Обработка статистики метеорологических данных для оценки потенциала загрязнения атмосферы антропогенными выбросами в городах Ангарск, Братск, Иркутск
- Авторы: Плеханова О.С.1, Асламова В.С.1, Асламов А.А.2
-
Учреждения:
- Иркутский государственный университет путей сообщения
- Ангарский государственный технический университет
- Выпуск: № 4 (2024)
- Страницы: 132-145
- Раздел: Информационные системы и технологии
- URL: https://ogarev-online.ru/2413-0133/article/view/280600
- DOI: https://doi.org/10.25729/ESI.2024.36.4.013
- ID: 280600
Цитировать
Полный текст
Аннотация
В статье разработана онтология самоочищающейся способности атмосферы от антропогенных загрязнителей и выявлено влияние на нее значимых факторов. По данным сайта https://rp5.ru, в созданной базе данных в СУБД MySQL рассчитаны и проанализированы среднегодовые и среднемесячные значения метеорологических показателей накопления загрязнения атмосферы (МПЗА), МПЗА2, МПЗА3, и показателей самоочищения атмосферы (ПСА), усовершенствованный метеорологический показатель атмосферы (УМПА) для крупных промышленных городов Ангарск, Братск, Иркутск с высоким уровнем загрязнения атмосферы за 2010-2023 годы. Показано, что с коэффициентом детерминации 95,8-99,9% вместо показателя МПЗА3 можно использовать более простой для вычисления МПЗА2, вместо сложного для вычисления показателя ПСА – применять показатель 1/МПЗА. В Иркутске в мае только в 7,1% случаев в атмосфере формируются благоприятные условия для рассеивания загрязнений, а в Ангарске и Братске благоприятных условий для их рассеивания нет.
Полный текст
Введение. По данным многолетних наблюдений во многих городах Иркутской области зафиксирован высокий уровень загрязнения атмосферного воздуха (ЗАВ) [1-5]. Наиболее неблагополучная обстановка с ЗАВ складывается в городах Ангарск, Братск, Шелехов, в которых на уровни ЗАВ сильное влияние оказывают природные и климатические факторы, мешающие рассеиванию промышленных выбросов. ЗАВ устанавливалось путем сравнения фактических среднегодовых концентраций (СГК) загрязняющих веществ (ЗВ) со значениями среднегодовых ПДКсг ЗВ, максимальных разовых концентраций (МРК) ЗВ – со значениями максимальных разовых ПДКмр, наибольших из среднемесячных концентраций (НСМК) – со значениями среднесуточных ПДК [4]. В таблице 1 приведены степени превышения ПДК фактическими концентрациями ЗВ (бенз(а)пирен (БП), формальдегид (Ф), взвешенные вещества (ВВ), фенол (Фе)) в атмосфере городов Иркутской области из приоритетного списка городов РФ с наибольшим уровнем ЗАВ в 2021, 2022 годах [1, 6].
Из таблицы 1 видно, что наибольшее превышение разовых концентраций большинства ЗВ зарегистрировано в Ангарске. Следует отметить, что Братске в 2022 г. были зарегистрированы 6 случаев СИ>10 по БП, а наибольшая повторяемость превышения ПДК отмечалась для частиц РМ 2,5.
Таблица 1. Состояние ЗАВ в 2022 г. в городах ИО
Город | Ангарск | Иркутск | Братск |
Уровень ЗАВ | высокий | высокий | очень высокий |
Максимальный вклад в ЗАВ | БП, Ф, ВВ | БП, ВВ, Ф, NO₂, озон | БП, Ф |
МРК/ПДКмр | |||
SO2 | 4,1 | 2,2 | 1,2 |
NO₂ | 5,2 | 2,9 | 1,8 |
СО | 3,4 | 2,0 | 2,0 |
ВВ | 6,4 | 1,4 | 2,1 |
РМ10 | 3,0 | 3,0 | 2,8 |
РМ2,5 | 2,3 | 2,7 | 3,0 |
Ф | 1,6 | 1,7 | 1,5 |
Фе | 1,3 |
|
|
СГК/ПДКсг | |||
БП | 2,6 | 2,6 | 7,2 |
Ф | 2 | 2,7 | 3,3 |
NO₂ |
| 1,3 |
|
ВВ |
| 2,0 |
|
НСМК/ПДКсс | |||
БП | 8,8 | 7,0 | 33,7 |
Ф |
| 2,1 |
|
По сравнению с 2021 г. уровень загрязнения в рассматриваемых городах не изменился. Отмечается улучшение качества атмосферы в жилой зоне городов [1].
На уровень ЗАВ в рассматриваемых городах влияют промышленные предприятия, крупнейшие в РФ (Братский алюминиевый завод, завод ферросплавов ОАО «МЕЧЕЛ», Братский лесоперерабатывающий комплекс, АО «Ангарская нефтехимическая компания»), ТЭЦ, котельные и автотранспорт [1, 3-5].
Сравним динамику объемов выбросов основных загрязняющих веществ (ЗВ), таких, как: взвешенные частицы, СO, SO2, NO2 в промышленных городах Иркутск, Ангарск и Братск (см. рисунки 1-4).
Рис. 1. Динамика выбросов взвешенных частиц, тыс. т.
Рис. 2. Динамика выбросов NO2, тыс. т.
Рис. 3. Динамика выбросов SO2,тыс. т.
Рис. 4. Динамика выбросов CO, тыс. т.
Видно, что до 2020 г. по выбросам взвешенных частиц, SO2, NO2 лидировал г. Ангарск. В 2021, 2022 гг. больший объем выбросов, взвешенных частиц и SO2 наблюдался в Иркутске. Наибольший объем выбросов CO характерен для Братска. При такой экологической обстановке исследование самоочищающей способности атмосферы (ССА) актуально. Об актуальности исследования говорит включение 5 городов Иркутской области (Ангарск, Братск, Вихоревка, Усолье-Сибирское, Шелехов) в приоритетный список городов Иркутской области с наибольшим уровнем загрязнения атмосферного воздуха (индекс загрязнения атмосферы (ИЗА) не менее 14) [7].
Цель работы: онтологическое моделирование процессов самоочищения и рассеивания ЗВ атмосферой, исследование в СУБД MySQL различных моделей загрязнения и рассеивания ЗВ атмосферой городов Ангарска, Братска и Иркутска по метрологическим данным сайта https://rp5.ru и их анализ.
1. Онтологическое моделирование процессов самоочищения и рассеивания ЗВ атмосферой. Известно, что на качество атмосферного воздуха (АВ) влияют не только объемы промышленных выбросов ЗВ, но и технические характеристики источников выбросов, планировка населенных пунктов, физико-химические процессы, метеорологические и топографические условия, климатообразующие и орографические факторы, которые способствуют эффективному рассеиванию ЗВ или их накоплению в околоземных слоях АВ [6, 8-17]. На рис. 5 представлена онтология факторов, влияющих на ССА.
Рис. 5. Онтология факторов, влияющих на ССА
Самоочищение атмосферы в приземном слое определено комплексным воздействием процессов: поступление ЗВ, их виды и объемы; физические процессы (перенос ЗВ и рассеивание за счет адвекции (горизонтального перемещения) и конвекции (вертикального движения) воздушных масс, оседание под действием гравитации); химические и фотохимические реакции (преобразование ЗВ под воздействием солнечной радиации, кислорода, атмосферных окислителей); температурная стратификация; вымывание ЗВ осадками и туманами, адсорбция их подстилающей поверхностью [8, 13, 15-19]. Влияние температурной стратификации на ССА неоднозначно. Самой неблагоприятной для рассеивания ЗВ является инверсия, но приподнятая инверсия может повышать ССА, если источник ЗВ расположен выше ее нижней границы [6]. Таким образом, скорость и интенсивность протекания перечисленных процессов в значительной степени зависят от ССА, объемов и вида примесей, от технических характеристик источников выбросов, климатических и метеорологических факторов [9-14, 20, 21]. По мнению В.В. Крючкова (1979), при сочетании средней годовой скорости ветра менее 3 м/с, повторяемости штилей более 50 %, характеризующих застойные явления, и наименьшей суммы осадков (менее 300 мм) самоочищения атмосферы практически не происходит [20]. Ее самоочищение начинает проявляться с усилением скорости ветра, уменьшением повторяемости штилей и повышением количества осадков. В городских условиях на рассеивание ЗВ значительно влияют планировка улиц, их направление и ширина, высота зданий. Распространению ЗВ способствуют вертикальные упорядоченные движения, вызванные неоднородностью подстилающей поверхности [11]: так, поверхностям на крутых склонах и возвышенностях присуща средняя ССА, а территория долин межгорных понижений и рек характеризуется повышенным уровнем загрязнения АВ [22]. В сибирских территориально-промышленных центрах зимой при антициклональном типе погоды часто формируется «остров тепла», с устойчивым потоком АВ к центру «острова», в результате чего ЗВ концентрируется преимущественно именно в нём [6, 8].
2. Количественные оценки способности атмосферы к самоочищению или загрязнению. Существует множество математических моделей определения потенциала загрязнения АВ, но, поскольку Росгидромет не проводит оперативные замеры всех параметров, используемых этими моделями, максимальное распространение обрели методики, которые используют общедоступные метеорологические параметры и без затруднений адаптируются к любой территории [11].
