Курсовая работа (т): Биоклиматическая характеристика Богородицкого - Фенино

Кроме инверсий оседания в тропосфере наблюдаются фронтальные инверсии. Фронты, разделяющие теплую и холодную воздушные массы, в тропосфере становятся узкими фронтальными зонами перехода от холодной к теплой воздушной массе. При этом клин холодного воздуха лежит под теплой воздушной массой. [16]

.2.3 Туманы

Загрязнение атмосферы города примесями, изменение температуры воздуха, скорости ветра и других метеовеличин не могло не сказаться на условиях формирования и повторяемости таких важных для решения прикладных задач экологии явлениях, как дымки, туманы и смоги, с которыми связано наиболее значительное ухудшение видимости в атмосфере.

Дымкой принято называть такое состояние атмосферы, при котором под влиянием загрязнения атмосферы примесями метеорологическая дальность видимости заключено между 1 и 10 км. При значении дальности видимости меньшей 1 км - явление носит название тумана. [10]

Загрязнение атмосферы городов примесями антропогенного происхождения способствует ухудшению видимости, росту повторяемости дымок и уменьшению повторяемости состояний с хорошей видимостью. Однако под влиянием антропогенных примесей существенно возрастает в городе повторяемость лишь слабой и умеренной дымки. Повторяемость сильной дымки и особенно тумана в крупных городах не только не больше, но и меньше, чем в окрестностях.

Так, например, в Ленинграде повторяемость туманов в 2-3 раза меньше, чем в других пунктах. В Москве также среднее годовое число дней с туманом в 2-2,5 раза меньше, чем в ее окрестностях.

По данным некоторых монографий и учебной литературы, широко распространено мнение о более частом образовании туманов в городах по сравнению с окрестностями. В качестве причины указываются ядра конденсации, которых в городе больше, чем вне его. Ядро конденсации - это любая твердая частичка, находящаяся во взвешенном состоянии в атмосфере, на поверхности которой возможна конденсация воды. Уже при метеорологической дальности видимости меньше 10 км частицы примесей, как правило, обводнены. Причем, чем выше относительная влажность воздуха, тем меньше доля ядра конденсации в общей массе капли. Видимо, определяющую роль в значительном уменьшении повторяемости туманов и отчасти сильных дымков в крупных городах играет повышение температуры воздуха в городе.

Для образования тумана в городе температура воздуха в окрестностях должна упасть ниже точки росы. При этом в окрестностях образуется сильный (с большой влажностью) туман, а в городе же - умеренный или слабый. Это связано с тем, что относительная влажность воздуха в городах существенно меньше 100% и поэтому образование тумана в городе не может начаться, в то время как в окрестностях при этой же обстановке начинает формироваться туман.

Повышение температуры влияет на образование туманов лишь в крупных городах, где разность температур достигает значения в среднем близких к 1оС.

Понятия “смог” отождествляют понятиями “дымки” и “туманы”. В действительности же смог - это самостоятельное явление, отличное от дымков и туманов. В, прежде всего, отличительной особенностью смога является коричневый оттенок, который придают ему оксиды азота, являющейся главной составляющей смога. В отличие от дымок, цвет которых серый и сине-голубой, относительная влажность в смогах, как правило, невысокая.

По этому признаку смоги ближе не к дымкам, а к мгле - явлению понижения видимости под влиянием твердых, слабообводненных примесей, например, образующихся во время пожара. Дальность видимости в смогах изменяется в широких пределах, однако, обычно меньше 10 км

Накопление примесей в атмосфере усиливается в условиях тумана. В туманах происходит поглощение примесей каплями, наблюдается эффект аккумуляции примесей из выше- и нижележащих слоев. За счет создания значительных градиентов концентраций (вне капель) происходит перенос примесей из окружающего пространства в область тумана. В связи с этим суммарная концентрация примесей возрастает. Значительную опасность представляет расположение над туманом факелов дыма, которые под воздействием указанного эффекта распространяются в приземный слой воздуха.

Туманы на содержание примесей в, воздухе [14] влияют сложным образом: капли тумана поглощают примесь, причем не только загрязненных слоев воздуха. Вследствие этого концентрация примесей сильно возрастает в слое тумана и уменьшается над ним. При этом растворение сернистого газа в каплях тумана приводит к образованию более токсичной серной кислоты. Так как в тумане возрастает весовая концентрация сернистого газа, то при его окислении серной кислоты может образоваться в 1,5 раза больше. [3]

Речные туманы наблюдаются, когда установившейся поток воздуха перемещается над водной поверхностью. При этом холодный воздух, ненасыщенный влагой, натекает на более теплую незамерзшую поверхность реки, после чего смещается над покрытой снегом поверхностью подветренного берега. Установлено, что в тумане концентрация примеси резко убывает за счёт её поглощения в каплях.

