Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Математическое моделирование осредненных характеристик загрязненности воздушного бассейна территорий, прилегающих к мегаполису

ВАК РФ 25.00.36, Геоэкология

Автореферат диссертации по теме "Математическое моделирование осредненных характеристик загрязненности воздушного бассейна территорий, прилегающих к мегаполису"

ад - А

На правах рукописи

УДК 501.5510.42:551.513

ЧИХОНАДСКИХ Елена Александровна

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ОСРЕДНЕННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЗАГРЯЗНЕННОСТИ ВОЗДУШНОГО БАССЕЙНА ТЕРРИТОРИЙ, ПРИЛЕГАЮЩИХ К МЕГАПОЛИСУ

Специальность 25.00.36 - Геоэкология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 2003

Работа выполнена в Российском Государственном гидрометеорологическом университете

Научный руководитель - доктор географических наук старший

научный сотрудник КОМАРОВ B.C.

Официальные оппоненты - доктор технических наук профессор

АЛЕШИН И.В.

кандидат технических наук доцент ВЕСЁЛКИН М.Г.

Ведущая организация - Научно-исследовательский центр

дистанционного зондирования атмосферы — филиал ГГО им. А.И.Воейкова

Защита состоится_декабря 2003 года в 15 часов 30 минут на

заседании диссертационного совета Д 212.197.03 при Российском Государственном гидрометеорологическом университете по адресу: 195196, Санкт-Петербург, К-196, Малоохтинский проспект, дом 98.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Российского Государственного гидрометеорологического университета

Автореферат разослан "_" ноября 2003 года

Ученый секретарь Совета по защите диссертаций Д 212.197.03 доктор технических наук, профессор

П.П. БЕСКИД

РОС. НАЦИОНАЛЬНА*! БИБЛИОТЕКА I С Петербург ^, л |

о»

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

В современном мире экологические проблемы по своему общественному значению вышли на одно из первых мест. К концу XX в. загрязнение окружающей среды отходами, выбросами, сточными водами всех видов промышленного производства, сельского хозяйства, коммунального хозяйства городов приобрело глобальный характер и поставило человечество на грань экологической катастрофы. По оценке Всемирной организации здравоохранения, из более чем 6 млн. известных химических соединений практически используется до 500 тыс. соединений; из них около 40 тыс. обладают вредными для человека свойствами, а 12 тыс. являются токсичными.

Загрязнение окружающей среды происходит весьма неравномерно. Основные очаги антропогенного воздействия на природу расположены в регионах с развитой промышленностью, максимальной концентрацией населения и интенсивным сельскохозяйственным производством. Атмосферные выбросы большого города (оксиды углерода, серы, азота, углеводороды, пыль) переносятся на большие территории, создавая экологическую напряженность.

В связи с этим задача оценивания экологических последствий антропогенных воздействий на экосистемы в настоящее время приобретает все большую актуальность. Особенно острой эта проблема является для районов с интенсивным развитием промышленности, таких, как районы расположения мегаполисов. Причем для территорий, прилегающих к мегаполисам, эта задача приобретает особое значение, так как, в отличие от искусственных экосистем крупного города, экосистемы окрестностей мегаполиса, в большинстве своем, являются естественными. Это обстоятельство предопределяет то, что, с одной стороны, последние более чувствительны к антропогенной нагрузке на природную среду7 а с другой^ имеют гораздсГменьший ресурс самовосстановления в силу своей сложной внутренней организации.

В последние десятилетия проблема оценивания антропогенных воздействий на природную среду широко изучается. Большая заслуга в разработке подходов к разрешению этой проблемы и методов решения задач, возникших в ее русле, принадлежит таким ученым, как Г.И. Марчук, М.Е. Берлянд, Д.Л. Лайхтман, Е.Л. Генихович и др. Однако, несмотря на значительные усилия, предпринятые по разрешению данной проблемы, одна из важных и актуальных задач, а именно анализ долгосрочных воздействий и оценивание осредненных за длительный срок характеристик загрязненности атмосферы, не имеет еще своего окончательного решения. 3

Очевидно, что решение этой задачи невозможно без построения модели процесса формирования полей концентрации загрязняющих веществ, в которой бы корректно учитывались климатические особенности рассматриваемого региона. На основе такой модели могут быть получены средние (климатические) характеристики техногенной нагрузки на окружающую природную среду с целью их последующего использования как для формирования перечня безотлагательных мер, направленных на оздоровление ситуации, так и в качестве информационной основы для планирования развития инфраструктуры мегаполиса.

Таким образом, актуальность темы диссертационной работы определяется следующими обстоятельствами:

— усилением антропогенной нагрузки на природную среду в районах расположения мегаполисов и, как следствие, повышением роли задач перспективного планирования этой нагрузки;

— необходимостью разработки методов оценивания осредненных за длительный срок характеристик загрязненности атмосферы с учетом климатических характеристик;

— потребностью в дальнейшем исследовании физических процессов переноса загрязнений в атмосфере большого города.

В соответствии с вышесказанным, диссертационная работа имеет своей целью построение имитационной модели процесса формирования полей концентрации загрязняющих веществ, предназначенной для оценивания среднесезонных и среднегодовых характеристик степени загрязненности воздушного бассейна территорий, прилегающих к мегаполису.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи исследования:

1) проанализировать состояние проблемы оценивания влияния мегаполиса на загрязнение воздушного бассейна прилегающих территорий;

2) оценить вероятностные характеристики полей ветра и температуры в Санкт-Петербурге по результатам температурно-ветрового зондирования с высоким вертикальным разрешением;

3) разработать физико-статистические модели эволюции скорости ветра и вертикального распределения температуры для генерации реализаций их временных рядов;

4) обосновать гидродинамическую модель переноса загрязнений в атмосфере мегаполиса для ее использования при оценивании средних характеристик загрязненности воздушного бассейна;

5) разработать имитационную модель процесса формирования полей концентрации загрязняющих веществ;

6) провести численные эксперименты и проанализировать их результаты;

7) разработать метод оценивания среднесезонных и среднегодовых характеристик степени загрязненности воздушного бассейна территорий, прилегающих к мегаполису, и практические рекомендации по его использованию.

Основные научные результаты и их новизна состоят в

следующем:

1) на основе уникальных данных температурно-ветрового зондирования атмосферы получены оценки вероятностных характеристик полей ветра и температуры в Санкт-Петербурге, имеющие высокое разрешение по вертикали;

2) построены физико-статистические модели временных рядов параметров, определяющих условия переноса загрязняющих веществ в воздушном бассейне, а именно ветра и температурной стратификации атмосферы, позволяющие получать реализации их временных рядов на временных отрезках от сезона до года;

3) разработана имитационная модель процесса формирования полей концентрации загрязняющих веществ в воздушном бассейне мегаполиса и его окрестностей, позволяющая корректно учитывать климатические характеристики региона при получении среднесезонных и среднегодовых оценок степени загрязненности воздушного бассейна;

4) разработан метод оценивания среднесезонных и среднегодовых характеристик степени загрязненности воздушного бассейна территорий, прилегающих к мегаполису.

Указанные результаты диссертационных исследований в совокупности выносятся на защиту как решение актуальной научной задачи — разработки математических моделей^осредненных характеристик загрязненности воздушного бассейна территорий, прилегающих к мегаполису.

Практическая значимость работы определяется тем, что разработанная в диссертации имитационная модель процесса формирования полей концентрации загрязняющих веществ может быть использована при оценивании роли различных факторов, в том числе различных источников загрязнений, в формировании экологической обстановки, имеющей место в конкретном мегаполисе и прилегающих к нему территориях. Предложенный в работе метод оценивания среднесезонных и среднегодовых характеристик степени загрязненности

воздушного бассейна территорий, прилегающих к мегаполису, может быть использован в работе экологических служб при планировании природоохранных мероприятий. Полученные оценки среднесезонных и среднегодовых функций чувствительности полей концентрации загрязнений к вариациям интенсивности их источников могут быть использованы при выборе наиболее репрезентативных точек расположения экологических постов в Санкт-Петербурге и его окрестностях.

Обоснованность и достоверность полученных в диссертационной работе результатов обусловлена аргументированностью исходных положений, логической непротиворечивостью рассуждений, корректным использованием современного математического аппарата и подтверждается согласованностью полученных результатов и сделанных выводов с некоторыми частными результатами других авторов, фундаментальными теоретическими положениями и имеющимся эмпирическим материалом.

Апробация и публикации. Результаты диссертации докладывались и получили одобрение на итоговых сессиях ученых советов и научных семинарах Российского Государственного гидрометеорологического университета, Военно - космической академии им. А.Ф. Можайского, Санкт-Петербургского Государственного морского технического университета, Казанского филиала военного артиллерийского университета.

Основные результаты диссертации изложены в 6 статьях, И тезисах докладов, 4 учебных и учебно-методических пособиях и 2 отчетах по НИР.

Реализованы результаты исследований в Санкт-Петербургском Государственном морском техническом университете, Военно-космической академии им. А.Ф. Можайского, Российском Государственном гидрометеорологическом университете, Научно-исследовательском центре безопасности технических систем Минобороны России, 2 научно-исследовательском центре 4 центрального научно-исследовательского института Минобороны России. Реализация результатов зафиксирована соответствующими актами.

Структурно диссертация состоит из введения, шести разделов, одного приложения, заключения и списка литературы, содержащего 101 наименование.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении анализируется современное состояние рассматриваемой проблемы, обосновывается актуальность темы диссертации, приводятся результаты, выносимые на защиту, указывается их научная новизна и практическая значимость, аргументируется обоснованность и достоверность полученных результатов, а также дается краткая характеристика диссертации.

В первой главе анализируется состояние проблемы оценивания влияния мегаполиса на загрязнение воздушного бассейна прилегающих территорий на примере Санкт-Петербурга.

Для Санкт-Петербурга, где суммарный годовой выброс загрязняющих веществ составляет около 236 тысяч тонн, оценка экологических последствий антропогенных воздействий не теряет и, очевидно, со временем будет только приобретать актуальность. В настоящее время для оценки текущей экологической обстановки существует целая сеть наземных станций наблюдения. Из результатов измерений за 2002 год следует, что суммарные выбросы загрязняющих веществ ежегодно растут приблизительно на 6%, а для некоторых типов - до 30% . Практически все административные районы города характеризуются высоким или очень высоким уровнем загрязнения.

Очевидно, что для территорий, прилегающих к Санкт-Петербургу, характерна аналогичная тенденция увеличения антропогенной нагрузки. Вместе с тем, практически все посты измерений, расположены в городской черте и оценка степени загрязненности воздуха за ее пределами, по результатам наблюдений на этой сети, невозможна. Проведение наблюдений передвижными лабораториями не может дать полной картины уровня загрязнения в силу своей эпизодичности^ ____

Таким образом, самым реалистичным путем получения средних характеристик степени загрязненности прилегающих к Санкгг-Петербургу территорий является математическое моделирование процесса переноса загрязнений. Однако реализация этого подхода не лишена определенных трудностей, главная из которых состоит в том, что получение осредненных характеристик поля примеси не может быть произведено по результатам решения задачи распространения примеси, используя осредненные параметры среды распространения:

ф(х,Г)* А(Р(х,0,/(х,/)) (1)

В формуле (1) А — оператор некоторой модели распространения, Р — параметры модели, / — параметры источников, левая часть -осредненное поле примеси (черта сверху означает осреднение за сезон или год). Причиной этому служит нелинейная зависимость между характеристиками среды рассеивания и поля загрязняющего вещества.

Далее проведен анализ подходов к математическому моделированию средних характеристик с целью выбора наиболее приемлемого для решения задачи диссертационных исследований. Сделан вывод, что из всех существующих в настоящее время подходов к моделированию поля примеси наиболее подходящим является подход, предполагающий построение имитационной модели с опорой на модель чувствительности, которая может быть получена при решении уравнений сопряженной задачи. При этом

ф(х, 0 = /(X, 0 * С(Р(х, 0, /* (X, 0). (2)

*

где f - источник(единичный импульс) и в - функция

чувствительности являющаяся результатом решения сопряженной модели.

Поскольку решение задачи распространения линейно относительно интенсивности источника и положение источников может быть заранее неизвестно, то задача поиска осредненных характеристик концентрации примеси была сформулирована следующим образом:

ф(х,0 = Лх,0*С(/>(х,0,/(х,0) (3)

Иными словами, осредненные значения концентрации определяются через произведение средней интенсивности и средней функции чувствительности. Особенностью этого подхода является выделение слагаемых в правой части (3), которые могут быть получены

независимо. Так функция источников £ представляет из себя

осредненные за интересующий период (сезон, год) значения интенсивности выбросов, а осредненная функция чувствительности

(хотя и не может быть получена по осредненным значениям

параметров, но определяется не через интенсивность, а через тип и положение источника выбросов.

Если средние значения интенсивности могут быть получены из результатов измерений, то осредненная функция чувствительности находится путем осреднения результатов серии численных к экспериментов. Для получения параметров среды, определяющих

рассеивающие свойства атмосферы, необходимо иметь модели временных рядов ветра и температуры, для чего надо оценить I вероя гностные характеристики их распределений по результатам

вертикального зондирования с высоким разрешением.

Во второй главе рассматриваются физико-статистические модели временных рядов метеорологических параметров.

Перед разработкой физико-статистических моделей рядов ветра и температуры для каждой из высот измерений проводился анализ вероятностных характеристик, который предварялся проверкой нормальности распределения. Для этого были получены значения критериев Колмогорова-Смирнова и Шапиро-Уилкса, оценивались гистограммы распределения. Получено, что для высот 0 и 200 м наблюдается некоторое отклонение закона распределения от нормального.

Далее были получены оценки вертикального распределения математического ожидания и среднеквадратического отклонения температуры и компонентов ветра для каждого из сезонов и года в целом. Кроме того получены корреляционные функции указанных параметров по высоте и времени.

Известно, что условием применимости модели авторегрессии — проинтегрированного скользящего среднего (АРПСС) является стационарность ряда. Вместе с тем, исходные ряды этим свойством не обладают. Кроме того, анализ их спектральных характеристик обнаруживает большое количество гармоник с высокими амплитудами. Подобная ситуация (нестационарность из-за наличия периодической , компоненты) может быть учтена в модели АРПСС за счет введения

специального оператора, что существенно усложняет реализацию и разработку моделей.

» Вместе с тем, известно, что ряды метеорологических величин

в силу аддитивности могут быть представлены как сумма тренда, стационарной компоненты и шума.

2(0 =/г(0+//0+/с(0. (4)

Подобная декомпозиция существенно упрощает построение моделей АРПСС для стационарной части. После определения параметров шума обратная процедура — композиция ряда — позволит осуществить

имитационное моделирования параметров атмосферы с высокой вычислительной эффективностью. Для декомпозиции использовалось спектральное сингулярное разложение.

После разложения матрицы наблюдений на главные компоненты осуществлялось восстановления ряда по формуле (4).

Спектральному анализу подвергались временные ряды температуры и проекций вектора ветра на высотах от 0 до 1 ООО м. Следует отметить, что для вектора ветра распределение вклада гармоник обладает спецификой — именно, смещение гармоник с большим вкладом в высокочастотную часть спектра. Например, шумовой компонент для проекции вектора на ось X имеет амплитуду, сопоставимую с амплитудой сезонного компонента. После декомпозиции ряда тренд табулировался, для шумового компонента после проверки на некоррелированность (т.е. это должен быть белый шум) определялось параметры нормального распределения.

Для периодического компонента далее разрабатывалась модель АРПСС. По полученным корреляционным функциям и спектральной плотности каждого из рассматриваемых рядов определялся порядок модели АРПСС и значение периода.

Качество каждой из моделей оценивалось по анализу остатков. Получено, что гармонический компонент ряда температуры с достаточной точностью описывается моделями порядка АРПСС( 1,0,0)( 1,0,4) с периодическим компонентом в 9 дней до высот 1200 м и АРПСС(2,0,3)( 1,0,2)9 в слое 1200 - 2000 м. Для описания гармонических компонентов вектора ветра применимы упрощенные модели порядка АРПСС(1,0,0)( 1,0,0).

В третьей главе разработана модель источников загрязнения атмосферы.

Модель источников обеспечивает блок оценки чувствительности информацией о координатах и временном режиме работы источников. Это позволяет получить характеристики поля чувствительности безотносительно к величинам реальных антропогенных нагрузок. Вместе с тем, для учета последних, модель источников предоставляет информацию о реальных величинах выбросов, которая, совместно с функцией чувствительности и позволяет получить оценку значения концентрации загрязняющих веществ.

Известно, что источники примеси можно охарактеризовать их координатами, интенсивностью выброса примеси и типом источника. Так как для мегаполиса свойственна высокая концентрация промышленных предприятий, формально образующих поле источников,

то функция f(x,t) должна описывать распределение интенсивности выброса загрязняющих веществ в зависимости от координат и времени. Поскольку характерные размеры источников могут варьироваться от нескольких метров (трубы) до нескольких километров (районы с интенсивным движением автотранспорта), то, соответственно, классификация источников по размерам носит достаточно условный характер и определяется отношением размеров источника и размеров области моделирования. В работе рассматриваются источники, характерные размеры которых существенно меньше размеров этой области, т.е. точечные и протяженные, которые могут быть представлены как совокупность точечных (при сеточной аппроксимации функции/(х,/)).

В четвертой главе выбрана гидродинамическая модель переноса загрязнений в атмосфере мегаполиса; на основе уравнений этой модели сформулирована система уравнений сопряженной модели для определения функций чувствительности полей концентрации загрязняющих веществ к вариациям интенсивности их источников.

Модель термодинамических параметров АРПСС, разработанная во втором разделе диссертации, обеспечивает получение статистически значимых величин для параметров вектора ветра и температуры - основных факторов, определяющих значение передаточной функции атмосферы.

Основная модель распространения примеси предназначена для предоставления вида оператора, описывающего распространение примеси в атмосфере, и используется для получения оператора модели чувствительности. Для решения задачи исследования, в качестве основной, была выбрана гидродинамическая модель распространения примеси, разработанная в BKA им. А.Ф. Можайского. Уравнение этой модели имеет вид:

д<Р - - д - д дф -

— + divu(p + cr(p-цАф- — V—1- = / (5)

dt oz dz

Оператор основной модели непосредственно в расчетах не используется, но обеспечивает физическую обоснованность модели чувствительности, в которую как параметры входят значения компонентов вектора скорости ветра и коэффициенты диффузии по горизонтали и вертикали v. Модель чувствительности поля концентрации к вариациям интенсивности источника загрязнения основана на сопряженной модели распространения примеси, которая имеет вид: 11

* *

дф , * * л * о дер

+ о(р -/лк(р ~—У-г-=/ (6)

<я аг ог

Функция чувствительности является результатом реализации модели чувствительности для текущего источника при некотором состоянии атмосферы и представляет из себя отклик на единичное возмущение поля источников. Для перехода к реальному полю концентрации примеси ее значение умножается на величину воздействия, предоставляемую моделью источников:

ср(х, о=дх,о * о,/(х,о> (7)

В пятой главе разработана имитационная модель процесса формирования полей концентрации загрязняющих веществ.

Структура имитационной модели, разработанной в диссертации, представлена на рис. 1.

Рис. I

Основные блоки модели и их предназначение рассмотрены в предшествующих разделах диссертации.

Реализация имитационной модели процесса формирования полей концентрации загрязняющих веществ основана на применении алгоритма, приведенного на рис. 2. Наиболее существенным моментом является шаг 7 алгоритма заключающийся в осреднении функций чувствительности по сезонам и в целом за год с использованием стандартных процедур.

Реализуя данный алгоритм, получаем осредненные значения поля концентрации примеси. При этом, количество выполнений пунктов 3-5 выбирается, исходя из требования обеспечения статистической значимости результата.

В шестой главе разработан метод оценивания среднесезонных и среднегодовых характеристик степени загрязненности воздушного бассейна территорий, прилегающих к мегаполису.

Разработанный в диссертации метод оценивания среднесезонных и среднегодовых характеристик степени загрязненности воздушного бассейна территорий, прилегающих к мегаполису, основан на использовании соотношения (3).

На первом этапе должны быть получены параметры источников примеси. Необходимая информация включает в себя координаты, площадь (высоту для точечного) источника, температуру исходящих газов, режим работы по времени, состав и интенсивность выброса.

Все параметры, исключая интенсивность, используются для получения функции чувствительности. Значения функции описывают реакцию на единичный импульс. Интенсивность необходима на последнем этапе при переходе к результирующим полям концентрации.

На втором этапе для получения средней функции чувствительности проводится серия численных экспериментов, в которых используются имитационные модели термодинамического режима атмосферы и модель чувствительности.

Декомпозиция рядов Т, ветра

Построение моделей сезонных компонент и шум а

Имитационное моделирование рядов Т, ветра

Композиция рядов Т, ветра

Определение параметров модели ч ув ств ител ь но ст и

Расчет значений функции

чувствительности у_

Определение средних по году и сезонам

Рис. 2

На последнем этапе используется соотношение (3) для получения осредненных значений концентрации. Полученные после реализации этого алгоритма значения представляют собой средние значения концентрации примеси по периоду, выбранному на шаге 3.

Оценка качества разработанного метода осуществлялась по результатам численных экспериментов. 14

На первом этапе реализовывалаеь физико-статистическая модель временных рядов метеопараметров. Качество каждой из моделей оценивалось по анализу остатков - проверялась их некоррелированность. Далее сравнивались основные описательные статистики распределения модельного и исходных данных. Ошибка по направлению составляет около 11 град, в то же время, скорость моделируется достаточно точно.