Среднегодовые метеорологические показатели загрязнения атмосферы (МПЗА, МПЗА2, МПЗА3, усовершенствованный УМПА) и показатель самоочищения атмосферы (ПСА, 1/МПЗА) Иркутска, Ангарска, Братска за период с 2010 по 2023 годы вычислялись по данным сайта [22] в созданной БД (СУБД MySQL). Объем обработанных метеорологических данных (строк в базе) составил для Ангарска – 33825, Братска – 40849, Иркутска – 40851. Среднегодовые значения исследуемых показателей находились в среднеинтегральном смысле, то есть в виде отношения накопленной суммы наблюдений соответствующих событий за все месяцы года к общему числу измерений в рассматриваемом году. Среднемесячные значения показателей также вычислялись в среднеинтегральном смысле, как отношение накопленной суммы наблюдений соответствующих событий за рассматриваемый месяц разных годов к общему числу измерений за это же время наблюдений.
Расчетные формулы показателей оценки процессов загрязнения и рассеивания ЗВ атмосферой представлены в таблице 2. Обозначено: частота наблюдения осадков более 0,5 мм – Ро, не менее 10 мм – Ро≥10; частота наблюдения относительной влажности АВ не более 30% – Рвл≤30, не менее 80% – Рвл≥80; Рг – частота наблюдения грозы; частота случаев скоростей ветра не менее 6 м/с – Рв; частота штиля при слабом ветре не более 1 м/с – Рш; Кt – коэффициент теплообеспеченности года; Kv – годовой коэффициент ветра; Kо – годовой коэффициент осадков.
Таблица 2. Расчетные формулы показателей
Формула показателя | Интервал | Характеристика ССА | Источ-ник |
Модели оценки метрологического потенциала загрязнения атмосферы (МПЗА) | |||
хорошие условия для рассеивания ЗВ | [10] | ||
зона риска, где равны вероятности накопления ЗВ и рассеивания ЗВ | |||
неблагоприятные условия для рассеивания ЗВ | |||
МПЗА ≥ 2,4 | крайне неблагоприятные условия для рассеивания ЗВ | ||
хорошие условия для рассеивания ЗВ | [24] | ||
преобладают процессы накопления ЗВ или с одинаковой частотой идут процессы рассеивания и накопления ЗВ | |||
с равной частотой идут процессы накопления и рассеивания ЗВ или преобладают процессы накопления ЗВ | |||
МПЗА2 > 1,2 | преобладают процессы накопления ЗВ | ||
Idem МПЗА2 | Idem МПЗА2 | [24] | |
Модели оценки потенциала самоочищения атмосферы (ПСА, 1/МПЗА, УМПА) | |||
Не указан |
| [11] | |
| 1/МПЗА >1,25 | хорошие условия для рассеяния ЗВ | Опре-деле-но из интер-вала МПЗА |
зона риска, где равны вероятности накопления ЗВ и рассеивания ЗВ | |||
неблагоприятные условия для рассеяния ЗВ | |||
1/МПЗА 0,42 | крайне неблагоприятные условия для рассеяния ЗВ |
| |
Усовершенствованный метеорологический показатель рассеивающей способности атмосферы | УМПА < 2 | крайне неблагоприятными условия рассеивания ЗВ | [25] |
неблагоприятные условия для рассеивания ЗВ | |||
УМПА ≥ 3 | благоприятные условия для рассеивания ЗВ |
В таблицах 3-5 приведены значения параметров показателей из табл. 2 для рассматриваемых городов.
Таблица 3. Значение параметров показателей, указанных в табл. 2, для г. Ангарск
Год | Рш | Рв | Ро | Рт | Рт/ш | Рвл≥80 | Рг | Рвл≤30 | Ро≥10 | Кt | Ko | Kv |
2010 | 0,4421 | 0,0186 | 0,6293 | 0,077 | 0,006 | 0,42 | 0,099 | 0,029 | 0,129 | 1,084 | 1,246 | 0,042 |
2011 | 0,5233 | 0,009 | 0,6304 | 0,117 | 0,008 | 0,491 | 0,073 | 0,038 | 0,08 | 1,194 | 0,941 | 0,017 |
2012 | 0,5613 | 0,0099 | 0,4641 | 0,078 | 0,006 | 0,537 | 0,096 | 0,02 | 0,059 | 0,783 | 1,261 | 0,018 |
2013 | 0,4655 | 0,0091 | 0,2197 | 0,031 | 0,002 | 0,507 | 0,078 | 0,043 | 0,013 | 0,717 | 0,412 | 0,020 |
2014 | 0,5278 | 0,0075 | 0,2548 | 0,101 | 0,007 | 0,47 | 0,091 | 0,047 | 0,036 | 1,066 | 0,931 | 0,014 |
2015 | 0,4620 | 0,0072 | 0,2251 | 0,012 | 0,001 | 0,376 | 0,096 | 0,09 | 0,016 | 1,07 | 0,337 | 0,016 |
2017 | 0,5970 | 0,0067 | 0,4762 | 0,019 | 0,002 | 0,449 | 0 | 0,002 | 0 | 0,957 | 0,158 | 0,011 |
2018 | 0,5221 | 0,0057 | 0,3104 | 0,069 | 0,005 | 0,323 | 0,079 | 0,047 | 0,014 | 1,021 | 0,888 | 0,011 |
2019 | 0,5409 | 0,0043 | 0,259 | 0,132 | 0,009 | 0,38 | 0,079 | 0,076 | 0,03 | 1,115 | 1,264 | 0,008 |
2020 | 0,5217 | 0,0045 | 0,2896 | 0,092 | 0,006 | 0,416 | 0,107 | 0,059 | 0,041 | 1,293 | 1,465 | 0,009 |
2021 | 0,5375 | 0,0052 | 0,3233 | 0,056 | 0,004 | 0,452 | 0,019 | 0,031 | 0,058 | 1,057 | 1,690 | 0,010 |
2022 | 0,5716 | 0,0047 | 0,2707 | 0,076 | 0,005 | 0,488 | 0,101 | 0,053 | 0,022 | 0,979 | 0,908 | 0,008 |
2023 | 0,6292 | 0,0021 | 0,2727 | 0,083 | 0,003 | 0,456 | 0,021 | 0,025 | 0,034 | 1,201 | 0,295 | 0,003 |
Таблица 4. Значение параметров показателей, указанных в табл. 2, для г. Братск
Год | Рш | Рв | Ро | Рт | Рт/ш | Рвл≥80 | Рг | Рвл≤30 | Ро≥10 | Кt | Ko | Kv |
2010 | 0,4615 | 0,0513 | 0,4905 | 0,031 | 0,003 | 0,496 | 0,070 | 0,002 | 0,034 | 0,651 | 1,020 | 0,111 |
2011 | 0,4954 | 0,0348 | 0,4907 | 0,072 | 0,006 | 0,474 | 0,076 | 0,003 | 0 | 1,118 | 0,611 | 0,07 |
2012 | 0,5069 | 0,0255 | 0,4982 | 0,092 | 0,009 | 0,545 | 0,112 | 0,009 | 0,025 | 0,792 | 1,026 | 0,05 |
2013 | 0,4416 | 0,063 | 0,3507 | 0,036 | 0,003 | 0,494 | 0,090 | 0,002 | 0,005 | 0,997 | 0,777 | 0,143 |
2014 | 0,4137 | 0,0555 | 0,3104 | 0,03 | 0,003 | 0,405 | 0,110 | 0,007 | 0,008 | 1,123 | 0,914 | 0,134 |
2015 | 0,3505 | 0,0666 | 0,3022 | 0,043 | 0,004 | 0,419 | 0,091 | 0,012 | 0,019 | 1,444 | 0,966 | 0,19 |
2016 | 0,4856 | 0,0239 | 0,2978 | 0,087 | 0,008 | 0,449 | 0,065 | 0,015 | 0,008 | 1,022 | 0,684 | 0,049 |
2017 | 0,5310 | 0,0247 | 0,3342 | 0,052 | 0,004 | 0,451 | 0,072 | 0,018 | 0,019 | 1,201 | 1,018 | 0,046 |
2018 | 0,5666 | 0,0212 | 0,3205 | 0,038 | 0,003 | 0,373 | 0,087 | 0,011 | 0,022 | 0,945 | 1,001 | 0,037 |
2019 | 0,5631 | 0,0226 | 0,2904 | 0,07 | 0,006 | 0,358 | 0,103 | 0,022 | 0,025 | 1,129 | 0,948 | 0,04 |
2020 | 0,5167 | 0,029 | 0,3415 | 0,029 | 0,003 | 0,335 | 0,116 | 0,039 | 0,016 | 1,438 | 1,025 | 0,056 |
