Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Экология атмосферы г. Томска

ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации по теме "Экология атмосферы г. Томска"

•°ГБ ОД

2 2 ÍIÍOH 1993

На правах рукописи

Журавлев Георгий Георгиевич

ЭКОЛОГИЯ АТМОСФЕРЫ г. ТОМСКА

11.00.11 - охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Томск 1998

Работа выполнена в Томском государственном университете. Научные руководители:

- доктор географических наук, профессор В.И. Русанов;

- кандидат географических наук, доцент А.И. Кусков. Официальные оппоненты:

- доктор географических наук, профессор В.Б. Рудский;

- кандидат географических наук, доцент В.В. Хахалкин.

Ведущее предприятие - Государственный комитет по охране окружающей среды Томской области.

Защита состоится " 1998 г. в час. на засе-

дании диссертационного Совета Д.063.53.09 в Томском госуниверситете (Томск - 50, пр. Ленина 36, ауд. 154).

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ТГУ.

Автореферат разослан " _1998 г.

Отзывы на автореферат (в 2-х экз., заверенные печатью) высылать по указанному адресу ученому секретарю Совета.

Ученый секретарь диссертационного Совета

—^ Н.И. Савина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Проблема загрязнения окружающей среды имеет в настоящее время огромное значение: для дальнейшего развития цивилизации. В общей проблеме загрязнения и защиты окружающей среды наиболее важное значение имеют вопросы охраны атмосферного воздуха. Это вызвано целым рядом неблагоприятных последствий от загрязнения атмосферного воздуха. Загрязнение атмосферного воздуха оказывает отрицательное воздействие на человека, животный и растительный мир, конструкции и материалы. Это особенно заметно на урбанизированных территориях, где проживает около 75% населения и сосредоточены основные национальные богатства. Большое разнообразие загрязняющих веществ и множество источников, генерирующих эти загрязнения, обуславливает сложность и недостаточную разработку этой проблемы, несмотря на значительное количество работ, посвященных этой проблеме.

Во многих городах нашей страны в последние два десятилетия развернута мониторинговая сеть наблюдений за загрязнением атмосферного воздуха. В целом, концепция мониторинга рассматривается как многоуровневая информационная система, включающая в себя следующие основные уровни:

1) наблюдение за состоянием загрязнения атмосферы с целью получения количественной информации;

2) оценка пространственно-временной изменчивости качества воздушной среды урбанизированной территории города;

3) разработка прогнозов загрязнения атмосферы с учетом выявленных пространственных и временных аспектов;

4) обоснование и разработка оптимальных природоохранных мер.

Приведенную схему мониторинга целесообразно использовать и для

других природных сред, что позволяет увязывать в единое целое картину загрязнения природы на территории города. Следует отметить, что уровни мониторинга связаны между собой и требуют последовательности в их выполнении. В настоящее время при реализации мониторинга практически используется лишь первый уровень. Последующие уровни, связанные с бо-

лее глубокой проработкой эмпирической информации, методически недостаточно обеспечены и соответственно не реализованы. Отсутствие необходимой информации о пространственно-временной изменчивости качества воздушной среды в управленческих решениях приводило к тому, что разработанные для города Томска Генеральные схемы его развития не учитывали этого важнейшего элемента. Без оценки изменений качества воздуха в различных временных масштабах невозможно обоснованно планировать размещение жилых массивов, промышленных зон и иных градообразующих объектов.

Цель и задачи исследования. Цель исследования - пространственная и временная оценка уровня загрязнения атмосферы г. Томска, подходы к выявлению предприятий, влияющих на повышенные уровни загрязнения, рационализация наблюдательной сети за загрязнением атмосферы.

Для достижения указанной цели последовательно решались следующие задачи:

■ формирование архива по загрязнению атмосферы города основными примесями (пыль, диоксиды азота и серы, оксида углерода) и соответствующими метеорологическими данными на технических носителях; в разделение совокупности измеренных значений концентраций загрязнений на группы по уровню концентрации и влияние этого разделения на расчетные характеристики качества воздушной среды; в выделение аномальных значений концентраций и оценка их влияния на

характеристики рядов загрязнений; . . в выявление пространственной структуры загрязняющих веществ в атмосфере города;

в определение динамики загрязнения атмосферы в пунктах наблюдения для

различных временных масштабов; в оценка пространственно-временной изменчивости концентраций для территории города;

в оценка связи уровней загрязнения на измерительных пунктах с некоторыми метеорологическими величинами.

Научная новизна исследования заключается в следующем: в показано, что за счет большого количества случаев с нулевой концентрацией загрязнителей при стандартной методике обработки происходит занижение уровней концентрации загрязнителей;

в оценено влияние "выбросов" концентрации загрязнителей на характеристики качества среды; в составлены карты-схемы распределения концентраций различных загрязнителей по территории города; в дана оценка характеристикам динамики загрязнений атмосферы в пунктах наблюдения города для различных временных масштабов; В выявлены тенденции изменений концентраций загрязнений по территории города;

в показана эффективность использования характеристик ветра на измерительных пунктах для выявления направлений с различными уровнями загрязнений.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Разделение исходной выборки данных о загрязнении атмосферы на две: с наличием и отсутствием нулевых значений загрязнений в выборке.

2. Выявление аномальных концентраций и оценка их роли в характеристике качества атмосферы.

3. Разложение и характеристика рядов концентраций по временному признаку, выявление роли каждой составляющей в формировании изменчивости концентрации примесей.

4. Оценка связности рядов концентраций загрязнителей в различных пунктах города.

5. Подход к выявлению предприятий, влияющих на повышенный уровень загрязнения.

Практическое значение работы. Практическая ценность работы заключается в том, что ее результаты являются одним из этапов экологического мониторинга загрязнения атмосферы г. Томска и могут быть использованы:

а) при разработке и оценке природоохранных мероприятий;

б) при районировании территории города по степени загрязнения атмосферы с целью строительства и реконструкции микрорайонов города;

в) оценке влияния загрязнения атмосферы на здоровье человека;

г) предлагаемые в работе подходы могут быть. использованы при решении подобных задач в других регионах России.

Апробация работы и публикации. Основные результаты отдельных разделов докладывались на Всесоюзном Совещании "Гидрометеорологическая наука народному хозяйству Сибири" в г. Новосибирске в 1979 году; на VIII научной конференции " Географические исследования восточных районов СССР" молодых географов Сибири и Дальнего Востока в г. Иркутске в 1981 году; на Всесоюзной конференции " Комплексные гигиенические исследования в районах интенсивного промышленного освоения" в г. Новокузнецке в 1982 году; на конференции " Проблемы геологии Сибири" в г. Томске в 1996 году; на Втором Сибирском совещании по климато- экологическому мониторингу в г. Томске в 1997 году; на научно-практической конференции, посвященной 40-летию кафедры гидрологии Томского государственного университета в ноябре 1997 года; на научной конференции, посвященной 120-летию основания Томского государственного университета 14 апреля 1998 года..

По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ. Перечень публикаций приведен в конце автореферата.

Исходный материал. Исходными материалами для исследования послужили данные наблюдений за атмосферными загрязнениями Томского ЦГМ за период с 1981 по 1995 годы, архивные материалы кафедры метеорологии и климатологии Томского госуниверситета и Томского областного комитета по охране окружающей среды. Схема расположения постов наблюдения за загрязнением атмосферы приведена на рис.1.

Объем и структура диссертации. Диссертация общим объемом 212 страниц состоит из введения, шести разделов, заключения, списка литературы и приложения. В основной части работа содержит 146 страниц текста. Список литературы включает 225 источников российских и зарубежных авторов. Приложение занимает 45 страниц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении значительное внимание уделено обоснованию актуальности темы, поставлены цели и задачи исследования, ее научное и практическое значение. Приводятся сведения об используемых материалах.

ПЛАН-СХЕМА

РАСПОЛОЖЕНИЯ ПОСТОВ НАБЛЮДЕНИЯ ЗА ЗАГРЯЗНЕНИЕМ НА ТЕРРИТОРИИ г.ТОМСКА

тгг—гг—----■•'"-'-'.". -ттг?

Условные обозначения:

□ Пункты наблюдения за загрязнением Реки

Пром л лощадки < Зеленые зоны [~~1 Кварталы

1000 2000 3000 !

