Содержание к диссертации
Введение
1 Теоретические основы изучения и современное состояние проблемы туманообразования в условиях ороклиматического барьера 9
1.1 Исходные понятия и методы исследования туманообразования 10
1.2 Современное состояние проблемы туманообразования Юго-Западного Алтая 15
1.3 Классификация туманов 16
2 Влияние ороклиматического барьера Юго-Западного Алтая на процессы образования туманов 25
2.1 Природные предпосылки региональных исследований, приводящих к образованию туманов 26
2.2 Синоптические условия формирования различных типов туманов 35
2.2.1 Синоптические процессы и особенности погодно- климатических проявлений над Алтаем 37
2.2.2 Особенности образования некоторых типов туманов на Юго-Западном Алтае 44
2.3 Пространственно-временные характеристики туманов 57
2.4 Взаимосвязи процессов туманообразования с некоторыми метеорологическими параметрами 69
2.5 Влияние ороклиматического барьера на формирование туманов 77
2.5.1 Формирование туманов в предгорных расширенных долинах 77
2.5.2 Формирование туманов в условиях усложненных межгорных котловин 88
2.5.3 Туманы склонов 95
2.5.4 Туманы пойменных речных долин 101
2.5.5 Особенности формирования туманов крупных межгорных депрессий 105
3 Роль туманообразования в условиях антропогенных воздействий 109
3.1 Оценка состояния туманообразования и его воздействия на хозяйственную деятельность 110
3.2 Влияние туманов на метеорологический потенциал загрязнения атмосферы 120
3.3 Способы устранения или ослабления влияния туманов на ландшафты и хозяйственную деятельность 133
4 Прогноз образования и рассеяния туманов и неблагоприятных метеорологических условий загрязнения атмосферы 138
4.1 Теоретические исследования процессов образования и рассеяния туманов 143
4.2 Прогноз образования и рассеяния туманов в Усть-Каменогорске 145
4.3 Прогноз неблагоприятных метеорологических условий загрязнения атмосферы в Усть-Каменогорске 151
Заключение 160
Список использованных источников 163
Приложения 173
- Классификация туманов
- Пространственно-временные характеристики туманов
- Особенности формирования туманов крупных межгорных депрессий
- Прогноз неблагоприятных метеорологических условий загрязнения атмосферы в Усть-Каменогорске
Классификация туманов
Изучение туманов на территории Юго-Западного Алтая имеет большое практическое значение. Для Восточного Казахстана подобное исследование выполнено впервые. Особую важность представляет исследование процессов туманообразования в условиях ороклиматического барьера, и влияние геоэкологических условий на их образование.
Так, определённые значения температуры воздуха при туманах приводят к образованию различных видов туманов: радиационных, адвективных, фронтальных, испарения, ледяных, орографических, городских.
Поскольку условия конденсации связаны с изменениями температуры и влажности воздуха, возникновение туманов обусловлено определённым соотношением между изменениями этих метеорологических элементов. Туманы можно классифицировать по причинам изменения температуры ш влажности воздуха. Чёткой границы между отдельными видами туманов нет. Так, при образовании адвективных туманов почти всегда существенное значение имеет понижение температуры, вследствие радиационных потерь тепла подстилающей поверхностью. Большое значение имеет степень, выхолаживания воздуха над почвой или снегом при возникновении туманов испарения: Можно говорить лишь о некотором преобладающем влиянии радиационных или адвективных факторов.
Исследования по классификации туманов предложены А.П. Гальцовым, А.Д. Заморским,,. A.G. Зверевым и др. [39, 59, 133]. В образовании туманов; обычно участвует несколько процессов, разделить которые не всегда представляется возможным. Это вносит известную условность в классификацию туманов.
Выделение определенных видов туманов имеет лишь вспомогательное значение для анализа явлений и некоторых качественных выводов о возможности дальнейшего развития процесса. Поэтому целью настоящей диссертационной работы является подробное изучение влияния реки Иртыш на механизм образования тумана в холодное время года в районе аэродрома Усть-Каменогорск. Речные и смешанные туманы. При теоретическом исследовании трансформации воздушных масс под влиянием подстилающей поверхности обычно ограничиваются изучением изменения их характеристик при смещении над однородной подстилающей поверхностью, свойства которой резко отличаются от свойств; подстилающей поверхности, над которой воздушные массы смещались ранее [22].