2021 | 0,5450 | 0,025 | 0,3233 | 0,046 | 0,004 | 0,276 | 0,073 | 0,016 | 0,014 | 1,007 | 0,707 | 0,046 |
2022 | 0,5739 | 0,0158 | 0,3671 | 0,041 | 0,004 | 0,386 | 0,110 | 0,027 | 0,036 | 1,024 | 1,282 | 0,027 |
2023 | 0,5890 | 0,0274 | 0,2986 | 0,051 | 0,005 | 0,382 | 0,087 | 0,021 | 0,014 | 1,129 | 0,735 | 0,047 |
Таблица 5. Значение параметров показателей, указанных в табл. 2, для г. Иркутск
Год | Рш | Рв | Ро | Рт | Рт/ш | Рвл≥80 | Рг | Рвл≤30 | Ро≥10 | Кt | Ko | Kv |
2010 | 0,3386 | 0,0121 | 0,5155 | 0,109 | 0,01 | 0,359 | 0,062 | 0,03 | 0,046 | 0,948 | 0,970 | 0,036 |
2011 | 0,3743 | 0,012 | 0,5562 | 0,146 | 0,011 | 0,436 | 0,059 | 0,05 | 0,067 | 1,293 | 1,052 | 0,032 |
2012 | 0,4105 | 0,0145 | 0,427 | 0,123 | 0,011 | 0,465 | 0,061 | 0,033 | 0,045 | 1,040 | 1,191 | 0,035 |
2013 | 0,3395 | 0,011 | 0,2658 | 0,119 | 0,01 | 0,42 | 0,099 | 0,034 | 0,025 | 1,325 | 0,824 | 0,032 |
2014 | 0,3755 | 0,014 | 0,2795 | 0,156 | 0,012 | 0,427 | 0,08 | 0,044 | 0,038 | 1,430 | 1,001 | 0,037 |
2015 | 0,4049 | 0,0075 | 0,25 | 0,143 | 0,012 | 0,394 | 0,102 | 0,055 | 0,027 | 1,737 | 0,967 | 0,019 |
2016 | 0,5193 | 0,0034 | 0,2596 | 0,117 | 0,011 | 0,355 | 0,062 | 0,06 | 0,041 | 1,299 | 1,484 | 0,007 |
2017 | 0,4743 | 0,0038 | 0,3041 | 0,051 | 0,004 | 0,36 | 0,064 | 0,055 | 0,022 | 1,607 | 1,063 | 0,008 |
2018 | 0,4438 | 0,0045 | 0,3151 | 0,095 | 0,008 | 0,331 | 0,095 | 0,034 | 0,027 | 1,264 | 1,179 | 0,01 |
2019 | 0,4728 | 0,0051 | 0,2658 | 0,096 | 0,007 | 0,286 | 0,11 | 0,055 | 0,038 | 1,483 | 1,188 | 0,011 |
2020 | 0,4628 | 0,0034 | 0,2951 | 0,063 | 0,005 | 0,286 | 0,131 | 0,061 | 0,036 | 1,651 | 1,396 | 0,007 |
2021 | 0,461 | 0,0058 | 0,3123 | 0,107 | 0,008 | 0,28 | 0,06 | 0,041 | 0,044 | 1,339 | 1,484 | 0,013 |
2022 | 0,5687 | 0,0024 | 0,2822 | 0,108 | 0,009 | 0,291 | 0,087 | 0,049 | 0,027 | 1,412 | 0,967 | 0,004 |
2023 | 0,5176 | 0,0038 | 0,3178 | 0,127 | 0,01 | 0,223 | 0,096 | 0,065 | 0,049 | 1,404 | 1,499 | 0,007 |
При обработке измерений полагали, что к состоянию штиля относится и состояние слабого ветра, скорость которого не превышает 1 м/с, т.е. в моделях заменяли его на более значимый Рш. На рис. 6-9 показана динамика годовых показателей загрязнения АВ рассматриваемых городов ЗВ. За 2016 г. по г. Ангарск не приведены данные по осадкам, поэтому на рис. 7 имеется пропуск.
Рис. 6. Динамика показателей загрязнения АВ загрязнителями в г. Иркутск
Рис. 7. Динамика показателей загрязнения АВ загрязнителями в г. Ангарск
Рис. 8. Динамика показателей загрязнения АВ загрязнителями в г. Братск
Рис. 9. Модель (1) для г. Иркутск
Как видно из рис. 6-8, что, начиная с 2012 г., значения МПЗА, МПЗА2, МПЗА3 превышают 0,8, что свидетельствует об отсутствии благоприятных условий для рассеивания ЗВ. Наблюдается также близость значений МПЗА2 и МПЗА3 для всех рассматриваемых городов. Поэтому можно при исследовании использовать более простой показатель МПЗА2 [23].
