совокупности, так и от выбросов отдельных источников при разных метеорологических ситуациях, что важно для регулирования режима работы предприятий в различные сезоны года и для корректировки сводных томов предельно-допустимых выбросов населенных пунктов.

Результаты экспериментальных исследований использованы для обоснования наиболее приоритетных мероприятий по снижению выбросов загрязняющих веществ, для оценки риска здоровью населения г. Улан-Удэ от загрязнения атмосферного воздуха, что подтверждается актами использования результатов диссертации.

Основная часть исследований по теме диссертации имела целевую практическую направленность и выполнялась в рамках следующих проектов: РФФИ № 01-05-97240, № 05-05-97240; "Югамато-экологический мониторинг Сибири" РНТГТ "Сибирь"; ROLL № 113-3 Агентства США по международному развитию "Внедрение современных автоматизированных средств контроля качества воздуха в Байкальском регионе".

Материалы работы используются в Государственной программе Росгидромета "Организация регулярных наблюдений за содержанием приземного озона в Байкальском регионе", программе "Социально-гигиенический мониторинг в Республике Бурятия", "Комплексной экологической программе г. Улан-Удэ".

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на III и IV международных школах молодых ученых и специалистов "Физика окружающей среды" (Томск, 2002, 2004), XXVIIth General Assembly of the URSI (Maastricht, the Netherlands, 2002), II Сибирской конференции пользователей программных продуктов ESRI и ERDAS "ГИС-технологии в науке, природопользовании и образовании" (Новосибирск, 2003), Международной конференции CITES-2003, 2005 "Вычислительно-информационные технологии для наук об окружающей среде" (Томск, 2003; Новосибирск, 2005), X

8 Joint International Symposium "Atmospheric and Ocean optics. Atmosphere physics" (Томск, 2003), X и XI Рабочей группе"Аэрозоли Сибири" (Томск, 2003, 2004), International Conference "Science for watershed conservation: multidisciplinary approaches for natural resource management" (Ulan-Ude - Ulan-Bator, 2004), The First International Symposium on Terrestrial and Climate Change in Mongolia (Ulaan-baatar, Mongolia, 2005), The Fourth Vereschagin Baikal Conference (Irkutsk, 2005).

Личный вклад диссертанта в выполнении работы заключался в создании программного комплекса, подготовке и проведении экспериментальных исследований, статистической обработке и анализе результатов, подготовке публикаций и докладов на конференциях. Все результаты, составляющие научную новизну диссертации, и выносимые на защиту положения получены автором лично.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 18 научных работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы, приложения; изложена на 160 страницах, включая 47 рисунков и 18 таблиц. Список литературы включает 114 наименований.

В первой главе приводится обзор исследований по изучению пространственно-временного распределения аэрозольно-газовых примесей в различных регионах. Рассмотрены различные подходы к моделированию загрязнения воздушного бассейна, используемые в мировой практике. Имеющиеся в литературе экспериментальные данные по распределению аэрозолей и газовых примесей в условиях города систематизированы и проанализированы в зависимости от физико-климатических особенностей объекта исследования, влияния различных источников выбросов, неблагоприятных метеорологических условий. В настоящее время достаточно хорошо разработаны методики оценки и прогноза уровня загрязнения атмосферного воздуха для Европейской части СНГ и Западной Сибири. Для условий г. Улан-Удэ, отличающегося от вышеназванных регионов сложным рельефом и крайне неблагоприятными условиями для рас-

9 сеивания техногенных выбросов в атмосфере, подобные методики не совсем

приемлемы и требуют определенной корректировки.

Механизм формирования воздушных потоков, особенно в городах, весьма сложен, многофункционален и в настоящее время недостаточно полно изучен, поэтому необходима информация, получаемая из натурных исследований и численных расчетов.

Во второй главе приведены результаты непрерывных синхронных измерений малых газовых примесей и аэрозолей в атмосфере г. Улан-Удэ,

Приведено описание методики измерения вертикального распределения метеорологических параметров в приземном слое атмосферы на основе метода радиозондиро вания.

Изложены результаты экспериментальных исследований метеорологических параметров атмосферы, вертикальной структуры температуры воздуха в нижнем 100-метровом слое атмосферы г. Улан-Удэ. Показано, что основными факторами, оказывающими влияние на формирование загрязнения атмосферы города, являются инверсионные ситуации, слабые ветровые потоки.

Дается физико-климатическая характеристика г. Улан-Удэ, Рассматриваются природные особенности территории и климатообразующие факторы.

Приводится описание методики измерения концентраций газовых примесей и технические характеристики приборов. Описаны методы отбора и анализа проб аэрозолей.