Вместе с тем, нередко, следует принимать во внимание более сложный характер.неоднородностей подстилающей поверхности и условий турбулентного обмена в нижних слоях атмосферы. Пример такой задачи нами рассмотрен при исследовании условий образования речных туманов рек Иртыш и Ульба в холодный период года, когда земная поверхность охлаждена и обычно покрыта снегом, а реки из-за близости гидроэлектростанции и сброса теплых сточных. вод промышленными предприятиями не замерзают. Температура водной поверхности может значительно превышать температуру подстилающей поверхности на берегах. При этом отмечается резкое отличие условий тепло и влаго-обмена над водной поверхностью и сушей, а именно, значительное изменение по горизонтали составляющих теплового баланса подстилающей поверхности, а также интенсивности турбулентного обмена.
Проведенные исследования показали, что при наличии штилевого слоя вблизи подстилающей поверхности возможно образование речных туманов. При этом водность тумана и пересыщение водяного пара больше наверху, чем у подстилающей поверхности, что указывает на вероятность перехода при определенных условиях речных туманов в слоистую облачность. Это подтверждается и фактическими наблюдениями в районе аэродрома Усть-Каменогорск.
Строительство ГЭС на многих крупных реках бывшего СССР привело к нарушению естественного режима водоемов: изменилась температура воды; зарегулированный сток и его объемы стали зависеть от субъектов хозяйственной деятельности.
Сведения о влиянии открытых водоемов на образование тумана в холодное время года приведены в ряде работ [25, 59, 78, 130, 133]. Образование тумана рассматривается над открытой частью незамерзающего водоема или в береговой зоне, при этом основным процессом насыщения воздуха водяным паром является испарение. Образование его на некотором удалении от водоема рассматривается как результат выноса готового тумана испарения.
Появление тумана, как в городе, так и на аэродроме Усть-Каменогорского аэропорта, также объясняется выносом тумана испарения с реки Иртыш. Для изучение влияния незамерзающего участка Иртыша ниже Усть-Каменогорской ГЭС на механизм образования тумана на аэродроме Усть-Каменогорского аэропорта. Для ее решения использованы синоптические и метеорологические данные за период с 1955 по 2002 г. г. Анализ и обработка всех материалов проведена синоптико-статистическим методом и методом математической статистики.
Аэропорт г. Усть-Каменогорска расположен на правом берегу реки Иртыш в 20 км от Усть-Каменогорской ГЭС и в 10 км от впадения реки Ульбы, в северо-восточной части города. Зарегулированный сток Иртыша, полностью нарушает температурный режим реки, особенно на расстоянии 25 км ниже плотины ГЭС. Таким образом, река Иртыш в холодное время года превратилась в открытый водоем. Река Ульба также незамерзающий водоем в холодное время года из-за сброса теплых сточных вод предприятиями города Усть-Каменогорска.
Южнее города после сооружения плотины Усть-Каменогорской ГЭС на Иртыше в 1953 году образовалось водохранилище. Ширина Усть-Каменогорского водохранилища вместе с заливами порядка от 1000 до 1500 метров. Ниже плотины ГЭС в районе города Усть-Каменогорска на удалении до 25 км Иртыш не замерзает даже в самые суровые зимы. Ширина незамерзающего участка Иртыша в районе аэропорта составляет 500-800 м.
Город Усть-Каменогорск расположен при слиянии рек Иртыша и Ульбы, распластываясь по ровным поверхностям речных террас. Над долинами рек возвышаются отроги Калбинского и Ульбинского хребтов, поднимаясь над дном долины на 150-300 метров.
АМСГ Усть-Каменогорск находится на правом берегу Иртыша, ниже впадения р. Ульбы, на высоте 294 м. Долина реки расширяется здесь до 10 — 15 км и простирается с юго-востока на северо-запад. Пойма реки покрыта лесом из тополя, осины, ивы, черемухи и кустарников.
Средняя повторяемость и продолжительность тумана в районе Усть-Каменогорского аэропорта за зимние месяцы 1955-1977 г.г. дает достаточно хорошее представление о влиянии открытой водной поверхности на образование этого явления. В Усть-Каменогорске от октября к ноябрю происходит значительное увеличение как средней месячной повторяемости (от 4 случаев в октябре до 8 случаев в ноябре), так и средней месячной продолжительности тумана (от 16 часов в октябре до 44 часов в ноябре).
Влияние реки на образование тумана проявляется более четко при сравнении с повторяемостью его до сооружения плотины ГЭС (30-35 случаев в год) и после строительства плотины (60 — 65 случаев в год). Это означает, что разность между температурой воды в Иртыше и минимальной температурой воздуха часто составляет более 12 С. Следовательно, при этих условиях испарения с поверхности Иртыша, оно может существенно влиять на образование тумана в районе аэропорта, что подтверждает предположение о влиянии испарения с поверхности реки на образование тумана в районе аэропорта после сооружения плотины ГЭС.
По данным наблюдений АМСГ Усть-Каменогорск больше половины случаев с туманом в аэропорту приходится на месяцы с ноября по февраль (61%). В эти месяцы устанавливается слабо градиентное барическое поле у земли с низкими температурами, малооблачной и слабыми ветрами погодой. При этом следует подчеркнуть, что самая большая повторяемость тумана из указанных месяцев бывает в декабре. В месяцы с наибольшей повторяемостью наблюдается два максимума времени начала образования тумана: один - вскоре после захода Солнца от 14 до 17 часов московского времени (мск), другой — близкий к восходу Солнца. Первый максимум образования тумана в эти месяцы дает основание предполагать о роли влияния испарения с открытой водной поверхности на образование тумана в районе Усть-Каменогорского аэропорта.
Известно, что процесс перераспределения влаги и установление равновесных вертикальных градиентов в приземном слое происходит под влиянием турбулентного обмена, качественной характеристикой которого является изменение направления и скорости ветра с высотой. В процессе исследования установлено, что связующим звеном во взаимодействии испарения с водной поверхности с туманообразующими процессами являются слабые местные ветры в пограничном слое атмосферы. Местная циркуляция в районе Усть-Каменогорска возникает зимой, когда регион располагается в отроге Сибирского антициклона на его западной периферии без явно выраженного барического градиента. Местная циркуляция обусловлена локальным барическим градиентом, который создается вследствие разности температуры воздуха над долиной незамерзающего Иртыша и покрытыми снегом окрестностями. Местная циркуляция имеет характер типа горно-долинной.
Пространственно-временные характеристики туманов
Вследствие того, что туман может приводить к существенному уменьшению горизонтальной видимости , он относится к опасным явлениям погоды; в городских условиях туман существенно затрудняет работу наземного и воздушного транспорта. Аварийные ситуации, обусловленные туманами, могут приводить к большим материальным потерям и гибели населения. Кроме прямых потерь, наблюдаются и косвенные. В тумане в результате взаимодействия капелек воды с содержащимися в приземном слое воздуха частицами промышленных выбросов образуются высокотоксичные соединения, которые отрицательно воздействуют на окружающую среду и здоровье человека.
Туман характеризуется пространственно-временной неоднородностью распределения вследствие особенностей подстилающей поверхности. Характерные особенности туманов в городах существенно зависят от типа тумана.
Основным климатообразующим фактором, как известно, является радиация, атмосферная циркуляция и подстилающая поверхность (растительность, почвы, поверхностные воды, рельеф и пр.) Поэтому, когда анализируют колебания климата какого-либо конкретного региона за промежуток времени 25 — 50 лет, то радиацию солнца и подстилающую поверхность нельзя считать постоянной.
В самом деле, величина солнечной постоянной и прозрачность атмосферы на протяжении указанного времени способны вызывать колебания климата (11 и 22 - летние циклы солнечной активности). Существенный вклад в изменение прозрачности атмосферы вносит человек своей антропогенной деятельностью. Что же касается воздействий подстилающей поверхности, то орография, растительность, снежный покров, открытые водоёмы оказывают значительный вклад в климатообразующие факторы и в частности в процессы тума-нообразования. И конечно, из упомянутых трёх основных климатообразующих факторов самой повинной в колебаниях климата остаётся считать атмосферную циркуляцию. Таким образом, климат и его колебания должны рассматриваться не как результат воздействия одного какого-либо фактора, а как результат влияния комплекса факторов, между которыми существует динамическое равновесие. Этим объясняется то обстоятельство, что ни одному учёному до сих пор не удалось объяснить все особенности колебания климата каким-либо одним фактором. В многолетних изменениях климата проявляются не только более и менее чёткие связи их со спецификой колебания климатообразующих факторов, но и связи с их сочетаниями. Об этой сложности многолетних колебаний климата климатолог О.А. Дроздов [54] пишет следующее: «... Колебания климата имеют весьма сложную структуру и представляют собой набор ритмов с весьма широким спектром средних периодов, по-видимому, различных по происхождению». Поэтому-то и трудно с помощью одного только статистического анализа достаточно ясно разобраться в природе этих ритмов. Поэтому любые виды статистической обработки и гармонического анализа рядов метеорологических наблюдений могут дать представления лишь о наблюдавшихся в прошлом колебаниях, изменениях их амплитуды, периоды и фазы, возникновения и исчезновения этих колебаний. Но ни один из этих методов изыскания периодичности или цикличности колебаний в рядах эмпирических величин не сможет дать достоверной информации о предстоящих колебаниях и изменениях их параметров до тех пор, пока не будут вскрыты природа этих колебаний и причины их изменения [9].
Следовательно, правильный диагноз колебаний климата должен включать в себя разработку способов расчленения многолетних кривых значений метеорологических элементов по обуславливающим их факторам с применением подходящих для каждого такого фактора статистических средств. Остановимся на многолетних особенностях образования туманов на Юго-Западном Алтае: солнечной активности, атмосферной циркуляции, подстилающей поверхности с тем, чтобы потом выяснить характер влияния каждого из них на метеорологические элементы, перейти к объяснению туманообразования и подойти к вопросу их прогноза. Анализ многолетних наблюдений (1940 - 2002 г.г.) по данным метеостанций Юго-Западного Алтая показывает очень большое влияние ороклиматиче-ского барьера на характеристику повторяемости и продолжительности туманов (табл. 8).
Характеристика повторяемости туманов по метеостанциям Юго-Западного Алтая позволяет сделать заключение о большом интервале повторяемости дней с туманами в течении года от 8 дней в Лениногорске до 69 дней в Зыряновске. Количество туманов не зависит от высоты пункта над уровнем моря, а в большей степени определяется положением туманообразующих воздушных потоков и других ландшафтно-географических особенностей местности.
При одной и той же температуре и влажности воздуха ночью в котловинных формах рельефа возникает радиационный туман (Зыряновск, Секисовка), а на склонах хребтов, в связи со стоком охлажденного воздуха вниз (феновый эффект), температура не снижается до точки росы, и туманы не образуются (Лениногорск, Катон-Карагай). Этот пример очень хорошо иллюстрируют станции предгорных котловин: Секисовка, Зыряновск, где дней с туманом в 5-7 раз больше, чем в Лениногорске или Катон-Карагае, которые расположены на склонах хребтов. Вместе с тем, последние расположены на 400-600 м выше (рис.9).
Но туманы усложнённой межгорной котловины и туманы склонов имеют и общие характеристики. Повторяемость дней с туманами в холодный и тёплый периоды года одинаковая и отмечается частая повторяемость их весной и осенью, чего не скажешь о других формах рельефа, (предгорных расширенных долинах, равнинной местности).
Низкая повторяемость дней с туманами в расширенных долинах и равнинной местности также определяется ороклиматическими особенностями региона. Основным тумановозмущающим фактором для подобных форм рельефа является ветер, который не способствует накоплению ядер конденсации в атмосфере и принижает роль радиационного выхолаживания и понижение температуры воздуха до температуры точки росы.
Большая повторяемость туманов в Усть-Каменогорске объясняется не только его орографическим положением в горах Алтая, но и наличием незамерзающих рек Иртыш и Ульба ниже Усть-Каменогорской ГЭС. Туман образуется под влиянием испарений с поверхности теплой воды в относительно холодный воздух и называется туманом испарения. Однако основную роль в образовании таких туманов играет радиационное охлаждение воздуха, испарение лишь усиливает эффект охлаждения. Когда сильный туман возникает над поверхностью Иртыша и Ульбы и на набережных (разность температур воды и воздуха обычно более 15 С), то он наблюдается и в других районах города, но с меньшей интенсивностью. Дни с туманами испарений обычно характеризуется наличием низкой (до 50 - 100 м) инверсией температуры. Если инверсионный слой располагается на высотах более 200 м, то туман не образуется, так как водяной пар переносится в более высокие слои.