Оценим степень близости показателей по регрессии:
(1)
Регрессии получали в пакете Statgraphics Plus. Об адекватности регрессий судили по критериям: коэффициенту детерминации R2, который иллюстрирует процент рассчитанных данных, описываемых регрессией; скорректированному коэффициенту детерминации Rc2, используемый для оценки тесноты связи между зависимой и независимой переменными; отсутствие автокорреляции устанавливали по коэффициенту Дарбина-Уотсона (ДУ), точность регрессии устанавливали по абсолютной (Δ) и среднеквадратической (σ2) ошибкам.
Критерии адекватности модели (1) и значения параметров регрессии приведены в табл. 6.
Таблица 6. Критерии адекватности модели (1)
Город | a | b | R2,% | R2c,% | ДУ | σ2 | ∆ |
Ангарск | -0,1740 | 1,0018 | 99,9877 | 99,9866 | 1,9113 | 0,1568 | 0,1186 |
Братск | 0,3302 | 0,8594 | 95,7926 | 95,4689 | 2,1632 | 0,1476 | 0,088 |
Иркутск | 0,0693 | 0,9202 | 99,3949 | 99,3484 | 1,8081 | 0,0567 | 0,0405 |
На рис. 9, в качестве примера, представлена модель (1) для г. Иркутск. Видно, что в 99,4% случаев действительно можно для расчета загрязнения атмосферы использовать показатель МПЗА2 и не учитывать используемые в МПЗА3 параметры, редкие в условиях резко континентального климата Восточной Сибири событий Pвл<=30 и Pо>=10, т.к. в суммарном объёме их влияние на показатель мало. Для регионов с преимущественно сухим климатом, либо с регулярными и существенными осадками (полупустынный, горный, мягкий и умеренно континентальный, муссонный) события Pвл<=30 и Pо>=10 получат более весомую числовую оценку, и тогда показатель МПЗА3, скорей всего, получит более респектабельную значимость по сравнению с МПЗА2.
На рис. 10, 11 представлены динамика среднемесячных значений показателей ПСА, 1/МПЗА для рассматриваемых городов соответственно.
Рис. 10. Динамика показателей ПСА городов
Рис. 11. Динамика показателя 1/МПЗА городов
На рис. 12 представлена динамика показателя УМПА городов.
Рис. 12. Динамика показателя УМПА городов
Из сопоставления рис. 10 и 12 видно, что УМПА характеризуется более высокими значениями, чем ПСА, так как УМПА учитывает влияние:
- коэффициента теплообеспеченности Kt, который характеризует продолжительность холодного периода года по сравнению с теплым периодом.Если Кt < 1, то продолжительность холодного периода преобладает над продолжительностью теплого. Если Кt > 1, то теплый период продолжительнее холодного. Чем меньше значение Кt , тем хуже условия для рассеивания ЗВ [24];
- отношения годовой суммы осадков Ог, мм к норме количества осадков, необходимых для очищения атмосферы (400 мм).
В табл. 7 указаны среднегодовые значения параметров, определяющих УМПА, % по городам.
Из табл. 7 следует, что в 85,71% случаев в Иркутске складывается неблагоприятные условия для рассеивания ЗВ, обусловленные малым значением коэффициента Кt и осадками менее 1 мм, что не способствует выносу ЗВ из города и их рассеиванию. При этом наблюдалось частая повторяемость штилей (см. таблицу 5), которые приводят к застойным ситуациям и увеличению загрязнения атмосферы.
Таблица 7. Среднегодовые значения параметров, определяющих УМПА, % по городам
Условия для рассеивания ЗВ | Диапазон параметров | Ангарск,% | Братск,% | Иркутск,% |
крайне неблагоприятные | УМПА < 2 | 46,15 | 57,14 | 7,14 |
Кt < 0,3 | 0 | 0 | 0 | |
Кv < 0,5 | 100 | 100 | 100 | |
Ко < 0,5 | 30,77 | 0 | 0 | |
неблагоприятные: | 53,85 | 42,86 | 85,71 | |
0,3 ≤ Кt ≤1 | 30,77 | 28,57 | 7,14 | |
0,3<Кv <1 | 0 | 0 | 0 | |
0,5 ≤ Ко < 1 | 30,77 | 57,14 | 28,57 | |
благоприятные | УМПА ≥ 3 | 0 | 0 | 7,14 |
Кt >1 | 69,23 | 71,43 | 92,86 | |
Кv ≥ 1 | 0 | 0 | 0 | |
Ко ≥ 1 | 38,46 | 42,86 | 71,43 |
Что касается Ангарска и Братска, то в этих городах благоприятных значений Кv для рассеивания ЗВ нет. В рассматриваемых городах значение Kv мало (не превышает 0,19), что не способствует рассеиванию ЗВ. Видно, что в рассматриваемых городах характер ССА – неустойчивый, наблюдается процесс снижения способности очищения АВ. С 2018 г. в Ангарске более низкий уровень ССА по сравнению с Иркутском и Братском.
