Содержание к диссертации
ВВВДШЕ ,
I. МЕТОД МАТЕМАТШЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРИ ИЗУЧЕНИИ ВЛИ ЯНИЯ КРУПНЫХ ГОРОДОВ НА МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЙ РЕЖИМ И ЗАГРЯЗНЕНИЕ АТМОСФЕРЫ ... б
1. Методы, используемые при изучении состояния планетарного пограничного слоя атмосферы над крупными городами б
2. Постановка задачи и возможности применения метода физико-математического моделирования мезометеорологических особенностей и загрязнение атмосферы крупных городов #.. 1°
П. ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ НИЖНЕГО СЛОЯ АТМОСФЕРЫ И ПЕРЕНОСА ПРИМЕСЕЙ В ВОЗДУШНОМ БАССЕЙНЕ ГОРОДА й к
1. Одномерная нестационарная модель а ^
2. Двумерная нестационарная модель , 36
Ш. ОСОБЕННОСТИ МЕЗОМЕТЕОРОЛОГШЕСКОГО РЕШША И ЗАГРЯЗНЕ НИЯ АТМОСФЕРЫ УРБАНИЗИРОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЙ ^ 6
1. Суточный ход метеорологических элементов в крупных населённых пунктах п 6
2. Влияние распределения параметров подстилающей поверхности на структуру метеорологических полей "И
3. Пространственно-временная изменчивость полей метеорологических элементов в городах разного типа • S3
4. Оценка влияния начальных условий на мезометео-рологические особенности в городах с симметрия- ным распределением параметров подстилающей поверхности 33
5. Особенности загрязнения воздушного бассейна в городах разного типа в зависимости от ме теорологических условий,мощности и располо жения источников загрязнения ^04
ІУ. МОДШРОВАНИЕ МЕЗОМЕТЕОРОЛОГШЕСКЙХ УСЛОВИЙ И ЗАГ РЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРЫ г. Калинина . '1гъ
1. Краткое физико-географическое описание территории г.Калинина и его окрестностей ^3
2. Мезоклиматические особенности г.Калинина 4&
3. Характеристика подстилающей поверхности г.Калинина 43^
4. Результаты моделирования мезометеорологичес-кого режима г.Калинина ^2.
5. Источники выбросов примесей и фоновое загрязнение атмосферы в г.Калинине ІЧ°
6. Результаты моделирования загрязнения воздуха в г. Калинине W
ЗАКЯШЖШЕ 4 3В
СПИСОК ЛИТЕРА1УРЫ 100
ПРШІОЖШИЯ , Я4Й
1. Значения параметров подстилающей поверхности при расчетах суточного хода метеорологических элементов ' 3
2. Распределение параметров подстилающей поверхности в «урбанизированной" области &^
3. Примеры расчетов поля температуры при разных распределениях факторов урбанизации 4 5"
4. Параметры подстилающей поверхности в горо- дах разного типа 2.R.
5. Примеры расчетов полей температуры, скорости ветра и удельной влажности в городах разных типов ^3
6. Описание местоположения пунктов метеорологических наблюдений 2 3 э
7. Описание мест проведения натурных экспериментов для определения параметра шероховатости . ... & Й
8. Метеорологические условия в районе г.Калинина 11.07.82, 20.07.82, 8.08.82,
1,01.83, 3.01.83, 20.02.83 39
Введение к работе
В настоящее время проблемы взаимодействия человеческого общества с природной средой, охраны и рационального использования природных ресурсов приобрели огромное экономическое и социальное значение. Этим вопросам в Советском Союзе уделяется вое возрастающее внимание, что находит отражение в новой Конституции СССР,материалах съездов КПСС,народнохозяйственных планах и в ряде международных соглашений. Самостоятельное значение имеет проблема загрязнения атмосферы,охрана которой осуществляется на основании специально принятого закона П J
В условиях продолжающейся научно-технической революции, активизируется процесс дальнейшей урбанизации и индустриали-зации общества, роста городов и населения в них?что современные города становятся ареной жизни и производственной деятельности большей части человечества. В крупных населённых пунктах формируется специфическая городская среда, в пределах которой природные процессы, круговорот вещества и энергии более чем где-либо ещё изменены по сравнению с естественным состоянием территории. В городах расположены основные промышленные комплексы, загрязняющие атмосферу особенно интенсивно, что предопределяет необходимость поиска и практического применения мер, направленных на охрану и улучшение состояния воздушного бассейна. Осуществление этих мероприятий может дать наиболее полный положительный эффект, если они проводятся на научной основе. При разработке такой основы существенную роль играют исследования загрязнения воздушного бассейна и метеорологического режима крупных городов. Важно отметить, что процессы рассеяния примесей существенно зависят от пространственно-временной изменчивости полей метеоэлементов, обладающих над городом рядом особенностей, так что изучение закономерностей формирования загрязнения воздушного бассейна города необходимо проводить в совокупности с изучением метеорологических условий. Исследования подобного рода имеют большую практическую значимость, так как являются основой для оценки состояния воздушного бассейна и разработки возможных мероприятий по обеспечению чистоты атмосферы и созданию ряда практических рекомендаций при планировании и реконструкции населённых пунктов, в которых взаимное расположение промышленных предприятий, жилых массивов и рекреационных зон на территории города должно быть таковым, чтобы обеспечить наилучшие санитарно-гигиенические условия жизни и производственной деятельности населения.
