Курсовая работа
Биоклиматическая
характеристика Богородицкого - Фенино
ВВЕДЕНИЕ
Атмосфера является составной частью биосферы и представляет собой газообразную оболочку Земли, вращающуюся вместе с ней как единое целое. Наибольший интерес представляет для нас нижняя часть атмосферы, главным образом тропосфера, поскольку в ней происходят основные метеорологические явления, влияющие на загрязнение атмосферного воздуха.
Воздух считается чистым, если ни один из микрокомпонентов не присутствует в концентрациях, способных нанести ущерб здоровью человека, животным, растительности или вызвать ухудшение эстетического восприятия окружающей среды (например, при наличии пыли, грязи, неприятных запахов или при недостатке солнечного освещения в результате задымленности воздуха). Так как все живое очень медленно адаптируется к этим новым микрокомпонентам, химические вещества служат объективным фактором неблагоприятных воздействий на природную среду и здоровье человека. [12]
В последние десятилетия антропогенные факторы загрязнения атмосферы стали превышать по масштабам естественные, приобретая глобальный характер. Выбрасываемые в атмосферу вредные примеси не только уничтожают живую природу, отрицательно воздействуют на здоровье людей, но и способны изменить свойства самой атмосферы, что может привести к нежелательным экологическим и климатическим последствиям.
В настоящее время большинство заболеваний человека (до 80%) имеют природное происхождение в результате изменения условий окружающей среды. Отставание адаптационных возможностей человеческого организма от меняющихся условий среды проявляется в увеличении заболеваний, смертности, уменьшении продолжительности жизни.
Глобальная проблема человечества в третьем тысячелетии - проблема сохранения генофонда и здоровья человека в условиях ухудшения среды обитания. Решение этого фундаментального задания современности возложено на биоклиматологию - науку, которая базируется на комплексе естественных и медицинских наук, изучает влияние изменения метеорологических условий окружающей среды на адаптационные механизмы человеческого организма [1].
К основным природным факторам внешней среды, воздействующих на человека являются: атмосферные или метеорологические; космические или радиационные; теллурические или земные. Химические факторы - газы и различные примеси; физические (метеорологические) факторы - температура воздуха, атмосферное давление, влажность воздуха, облачность, осадки, ветер; космические факторы - космические лучи, радиационное поле, импульсивное электромагнитное поле атмосферы; при этом электромагнитные импульсы являются одним из признаков развития атмосферы, которые могут вызывать разного рода метеопатические реакции до видимого изменения погоды; к группе теллурических факторов относятся особенности подстилающей поверхности Земли: геологический характер почвы, покрывающая её растительность, водоёмы, рельеф (долины, горы).
Эти особенности земной поверхности оказывают влияние на ход метеорологических и радиационных факторов, в определённой мере изменяя их влияние. Кроме того, природные ландшафты являются источником положительных эмоций. Все перечисленные факторы внешней среды непосредственно воздействуют на организм человека. Однако эти факторы действуют не изолировано, а комплексно. В зависимости от характера сочетания факторов влияние их на организм будет разным, поэтому необходима комплексная оценка внешней среды. При этом следует отметить, что понятие „погода” и „климат” включают именно такую комплексную оценку. Погода - это физическое состояние атмосферы, возникающее под влиянием солнечной радиации и циркуляционных процессов в атмосфере, а также подстилающей поверхности. Погоду рассматривают как целостное образование природы, характеризуемое комплексом взаимосвязанных и взаимообусловленных процессов.
Целью данной работы является оценка способности атмосферы Богородицкого-Фенино к самоочищению, анализ биоклиматических условий региона и оценка влияния изменчивости метеорологических условий на организм человека.
Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих задач:
оценка влияния метеорологических характеристик на распространение примесей в атмосфере;
анализ способов оценки способности атмосферы к рассеиванию примесей;
анализ временных изменений коэффициента самоочищения атмосферы в Б.-Фенино за период 2005 - 2010 гг.
расчет биоклиматических показателей;
выявление закономерностей временных изменений биоклиматических индексов;
анализ биоклиматических характеристик в Б.-Фенино за период с 2005 - 2010 гг.
Объектом исследования в работе выступает климат Б.-Фенино.
Предметом исследования - климатические характеристики атмосферы, определяющие рассеивание примесей и условия жизнедеятельности человека.
При написании работы были использованы следующие
методы: обобщения и анализа первичной информации, ее статистическая обработка,
анализ полученных результатов.
1. Влияние свойств
атмосферы на распространение примесей
.1 Факторы формирования
повышенного уровня загрязнения в городах
Уровень загрязнения атмосферы зависит не только от количества выбрасываемых примесей, но и от способности атмосферы к самоочищению.