Если говорить о временном распределении туманов на Юго-Западном Ал-тае (рис.9), то можно отметить, что 75% всех туманов приходится на холодный период, причём средняя непрерывная продолжительность зимой в 2- 4 раза выше, чем летом. Но вместе с тем отмечается и аномальное распределение повторяемости туманов в течение года. Так в Секисовке в теплый период в среднем в год наблюдается туман 28 дней, а в холодный 18. В Лениногорске, Катон-Карагае и Чалобае количество туманов распределилось поровну. В Ше-монаихе и Орловском посёлке в тёплый период, (весной и осенью) наблюдается до 40% дней с туманами в год.
Такое аномальное распределение повторяемости туманов по году зависит от ороюшматических особенностей местности и требует отдельного исследования.
Вероятность появления тумана зависит не только от времени года, но и от времени суток. Суточный ход тумана определяется суточным ходом температуры. Так как основной причиной образования тумана является понижение температуры, то их максимум повторяемости приходится на ранние утренние часы, и практически никогда туманы не образуются после восхода солнца. И только после захода солнца начинается интенсивный процесс туманообразова-ния, особенно в зимние месяцы и при наличии снежного покрова.
Очень удобны для практического использования комплексные прогностические графики суточно-годового хода (рис.10). Такие графики достаточно наглядны, на них отчётливо выявлены годовой и суточный ход повторяемости рассматриваемого явления, хорошо выявляются периоды полного отсутствия тумана и периоды наибольшей их повторяемости. Так, в Усть-Каменогорске, с октября по март туман может наблюдаться до восхода и после захода солнца. В тёплое время года (апрель - сентябрь) в светлое время суток туман вообще не наблюдается, причем, чем больше продолжительность светлого времени суток, тем меньше вероятности, и продолжительность тумана, в мае, июле, туман может наблюдаться лишь с 22 до 02 часов (повторяемость 0,4%), а в июне - с 23 до 01 часа (повторяемость всего 0,2%).
Особенности формирования туманов крупных межгорных депрессий
К крупной межгорной депрессии на территории Юго-Западного Алтая, нами отнесена Зайсанская впадина. Она является самым обширным прогибом между Южным Алтаем и системой хребтов Саур-Тарбагатая.
Абсолютные высоты впадины составляют 400-600 м. поверхность впадины характеризуется равнинным слабо увалистым рельефом, который в ряде мест нарушается поднятием отдельных сопок и возвышенностей, указывающих на продолжающиеся неотектонические поднятия [71].
Процессы туманообразования Зайсанской впадины нами будут прослежены по данным метеорологических параметров метеостанций: Буран, Зайсан, Акжар и Приозерное.
Зайсанская впадина получает наименьшее увлажнение в пределах исследуемой территории Юго-Западного Алтая. Это объясняется, прежде всего тем, что уменьшается повторяемость циклонов к югу, а также тем, что основное количество осадков выпадает при западных процессах, но западный поток здесь не испытывает «предвосхождения» из-за обширности впадины и её сквозного характера. При меридиональных атмосферных процессах территория провинции постоянно находится в «дождевой тени» либо отрогов Южного Алтая, либо Саур-Тарбагатая.
Ниже приводятся параметры климатических показателей, характеризующие температуру воздуха, атмосферное увлажнение, скорость ветра, основных составляющих способствующих туманообразованию (табл. 21)
Наибольшая повторяемость числа дней с туманами в году отмечается в Зайсане и Акжаре 20 и 18 дней соответственно. В Буране отмечается 14 дней с туманами, а Приозерном только 11.
В годовом ходе 90-95 % всех туманов приходится на холодный период (X-III) (рис. 27). Такое распределение хорошо согласуется с климатическими особенностями пунктов, расположенных в Зайсанской впадине (табл. 21).
Континентальность климата колеблется от 81 % в Зайсане до 86 % в Приозерном.
Годовая продолжительность туманов в исследуемом районе невелика и составляет 60-100 часов, и в основном они приходятся на холодный период года. Зимой туманы наблюдаются при низких значениях температуры и относительной влажности воздуха. Так в декабре и январе туманы возникают при температуре минус 30-35 С и относительной влажности 80-95 %.
Следует отметить, что весной, когда имеют место резкие колебания температуры воздуха, туманы образуются либо при очень резких потеплениях (0-5 С), либо при резких похолоданиях (минус 20-25 С).
Туманы образуются только при штиле Буране, Зайсане и Акжаре и слабом ветре 1-3 м/сек западных направлений в Приозерном.
Среднегодовая относительная влажность составляет 60-65 %. Такая значительная величина указывает на большое влияние бассейна озера Зайсан.
Как и районы пойменных речных долин Зайсанская впадина не испытывает антропогенной нагрузки на загрязнение атмосферного воздуха. Поэтому процессы образования и рассеяния туманов зависят только от климатических особенностей местности.
Прогноз неблагоприятных метеорологических условий загрязнения атмосферы в Усть-Каменогорске
В условиях крупных промышленных городов уровень загрязнения приземного слоя воздуха зависит не только от количества промышленных и транспортных выбросов, но и от их вертикального и горизонтального рассеивания, которое определяется в основном метеорологическими факторами. Прогноз метеоусловий, способствующих рассеиванию или накоплению вредных примесей в приземном слое воздуха, может стать основой нормирования выброса и обеспечения чистоты воздушного бассейна.
С 1974 года отделом гидрометеорологических прогнозов Восточно-Казахстанского центра гидрометеорологии ежедневно составляется прогноз общего уровня загрязнения атмосферы Усть-Каменогорска и Лениногорска на следующие сутки. При составлении прогноза в основном используется синоп-тико-статистический метод и данные концентрации вредных примесей в атмосфере за предшествующие сутки. Практически не проводится расчет прогностических параметров, влияющих на распределение вредных выбросов в приземном слое воздуха на территории городов.
В настоящей работе рассматривается метеорологический потенциал самоочищения атмосферы и возможность использования его в прогностических целях для исследуемого района.
В работах выполненных в Западно-Сибирском НИИ Госкомгидромета [146, 148, 149] исследуются вопросы увеличения заблаговременности прогноза состояния загрязнения атмосферы на срок более суток для промышленных районов. В работах изложены результаты работ по разработке прогноза потенциала загрязнения атмосферы. С помощью анализа карт БТ выявлены характерные различия в полях геопотенциала на уровне АТ50о и температуры на уровне АТ85о в периоды высокого и пониженного загрязнения атмосферы в выделенном районе. Проведенные исследования позволили сделать следующие выводы:
- метеорологический потенциал загрязнения атмосферы определяется синоптическим процессом, влияющим однозначно на большой район;
- основой прогноза потенциала загрязнения атмосферы в выделенном районе могут служить полученные критерии связи между уровнем загрязнения воздуха в городах Новосибирск, Кемерово, Барнаул и функционалами полей геопотенциала и температуры на АТ50о и АТ85о;
- прогноз конкретного уровня загрязнения воздуха отдельного города с детализацией по ингредиентам должен разрабатываться с учетом местных условий и степени оправдываемости прогноза метеорологических параметров, влияющих на рассеяние промышленных выбросов. И, конечно, на современном этапе такой прогноз не может превышать суточной заблаговременности.
Для характеристики состояния атмосферы, при котором могут отмечаться большие концентрации примесей, выделяются нормальные и аномальные метеорологические условия [115].
При нормальных условиях в случае высоких источников неблагоприятным является наличие сверхадиабатического градиента температуры, когда вследствие развитого турбулентного обмена имеете место интенсивный перенос примесей от источников к земной поверхности, при этом могут создаваться их значительные концентрации. Степень загрязнения воздуха существенно зависит от от скорости ветра. Влияние скорости ветра на загрязнение приземного слоя атмосферы имеет сложный характер, и для каждого источника существует некоторая опасная скорость ветра им, при которой наблюдается максимальные концентрации примесей [115].
Наиболее интенсивное загрязнение воздуха наблюдается при аномально неблагоприятных метеорологических условиях. К ним, в частности, относятся: приподнятая инверсия, штилевой слой у поверхности земли, туманы, характер неровностей подстилающей поверхности, неблагоприятное направление ветра.
