Прогнозирование загрязнения атмосферы

Прогноз загрязнения воздуха является одной из важнейших задач при решении проблемы обеспечения чистоты атмосферы. Его разработка ведется в двух направлениях:

  • • гидродинамический прогноз, основанный на математических моделях;
  • • физико-статистический прогноз, в котором используются материалы наблюдений за загрязнением воздуха.

В России развиваются оба эти направления. В настоящее время в практику широко внедряются гидродинамический метод прогноза загрязнения воздуха от отдельных источников и физико-статистический метод прогноза — от многих источников или в целом по городу.

В качестве показателя загрязнения воздуха обычно используются средние концентрации и максимальные разовые концентрации, а также повторяемость концентраций, превышающих ПДК, в общем случае характеризующую продолжительность повышенного загрязнения воздуха.

Обычно в городе в течение дня отбирается 50—100 проб воздуха для анализа на различные ЗВ. Для оценки состояния атмосферы по городу в целом в течение конкретного дня необходимо использовать обобщенные показатели.

Концентрация q примесей, осредненная по всему городу и по срокам наблюдения данного дня, является одним из наиболее простых показателей загрязнения воздуха какой-либо отдельной примесью. Расчет q выполняется по формуле

где <7, — средняя за день концентрация ву-м пункте; qcpi среднесезонная концентрация на у-м пункте; N — число стационарных пунктов в городе.

Другим показателем может быть коэффициент при первом члене разложения результатов наблюдений за концентрациями примесей на стационарных пунктах в городе по ортогональным естественным функциям (ccj), т. е.

где ср — компонент первой естественной функции, относящийся к каждому стандартному пункту; q'j — отклонения от среднесезонной концентрации на у-м пункте; N — число пунктов в городе.

Близким по физическому смыслу к коэффициенту ctj является параметр

здесь п — общее число наблюдений за концентрацией примесей в городе в течение одного дня на всех станциях; т — количество наблюдений в течение этого дня с концентрациями q, которые превышают среднесуточную концентрацию qc более чем в 1,5 раза.

Таким образом, параметр Охарактеризует часть существенно повышенных концентраций от общего числа измерений в течение дня. Параметр Р может изменяться от 0 до 1, в среднем же Р ~ 0,2. Имеется тесная связь между параметром Р, рассчитанным для отдельных примесей, и ocj, коэффициенты корреляции между ними составляют 0,85—0,94. Параметр О достаточно удовлетворительно связан и со средними по городу концентрациями.

При составлении прогнозов предпочтение отдается параметру Р, который с точки зрения характеристики городского фонового загрязнения воздуха не уступает другим показателям, и при этом в определенной степени отражает общее состояние воздушного бассейна. Удобно также и то, что параметр Р легко рассчитывается, он является относительной характеристикой и не зависит от среднего уровня загрязнения воздуха, следовательно, его величина в основном определяется метеорологическими условиями, т. е. оказывается возможным использовать его для анализа значения параметра w за несколько лет, даже если в течение этого периода наблюдались изменения суммарного количества выбросов и уровня концентраций.

Рассмотрим в качестве примера методы прогноза метеорологического потенциала загрязнения воздуха на территории. Величина его, а также общее количество и характеристики выбросов определяют уровень концентрации в городах, расположенных на этой территории. Обратимся к двум возможным способам прогноза распределения потенциала загрязнения.

Первый способ предусматривает использование для прогноза параметра Р и качественных характеристик потенциала, выраженных через синоптические ситуации. Параметр Р принимается в качестве показателя ежедневного потенциала загрязнения воздуха. Изменение его величины изо дня в день за счет колебаний суммарного выброса над городом можно считать весьма малым. Значение Р в предшествующий день (Р') принимается как характеристика исходного потенциала. Рассматриваются три вида потенциала: высокого Р> 0,35; повышенного 0,35 >Р> 0,2; относительно пониженного 0,2 > Р. Наибольший интерес вызывает прогнозирование случаев с jP> 0,35, повторяемость которых около 10 %.

Параметр Р связан с некоторыми метеорологическими элементами, а также с сочетаниями НМУ (застой воздуха, приподнятая инверсия, опасная скорость ветра и др.).

Для краткосрочного прогнозирования потенциала загрязнения в каком-либо географическом районе необходимо, чтобы не менее чем в трех городах рассчитывался параметр Р и составлялись прогнозы фонового содержания примесей в атмосфере. Предсказанные виды загрязнения наносятся на прогностическую карту погоды, потенциал загрязнения прогнозируется по всей территории. Прогностические правила описаны в РД52.04.306—92 «Охрана природы. Атмосфера. Руководство по прогнозу загрязнения воздуха».

Другой способ прогноза, широко применяемый в США, основан на учете устойчивости нижнего слоя атмосферы и скорости переноса воздуха. Принимается, что необходимым условием значительного скопления примесей в городском воздухе при заданных выбросах является нормирование ситуации застоя воздуха, под которой понимают сочетание устойчивой стратификации и слабого ветра, а также отсутствие осадков. На основании многолетних наблюдений формируются количественные критерии застоя, например, когда средняя скорость ветра в нижнем полуторакилометровом слое не должна превышать 10 м/с. Возможность создания опасного загрязнения воздуха рассматривается только в выделенных областях застоя.

Потенциал зависит от высоты перемешивания L и скорости среднего переноса М. Значения L рассчитывают отдельно для дневного и утреннего сроков по аэрологической диаграмме. Средний перенос U определяется как осредненная скорость ветра в слое перемешивания, для дневного периода определяется и так называемый коэффициент v = uL2/с). Высокий потенциал загрязнения городского воздуха предсказывается при следующих значениях параметров: Н< 500 м, Mq< 4 м/с, v < 600 м2/с. Прогноз высокого потенциала загрязнения воздуха составляют, когда указанные выше условия сохраняются в течение 36 ч.

Однозначного ответа на то, какая модель лучше, быть не может. Не существует модели универсальной, а усложнять имеющиеся, вводя все новые факторы, влияющие на процесс распространения, можно бесконечно. И в каждой практической задаче требования, ею предъявляемые, и будут определять тип используемых для решения моделей.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >