Содержание к диссертации
Введение
1. Физико-географические и климатические условия Юго-Западного Кыргызстана 9
1.1. Физико-географическое положение, рельеф, орография и метеорологическая освещенность территории 9
1.2. Типы атмосферной циркуляции территории 13
1.3. Радиационнные характеристики территории 17
1 4. Основные черты местных климатов 20
1.5. Режим скорости ветра в предгорной зоне 23
1.6. Режим атмосферных осадков и туманов в предгорной зоне 30
2. Горно-долинная циркуляция в Юго-Западном Кыргызстане ...36
2.1. Проявление горно-долинной циркуляции в режиме приземных направлений ветра в долинах различной ориентации 36
2.2. Оценка повторяемости горно-долинной циркуляции по приземным ветровым данным 48
2.3. Проявление горно-долинной циркуляции в режиме направлений и скоростей ветра в нижней тропосфере 54
2.4. Параметры вертикальной структуры горно-долинной циркуляции 62
2.5. Повторяемость горно-долинной циркуляции при различных типах синоптических процессов 69
3. Инверсии температуры в Юго-Западном Кыргызстане 76
3.1. Вертикальное распределение средних температур воздуха в нижней тропосфере 76
3.2. Повторяемость и частота инверсий температуры в нижней тропосфере 82
3.3. Мощность инверсий температуры и их границы 92
3.4. Величина инверсий температуры 101
4. Загрязнение атмосферы в городах Юго-Западного Кыргызстана 108
4.1. Годовые и сезонные оценки загрязнения 109
4.2. Загрязнение атмосферы при различных скоростях ветра 115
4.3. Загрязнение при осадках и туманах 122
4.4. Загрязнение при инверсиях температуры 128
4.5. Загрязнение при различных типах циркуляции 132
4.6. Потенциалы загрязнения и самоочищения атмосферы 139
Выводы 144
Литература
- Типы атмосферной циркуляции территории
- Оценка повторяемости горно-долинной циркуляции по приземным ветровым данным
- Повторяемость и частота инверсий температуры в нижней тропосфере
- Загрязнение атмосферы при различных скоростях ветра
Введение к работе
Юго-Западный Кыргызстан (ЮЗК) расположен на юго-западной периферии Тянь-Шаня, северной и северо-восточной периферии Памиро-Алая, занимая территорию в 79,8 тыс.км2 в пределах 40 - 42 с.ш. и 69 - 71 в.д. В ЮЗК входят хребты, обрамляющие Ферганскую долину с севера (Пскемский, Сандалашский, Чаткальский), с востока (Ферганский) и юга (Алайский, Заалайский и Туркестанский) с высотами гребневой линии 4,0 -7,1 км и разделяющие их межгорные впадины, а также соответствующие им предгорья в пределах Кыргызстана с абсолютными высотами 0,4 - 1,2 км. Экономически наиболее освоенными и заселенными (~ 2,43 млн. человек) в ЮЗК являются предгорья и нижняя часть склонов горного обрамления Ферганской долины до высот около 1,5-2 км. Среднегорье (2-3 км) и высокогорье (более 3 км) преимущественно используются под пастбища. Основными городами, расположенными в низкогорье, являются областные центры: г.Ош (z~0,88 км), Жалал-Абад (z~0,76 км) и Баткен (z~l,05 км). Исследование погодно-климатических условий, влияющих на загрязнение атмосферного воздуха низкогорной зоны Юго-Западного Кыргызстана, где сосредоточено основное население и хозяйственный потенциал региона, имеет большую научную и практическую значимость.
Актуальность темы: Загрязнение атмосферного воздуха естественными и антропогенными выбросами в сельскохозяйственных и промышленно-развитых районах, к которым относится низкогорная зона ЮЗК, и особенно в крупных городах, стало важной проблемой, острота которой из года в год постоянно усиливается. Выбросы от разрастающегося парка автотранспорта, тепловых станций, строительной и горнодобывающей промышленности, бытового сектора, использования удобрений в сельском хозяйстве и других источников приводит к тому, что приземные слои атмосферы на больших территориях являются сильно загрязненными различными ингредиентами. Все это ухудшает экологические условия
проживания населения, негативно влияет на состояние здоровья и продолжительность жизни людей, т.к. приводит к неуклонному снижению качества эколого - климатических условий нижней тропосферы.