Масштаб: 1:50000

Рис.1. Схема расположения постов наблюдения за загрязнением атмосферы в г. Томске.

В первом разделе выполнен обзор работ, посвященных основным закономерностям распространения атмосферных загрязнений в городах. Рассмотрена зависимость уровней загрязнения от массы выбросов, высоты источников, рельефа местности, расстояния от источника выбросов до места отбора проб. Показано, что увеличение массы выбросов не всегда определяет увеличение приземной концентрации в городе.

Из литературных источников следует, что зависимость концентраций от направления и скорости ветра проявляется четко лишь в тех городах, где промышленность сосредоточена в какой-то одной части города, в противном случае найти эту зависимость довольно сложно. Кроме этого рассмотрено влияние на характеристики загрязнений стратификации атмосферы, температуры воздуха, осадков, туманов, а так же комплексной характеристики -синоптических процессов. Общий вывод из приведенных работ заключается в том, что зависимости атмосферных загрязнений от рассмотренных факторов имеют очень сложный характер, связи между ними оказываются недостаточно тесными, часто одни и те же условия могут оказывать различное влияние на степень загрязнения в зависимости от вида источника. В результате чего в городах формируется весьма пестрая картина распределения поля загрязнения, для исследования закономерностей распределения примесей в условиях каждого конкретного города необходимо учитывать реально существующую внутригородскую циркуляцию.

Во второй разделе дается краткая физико-географическая характеристика объекта исследования. Наличие крупных лесных массивов в окрестностях г. Томска и многоэтажных домов обуславливает значительную макрошероховатость поверхности, что способствует некоторому снижению скорости ветра в городе по сравнению с открытой местностью. Различие в высотных отметках и формах рельефа, ориентация р. Томи и городских улиц непосредственно влияют на микроклимат соответствующих участков города, в первую очередь на ветровой режим, который является одним из важных факторов рассеяния атмосферных примесей. Здесь же приведено краткое описание программы наблюдений, расположение пунктов по отбору проб, а так же дается характеристика используемых материалов.

В третьем разделе рассматриваются статистические характеристики концентраций загрязнителей атмосферного воздуха. В массивах концентра-

ций загрязнений присутствует значительное количество случаев, когда концентрация примеси равна нулю, либо по причине полного отсутствия, либо по причине недостаточной чувствительности используемых методов определения концентраций. Возникает ситуация, когда требуется определить, относить эти случаи к рассматриваемой выборке или нет. Включение "нулевых" случаев значительно снижает среднюю концентрацию примесей, создает иллюзию более благополучной ситуации. Поэтому для создания более достоверной картины расчет статистических характеристик производился для двух случаев: по полной выборке и по выборке с удаленными нулевыми значениями концентраций. Анализ полученных результатов показывает, что средние значения концентраций рассчитанные по полной и ограниченной выборкам различаются для пыли и диоксида азота в два раза, для диоксида серы в четыре раза, несколько меньшее различие для оксида углерода.

Расчет вероятностных характеристик загрязнений для полной и ограниченной выборок производился для большей наглядности в долях предельно допустимых концентраций (ПДК). Для г. Томска вероятность превышения 1 ПДК для различных пунктов составляет для пыли величину от 10.2 до 29.4% (24^48.7%), для М02 от 3 до 31.2% (6.5441.7%), для Б02 от 2.17 до 3% (5.36-ь9.5%), для СО от 0.1 до 3.3% (0.15-^3.9%). В скобках приведены значения для ограниченной выборки. Также встречаются концентрации, превышающие ПДК в 6-9 раз, вероятность их незначительна 0.03-5-0.41%.

Для характеристики пространственного распределения средних концентраций примесей были построены карты-схемы. Распределение концентраций для полной и ограниченной выборок имеет аналогичную структуру, различается только относительный уровень. Из анализа полученных распределений можно сделать выводы о загрязнении различных районов города, при этом наиболее загрязненным является район манометрового завода.