Численная реализация модели переноса примеси проводилась в прямоугольной области 100 км по горизонтали и 500 м по вертикали. Шаг сетки составляет 2 км по горизонтали и от 50 до 100 м по вертикали с наилучшим разрешением у земной поверхности, шаг по времени - 15 мин. В качестве источников задавались средние по районам города -центр, северные, восточные и южные районы. Численная реализация гидродинамической модели распространения примеси осуществлялась методом расщепления по процессам и координатам с использованием явной монотонной схемы на шаге адвекции и неявной Кранка-Николсона на шаге диффузии. Результаты имитационного моделирования осредненных функций чувствительности для газообразной примеси приведены на рис. 3 (А-зима, В-весна, С - лето, Б-осень, Е-год). Значения получены для 50 реализаций модели с последующим осреднением результатов по сезонам и за год в целом.

Следует отметить совпадение результатов расчета с эмпирическими данными. Так, наблюдается совпадение с полем индекса загрязненности атмосферы для Санкт-Петербурга: максимум загрязнения наблюдается в центральных и северо-восточных районах города, минимум - в северо-западных и юго-восточных районах. Кроме того, фиксируется понижение загрязненности в летние месяцы, что совпадает с результатами натурных наблюдений.

Исходными данными для количественного оценивания средних полей концентрации загрязнений являются результаты экологического мониторинга. Например, для оксида углерода получено, что при суммарном годовом выбросе в 177.41 тыс. тонн на постах наблюдений № 3 и №4 (северо-восток города) концентрации С02 составляли 0.6 и 0.5 мг/м3 измеренные и 0.458 и 0.594 мг/м3 рассчитанные по имитационной модели (значения функции чувствительности и 0.336 соответственно). Расхождение, приблизительно в 20%, объясняется, скорее всего, погрешностями привязки координат источников и пунктов измерения к узлам расчетной сетки.

Исходя из сказанного, можно считать, что результат моделирования с подобной величиной ошибки в целом удовлетворительно описывает осредненные значения полей примеси, а модель обладает достаточно высоким качеством.

В Заключении подведен итог проделанной работе, еще раз подчеркнута актуальность решаемой проблемы, отмечены трудности, встреченные при проведении исследований и обобщены полученные результаты, которые состоят в следующем.

1. В результате проведенного анализа состояния проблемы оценивания влияния мегаполиса на загрязнение воздушного бассейна прилегающих территорий установлено, что чрезвычайно актуальной является задача корректного описания процесса формирования среднесезонных и среднегодовых полей концентрации загрязняющих веществ.

А 1

В

Рис. 3

2. Установлено, что наиболее пригодным методом решения задачи описания указанного процесса является имитационное моделирование с опорой на гидродинамическую модель процесса распространения загрязнений в воздушном бассейне мегаполиса и прилегающих к нему территорий.

3. По уникальным результатам температурно-ветрового зондирования с высоким вертикальным разрешением оценены вероятностные характеристики полей ветра и температуры в Санкт-Петербурге.

4. Разработаны физико-статистические модели эволюции скорости ветра и температуры в пограничном слое атмосферы в районе Санкт-Петербурга для генерации реализаций их временных рядов.

5. Обоснованно выбрана гидродинамическая модель переноса загрязнений в атмосфере мегаполиса; на основе уравнений этой модели сформулирована система уравнений сопряженной модели для определения функций чувствительности полей концентрации загрязняющих веществ к вариациям интенсивности их источников.

6. Разработана имитационная модель процесса формирования полей концентрации загрязняющих веществ.

7. Проведены численные эксперименты, анализ результатов которых свидетельствует о высоком качестве разработанной модели.

8. На основе разработанной имитационной модели, получены оценки средне сезонных и среднегодовых функций чувствительности полей концентрации загрязнений к вариациям интенсивности их источников.

9. Разработан метод оценивания среднесезонных и среднегодовых характеристик степени загрязненности воздушного бассейна территорий, прилегающих к мегаполису.

10. Выработаны практические рекомендации по использованию результатов, полученных в ходе диссертационных исследований, в деятельности экологических служб.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Чихонадских Е.А. Правовая охрана окружающей природной среды в военной деятельности. // Проблемы, методы, алгоритмы испытаний и управления космических систем (комплексов). Научно-технический сборник (труды). / ВИКУ им. А.Ф.Можайского. - СПб., 1998. - Вып. 5. С. 97-100.

2. Чихонадских Е.А. Проблемы экологии и учета затрат на природоохранную деятельность на предприятиях промышленности. / Сборник материалов конференции Всероссийская НПК, посвященная 200-летию образования - училища корабельной архитектуры. Высшего военно-морского инженерного училища имени Ф.Э.Дзержинского. / СПбВВМИУ. - СПб., 1998. - Ч. 1. С. 267-268.

3. Чихонадских Е.А. Экологические вопросы рентного налогообложения природопользования. / Сборник материалов конференции Всероссийская НПК, посвященная 200-летию образования

- училища корабельной архитектуры. Высшего военно-морского инженерного училища имени Ф.Э.Дзержинского. / СПбВВМИУ. - СПб., 1998.-Ч. 1.С. 269-270.

4. Чихонадских Е.А. Определение затрат на природоохранную деятельность и цена здоровья людей. / Диагностика, информатика, метрология, экология, безопасность-98: Тезисы докладов НТК. - СПб., 1998. С. 228-229.

5. Чихонадских Е.А. Экологические проблемы в концепции устойчивого развития // Материалы юбилейной НТК, посвященной 100-летию СПбГМТУ (кораблестроительного института). / СПбГМТУ. -СПб.,. 1999. -Ч. 1,-С 166-171.

6. Чихонадских Е.А. Эколого-экономические проблемы в концепции устойчивого развития. // Труды IV Всероссийской НПК с международным участием «Новое в экологии и безопасности жизнедеятельности » / Под ред. Н.И.Иванова. - СПб.: БГТУ, 1999. С. 484.

7. Чихонадских Е.А. Использование функционально-стоимостного анализа при формировании программ реабилитации и охраны здоровья населения. / Материалы межвузовской НТК. / СПбВМИИ. СПб., 1999. С. 296-297. _____

8. Чихонадских Е.А. Определение размера платежей за выбросы загрязняющих веществ в атмосферу автотранспортными средствами: Методические указания к практической работе. - СПб: СПбГМТУ, 1999.

- 14 с.

9. Чихонадских Е.А. Организация и прогнозирование экспресс-картирования для решения задач локального экологического мониторинга: Методические указания к практической работе. - СПб: СПбГМТУ, 2000. - 16 с.

10. Чихонадских Е.А. Методические рекомендации по определению платежей за размещение отходов в окружающей природной среде:

Методические указания к практической работе. - СПб: СПбГМТУ, 2001. - 15 с.

11. Чихонадских Е.А., Доронин А.П., Девяткин А.М. и др. Создание искусственных облаков и туманов для решения экологических проблем. / Материалы XIII Всероссийской межвузовской НТК - «Внутрикамерные процессы в энергетических установках, акустика, диагностика, экология» / Казанский филиал военного артиллерийского университета - Казань, 2001. -Часть 2. С. 303-305.

12. Чихонадских Е. А., Доронин А.П., Роговцев H.A. и др. Очищение воздушного бассейна промышленных районов от загрязняющих примесей путем рассеяния внутримассовой слоистообразной облачности. / Материалы XIII Всероссийской межвузовской НТК - «Внутрикамерные процессы в энергетических установках, акустика, диагностика, экология» / Казанский филиал военного артиллерийского университета - Казань, 2001. - Часть 2. С. 305-306.

13. Чихонадских Е.А., Доронин А.П., Роговцев H.A. и др. Повторяемость условий, благоприятных для вызывания осадков из слоистых, слоисто-кучевых облаков над Москвой и Санкт-Петербургом с целью вымывания из атмосферы загрязняющих аэрозолей / Материалы XIII Всероссийской межвузовской НТК - «Внутрикамерные процессы в энергетических установках, акустика, диагностика, экология» / Казанский филиал военного артиллерийского университета - Казань, 2001. - Часть 2. С. 306-307.

14. Чихонадских Е.А., Доронин А.П., Роговцев H.A. и др. Исследования фазовой структуры внутримассовой слоистообразной облачности над Москвой и Санкт-Петербургом для решения задач мониторинга / Материалы XIII Всероссийской межвузовской НТК -«Внутрикамерные процессы в энергетических установках, акустика, диагностика, экология» / Казанский филиал военного артиллерийского

университета - Казань, 2001. - Часть 2. С. 308-309.

15. Чихонадских Е.А., Доронин А.П., Гончаров И.В. и др. Модифицирование конвективных облаков с целью решения экологических проблем, связанных с лесными пожарами / Материалы XIII Всероссийской межвузовской НТК - «Внутрикамерные процессы в энергетических установках, акустика, диагностика, экология» / Казанский филиал военного артиллерийского университета - Казань, 2001. - Часть 2. С. 309-310.

16. Чихонадских Е.А., Доронин А.П., Гончаров И.В. и др. Характеристика расслоенности внутримассовой слоистообразной

облачности над Москвой и Санкт-Петербургом для решения задач космического мониторинга / Материалы XIII Всероссийской межвузовской НТК - «Внутрикамерные процессы в энергетических установках, акустика, диагностика, экология» / Казанский филиал военного артиллерийского университета - Казань, 2001. - Часть 2. С. 311-312.

17. Чихонадских Е.А. Определение среднемесячных концентраций вредных веществ в воздухе рабочей зоны: Методические указания к практической работе. - СПб: СПбГМТУ, 2002. - 15 с.

18. Чихонадских Е.А. Экология, ч. 1. «Теоретическая экология»: Учеб. пособие. - СПб.: СПБГМТУ, 2003. - 113 с.

19. Чихонадских Е.А. Экология, ч. 2. «Практическая экология»: Учеб. пособие. - СПб.: СПБГМТУ, 2003. - 109 с.

20. Чихонадских Е.А. Анализ методов математического моделирования эволюции антропогенного аэрозоля. / Сборник материалов конференции «Проблемы эксплуатации вооружения, военной техники и подготовки инженерных кадров ВМФ». - СПб: ВВМИИ им. Ф.Э.Дзержинского, 2003.

21. Чихонадских Е.А. Мониторинг риска природных и техногенных опасностей. / Сборник материалов НТК «Кораблестроение образование

и наука». - СПб: СПбГМТУ. 2003.