В многочисленных работах описываются различные модели распространения примесей в атмосфере с различными параметрами атмосферы, оказывающими влияние на перенос примесей в воздухе.
Вопросы прогнозирования и предотвращения высоких уровней загрязнения воздуха представляют наибольший интерес в условиях городов. Характер загрязнения воздуха в городе, с одной стороны, определяется наличием на его территории большого количества различных источников выбросов. С другой стороны, в городе возникают качественно новые эффекты, которые определяются микрометеорологическими условиями, перемешиванием многих выбросов, характером застройки. [5]
Главные особенности распространения примесей от отдельных объектов, расположенных в городах. в целом близки к тем, что и за их пределами, и подчиняются известным физическим закономерностям. В то же время в городе на ограниченной территории в атмосферу поступают выбросы из множества самых различных источников, существенно различающихся по своим свойствам. Попадающие в атмосферу примеси перемешиваются, в связи с чем значительные концентрации примесей могут наблюдаться в районах, где отсутствует прямое влияние источников выбросов. На характер распространения в городе поступающих в атмосферу примесей оказывают существенное влияние локальные изменения метеорологических условий: повышение температуры относительно окрестностей, городская циркуляция воздуха, разрушение нижней части приземных инверсий и формирование приподнятых, ослабление ветра в приземном слое и др.
Изменения уровня загрязнения воздуха по городу в
целом определяются рядом взаимосвязанных факторов. Известно, что рассеивание
выбросов в атмосфере происходит в значительной степени за счёт переноса и
турбулентного перемешивания. Для учёта влияния этих факторов при статистическом
анализе информации достаточно рассматривать характеристики скорости ветра и
атмосферной устойчивости. Анализ загрязнения городского воздуха в зависимости
от этих двух характеристик усложняется в связи с формированием в городе
микрометеорологического режима. В то же время наряду со скоростью переноса и с
турбулентным перемешиванием на уровень загрязнения воздуха в городе влияют и
другие факторы, непосредственно связанные с первыми. К ним относятся
направление воздушных потоков, вымывание примесей осадками, их аккумуляция в
туманах и облаках, степень подъёма перегретых газов, зависящая от температуры
воздуха, инерционный фактор и др. [5]
1.2 Влияние
метеорологических факторов
Метеорологические условия оказывают существенное влияние на перенос и рассеивание вредных примесей, поступающих в атмосферу.
Задача изучения метеорологических условий, которые влияют на загрязнение воздуха по городу в целом (на фоновое загрязнение), по ряду причин очень сложная. Для каждого источника выбросов, который создает в городе очаг концентрации примесей, существуют свои неблагоприятные метеорологические ситуации, которые определяют максимальное загрязнение воздуха. Очевидно, что в городе может наблюдаться опасная совокупность примесей при различных ситуациях. [6]
При статической обработке информации из большого числа одновременно влияющих факторов не всегда можно выделить отдельный фактор. Однако, это не означает, что реальное влияние того или иного фактора на содержание примеси в воздухе отсутствует. Сложность статистического анализа метеорологических условий загрязнение воздуха в городе определяется и тем, что характер зависимостей концентраций примесей от какого-нибудь параметра и теснота связей в ряде случаев зависит от сопутствующих метеоусловий. Зависимость загрязнения воздуха от скорости ветра определяется состоянием устойчивости и наоборот, связь концентраций с температурой воздуха, скоростью переноса и т.д.
Современные города обычно занимают территории в десятки, а иногда сотни квадратных километров, поэтому изменение содержания вредных веществ в их атмосфере происходит под действием мезо- к макромасштабных атмосферных процессов. Наибольшее влияние на рассеивание примесей в атмосфере оказывает режим ветра и температуры, в особенности ее стратификация.
Влияние метеорологических условий на перенос веществ в воздухе проявляется по-разному, в зависимости от типа источника выбросов. Если исходящие от источника газы перегреты относительно окружающего воздуха, то они обладают начальным подъемом; в связи с этим вблизи источника выбросов создается поле вертикальных скоростей, способствующих подъему факела и уносу примесей вверх. При слабых ветрах этот подъем обусловливает уменьшение концентраций примесей у земли. Концентрация примесей у земли убывает и при очень сильных ветрах, однако в этом случае оно происходит за счет быстрого переноса примесей, В результате наибольшие концентрации примесей в приземном слое формируются при некоторой скорости, которую называют «опасная». Значение ее зависит от типа источника выбросов
При низких источниках выбросов повышенный уровень загрязнения воздуха отмечается при слабых ветрах (0 - 1 м/с) за счет скопления примесей в приземном слое [6].