Рис. 10 и 11 свидетельствуют, что значения ПСА и 1/МПЗА достаточно близки. В работе [11] предлагается использовать вместо показателя ПСА величину 1/МПЗА, в формулу расчета которой входит меньшее число параметров. Проверим эту возможность на модели регрессии (2):
(2)
Критерии адекватности модели (2) и значения параметров регрессии приведены в табл. 4. На рис. 13, в качестве примера, представлена модель (2) для г. Ангарск. Видно, что в 99,99% случаев действительно можно для расчета ССА использовать вместо показателя ПСА более простой показатель 1/МПЗА, вычисляя который, просто следует поменять местами знаменатель и числитель в МПЗА.
Таблица 4. Критерии адекватности модели (2)
Город | a | b | R2,% | R2c,% | ДУ | σ2 | ∆ |
Ангарск | 0,0015 | 0,9976 | 99,9906 | 99,9897 | 1,8585 | 0,0036 | 0,0025 |
Братск | 0,0075 | 0,9825 | 99,8692 | 99,8591 | 1,2835 | 0,0096 | 0,0066 |
Иркутск | -0,0002 | 1,0039 | 99,9955 | 99,9952 | 1,9070 | 0,0026 | 0,0019 |
Рис. 13. Модель (2)
На рис. 14 приведены среднемесячные показатели МПЗА по городам.
Рис. 14. Среднемесячные показатели МПЗА по городам
В зимний и осенний периоды времени более высокие значения МПЗА (неблагоприятные условия для рассеивания ЗВ) в Ангарске, что объясняется большими значениями вероятности штиля и меньшими значениями вероятности осадков, чем в Иркутске и Братске. Лишь в ноябре и декабре в Братске, в мае в Иркутске и Ангарске процессы способствуют самоочищению атмосферы от ЗВ благодаря увеличению частости Рв (МПЗА<1).
Заключение. Анализ полученных результатов показывает неутешительную статистику по чистоте атмосферы в городах ИО. С одной стороны, усиливается техногенное давление на атмосферные процессы, так как, по данным [25], индекс промышленного производства по Иркутской области с 2010 г. устойчиво держится свыше 100 %. С другой стороны, выявлено, что ослабевают ССА. Последнее подтверждается исследованиями [11]. Такие выводы актуализируют развитие экологически чистых технологий и экологических природовосстановительных программ.
Об авторах
Ольга Сергеевна Плеханова
Иркутский государственный университет путей сообщения
Email: plekhanova_os@bk.ru
ORCID iD: 0000-0001-6297-8870
SPIN-код: 2708-5758
Соискатель, ассистент кафедры Информационные системы и защита информации
Россия, ИркутскВера Сергеевна Асламова
Иркутский государственный университет путей сообщения
Автор, ответственный за переписку.
Email: aslamovav@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-3306-0651
SPIN-код: 3063-0626
Профессор, доктор технических наук, профессор кафедры Техносферная безопасность
Россия, ИркутскАлександр Анатольевич Асламов
Ангарский государственный технический университет
Email: aaa_mx@angtu.ru
ORCID iD: 0009-0009-6548-8848
SPIN-код: 7550-9381
Доцент, кандидат технических наук, доцент кафедры Машины и аппараты химических производств
Россия, АнгарскСписок литературы
- Государственный доклад «О состоянии и об охране окружающей среды Иркутской области в 2022 году». – Иркутск: ООО «Максима», 2023. – 285 с.
- Распоряжение Правительства РФ № 1852-р от 07.07.2022. Дата введения 01.09.2023.
- Асламова В.С. Регрессионные модели оценки комплексного техногенного загрязнения атмосферы городов Иркутского региона / В.С. Асламова, О.В. Плеханова, А.А. Асламов // Математические методы в технологиях и технике, 2023. – № 8. – С. 62-65.
- Асламова В.С. Регрессионные модели оценки атмосферных выбросов загрязняющих веществ в городах Братск и Черемхово / В.С. Асламова, О.В. Плеханова, А.А. Асламов // Математические методы в технологиях и технике, 2023. – № 11. – С. 80-83.
- Асламова В.С. Регрессионные модели оценки атмосферных выбросов загрязняющих веществ в городах Иркутск и Ангарск / В.С. Асламова, О.В. Плеханова, А.А. Асламов // Образование - наука - производство. Материалы VII Всероссийской научно-практической конференции (с международным участием). Чита, 2023. – С. 212-217.