При измерениях концентраций загрязнителей атмосферы, особенно при массовых измерениях и больших вариациях полей концентраций могут встречаться экстремально высокие (аномальные или выбросы) значения концентраций, которые искажают статистические характеристики, особенно дисперсию. Поэтому представляло интерес оценить влияние аномальных

концентраций на средние значения и дисперсию для эмпирических выборок загрязнителей в г. Томске, а также выявить уровни концентраций, выше которых их значения можно считать аномальными. Для выявления аномалий были использованы робастные процедуры оценивания: винзоризованные и усеченные. Применение робастных процедур приводит, как правило, к изменению (уменьшению) оценки среднего значения, стандартного отклонения и длины доверительного интервала. Порядок винзоризации (§) изменялся от О до 40. В таблице приведены полученные пределы аномалий.

Таблица. Пределы аномалий концентраций (мг/м3) для основных примесей в г. Томске.

пнз Оксид угле- Диоксид Диоксид Пыль

рода азота серы

ПНЗ-2 5.0 0.18 0.15 1.3

ПНЗ-5 9.0 0.32 0.19 2.8"

ПНЗ-7 5.0 0.28 0.18 1.2

ПНЗ-11 3.0 0.14 0.17 1.3

Распределение уровней аномалии подтверждает пространственное распределение концентраций загрязнения: в районе манометрового завода эти величины имеют более высокое значение.

В четвертом разделе рассмотрена динамика изменения концентраций загрязнителей. Прежде, чем искать механизмы, приводящие к колебаниям режима загрязнения приземного слоя воздуха, необходимо оценить временные масштабы этих колебаний и выявить роль различных масштабов в результирующих изменениях. Для оценки возможных состояний загрязнения атмосферы и выявления их динамики используют временные ряды. Каждый член временных рядов представляет собой осредненную за некоторый промежуток времени концентрацию примеси, масштаб осреднения меняется от десятков минут (срочные наблюдения) до нескольких лет. При построении временных рядов в качестве основной предпосылки использовалось предположение, то значения концентрации примеси, обусловленные процессами меньшего масштаба, колеблются около величин, сформированных процессами большего масштаба. Так среднегодовое значение концентрации примеси колеблется относительно долговременного тренда, средне-

месячные значения около среднегодовых концентраций и т.д. Анализ результатов показывает, что наибольшие изменения концентраций загрязнителей определяются внутрисуточными и внутримесячными масштабами колебаний. Так дисперсия концентрации оксида углерода на 87-92 % обусловлена этими масштабами. Аналогичные результаты получены для пыли и диоксида азота, несколько меньшие значения диоксида серы (61-75 %). Отмечается тот факт, что доля внутримесячных изменений выше, чем внутрису-точных.

Для целей долгосрочного прогнозирования природоохранных мероприятий наибольший интерес представляют внутригодовая, межгодовая и, особенно, трендовая составляющие. Во-первых, тренд характеризует уровень загрязнения атмосферы. Остальные компоненты лишь совершают колебания около тренда, формируя флуктуации различного масштаба. Во-вторых, тренд указывает на тенденцию изменения концентрации загрязнителя или на частоту его появления в атмосфере города.

Для описания трендов нами использовался полином второй степени. Тренды ка всех ПНЗ характеризуются различным характером поведения. В качестве примера на рисунке 2 приведен график трендов для оксида углерода. Из анализа данных следует, что концентрация оксида углерода за последние 15 лет неуклонно снижалась. Средний уровень концентрации не превышает ПДК. Временные ходы трендов для выбранных пунктов измерения почти синхронны. Также были получены тренды и для других ингредиентов. Для большинства рассмотренных загрязнителей и пунктов города долгопериодная составляющая является хорошим индикатором, отражающим не только качество воздушной среды, но и тенденцию его изменения. На рис.2 кроме долговременных трендов концентраций, средней концентрации по городу приведены данные, отражающие выбросы в атмосферу соответствующих ингредиентов от промышленности (Мп), автотранспорта (Ма) и суммарные выбросы (М). Проводя совместный анализ приведенных данных, нельзя не обратить внимание на некоторую несогласованность в ходе изменения указанных величин во времени. Причина такой несогласованности объясняется тем, что данные о выбросах получены на основании технологических производственных данных (расчетным путем при условии полного соблюдения технологических циклов, что, как известно, далеко не

всегда выполняется; методика оценки выбросов автотранспорта неоднократно менялась). Поэтому получить определенные выводы о влиянии массы выбросов на формирование долгопериодных составляющих не представилось возможным.

Рис.2. Долговременные тренды концентрации, средняя концентрация по городу и объем выбросов оксида углерода в атмосфере г. Томска.

Задача выявления изменений концентрации загрязнителя в течение суток (суточного хода) по данным стандартной измерительной сети в полной мере для г. Томска не решаема, что связано с отсутствием информации о концентрации загрязнителей в период с 19 часов текущих суток до 7 часов следующих суток ( т.е. за ночную часть суток). Однако выявить изменение концентрации в наиболее активный период деятельности человека с 7 до 19 часов текущих суток вполне возможно. Выделение суточного хода показало, что в зависимости от вида примеси имеются различия в изменении концентраций. При рассмотрении суточного хода концентрации загрязнителей обращает внимание некоторое превышение концентраций в 13 час. срок, которое не имеет статистической значимости.

Выделение сезонной составляющей показывает, что наиболее четко выражена она выражена для концентрации и вероятности пыли (Рис. 3).. Начиная с апреля и по октябрь наблюдаются повышенные уровни вероятности и концентрации пыли на всех без исключения пунктах наблюдения. Это

можно объяснить в первую очередь сезонными сходами снежного покрова, когда оголяется почвенный покров, а также степенью благоустройства города. Сезонный ход для других более сложен и не имеет четко выраженного годового цикла.

В пятом разделе дана оценка связности рядов концентраций различных временных масштабов по пунктам города. Вследствие формирования полей загрязнений под влиянием большого количества факторов они являются крайне изменчивыми как во времени, так и в пространстве. Для характеристики связности между собой рядов концентраций в различных пунктах города были получены коэффициенты корреляции для срочных, суточных и месячных временных интервалов. Значения коэффициентов корреляции для срочных значений изменялись от 0.16 до 0.47, суточных - от 0.27 до 0.63, месячных - от 0.28 до 0.88. При анализе значений коэффициентов корреляции для различных ингредиентов и различных временных масштабов, обращают внимание следующие особенности:

а) наименьшей связностью обладают ряды концентраций диоксида азота, наибольшей связностью ряды диоксида серы;

б) с увеличением масштаба осреднения пространственная связность рядов концентраций имеет тенденцию к увеличению (за исключением пыли), очевидно за счет сглаживания высокочастотных пульсаций.

Для месячных рядов концентраций угарного газа, пыли и диоксида серы были найдены уравнения регрессии. При нахождении уравнений регрессии в качестве факторного признака (предиктора) использовалась концентрация загрязнителя на ПНЗ-2, в качестве результативных признаков (предиктантов) принимались значения концентрации на остальных пунктах. Для примера соответствующая диаграмма рассеяния и уравнение регрессии для диоксида серы приведена на рис. 4.

Уравнение регрессии = ,00486 + ,97048 * g2 Корреляция : г = ,91418

0,24

м 0,20

I о.«

я

& 0,12

к

О!

£ 0,08

« 0,04 0,00

0,00 0,04 0,08 0,12 0,16 0,20 Концентрация g2

Рис.4. Уравнение регрессии и коэффициент корреляции между рядами среднемесячных концентрации диоксида серы на ПНЗ-2 и 5.

Анализ пространственных корреляционных функций (ПКФ) для различных ингредиентов и различных временных масштабов осреднения (суточные и месячные) показывает, что они хорошо аппроксимируются экспоненциальной функцией. Это позволяет поводить интерполяцию концентраций загрязнителей по территории города.

Оценки изотропности производилась для суточных и месячных значений концентраций. Зависимости корреляции от направления для суточных и месячных значений концентраций имеют форму, приближающуюся к форме эллипсов. Большие оси ориентированы в направлении преобладающего переноса воздушных масс (для Томска юго- западные направления), для суточных значений диоксида азота большая ось имеет несколько другое на-

правление (ЮВ). При малых расстояниях анизотропия проявляется мало, при увеличении расстояния быстро возрастает. Это позволяет сделать вывод, что для не больших расстояний (5-6 км) имеет место локальная изотропия.

Применение традиционных способов определения взаимосвязи между переменными не всегда дает приемлемые результаты, так как полученные корреляционные связи часто имеют недостаточно большую величину для надежного обоснования полученных закономерностей. Часто в таких случаях используют метод разложения полей различных величин на естественные ортогональные составляющие (ЕОС). Первый член разложения указывает на одновременное повышение или понижение концентраций на всех постах и связан с крупномасштабными процессами, охватывающими весь город целиком. Последующие члены характеризуют другие более частные особенности, масштаб процессов связанных с ними значительно меньше - это локальная, внутригородская изменчивость (за счет направленного переноса примеси и т.п.). Анализ данных показывает, что первый член разложения для месячных отклонений концентраций описывает от 46 до 91 % общей изменчивости концентраций ингредиентов, первые два члена от 67 до 96 %. Аналогичные результаты получаются и для среднесуточных отклонений концентраций: первый член определяет от 45 до 72 % общей изменчивости, первые два члена - 64-92 %■ Необходимо отметить, первая компонента для диоксида азота содержит меньше информации, чем для других ингредиентов. Возможная причина пониженной информативности состоит в том, что выбросы диоксида азота происходят как от низких так и от высоких источников, доля которых примерно одинакова, а условия, определяющие рассеивание для высоких и низких источников, часто противоположны.

Близость первых ЕОС для различных ингредиентов означает, что при изменении уровня общегородского загрязнения соотношения между концентрациями основных примесей на различных пунктах оказываются достаточно близкими. Для оценки связности ЕОС и исходных рядов концентраций были рассчитаны коэффициенты корреляции между ними. Наибольшие значения (г = 0.7 - 0.8) коэффициенты корреляции в подавляющем большинстве случаев имеют с первой ЕОС. Высокие значения коэффициентов корреляции позволяют строить регрессионную модель с небольшим количеством

отобранных новых переменных - естественных ортогональных составляющих. Таким образом, анализируя предварительные результаты применения метода разложения на ЕОС, можно отметить, что он позволяет сократить размерность описываемых полей, а также открывает перспективу для разработки схем статистического прогнозирования полей концентраций.

В шестом разделе дана оценка связности уровней загрязнения с некоторыми метеорологическими величинами. Для выявления связи концентраций загрязнителей от температуры и влажности воздуха, от характеристик ветра в г. Томске использовались ряды срочных значений концентраций ингредиентов. Значения метеорологических величин измерялись одновременно с отбором проб воздуха на ПНЗ. Оценка связности рядов проводилась методами регрессионного и корреляционного анализа.

Анализ полученных результатов показывает, что ряды концентраций диоксида азота, серы, оксида углерода слабо зависят метеорологическими величин. Наибольшую величину зависимости от метеопараметров отмечаются для пыли, для различных пунктов коэффициенты корреляции имеют величину 0.19+0.45.

Более подробно рассмотрено использование характеристик ветра для выявления направлений с повышенными уровнями загрязнений на кйждом конкретном пункте отбора проб. Для этих целей была разработана соответствующая методика обработки данных наблюдений за уровнями загрязнений и характеристиками ветра. Построены графики в координатах скорости ветра, которые при наложении на карты города позволяют идентифицировать предприятия, вносящие наибольший вклад в загрязнение соответствующего района, а также оценить соответствующие этим направлениям скорости ветра.

В качестве иллюстрации на рис.5 приведен график зависимости положительных аномалий для диоксида азота на ПНЗ-5 (манометровый завод). Буквами N и Б соответственно обозначены северное и южное направления. Квадратом обозначен ПНЗ, он находится в центре используемой координатной сетки. Изолинии проводились со значений, соответствующих среднегодовому уровню загрязнения и выше (положительные аномалии). Скорость и направление ветра, соответствующие выделенным очагам повышенного за-

грязнения, определяются по координатам этих очагов. Для всех без исключения пунктов выделяются устойчивые направления и скорости ветра, при которых отмечаются повышенные уровни загрязнения диоксидом азота.

Так для ПНЗ-5 все западные, юго-западные и северо-западные направления ветра со скоростями, превышающими 5 м/с обуславливают повышенные уровни загрязнения. Это связано с тем, что в этих направлениях от ПНЗ-5 находится Комсомольский тракт с интенсивным движением транспорта, который также можно рассматривать как линейный источник выбросов. При юго- юго-восточных ветрах и скоростях 7-9 м/с также на ПНЗ-5 отмечаются положительные аномалии загрязнения. Это связано с выбросами манометрового завода. С северо-восточными направлениями ветра и скоростями выше 8 м/с связана автобаза, представляющая обширный площадной источник повышенных уровней загрязнения.

мг/куб.м.

15.0 м/с

Рис.5. Распределение положительных аномалий (мг/м3) диоксида азота в зависимости от скорости и направления ветра. ПНЗ-5.

Для ПНЗ-7 неблагоприятным направлением ветра является северозападное, причем в этом направлении выделяются два очага загрязнения. Для первого характерной скоростью является 8 м/с, для второго - 4 м/с. Учитывая, что эти очаги практически лежат на одной прямой, можно предположить, что они сформированы на территории авторемонтного завода высоким и низким источниками выбросов, в этом же направлении находится автотрасса с интенсивным грузовым движением. В северо- северо-восточном направлении при скоростях ветра 4-5 м/с отмечается источник выбросов, который можно идентифицировать с находящимся в том направлении бетонным заводом.

Повышенные уровни концентрации диоксида азота на ПНЗ-11 в основном формируют выбросы завода измерительной аппаратуры, при этом максимальные концентрации отмечаются при южном и -юго-западном па-правлениях ветра со скоростью около 7-9 м/с. При северо- северо-западном направлении и скорости ветра 7 м/с повышенный уровень загрязнения определяет котельная завода резиновой обуви (ТЗРО). На северо-западе располагается еще один источник загрязнения, принадлежащий хлебозаводу.

На ПНЗ-2 повышенные концентрации в основном связаны с потоками автотранспорта. Очаг повышенного уровня загрязнения, расположенный на западе- северо-западе обусловлен движением автотранспорта по проспекту и площади Ленина. Второй очаг, расположен в юго-восточном направлении и определяется движением транспорта по Набережной р. Ушайки. Третий очаг расположен в южном направлении, его влияние сказывается при скоростях ветра 8-10 м/с, сформирован выбросами автотранспорта при движении по ул. Батенькова.

В результате проделанной работы выяснилось, что большинство повышенных уровней загрязнения диоксидом азота обусловлено не штилями, а ветрами в диапазоне скоростей от 5 до 10 м/с. Применение предложенного метода для большинства ситуаций позволяет идентифицировать повышенные концентрации с конкретными загрязняющими объектами. Аналогичные результаты по указанной методике были получены и для других ингредиентов.

В заключении представлены основные выводы работы:

1. Стандартные приемы обработки эмпирических рядов концентрации загрязнителей занижают средние значения загрязняющих веществ в городе в 2-4 раза, что существенно уменьшает оценку антропогенной опасности загрязнения атмосферы;

2. Построены карты-схемы распределения загрязнителей для полной и ограниченной выборок (мг/м3) за указанный период Анализ показывает, что наиболее загрязнённым районом города является район манометрового завода (ПНЗ-5), то связано с близостью транспортных магистралей и ГРЭС-2.

3. Использование робастных процедур позволило выявить влияние аномальных значений концентраций загрязнителей и определить для каждого пункта критерии аномальности;

4. Наибольшие изменения концентраций загрязнителей определяются внут-рисуточными и внутримесячными масштабами колебаний (61 -ь 92 % дисперсии);

5. Сезонный ход концентрации загрязнителей и вероятности загрязнения имеет ярко выраженный характер только для пыли, для других ингредиентов он не выражен;

6. Изучена динамика концентраций загрязняющих веществ в атмосфере г. Томска с 1981 по 1995 гг., которая показала, что уровень загрязнения атмосферы пылью в течение всего рассматриваемого периода был высоким на всех пунктах и имеет лишь небольшую тенденцию к снижению; загрязнение диоксидом азота имеет тенденцию к увеличению на ПНЗ-2 (пл. Ленина) от 1 до 1.4 ПДК и на ПНЗ-5 (манометровый завод) от 1 до 2.3 ПДК, на ПНЗ-11 (завод измерительной аппаратуры) наблюдается уменьшение с 1.4 ПДК в 1981 году до 0.9 ПДК в 1995 году; степень загрязнения оксидом углерода постепенно уменьшалась до 1991-1992 гг., затем наметилось некоторое повышение; наиболее резкие изменения концентраций в течение рассматриваемого периода для всех пунктов наблюдения происходили с диоксидом серы - постоянное уменьшение концентраций с 2.2 -2.4 ПДК в 1981 году до 0.01 ПДК в последние годы периода.