I

I

I f

1

! Í

\

i

1

Í I

i

I

4

vi

\

»2027«

Отпечатано: «Центр информационной культуры». Лицензия на издательскую деятельность ИД № 03799 от 22.01.2001. г. 198 009, СПб, ул. 3. Космодемьянской, д. 31. Тел./факс: 186-6609 e-mail: center@emc.spb.nj www.emc.spb.ru

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Чихонадских, Елена Александровна

Список аббревиатур

Введение

1 .АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ ОЦЕНИВАНИЯ ВЛИЯНИЯ

МЕГАПОЛИСА НА ЗАГРЯЗНЕНИЕ ВОЗДУШНОГО БАССЕЙНА 11 ПРИЛЕГАЮЩИХ ТЕРРИТОРИЙ

1.1 Общие положения

1.1.1 Классификация загрязнений

1.1.2 Источники загрязнения

1.2 Анализ существующей экологической ситуации в районе мегаполиса на примере Санкт-Петербурга

1.3 Влияние загрязнения воздуха на здоровье населения

1.4 Анализ современного состояния проблемы моделирования примеси в воздушном бассейне мегаполиса

Выводы по разделу и постановка задачи исследования

2. ФИЗИКО-СТАТИСТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ВРЕМЕННЫХ РЯДОВ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ

2.1 Анализ подходов к моделированию временных рядов

2.2 Вероятностные характеристики полей ветра и температуры в Санкт-Петербурге

2.3 Модель эволюции температурно-ветрового режима атмосферы

2.3.1 Общий подход к прогнозированию

2.3.2 Модель эволюции вертикального распределения температуры

2.3.3 Модель эволюции скорости ветра 89 Выводы по разделу

3. МОДЕЛЬ ИСТОЧНИКОВ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРЫ 93 ^ Выводы по разделу

4. ГИДРОДИНАМИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПЕРЕНОСА ЗАГРЯЗНЕНИЙ В АТМОСФЕРЕ БОЛЬШОГО ГОРОДА

4.1 Модель переноса примеси в атмосфере большого города

4.1.1 Уравнения модели

4.1.2 Граничные условия

4.1.3 Схема численной реализации модели

4.2 Модель чувствительности поля концентрации примеси к вариациям параметров, характеризующих процесс переноса

Выводы по разделу 5. ИМИТАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ ПРОЦЕССА ФОРМИРОВАНИЯ ПОЛЕЙ

КОНЦЕНТРАЦИИ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ

5.1 Структура модели

5.2 Реализация имитационной модели 115 Выводы по разделу 117 6. ЧИСЛЕННЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТЫ И АНАЛИЗ ИХ РЕЗУЛЬТАТОВ.

6.1 Параметры модели и начальные условия

6.2 Анализ результатов моделирования

6.3 Метод оценивания среднесезонных и среднегодовых характеристик степени загрязненности воздушного бассейна территорий, прилегающих к мегаполису

6.4 Рекомендации по использованию метода в практике работы экологических служб

Ф Выводы по разделу

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Математическое моделирование осредненных характеристик загрязненности воздушного бассейна территорий, прилегающих к мегаполису"

Под совместным воздействием природных энергетических факторов -солнечной радиации, гравитационных и тектонических сил, химической и биогенной энергии — биосфера Земли сформировалась приблизительно за 2,5 млрд. лет. С возникновением социально организованного человеческого общества к природным энергетическим факторам добавился еще один -энергия мирового производства, который развивается неизмеримо быстрее и в последние годы имеет тенденцию к удвоению мощностей через каждые 14-15 лет. От организации этого производства в ближайшие десятилетия зависит, сохранится или необратимо нарушится подвижное равновесие в окружающей среде, сложившееся за миллиарды лет ее саморазвития. Наиболее реальной опасностью для жизни на Земле является нарушение химического равновесия в биосфере из-за высоких норм потери сырья при добыче и транспортировке, несовершенства технологических процессов и рассеяния в окружающей среде всех видов осадков, выбросов и стоков. Таким образом, в современном мире экологические проблемы по своему общественному значению вышли на одно из первых мест. К концу XX в. загрязнение окружающей среды отходами, выбросами, сточными водами всех видов промышленного производства, сельского хозяйства, коммунального хозяйства городов приобрело глобальный характер и поставило человечество на грань экологической катастрофы. По оценке Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), из более чем 6 млн. известных химических соединений г практически используется до 500 тыс. соединений; из них около 40 тыс. обладают вредными для человека свойствами, а 12 тыс. являются токсичными.

Загрязнение окружающей среды происходит весьма неравномерно. Основные очаги антропогенного воздействия расположены в регионах с развитой промышленностью, максимальной концентрацией населения и интенсивным сельскохозяйственным производством. Атмосферные выбросы большого города (оксиды углерода, серы, азота, углеводороды, пыль) переносятся на большие территории, создавая экологическую напряженность.

В связи с этим задача оценивания экологических последствий антропогенных воздействий на экосистемы в настоящее время приобретает все большую актуальность. Особенно острой эта проблема является для рай

• онов с интенсивным развитием промышленности, таких, как районы расположения мегаполисов. Причем для территорий, прилегающих к мегаполисам, эта задача приобретает особое значение, так как, в отличие от искусственных экосистем крупного города, экосистемы окрестностей мегаполиса, в большинстве своем, являются естественными. Это обстоятельство предопределяет то, что, с одной стороны, последние более чувствительны к антропогенной нагрузке на природную среду, а с другой, имеют гораздо меньший ресурс самовосстановления в силу своей сложной внутренней организации.

В последние десятилетия проблема оценивания антропогенных воздействий на природную среду широко изучается. Большая заслуга в разработке подходов к разрешению этой проблемы и методов решения задач, возникших в ее русле, принадлежит таким ученым, как Г.И. Марчук, М.Е. Берлянд, Д.Л. Лайхтман, Е.Л. Генихович и др. Однако, несмотря на значительные усилия, предпринятые по разрешению данной проблемы, одна из важных и актуальных задач, а именно анализ долгосрочных воздействий и оценивание осредненных за длительный срок характеристик загрязненности атмосферы, не имеет еще своего окончательного решения.