- РД 52.04.667-2005. Документы о состоянии загрязнения атмосферы в городах для информирования государственных органов, общественности и населения. Общие требования к разработке, построению, изложению и содержанию. Дата введения 2006.02.01.
- Город Братск – участник национального проекта «Экология» федерального проекта «Чистый воздух». ‒ URL: https://www.irmeteo.ru/index.php?id=424 (дата обращения: 10.03.2024).
- Асламова В.С. Онтологическое моделирование предметной области «антропогенное загрязнение атмосферного воздуха» / В.С. Асламова, О.С. Плеханова // Информационные и математические технологии в науке и управлении, 2024. – № 1 (33). – С. 40-49. – doi: 10.25729/ESI.2024.33.1.004.
- Селегей Т.С. Потенциал рассеивающей способности атмосферы / Т.С. Селегей, И.П. Юрченко // География и природные ресурсы, 1990. – № 2. – С. 132-137.
- Селегей Т.С. О методике определения метеорологического потенциала загрязнения атмосферы / Т.С. Селегей, Н.Н. Филоненко, Т.Н. Ленковская // Оптика атмосферы и океана, 2015. – Т. 28. – № 8. – С. 725-729. – doi: 10.15372/AOO20150808.
- Аргучинцева А.В. Потенциал самоочищения атмосферы / А.В. Аргучинцева, Е.А. Кочугова // Известия Иркутского государственного университета. Серия Науки о Земле, 2019. – Т. 27. – С. 3-15.
- Шагидуллин А.Р. Динамика уровней загрязнения основными газовыми примесями и показателей рассеивающей способности атмосферного воздуха в г. Казани / А.Р. Шагидуллин // Системы контроля окружающей среды, 2022. – № 2 (48). – С. 84-91.
- Осипова О.П. Метеорологический потенциал рассеивающей способности атмосферы / О.П. Осипова // География и природные ресурсы, 2020. – № 1. – С. 185-190.
- Аргучинцева А.В. Климатические особенности рассеивающей способности атмосферы в котловине озера Байкал / А.В. Аргучинцева, С.Ж. Вологжина // Известия Иркутского государственного университета. Серия Науки о Земле, 2010. – Том 3. – № 1. – С. 3–17.
- Корытный Л.М. Природно-климатические факторы экологической безопасности в контексте социально-экономического развития Байкальского региона / Л.М. Корытный, Л.Б. Башалханова, В.Н. Веселова и др. // Известия Иркутского государственного университета. Серия Науки о Земле, 2018. – Т. 25. – С. 88-106. – doi: 10.26516/2073-3402.2018.25.88.
- Хаширова Т.Ю. Моделирование загрязненности атмосферного воздуха / Т.Ю. Хаширова, Г.А. Акбашева, О.А. Шакова, Е.А. Акбашева // Фундаментальные исследования, 2017. – № 8. – С. 325-330.
- Miao Y, Zhang G, Li X., Xue C. Editorial: Physical and chemical processes within the planetary boundary layer and their impacts on air pollution. Front. Environ. Sci., 2023, doi: 10.3389/fenvs.2023.1221546.
- Рассеивание примесей в атмосфере. – URL: https://ecoproverka.ru/rasseivanie-primesey-v-atmosfere/ (дата обращения: 14.04.2024).
- Велиева Н.А. Очистка атмосферы от выбросов / Н.А. Велиева // Современные научные исследования и инновации, 2021. – № 11. – URL: https://web.snauka.ru/issues/2021/11/97040 (дата обращения: 03.06.2024).
- Крючков В.В. Природа и человек / В.В. Крючков. – М.: Наука, 1979. – 127 с.
- Ахтиманкина А.В. Исследование рассеивающей способности атмосферы Иркутской области / А.В. Ахтиманкина // Известия Иркутского государственного университета. Серия Науки о Земле, 2016. – Т. 15. – С. 15-27.
- Сайт ООО «Расписание Погоды». – URL: https://rp5.ru.
- Трофимец Л.Н. Метеорологический потенциал в изменяющихся условиях увлажнения / Л.Н. Трофимец, А.В. Тарасов // Ученые записки Орловского государственного университета. Серия: естественные, технические и медицинские науки, 2009. – № 2. – С. 168-175.
- Отчет о НИР 1.4.3.15 ФБГУ СибНИГМИ, рук. Селегей Т.С., Новосибирск, 2014. – 132 с.
- Территориальный орган Федеральной службы государственной статистики по Иркутской области. Промышленное производство. – URL: https://38.rosstat.gov.ru/folder/169004 (дата обращения: 22.06.2024).
Дополнительные файлы