7. Связность рядов концентраций загрязнителей зависит от масштаба осреднения и имеет тенденцию к росту с его увеличением, наибольшую связность имеют ряды диоксида серы, наименьшую - диоксида азота;

8. Разложение полей концентраций на ЕОС показывает, что 1 и 2 ЕОС (компоненты) описывают 67-96 % дисперсии для месячных значений и 65-84 % дисперсии для суточных значений концентраций загрязнителей; связность первой ЕОС и исходных рядов имеет высокое значение (0.57-^0.97) и может использоваться для разработки схем прогнозирования загрязнений;

9. Линейная корреляция между рядами загрязнителей и метеорологическими величинами имеет небольшую величину, поиск зависимостей требует дальнейших исследований;

10. Разработанный приём, использующий характеристики ветра, можно использовать для выявления источников, оказывающих наибольшее влияние на уровень загрязнения на каждом из пунктов.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:

1. Журавлев Г.Г. Структура бездождных периодов Томской области // Сб. Влияние техногенных загрязнений на состояние биосферы и здоровье человека. - Томск: Изд-во ТГУ, 1979,- С. 67-74.

2. Бордовская Л.И., Журавлев Г.Г., Кусков А.И. Теоретическое и экспериментальное исследование структуры загрязнения воздушного бассейна г. Томска // Сб. Влияние техногенных загрязнений на состояние биосферы и здоровье человека. - Томск: Изд-во ТГУ, 1979.- С. 60-66.

3. Журавлев Г.Г. Об оценке загрязнения атмосферы в Томской области как факторе рационального размещения промышленности //Географические исследования восточных районов СССР. Тез. докл. VIII научной конференции молодых географов Сибири и Дальнего Востока, 8-9 апреля 1981 г. - Иркутск, 1981. - С. 149-150.

4. Журавлев Г.Г. Метеорологические условия загрязнения атмосферы в г. Томске // Комплексные гигиенические исследования в районах интенсивного промышленного освоения. Тез докл. Всесоюзной научной конференции 27-28 октября 1982 г. Часть II. - Новокузнецк, 1982. - С.136-137.

5. Журавлев Г.Г., Кусков А.И. Оценка коррозионной агрессивности атмосферы г. Томска // Проблемы геологии Сибири. Тез. докл. Научной конференции, посвященной 75-летию геологического образования в Томском госуниверситете 3-5 апреля 1996 г. Том 2. - Томск, 1996,- С. 302-304.

6. Журавлев Г.Г., Кусков А.И. Загрязнение атмосферы г. Томска и ее связь с коррозией некоторых металлов // Тез. докл. II Сибирского совещания по климато-экологическому мониторингу 16-18 апреля 1997г. - Томск, 1997.- С АО

7. Журавлев Г.Г., Кусков А.И. Динамика загрязнения атмосферы г. Томска // Тез. докл. II Сибирского совещания по климато-экологическому мониторингу 16-18 апреля 1997г. - Томск, 1997,- С. Ы - Ъ&.

8. Журавлев Г.Г., Кусков А.И. Оценка тенденций загрязнения атмосферы г. Томска //Гидрологические исследования в Сибири. Материалы научно-практической конференции, посвященной 40-летию кафедры гидрологии Томского государственного университета, 14 ноября 1997 г. - Томск, 1997.- С. 20-24.

9. Журавлев Г.Г., Кусков А.И. Использование характеристик ветра для выделения направлений с повышенным уровнем загрязнения//Актуальные вопросы геологии и географии Сибири. Материалы научной конференции, посвященной 120-летию основания Томского государственного университета 1-4 апреля 1998 года. Т.4. - Томск, 1998. - С. 117-119.

Заказ ¿24 Тираж У^ экз. . УШ ^ 29, Никитина, 4