Накопление и рассеивание загрязняющих выбросов в атмосфере определяется метеорологическими условиями территории. Так, затишья и слабые ветры, инверсионные слои в атмосфере, туманы способствуют увеличению концентраций примесей, создавая над отдельными регионами значительное загрязнение атмосферы. Умеренные и сильные ветры приводят к рассеиванию примесей и их переносу на большие расстояния. Длительные обложные дожди хорошо очищают атмосферу, тогда как ливневые дожди имеют более слабое вымывающее действие за счет своей кратковременности. Синоптические ситуации, являясь комплексом различных погодных и метеорологических условий, интегрально определяют режим загрязнения над конкретной территорией.
Таким образом, актуальность темы исследования определяется большой практической важностью знания метеорологических условий, способствующих накоплению и рассеиванию загрязняющих примесей в атмосфере Юго-Западного Кыргызстана. Это необходимо для климато-экологической характеристики атмосферных условий изучаемого региона, разработки прогнозов степени загрязненности воздушного бассейна, принятия хозяйственных решений, позволяющих учесть или улучшить экологическое качество приземного слоя атмосферы, как в предгорных районах Юго-Западного Кыргызстана, так и в Кыргызстане в целом.
Цель и задачи исследований. Целью диссертационной работы является количественная оценка характеристик метеорологических условий низкогорной зоны Юго-Западного Кыргызстана, являющейся наиболее густонаселенной, сельскохозяйственно и промышленно-развитой частью территории, которые влияют на загрязнение атмосферы.
В задачи исследований входило решение следующих вопросов:
Оценить режимные характеристики ветра в нижней тропосфере и, прежде всего, горно-долинной циркуляции, являющиеся одними из главных факторов рассеивания примесей в горизонтальной плоскости.
Оценить режимные характеристики инверсионных слоев в нижней тропосфере, как фактора, определяющего рассеивание примесей по вертикали.
Оценить степень загрязнения атмосферного воздуха в г.Ош при различных типах погод и синоптических процессах, как показателя циркуляционного состояния воздушного бассейна в регионе.
Научная новизна результатов исследований заключается в том, что впервые для низкогорной зоны Юго-Западного Кыргызстана получено следующее:
исследованы основные закономерности развития горно-долинной циркуляции в орографически сложном регионе путем статистического анализа эмпирических распределений характеристик, включая оценку параметров ее вертикальной структуры по данным радиозондирования и разработку методики оценки повторяемости по приземным данным метеостанций;
исследованы основные закономерности режима приземных и приподнятых инверсий, а также инверсий свободной атмосферы -повторяемость, частота, годовой ход - и оценены параметры (мощность, величина и высота нижней границы) путем статистического анализа эмпирических распределений характеристик, полученных по данным радиозондирования;
получены статистические оценки загрязнения атмосферы месячного,
сезонного и годового разрешения в г.Ош различными ингредиентами при
характерных типах погодных условий и циркуляции атмосферы: затишьях,
слабых ветрах, усилениях ветра, приземных и приподнятых инверсиях
температуры, осадках, туманах и при различных типах синоптических
процессов;
оценены потенциалы загрязнения, самоочищения атмосферы,
параметры самоочищения и их годовой ход.
Достоверность результатов обеспечивалась применением современных научных методологий и статистических методов анализа к большим массивам метеорологической информации Кыргызгидромета:
Данных ветрового и температурного зондирования атмосферы АС Джалал-Абад за пятилетний период (1974 - 78гг).
Данных имеющихся наблюдений за пятилетний (1987 - 91гг) и двухлетний (1977 - 78гг) периоды за загрязнением воздуха в г. Ош на трех специальных постах и наблюдающихся в эти периоды погодных условиях.
3. Данных наблюдений Кыргызгидромета за пятилетний период (1987 - 91гг) за туманами на МС Ош.
Данных календаря типов синоптических процессов за 1968 - 82гг.
Данных климатических справочников и национальных докладов о состоянии окружающей среды Кыргызстана (1997, 1998 и2000гг).
Все эти исходные материалы обобщались и анализировались с применением современных компьютерных программ, а также критически оценивались и сравнивались как в рамках изучаемой территории, так и по сопредельным регионам с использованием достижений современной горной метеорологии и климатологии.
Практическое использование результатов работы состоит в следующем:
разработанная методика оценки повторяемости горно-долинной циркуляции по приземным ветровым данным может быть применена в других сложных горных регионах;
результаты климатического анализа режима горно-долинной циркуляции и параметров инверсий температуры включены в спецкурс "Горная метеорология и климатология", читаемый студентам-метеорологам;
основные научные результаты переданы в Кыргызгидромет и ГП «Кыргызаэронавигация» для практического использования.