атмосфера организм загрязнение город
1.2.1 Ветер
Ветровой режим оказывает определяющее влияние на рассеивание загрязняющих веществ в атмосфере. Как известно, зоны более высоких концентраций примесей создаются в подветренных районах по отношению к источникам выбросов.
Весьма существенное значение для концентрации и рассеивания примесей в атмосфере имеет скорость ветра. При этом в зависимости от типа источников выбросов, её влияние различно. При низких и неорганизованных источниках выбросов повышенный уровень загрязнения воздуха отмечается при слабых ветрах (0-1 м/с) за счет скопления примесей в приземном слое. При выбросах от предприятий с высотными трубами газово-воздушная смесь, исходящая от источника, обычно перегрета относительно окружающего воздуха и обладает начальным подъемом за счет вертикальных скоростей, способствующих подъему факела и уносу примесей вверх. При слабых ветрах этот подъем обуславливает уменьшение содержаний примесей у поверхности земли. При сильных ветрах концентрация загрязняющих веществ от высотных источников у земли также уменьшается, однако это происходит уже за счет быстрого переноса примесей. В итоге наибольшие концентрации примесей в приземном слое от выбросов высотных источников формируются при так называемой опасной скорости ветра. Ее значение зависит от типа источников. [16]
В плане загрязнения воздушного бассейна влияние
сильных ветров двоякое: с одной стороны они при определенных условиях
способствуют очищению атмосферы от загрязнения выбросами промышленных
предприятий и транспорта, с другой - благоприятствуют формированию пыльных
бурь. Последние в условиях нарушенных почвенных поверхностей и наличия открытых
участков с отходами предприятий (хвостохранилища, золоотвалы) и складских
территорий с сырьем (уголь, стройматериалы), приводят к повышенной запыленности
воздуха. Наибольшее количество пыльных бурь выпадает на летние месяцы, а также
на позднюю весну и раннюю осень. [6]
1.2.2 Устойчивость атмосферы
Одними из основных факторов, определяющих рассеивание примесей, являются инверсии температуры, среди которых выделяются приподнятые и приземные. При приподнятых инверсиях (образующихся на некоторой высоте от поверхности земли) создается преграда для вертикального воздухообмена, причем наземная концентрация примесей от выбросов высоких источников зависит от высоты расположения нижней границы инверсии над источником и от высоты самого источника. Если инверсионный слой располагается непосредственно над источником выбросов (трубой), создаются опасные условия загрязнения из-за ограничения подъема выбросов и препятствия для проникновения их в верхние слои атмосферы, при этом концентрации примесей у земли в этих условиях могут увеличиваться в 1,5-1,7 раз. Если слой приподнятой инверсии расположен на достаточно большой высоте от источников, то возрастание приземных концентраций загрязняющих веществ будет незначительным. [8]
Приземные инверсии возникают при радиационном выхолаживании приземного слоя воздуха ночью. С восходом Солнца приземная инверсия радиационного типа разрушается, так как ночное охлаждение почвы сменяется прогреванием. Рельеф местности может усиливать инверсию. Так, охлаждение воздуха в ясную погоду особенно велико в котловинах, откуда выхоложенный воздух не находит выхода. [8]
Весной теплый воздух, текущий над снежным покровом, охлаждается, потому что тепло идет на таяние снега. Над поверхностью тающего снежного покрова возникает так называемая снежная или весенняя инверсия. Если ветер достаточно сильный, то вследствие турбулентности эта инверсия обнаруживается не у самой земной поверхности, а на некоторой высоте.
Над полярными льдами приземные инверсии часты и летом. В это время они связаны с охлаждением воздуха над тающим льдом. Вместо инверсии может наблюдаться также состояние, близкое к изотермическому, т. е. с вертикальными градиентами температуры, близкими к нулю.
Приподнятые инверсии, т. е. инверсионные слои в свободной атмосфере, возникают преимущественно в устойчивых антициклонах как над сушей, так и над морем, и наблюдаются над большими территориями на протяжении длительных периодов. [15]
Большинство инверсий в свободной атмосфере являются инверсиями оседания. Они возникают вследствие нисходящего движения воздуха и его адиабатического нагревания. Инверсии оседания образуются именно в устойчивых воздушных массах антициклонов, где воздух обладает нисходящими составляющими движения. При этом решающее значение имеет наличие максимума оседания в свободной атмосфере. Опускаясь вниз, оседая вследствие горизонтального растекания, атмосферный слой в то же самое время сжимается вследствие повышения давления
Инверсии оседания покрывают обширные территории в соответствии с размерами антициклонов, в которых они возникают Особенно велики инверсии оседания в зимних устойчивых антициклонах над материками умеренных широт. Почти постоянно инверсии или изотермии наблюдаются в нижних двух километрах в зоне пассатов на обращенной к экватору периферии субтропических антициклонов.