Несмотря на значительное количество работ, проводимых в этой области, процессы переноса примеси в атмосфере крупных городов и особенности их метеорологического режима изучены ещё не достаточно полно. В большей мере это относится к исследованиям вертикальной структуры загрязнения и полей метеорологических элементов, поскольку эмпирические данные о вертикальных профилях соответствующих параметров носят эпизодический и разрозненный характер. Кроме того, нет чётких количествен ных оценок связей между метеорологическим режимом, параметрами подстилающей поверхности, расположением и мощностью источников загрязнения и процессами переноса примесей в городах различного типа.
Наиболее перспективным методом исследования метеорологических особенностей и загрязнения атмосферы крупных городов является метод физико-математического моделирования, применение которого позволяет давать теоретическое обоснование получаемым закономерностям и прогнозировать метеоусловия и загрязнения атмосферы города, уточняя прогноз фоновых значений метеоэлементов и концентраций примеси. В настоящей работе применяется метод численного физико-математического моделирова нкя мезометеорологических процессов и диффузии примесей. При этом,в отличие от имеющихся подобных моделей, реализуется наиболее полнея постановка задачи о расчете распространения метеорологических параметров и загрязнения атмосферы в двумерном приближении, предусматривающая совместное решение системы уравнений гидродинамики мезопроцессов и уравнения баланса примесей, что дало возможность при вычислении полей концентраций примесей учитывать мезометеорологические особенности, вызываемые влиянием города. Результаты расчетов, которые интерпретировались как средние характеристики для ячеек мезомасштабной численной сетки модели,позволили произвести качественные и количественные оценки влияния антропогенныфакторов на метеорологический режим и загрязнение атмосферы, выявить наиболее значимые из них, проследить суточную и сезонную изменчивость, а также проанализировать особенности пространственного распределения примесей и метеорологических элементов при различных метеорологических условиях. Для применения модели к условиям конкретного города (на примере г.Калинина) была разработана оригинальная методика для сценки параметров подстилающей поверхности в городе, которая в силу мезомасштабнос-ти модели стилизировалась как плоскость и фактический микрорельеф не учитывался.Сравнение результатов моделирования с данными наблюдений показало качественное и количественное соответствие между , ними. Результаты проведенной серии расчетов по модел;: для разных конкретных метеорологических условий в зимний и летний сезоны года позволили оценить мезометеорологические особенности и значения концентраций примеси, характерные для отдельных частей города. Полученные данные могут послужить основой для разработки планов реконструкции и дальнейшей застройки города, учитывающих загрязненность атмосферы в разных рулонах.
Общая структура работы следующая. 3 первой главе дается постановка задачи, приводится краткий обзор исследований в этой области. Зо второй глазе описывается оригинальная йизило-матзмати » ческая модель нижнего слоя атмосферы и переноса примесей в воздушном бассейне города Обосновывается ряд упрощений уравнений модели, выбор граничных и наччлы-шх условии, приводится краткое описание алгоритма решения, схема программы для ЭВМ и оговариваются границы применимости модели. Третья глава посвящена описанию результате хов моделирования мезометеорологических особенностей и загрязнения атмосферы крупных городов в летнее и зимнее время. Анализируется влияние начальных условий и параметров подстилающей поверхности на суточный ход и вертикальную структуру полей метеоэлементов. Отдельный раздел этой главы посвящен пространственно-временному распределению концентраций примеси, в зависимости от мощности и расположения источников загрязнения и динамики метеорологических процессов. В четвертой главе описывается применение мрде-ли к условиям конкретного города (на примере Г.Калинина). Приводятся краткий физико-географический обзор района города Калинина, характеристика подстилающей поверхности.результаты расчетов по модели и их сопоставление с фактическими данными.
Автор выражает свою признательность профессору П.Н.Белову за его постоянное внимание и помощь при написании работы, старшему научному сотруднику Гидрометцентра CGGP Н.С.Вельтище-вой, советы которой были очень полезны, начальнику ВЦ Калининского госуниверситета Н.Я.Попову за представленные возможности использования ЭВМ БЭСМ-б и студентам Калининского госуниверситета П.В.Москвину и М.А.Максимовой, оказавшим помощь в сборе фактического материала.