На защиту выносятся следующие положения и результаты:
1. Методика оценки повторяемости горно-долинной циркуляции по
данным типовых наблюдений за ветром на горных и предгорных
метеостанциях.
2. Выявленные закономерности режима ветра в нижней тропосфере над
ЮЗК, в том числе статистические оценки параметров вертикальной
структуры горно-долинной циркуляции: мощности, максимальной скорости
и ее высоты, основанные на первых 4 моментах (среднее, вариация,
асимметрия и эксцесс) их статистических распределений.
3. Статистические оценки характеристик (повторяемость, частота,
мощность, величина и высота нижней границы) распределений приземных,
приподнятых инверсий и инверсий свободной атмосферы, основанные на
первых 4 моментах и закономерности их годового хода.
4. Статистические оценки характеристик распределений загрязнения
атмосферного воздуха над г.Ош различными ингредиентами при
характерных типах погод и синоптических процессов, основанные на первых
4 моментах, закономерности их суточного и годового хода, в том числе
потенциалов загрязнения, самоочищения атмосферы и параметров
самоочищения атмосферы.
Апробация. Основные результаты работы докладывались на конференциях различных уровней: IV Всероссийской молодежной школе-семинаре «Теоретические и прикладные вопросы современной географии» (Томск, ТГУ, 2005 г); научных конференциях Кыргызско-Российского Славянского университета (2002-04 гг).
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из Введения, 4 разделов, Выводов, Списка литературы и 11 приложений. Общий объем работы 157 с, 25 рисунков, 26 таблиц и список литературы из 97 наименований. Основное содержание работы опубликовано в 8 статьях автора, приведенных в списке литературы.
Типы атмосферной циркуляции территории
Циркуляция атмосферы является одним из важнейших климатообразующих факторов, что диктует необходимость рассмотрения ее основных свойств, аналогично как это было сделано в п. 1.1 для орографии ЮЗК. Масштабы циркуляционных процессов атмосферы соизмеримы с размерами континентов, анализ их для ЮЗК возможен только в рамках Центральной Азии и в целом Кыргызстана, с указанием на особенности, характерные для изучаемого региона.
Общие черты циркуляционных условий Центральной Азии и в том числе Кыргызстана изложены в работах [15,32,33,37,52,94].
В силу орографической обособленности Юго-Западного Кыргызстана и принадлежности его к южной части Центральной Азии, циркуляционные процессы протекают здесь несколько по иному, чем на остальной территории республики. Так, высокие горные хребты (Пскемский, Чаткальский, Ферганский, Ат-Ойнокский), выступая как климаторазделы, значительно ослабляют воздействие холодных воздушных масс, проникающих с севера в весенне-осеннее время, а также влияние отрога сибирского антициклона, распространяющегося с востока в зимнее время. Весной, осенью и нередко зимой на территорию ЮЗК проникают южные циклоны, принося повышение температуры и обильные осадки. В летнее время устанавливается малоградиентное поле пониженного давления, либо термическая депрессия, редко проникающая в другие области Кыргызстана.
Местная горно-долинная циркуляция, возникающая из-за различного термического прогрева долин и горных склонов и развивающаяся в период циклонически малоактивных процессов, наблюдается во всех впадинах, долинах и узких горных ущельях ЮЗК. Горно-долинная циркуляция способствует охлаждению долинных районов в ночные часы прохладным горным ветром со склонов, создавая более мягкий микроклимат территории ЮЗК, в дневные же часы долинный ветер способствует развитию конвекции над горными склонами и выпадению осадков ливневого характера.
Для статистического описания повторяемости типов синоптических процессов над Юго-Западным Кыргызстаном был использован календарь синоптических процессов за 14 лет (1968 - 82 гг.), составленный в Кыргызгидромете по четырём стандартным срокам наблюдения (00, 06, 12, 18 час). За случай каждого типа принималось его наблюдение не менее двух сроков подряд, т. е. с длительностью от полусуток и более, что позволило избежать случайных ошибок в определении типа. Годовая повторяемость типов синоптических процессов (%), возникающих над ЮЗК, представлена в табл. 1.1, где также приведена их повторяемость, рассчитанная для всего Кыргызстана [52].