В развитом радиационном тумане разрушаются приземные инверсии и образуются приподнятые инверсии температуры. Это ведет к увеличению наземных концентраций. Кроме того, поступающие от источника примеси почти полностью поглощаются каплями. Как и для речных туманов, так и для радиационных получено, что концентрация примеси убывает не только на всех уровнях в слое тумана, но и в слое воздуха, расположенном над туманом.

Следовательно, при образовании тумана в его каплях концентрируется не только примесь, которая находилась вблизи подстилающей поверхности в его отсутствии, но также и значительная часть примеси из вышележащих слоев. Таким образом, капли тумана как бы аккумулируют примесь из весьма протяженного слоя, что существенно увеличивает суммарное загрязнение воздуха вблизи подстилающей поверхности.

2. Методы оценки способности атмосферы к самоочищению

.1 Потенциал загрязнения атмосферы (ПЗА)

Атмосфера обладает способностью к самоочищению. Самоочищение атмосферы - частичное или полное восстановление естественного состава атмосферы вследствие удаления примесей под воздействием природных процессов. Дождь и снег промывают атмосферу благодаря своим абсорбционным способностям, удаляя из нее пыль и растворимые в воде вещества. Растения поглощают углекислый газ и выделяют кислород, который окисляет органические примеси (роль зеленых растений в самоочищении атмосферы от углекислого газа вообще исключительна - почти весь свободный атмосферный кислород имеет биогенное происхождение, т. е. около 30 % его выделяют зеленые растения суши, а 70 % кислорода высвобождают водоросли Мирового океана). Ультрафиолетовые лучи солнца убивают микроорганизмы [10].

Природный потенциал самоочищения атмосферы во многом обусловлен такими природно-климатических условиями, как особенности подстилающей поверхности (растительность, рельеф), температурный режим, количество выпадающих осадков, циркуляционные процессы в атмосфере и др. [10]

Очень сильное влияние на самоочищение воздуха оказывают циркуляционные процессы в атмосфере. Например: господствующие в условиях антициклональной погоды нисходящие потоки воздуха приводят к накоплению загрязняющих веществ в приземных слоях атмосферы. Поэтому при одинаковом количестве поступающих веществ загрязнение воздушной среды будет значительно больше (соответственно, потенциал самоочищения ниже) в районах с преимущественно антициклональным режимом погоды и меньше там, где преобладает циклоническая деятельность[12].

Потенциал загрязнения атмосферы (ПЗА) - широко используемая на практике, косвенная характеристика рассеивающих способностей атмосферы. Эта величина представляет собой отношение гипотетических среднегодовых (среднесезонных) приземных концентраций примесей от антропогенных источников в данной точке пространства к аналогичным значениям концентрации от таких же источников в некотором «эталонном» районе, где рассеяние примеси принимается наилучшим, а концентрации, соответственно, минимальными.

Способность атмосферы к самоочищению зависит также от величины ПЗА (потенциала загрязнения атмосферы).

Чем ниже значение ПЗА, тем способность к самоочищению у атмосферы выше.

Такая характеристика как ПЗА удобна в том отношении, что не требует сведений непосредственно об измеренных значениях концентрации или источниках загрязнения, а предполагает известными лишь такие климатические характеристики как вероятности слабого ветра (менее 1 м/с), приземных инверсий температуры и туманов. [9]

Атмосфера загрязняется в основном химическими веществами, поступающими в нее на различных стадиях производства и утилизации продукции. Эти вещества находятся в газообразном, жидком и твердом (пыль, сажа) состоянии. Большую опасность представляют собой радиоактивное загрязнение (изотопы радона, стронция, плутония) в виде газов или взвешенных частиц. Кроме того, существуют тепловое загрязнение, образующееся в результате антропогенной деятельности и влияющее на температурный баланс, загрязнение шумов, образующееся в результате работы техники, транспорта, бытовых приборов и, наконец, электромагнитное загрязнение из-за функционирования телерадиостанций, радиолокационных установок, линий электропередач высокого напряжения.

Среди загрязнителей атмосферы Земли главным компонентом являются углеводороды - продукты сжигаемого на планете топлива. А способов самоочищения у нее 3, два из которых относительно непосредственны. В одном случае атмосферные примеси собираются на каплях воды из облаков и затем выливаются в виде дождя, в другом - молекулы атмосферных углеводородов распадаются под воздействием солнечного света. Третий путь - в химическом разрушении вредных веществ.

Согласно последним исследованиям [8], атмосфера способна к самоочищению в большей мере, чем представлялось - прямые измерения с помощью новейших лазерных технологий наряду с компьютерным моделированием установили, что химические группы, разлагающие смог и другие загрязняющие агенты, в атмосфере присутствуют в концентрации, которая на 20% выше предполагаемой прежними вычислениями.