Приводится описание электронной базы данных. База данных содержит результаты многолетних измерений концентраций газовых и аэрозольных примесей, метеорологических параметров, вертикального распределения температуры в нижнем 100-метровом слое атмосферы, карты-схемы пространственного распределения примесей в приземном слое атмосферы г. Улан-Удэ, начиная с 1995 г.

Представлены результаты исследований пространственно-временной изменчивости концентраций оксида углерода (СО), оксида азота (NO), диоксида азота (NO2), приземного озона (Оз) за трехлетний период наблюдения. На ос но-

10 ве большого статистического материала выявлены сезонные и суточные вариации малых газовых примесей в атмосфере г. Улан-Удэ.

Приводится анализ газового загрязнения воздушного бассейна г. Улан-Удэ в весенне-летний период лесных пожаров 2002-2003 гг. Представлены результаты маршрутных и подфакельных измерений концентрации диоксида серы и оксида углерода. Приводятся результаты исследований ионного и элементного состав аэрозолей в атмосфере города. Установлены количественные оценки пространственной неоднородности химического состава аэрозолей в приземном слое атмосферы г. Улан-Удэ. Наиболее высокое содержание мелкодисперсных взвешенных частиц отмечается в воздухе жилых кварталов, расположенных вблизи крупных промышленных предприятий.

Третья глава посвящена разработке программного комплекса расчета рассеяния атмосферных примесей на основе диффузионной модели М.Е. Берлянда, позволяющей исследовать распространение примесей от источников различного типа при разных метеорологических условиях.

Описывается разработанный ГИС-проект, конструктивно связанный с программным комплексом расчета рассеяния газовых примесей в атмосфере. В основу ГИС-проекта заложена созданная электронная карта г. Улан-Удэ. Электронная карта предназначена для представления в графическом виде информации о пространственном распределении техногенного загрязнения атмосферы города от конкретных источников выбросов и оперативного управления качеством воздуха.

Приводятся результаты численного расчета рассеяния атмосферных примесей в г. Улан-Удэ. Учитывается влияние выбросов автотранспорта, стационарных источников и анализируется их вклад в общее загрязнение атмосферы города.

Анализ результатов тестовых расчетов, численных экспериментов и данных наблюдений позволил сделать вывод, что разработанный программный комплекс достоверно рассчитывает распространение примесей в атмосфере.

Расхождение между результатами численного моделирования и экспериментальными данными не превышает 30%.

В заключении приведены основные результаты работы.

В приложении приведены копия аттестата аккредитации аналитической лаборатории, результаты тестовых расчетов, листинг программы расчета рассеяния газовых примесей в атмосфере.

Работа выполнена в Отделе физических проблем при Президиуме Бурятского научного центра СО РАН.

Автор выражает искреннюю признательность научному руководителю к.ф.-м.н. Т.С Жамсуевой и к.ф.-м.н. А.С. Заяханову за постоянную помощь и поддержку работы. Неоценимую помощь оказали сотрудники лаборатории радиофизики Отдела физических проблем Бурятского научного центра СО РАН при выполнении экспедиционных и экспериментальных работ, за что автор выражает им сердечную благодарность.

Подобные работы
Перязева Елена Георгиевна
Геоэкологическая оценка загрязнения тяжелыми металлами урбанизированных территорий : На примере г. Улан-Удэ
Валова Елена Эрдэмовна
Эколого-геохимические особенности городских ландшафтов степной и лесостепной зон межгорной котловины (На примере г. Улан-Удэ)
Чефранов Иван Павлович
Исследование динамики аэрозольных загрязнений снегового покрова промышленного города : на примере г. Барнаула
Спиридонов Евгений Геннадьевич
Прогноз пространственного формирования уровней загрязнения приземного слоя атмосферы в зоне обслуживания воздушного судна
Родюков Игорь Сергеевич
Геоэкологическая оценка приземного слоя атмосферы на территории аэродромного комплекса
Попова Ольга Владимировна
Биоиндикация загрязнения атмосферы промышленного города
Миронов Андрей Александрович
Изучение загрязнения атмосферного воздуха от автотранспортных потоков в условиях городских территорий : на примере города Чебоксары Чувашской Республики
Серяков Сергей Владимирович
Природно-техногенные условия экологизации урбанизированных территорий на примере города Томска
Коростелева Наталия Владимировна
Условия оптимизации шумового режима первого эшелона застройки транспортных магистралей города : на примере г. Волгограда
Епринцев Сергей Александрович
Формирование зон экологического риска в промышленно-развитом городе : на примере г. Воронежа

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net