Анализ повторяемости синоптических процессов над ЮЗК и всем Кыргызстаном (табл. 1.1) показывает, что хорошо прослеживается обособленность ЮЗК в протекании различных синоптических процессов. Так, наблюдается уменьшение повторяемости над ЮЗК циклонических вторжений (типы 5,6,7,10) на 0,4-3,7% по сравнению с повторяемостью над всем Кыргызстаном. Отмечается существенное увеличение повторяемости малоградиентного поля пониженного давления (на 6,2%). Термическая депрессия над ЮЗК отмечается в 0,7% случаев, что меньше чем над всем Кыргызстаном, но велика повторяемость типа 12 (16,2%), что возможно есть следствие ошибок в определении типа 11, т. к. в проявлении погоды тип 11 и 12 схожи. Повторяемость выходов южных циклонов в целом невелика как для ЮЗК (0,3-1,8%), так и для всего Кыргызстана (0,9-1,5%),поэтому небольшое увеличение выходов южных циклонов над ЮЗК на 0,3% является, видимо, заметным. Южная периферия антициклона (тип 9а) над ЮЗК встречается реже (на 3,4%), так как этот тип формируется чаще над Северным Кыргызстаном, чему способствуют широтно расположенные Киргизский и Таласский хребты, усиливающие градиенты давления над севером республики.
Таким образом, типы атмосферной циркуляции над ЮЗК имеют ряд особенностей, способствующих формированию над изучаемой территорией местных климатов, отличных от типов климата над остальной территорией Кыргызстана. К таким особенностям относятся следующие: а) из-за южного расположения территории в холодный период года ЮЗК попадает под влияние ПВФЗ умеренных широт, которая активизирует выходы южных циклонов с воздушными массами средиземноморского происхождения; б) в летнее время сюда распространяется тропический воздух, при этом формируется летняя термическая депрессия или малоградиентное поле пониженного давления; в) в переходные сезоны из-за закрытости ЮЗК с севера высокими хребтами сюда мало проникают северо-западные и северные вторжения, приносящие заморозки, но открытость с запада позволяет приходить влажным воздушным массам с западными вторжениями. г) расположенный с востока Ферганский хребет ослабляет влияние отрога сибирского антициклона на территорию ЮЗК.
Наряду с орографией и циркуляцией атмосферы третьим основным климатообразующим фактором является солнечная радиация. Некоторые вопросы радиационных факторов климата в горных районах Средней Азии рассмотрены в работах [14,58]. В приложении 3 для центральных месяцев сезонов и года приведены основные характеристики радиационного режима Юго-Западного Кыргызстана по данным МС [44,45]. В нем даны продолжительность солнечного сияния (т, час и в % от максимально возможной), суммы суммарной радиации при ясном небе (Qa ) и средних условиях облачности (Q0), радиационный баланс при средних условиях облачности (В0). При этом для более полной характеристики режима QS; Q0 и В0 во всех трех высотных зонах - низкогорной, среднегорной и высокогорной в качестве аналогов привлечены МС Сусамыр и Тянь-Шань, расположенных в сопредельных районах Внутреннего Тянь-Шаня.
Как видно, низкогорная, среднегорная и высокогорные зоны ЮЗК характеризуются очень высокой продолжительностью солнечного сияния, которая для года в целом составляет 58 - 69% от максимально возможной, а в абсолютных цифрах 2584 - 2884 ч. При этом имеет место четко выраженный годовой ход с минимумом зимой (январь, 38 - 61%) и максимумом летом (июль, 68 - 84%). Исключение составляет МС Тянь-Шань, где годовой ход ровный (57 - 65%).
Оценка повторяемости горно-долинной циркуляции по приземным ветровым данным
Полученные в предыдущем пункте выводы о хорошем соответствии горной и долинной составляющих ГДЦ ориентации оси долин и впадин дают возможность разработать метод количественной оценки повторяемости ГДЦ по данным типовых наблюдений за ветром на метеостанциях. В основу этого метода нами положено использование в качестве исходных данных повторяемости направлений ветра климатического справочника [77], которые соответствуют выявленным в п.2.1 горным составляющим ГДЦ. Использование именно горной составляющей мотивируется тем, что она без искажений отражает факт развития или отсутствия циркуляции, правда, с включением в ее повторяемость и чисто стоковой составляющей. Однако стоковая горная составляющая обычно органически подразумевается входящей в процесс развития ГДЦ. Повторяемость направления долинной составляющей рассматривать было нецелесообразно, ввиду двух причин: а) ее более слабой выраженности по сравнению с горной; б) искажению повторяемости ветрами общей циркуляции атмосферы.
Суть предлагаемого метода состоит в том, чтобы используя повторяемость направлений горных составляющих и штилей по 4 срочным данным перейти к суточной частоте наблюдений горного ветра. Будем считать, что в данные сутки ГДЦ имела место, если в один из ночных (утренних) сроков 1 и 7 час наблюдалось направление ветра, соответствующее выявленному в п.2.1 направлению горной составляющей для изучаемой долины. Так как срока два (1 и 7 час), то в качестве исходной относительной оценки повторяемости горного ветра из справочника [77] следует взять то, которое дает наибольшую частоту с учетом наблюдающегося количества штилей (оценка относительна потому, что рассчитана по отношению к числу наблюдений за ветром, исключая случаи штилей).
Подобные расчеты были проведены по каждой из 10 МС для года и сезонов и их результаты представлены в табл.2.1. Аналогичным образом можно оценить повторяемость ГДЦ по любой метеостанции, расположенной на подгорной равнине при удалении от подножий до 10-20 км, в зоне предгорий и области склонов, зная ее топографические условия.
Как видно из полученных результатов, повторяемость развития ГДЦ в различных долинах и впадинах ( и даже в пределах одной и той же долины) колеблется в широких пределах - от 13 до 79% в году, что составляет от 48 до 248 суток. Это естественно ввиду сложности самого явления горнодолинной циркуляции и многообразия и специфики топографических условий расположения конкретных метеорологических станций.
Согласно теории ГДЦ [20] и по результатам для предгорий Северного Тянь-Шаня, фаза зарождения горного ветра с гравитационным стоком, чаще всего наблюдается в тех местах, которые находятся под воздействием поперечных горных долин, т.е. в устьях долин или на продолжении их осей.
В результате чего максимальная повторяемость горного ветра отмечается в устьях горных долин. Это хорошо можно проследить на примере двух долин ЮЗК - Кугартской и долины реки Кара-Унгур. В обеих долинах МС расположены в верховьях долин - Джергитал, Ак-Терек-Гава и на выходе из них - Джалал-Абад, Ленинджол. Как показывают данные табл.2.1, годовая повторяемость ГДЦ в верховьях в 2,3 раза меньше (34,4 -36,1%), чем в устьях долин (77,6 - 82,1%). Число дней с ГДЦ увеличивается от 124 - 144 до 280 - 289 дней в году соответственно, т.е. горный ветер наблюдается более 2/3 года.
В Узгенской, Хайдарканской и Караван-Кек-Джарской впадинах МС расположены в их расширенных частях и на них годовая повторяемость ГДЦ также велика (67,8 - 78,2%). В Исфанинской впадине, имеющей овальную форму и защищенной со всех сторон невысокими хребтами, годовая повторяемость ГДЦ составляет всего 32,9%, что объясняется большим числом штилей - 55%. Таким образом, орография этой местности создает более благоприятные условия для штилей, чем для формирования здесь горно-долинной циркуляции. Скорее всего, при развитии ГДЦ, в ночное время здесь возникает устойчивая линза холодного воздуха и горная составляющая проходит по верху линзы, тогда как МС Исфана отмечает штиль.
МС Гульча, располагается в центральной пониженной части течения реки Куршаб, годовая повторяемость ГДЦ здесь в 3 - 6 раз меньше, чем на остальных МС (13,2%), а штиль наблюдается в 80% случаев. Объяснение этому несомненно такое же, как и для МС Исфана, только эффект холодной линзы здесь должен быть выражен предельно сильно.
В сезонном распределении наибольшая повторяемость ГДЦ на всех МС наблюдается в летнее и осеннее время, кроме МС Исфана и Гульча, где максимум повторяемости приходится на зимне-весенний период года. Таким образом, предложенная методика расчета повторяемости ГДЦ по наземным наблюдениям за ветром позволяет достаточно просто на основе справочных данных оценить ее для любой горной территории и использовать полученные результаты для анализа режима приземного ветра.
Повторяемость и частота инверсий температуры в нижней тропосфере
Наибольшей преградой для развития восходящих движений в атмосфере, т.е. рассеивания примесей по высоте, как уже отмечалось, являются слои инверсии температуры. Имеется ряд публикаций [8,40,41], в которых рассматриваются инверсионные профили температуры в Средней Азии. Однако для количественной оценки их параметров над ЮЗК оказалось необходимым выполнить детальную проработку режима характеристик инверсий, что можно было сделать по данным аэрологической станции Джалал-Абад, расположенной в Кугартской долине. Для этого сделана специальная выборка вертикальных профилей температуры за 5 лет (1974-1978 гг.) для ночного (4ч.30мин.) и дневного (Ібч.ЗОмин.) сроков. Полученная выборка содержит 3345 случаев зондирования, из них 1960 случаев оказалось с приземными, приподнятыми и инверсиями свободной атмосферы в пределах слоя до 5 км. В 1385 случаях отмечалось безинверсионное состояние атмосферы. Необходимо отметить, что в отдельные сроки можно было наблюдать какой-либо один тип инверсии, либо одновременно все типы инверсий, либо их парные сочетания (приземная - приподнятая, приземная - свободной атмосферы, приподнятая - свободной атмосферы). В силу этого суммарное число инверсий всех типов, которое составляет 2307 случаев, и безинверсионных состояний (1385) превосходит общее число зондирований (3345).
Полученные материалы позволили рассмотреть повторяемость различных типов инверсий в году для дня и ночи, а также оценить статистические характеристики распределений их основных параметров -мощности, величины (перепад температуры), нижней границы приподнятых инверсий и инверсий свободной атмосферы.
Из 2307 случаев с инверсиями температуры на АС Джалал-Абад за 5 лет 1343 случая соответствуют приземным инверсиям, 573 - приподнятым и 391 - инверсиям свободной атмосферы в слое до 5 км над земной поверхностью. В табл.3.2 приведены полученные годовая и сезонные повторяемости различных типов инверсий и безинверсионных состояний.
Примем условно за инверсионное состояние атмосферы такое, когда наблюдался хотя бы один из типов инверсий (что численно равно 100% минус повторяемость дней (ночей) без инверсий). Тогда, над ЮЗК в ночных условиях в среднем для года инверсионное состояние атмосферы имеет место в 83,7% случаев. При этом основную долю, как и следовало ожидать, дают приземные инверсии (72%), тогда как наблюдающиеся одновременно и располагающиеся над ними приподнятые инверсии можно рассматривать как остаточные (или реликтовые) от прошлых суток.
В среднем для года ночью повторяемость приземных инверсий составляет 72,0%. Чаще всего они наблюдаются летом (84,3%) и осенью (73,3%) и немного реже зимой (69,4%) и весной (60,6%). Приподнятые инверсии имеют обратный сезонный ход: наиболее часты они зимой (29,6%) и осенью (16,7%), более редки весной (10,8%) и минимальны летом (3,8%), имея годовую повторяемость 15,1%. Годовое распределение инверсий свободной атмосферы схоже с годовым ходом приподнятых инверсий, максимальные значения отмечаются зимой (16,8%), а минимальные летом -3,6%, годовая повторяемость равна 11,6%.
День. В среднем для года днем повторяемость приземных инверсий составляет всего 8,3%, что однако означает, что через каждые 10-12 суток наблюдается день с приземной инверсией. Сезонный ход их выражен очень резко: максимальная повторяемость отмечается зимой и равна 25,2%, тогда как минимальная отмечается летом и составляет всего 2,5% (весной и осенью 3,3 - 3,7%). Приподнятые инверсии наблюдаются чаще: 19,1% в году с максимумом зимой (43,4%) и минимумом летом (4,2%), т.е. их сезонный ход также выражен очень резко. Инверсии свободной атмосферы днем имеют повторяемость в среднем для года (11,7%), а по сезонам (4,6% летом и 18,9% зимой) примерно такую же картину в распределении повторяемости, как и для ночи, т.е. на формирование инверсий свободной атмосферы время суток не оказывает какого-либо влияния.
Наглядное представление о годовом ходе всех типов инверсий над ЮЗК дает рис.3.2. Как видно, в ночное время суток повторяемость приземных инверсий (рис.3.2а) значительна в течение всего года (43,6 -86,4%), при этом максимум приходится на летние месяцы (81,0 - 86,4%), а минимум на февраль-март-апрель (43,6 - 64,2%). Такое уменьшение повторяемости приземных инверсий объясняется частой сменой циркуляционных условий в конце зимы и весной. В дневные часы наблюдается резкое уменьшение их повторяемости от 30,0 - 34,4% в декабре-январе до 0,7 - 6,7% в теплую половину года с марта по ноябрь. Это происходит из-за значительного прогрева воздуха днем в приземном слое, и, как правило, полного разрушения ночных приземных инверсий. Кривые годового хода приподнятых инверсий (рис.3.26) ночью и днем повторяют друг друга и имеют место четко выраженные максимумы (26,7 - 47,0%) в холодную половину года с ноября по февраль, и минимумы (2,8 - 8,4% с мая по сентябрь). Инверсии свободной атмосферы (рис.3.2в) имеют меньшую повторяемость, чем приподнятые, и она колеблется в течение года в диапазоне 2,2 — 20,5% для ночи и дня. В годовом ходе отмечается хорошо выраженный минимум в июне-сентябре (2,2 - 7,6%), а максимум в марте (20,3-22,6%).
Загрязнение атмосферы при различных скоростях ветра
Основной закономерностью ветрового режима низкогорной зоны Юго-Западного Кыргызстана является большая повторяемость затиший (0-1 м/с) и слабых ветров (2-3 м/с), в сумме составляющая до 83,5% (см.п.1.5). Следовательно, рассматриваемые ниже значения загрязнения при различных скоростях ветра должны мало отличаться от общих средних уровней загрязнения. Однако это следует подтвердить соответствующим анализом.
Для оценки загрязнения атмосферного воздуха при следующих трех градациях ветровых условий - затишьях (скорость ветра 0-1 м/с), слабом ветре (2-3 м/с), усилениях ветра ( 3 м/с) - использованы значения скоростей ветра из таблиц ТМ-1 за пятилетний период (1987-1991 гг) по двум срокам -07 и 19 ч по МС Ош. Были рассчитаны статистические характеристики эмпирических распределений загрязнения при этих ветровых условиях для всех сезонов (табл.4.2, приложение 7) и построены гистограммы (рис.4.2, 4.3) для их наглядного представления.
Затишье (0-1 м/с). Как и следовало ожидать, существенное загрязнение в г. Ош, составляющее во все сезоны и время суток 3,35 - 7,37 ПДК, обусловлено пылью. Остальные ингредиенты дают загрязнение значительно меньше, 0,56 - 2,20 ПДК (табл.4.2, рис.4.2). В целом для года при затишьях, так же как и при общих условиях, концентрация всех ингредиентов в вечерние часы в 1,4 - 1,6 раза больше утренних концентраций. По сравнению с общими условиями при затишье загрязненность воздуха пылью слабо увеличивается. В среднем за год загрязнение пылью составляет 3,73 ПДК утром и 5,86 ПДК вечером, что больше общего среднего уровня загрязнения всего на 0,5 - 1,5%.
Уровни загрязнения всех ингредиентов при затишьях отличаются умеренной и высокой изменчивостью от года к году и от сезона к сезону. Коэффициенты вариации меняются в пределах 0,43 - 1,16, кроме S02, для которого С(х) очень значительный и равен 1,29 - 1,92. Для распределений загрязнения всех ингредиентов при затишьях, так же как и распределениям общего загрязнения, присущи правая асимметрия (А(х) 1) и очень сильный положительный эксцесс (Е(х) до нескольких единиц).
Слабые ветры (2-3 м/с). В целом для года загрязненность атмосферы при слабых ветрах близка загрязненности, наблюдаемой при затишьях, что видно на рис.4.2. Также основную роль играет загрязнение пылью, 3,27 - 5,77 ПДК. Концентрации пыли и NO2 при слабых ветрах несколько уменьшаются по сравнению с общим загрязнением и с загрязнением при затишьях (в утренние часы на 2-3% для пыли и 1-7% для NO2, в вечерние - на 20-21% для пыли и 4-6% для NO2). Для фенола и SO2 в утренние часы наблюдается некоторое увеличение концентраций по сравнению с загрязнением при затишьях и при общих условиях (для фенола на 3-12%, для S02 на 25-32%), в вечерние же, наоборот, их уменьшение (для фенола на 9-19%, для SO2 на 2-6%). Для СО и утром, и вечером отмечается увеличение концентраций при слабых ветрах на 12-43%.
Сезонный ход загрязнения для пыли и диоксида серы аналогичен, максимальные значения для утра и вечера отмечаются зимой (пыль: 4,08 ПДК утро, 5,77 ПДК вечер; S02: 1,54 ПДК утро, 1,61 ПДК вечер), а минимальные осенью (пыль: 3,27 ПДК утро, 4,10 ПДК вечер; S02: 0,33 ПДК утро, 0,39 ПДК вечер). Для угарного газа наибольшие концентрации утром и вечером наблюдаются весной (1,55 ПДК и 1,99 ПДК соответственно), а наименьшие летом (0,57 ПДК и 0,73 ПДК соответственно). Для N02 максимум отмечается утром летом (1,48 ПДК), а вечером осенью (2,69 ПДК), минимум же в оба срока весной (0,94 ПДК и 1,08 ПДК соответственно). Концентрация фенола в утренние часы примерно одинакова в течение всего года (0,89...,0,96 ПДК), а вечером максимальна зимой (1,30 ПДК), а минимальна весной (0,43 ПДК).
Уровни загрязнения всех ингредиентов при слабых ветрах отличаются умеренной и высокой изменчивостью от года к году и от сезона к сезону. Коэффициенты вариации меняются от умеренных до очень значительных и равны С(х)= 0,42...,1,66. Практически все распределения загрязнения при слабых ветрах правоасимметрины и островершинны.
Ветер 3 м/с. Скоростей 3 м/с за исследуемый период отмечалось в срок 07 ч всего 29 случаев, а в срок 19 ч - 97 случаев, поэтому рассчитанные статистические характеристики не вполне надежны. Из полученных средних значений превышений концентраций при скоростях 3 м/с для года видно, что по всем ингредиентам отмечается уменьшение концентраций по сравнению с общими средними значениями, значениями при затишьях и слабых ветрах (рис.4.2). По-прежнему основным загрязнителем является пыль (2,52 - 5,40 ПДК), ее уменьшение составляет для утра 30 - 32%, для вечера 7 - 8%. Но по сравнению с концентрацией при слабом ветре для года концентрация пыли в вечерние часы, наоборот, увеличивается на 16% и составляет 5,40 ПДК. Также увеличение концентрации пыли отмечается и по сезонам: весной на 12%, летом на 40%, осенью на 26%. Это можно объяснить тем, что с усилением ветра в вечерние часы происходит дополнительный подъем пыли с сухой поверхности почвы в воздух, что и вызывает увеличения ее концентрации. Для SO2 уменьшение значительно и равно для утра и вечера 21 - 47%, для NO2 для утра 25 - 30%, для вечера 13 - 19%, для фенола для утра 29 - 37%, для вечера 6 - 24%. Для СО уменьшение по сравнению с общими средними значениями и слабыми ветрами составляет утром и вечером 14 - 23%, а по сравнению с затишьями наблюдается, наоборот, увеличение на 4 - 10%. Все это говорит о хорошем рассеивающем действии ветров со скоростями 3 м/с.
Сезонный ход двух наиболее сильных загрязнителей - пыли и NO2 при ветре 3 м/с несколько отличается от сезонного хода при общих условиях. Концентрация пыли при ветре 3 м/с наиболее высока летом (3,29 ПДК утром, 5,77 ПДК вечером), тогда как при общих условиях она максимальна как утром, так и вечером зимой (4,19 ПДК утром, 7,29 ПДК вечером). Концентрация N02 максимальна летом (1,42 ПДК утром, 2,17 ПДК вечером), а минимальна весной (0,68 ПДК и 0,86 ПДК соответственно). В целом, в г.Ош для года при скоростях ветра 3 м/с загрязнение по всем ингредиентам по сравнению с загрязнением при общих условиях снижается: пылью на 7 - 32%, диоксидом азота на 19 - 30%, фенолом на 24 -34%, оксидом углерода на 14 - 16%, диоксидом серы на 25 - 47%. Таким образом, в г.Ош загрязненность атмосферного воздуха при различных скоростях ветра обладает следующими специфическими чертами: 1. При всех градациях скоростей ветра во все сезоны и в целом за год утром и вечером основным загрязнителем атмосферного воздуха в г.Ош, как и в случае общих условий загрязнения, является пыль (1,50 - 4,08 ПДК утром и 4,11 - 7,37 ПДК вечером). Вторым по величине загрязнителем является диоксид азота (N02) - 0,68 - 1,48 ПДК утром и 0,86 - 2,69 ПДК вечером. Содержание СО и фенола примерно одинаково - утром не превышает одного ПДК (0,59 - 0,96 ПДК), а вечером повышается до 1,04 - 1,99 ПДК. Менее всего воздух загрязнен диоксидом серы - в течение года не превышает одного ПДК, кроме зимы (1,00 - 1,94 ПДК).