Наряду с проблемами природопользования возникает ряд серьезных проблем, связанных со специфическими природными особенностями. Например, климатические условия, характеризующиеся антициклональным режимом погоды с сопровождающими его инверсионными явлениями (большой повторяемостью и мощностью), особенно зимой, слабых ветров, застоев воздуха. Это все затрудняет перенос и рассеивание загрязняющих веществ в атмосфере, способствует образованию смогов над городами и промышленными центрами. Оценка влияния метеорологических условий на рассеяние примесей в атмосфере основана на использовании таких климатических характеристик, как застой воздуха (сочетание инверсий температуры и слабого ветра) и повторяемость инверсий и туманов. Рассеивающая способность атмосферы выражается через ее потенциал загрязнения, представляющий отношение средних уровней концентраций примесей при заданных выбросах в конкретном и условном районе. За условный принимается район с минимальной повторяемостью метеорологических условий, способствующих увеличению загрязнения.

Территория России характеризуется большим разнообразием климатических условий, определяющих потенциал загрязнения атмосферы, т. е. перенос и рассеивание примесей, поступающих в воздушный бассейн города с выбросами предприятий и автотранспорта[8]. Они определяют «климат» качества воздуха и частоту эпизодов высокого загрязнения.

Наряду с широко применяемыми способами оценки способности атмосферы к самоочищению, такими как определение потенциала загрязнения атмосферы или рассеивающей способности атмосферы, в последние годы был предложен климатический потенциал самоочищения атмосферы, зависящий: от числа дней со штилями, числа дней с влажностью больше 80%, числа дней с осадками больше 0,5 мм, числа дней со скоростью ветра больше 6 м/с. Показатели потенциала самоочищения атмосферы меньше 0,8 оцениваются как «комфортные», Км от 0,81 до 1,0 - «субкомфортные», Км больше 1,1 - «дискомфортные»

2.2 Потенциал самоочищения атмосферы в Б.-Фенино

Результаты расчетов по ежегодным данным климатического потенциала самоочищения атмосферы за период с 2005 -2010 гг. в Б.-Фенино, позволили оценить его временные изменения (табл. 2.1. рис.1.1-1.12).

Таблица 2.1 Потенциал самоочищения атмосферы в Б.- Фенино за период с 2005 - 2010 гг.

Рис.1.1 Значения потенциала самоочищения атмосферы в Б.- Фенино в январе за период 2005 - 2010 гг.

Наиболее неблагоприятным для рассеивания примесей в январе является 2006 год, показатели коэффициента самоочищения атмосферы (Км) составляют 2,60 - это оценивается как « дискомфортный », так как в данное время было малое количество дней со скоростью ветра больше 6м/с. Наименьший показатель был в 2010 году, он составил 1,20 и тоже оценивается как « дискомфортный » (рис.1.1).

Рис 1.2 Значения потенциала самоочищения атмосферы в Б.- Фенино в феврале за период 2005 - 2010 гг.

Наибольший показатель климатического потенциала самоочищения атмосферы был в феврале 2010 года, (он составил 2,14), так как было большое количество дней с влажностью больше 80%. Наименьший в 2006 - 1,21, но этот показатель все равно является дискомфортным (рис 1.2).

Рис 1.3. Значения потенциала самоочищения атмосферы в Б.- Фенино в марте за период 2005 - 2010 гг.

Март 2005 года является неблагоприятным для рассеивания примесей, климатический потенциал самоочищения атмосферы достиг 3,5 и является дискомфортным, в 2009 году - более благоприятная обстановка, его показатель Км составляет 0,92 и является субкомфортным (рис 1.3).

.

Рис 1.4. Значения потенциала самоочищения атмосферы в Б.- Фенино в апреле за период 2005 - 2010 гг.

В апреле 2009 года наблюдается максимальный показатель самоочищения атмосферы, он составил 3,0, так как было мало осадков и не было дней с большой скоростью ветра. Минимальный показатель Км в 2005 году - 0,3, оценивается как комфортный, это следствие большого количества осадков (рис. 1.4).

Рис 1.5 Значения потенциала самоочищения атмосферы в Б.- Фенино в мае за период 2005 - 2010 гг.

В целом, в мае во всех представленных годах коэффициент самоочищения атмосферы является комфортным, это следствие благоприятных климатических условий которые способствуют рассеиванию примесей (ветер, осадки и т.д.) (рис 1.5).

Рис 1.6. Значения потенциала самоочищения атмосферы в Б.- Фенино в июне за период 2005 - 2010 гг.

Наиболее высокий показатель потенциала самоочищения атмосферы наблюдается в июне 2009 года, он достиг 11,0, это объясняется тем, что в данное время не бы дней с большой скоростью ветра, следовательно, воздух застаивался и создал дискомфортную ситуацию. Минимум в июне 2007 - 0,15 ( комфортные условия ) (рис 1.6).

Рис 1.7. Значения потенциала самоочищения атмосферы в Б.- Фенино в июле за период 2005 - 2010 гг.

В июле во всех годах наблюдаются комфортные условия, коэффициент самоочищения атмосферы не превышает 0,66 (рис. 1.7).