В результате взаимного наложения и перемешивания выбросов многих источников формируется общегородское загрязнение воздуха. В связи с этим большие концентрации могут отмечаться вне зоны прямого действия отдельных источников выбросов вредных веществ в атмосферу. Загрязнение воздуха может под влиянием метеорологических условий одновременно изменяться на всей территории города. Оно характеризуется обобщенными (интегральными) показателями, которые рассчитываются по материалам фактических наблюдений.
Основным принципом разработки вопросов прогнозирования загрязнения воздуха в городе, в том числе разработки статистических схем прогноза, является максимальный учет характера физического процесса распространения примесей в атмосфере и особенностей влияния метеорологических условий на концентрации примесей в воздухе в конкретных городах.
Изучение метеорологических условий загрязнения воздуха является основой для её прогнозирования, поскольку задача состоит в том, чтобы предсказывать предотвращать высокие уровни концентраций, создаваемые при неблагоприятных метеорологических ситуациях.
Задача прогнозирования в данной работе решается с учетом особенностей загрязнения воздуха в конкретных городах: Усть-Каменогорске, Лениногорске, Зыряновске. Сложность их учета определяется следующими обстоятельствами:
- множество источников выбросов с различными характеристиками;
- отсутствие в регионе температурно-ветрового зондирования атмосферы. Выполненные исследования указывают на целесообразность разработки прогнозирования загрязнения воздуха по городу в целом. Такая работа в настоящее время проводится автором совместно с Восточно-Казахстанским центром по гидрометеорологии.
Методы прогнозирования загрязнения воздуха по городу в целом основаны на результатах анализа влияния метеорологических и синоптических условий на концентрацию примесей, которые изложены в предыдущих главах. Учет конкретных особенностей механизма загрязнения воздуха достигается благодаря тому, прогностические схемы составляются по материалам наблюдений для каждого города отдельно по сезонам, а также (по возможности) по частям суток. Этим учитываются изменения в течение года особенностей выбросов в атмосферу вредных веществ, климатические и микроклиматические условия в их годовом и суточном ходе.
Для наиболее полного учета физического процесса загрязнения воздуха в городе при разработке вопросов его прогноза следует учитывать возможную асинхронность связей между концентрациями и метеорологическими параметрами [121]. То есть сначала устанавливаются какие-то метеорологические условия и только через некоторое время формируется соответствующий им уровень загрязнения воздуха.
Закономерности распространения примесей в атмосфере могут по-разному проявляться в различных городах в зависимости от сезона, а также в связи многообразием характера выбросов, климатическими и орографическими особенностями и др. Изучение конкретного проявления влияния метеорологических условий на загрязнение воздуха представляет большой интерес, в том числе для отработки вопросов прогнозирования высоких уровней концентраций при неблагоприятных метеорологических условиях.
В работах [119,123] изучались метеорологические условия общегородского фонового загрязнения воздуха. В качестве его характеристики рассматривался параметр Р, который представляет собой часть существенно повышенных концентраций (относительно их средних величин) от общего числа измерений в течение дня и меняется от О до 1.
Результаты исследований позволили сделать вывод, что определенные состояния загрязнения воздуха могут соответствовать только комплексам метеорологических параметров и исходного уровня концентраций.
Анализ массового материала наблюдений за концентрациями примесей в воздухе и соответствующими метеорологическими условиями показывает, что характер зависимостей в целом одинаков для всех городов и сезонов [119]. Отдельные различия главным образом связаны со специфическими особенностями некоторых городов. Однако отличается теснота связей, которая обуславливается преобладанием в разных городах неодинаковых метеорологических ситуаций, определяющих характер зависимости концентраций от отдельных параметров. Наконец , для каждого города должны быть свои интервалы значений параметров, определяющих повышенный или пониженный уровень загрязнения воздуха.
Анализ материалов позволяет выявить наиболее общие зависимости, имеющие место практически во всех случаях. В то же время совершенно очевидно, что создание единой универсальной схемы прогнозирования загрязнения воздуха, пригодной для непосредственного использования во всех без исключения городах, принципиально невозможно. Они должны разрабатываться для конкретных городов и сезонов на основании анализа фактического материала наблюдений. Для Юго-Западного Алтая такие разработки должны быть проведены по городам: Усть-Каменогорск, Лениногорск и Зыряновск. На сегодняшний фактический материал наблюдений за загрязнением атмосферного воздуха в вышеуказанных городах имеется почти за 30-летний период.