Очевидно, что решение этой задачи невозможно без построения модели процесса формирования полей концентрации загрязняющих веществ, в которой бы корректно учитывались климатические особенности рассматриваемого региона. На основе такой модели могут быть получены средние климатические) характеристики техногенной нагрузки на окружающую природную среду с целью их последующего использования как для формирования перечня безотлагательных мер, направленных на оздоровление ситуации, так и в качестве информационной основы для планирования развития инфраструктуры мегаполиса.

Таким образом, актуальность темы диссертационной работы определяется следующими обстоятельствами: усилением антропогенной нагрузки на природную среду в районах расположения мегаполисов и, как следствие, повышением роли задач перспективного планирования этой нагрузки; необходимостью разработки методов оценивания осредненных за длительный срок характеристик загрязненности атмосферы с учетом климатических характеристик; потребностью в дальнейшем исследовании физических процессов переноса загрязнений в атмосфере большого города.

В соответствии с вышесказанным, целью диссертационной работы являлось построение имитационной модели процесса формирования полей концентрации загрязняющих веществ, предназначенной для оценивания среднесезонных и среднегодовых характеристик степени загрязненности воздушного бассейна территорий, прилегающих к мегаполису.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следую* щие задачи исследования:

1) проанализировать состояние проблемы оценивания влияния мегаполиса на загрязнение воздушного бассейна прилегающих территорий;

2) ценить вероятностные характеристики полей ветра и температуры в Санкт-Петербурге по результатам температурно-ветрового зондирования с высоким вертикальным разрешением;

3) разработать физико-статистические модели эволюции скорости ветра и вертикального распределения температуры для генерации реализаций их временных рядов;

4) предложить гидродинамическую модель переноса загрязнений в атмосфере мегаполиса для ее использования при оценивании средних характеристик загрязненности воздушного бассейна;

5) разработать имитационную модель процесса формирования полей концентрации загрязняющих веществ;

6) провести численные эксперименты и проанализировать их результаты;

7) разработать метод оценивания среднесезонных и среднегодовых характеристик степени загрязненности воздушного бассейна территорий, прилегающих к мегаполису, и практические рекомендации по его использо

• ванию.

Основные научные результаты и их новизна состоят в следующем:

1) на основе уникальных данных температурно-ветрового зондирования атмосферы получены оценки вероятностных характеристик полей ветра и температуры в Санкт-Петербурге, имеющие высокое разрешение по вертикали;

2) построены физико-статистические модели временных рядов параметров, определяющих условия переноса загрязняющих веществ в воздушном бассейне, а именно ветра и температурной стратификации атмосферы, позволяющие получать реализации их временных рядов на временных отрезках от сезона до года;

3) разработана имитационная модель процесса формирования полей концентрации загрязняющих веществ в воздушном бассейне мегаполиса и его окрестностей, позволяющая корректно учитывать климатические характеристики региона при получении среднесезонных и среднегодовых оценок степени загрязненности воздушного бассейна;

4) разработан метод оценивания среднесезонных и среднегодовых характеристик степени загрязненности воздушного бассейна территорий, прилегающих к мегаполису.

Указанные результаты диссертационных исследований в совокупности выносятся на защиту как решение актуальной научной задачи научной задачи - разработки математических моделей осредненных характеристик загрязненности воздушного бассейна территорий, прилегающих к мегаполису.

Практическая значимость работы определяется тем, что разработанная в диссертации имитационная модель процесса формирования полей концентрации загрязняющих веществ может быть использована при оценивании роли различных факторов, в том числе различных источников загрязнений, в формировании экологической обстановки, имеющей место в конкретном мегаполисе и прилегающих к нему территориях. Предложенный в работе метод оценивания среднесезонных и среднегодовых характеристик степени загрязненности воздушного бассейна территорий, прилегающих к мегаполису, может быть использован в работе экологических служб при планировании природоохранных мероприятий. Полученные оценки средне-сезонных и среднегодовых функций чувствительности полей концентрации загрязнений к вариациям интенсивности их источников могут быть использованы при выборе наиболее репрезентативных точек расположения экологических постов в Санкт-Петербурге и его окрестностях.

Обоснованность и достоверность полученных в диссертационной работе результатов обусловлена аргументированностью исходных положений, логической непротиворечивостью рассуждений, корректным использованием современного математического аппарата и подтверждается согласованностью полученных результатов и сделанных выводов с некоторыми частными результатами других авторов, фундаментальными теоретическими положениями и имеющимся эмпирическим материалом.

Апробация и публикации. Результаты диссертации докладывались и получили одобрение на итоговых сессиях ученых советов и научных семинарах Российского Государственного гидрометеорологического университета, Военно-космической академии им. А.Ф. Можайского, Санкт-Петербургского Государственного морского технического университета.

Результаты исследований реализованы в Государственном научно-исследовательском институте прикладных проблем, Военно-космической академии им. А.Ф. Можайского, Российском Государственном гидрометеорологическом университете. Реализация результатов зафиксирована соответствующими актами.

Структурно диссертация состоит из введения, шести разделов, одного приложения, заключения и списка литературы, содержащего 118 наименований.

Заключение Диссертация по теме "Геоэкология", Чихонадских, Елена Александровна

ВЫВОДЫ ПО РАЗДЕЛУ

В разделе рассмотрены практические аспекты реализации и использования разработанной методики. Оценки качества имитационного моделирования параметров атмосферы и модели в целом позволяют предположить, что модель в целом обладает достаточно высоким качеством, делающим возможным ее практическое применение. Так, кроме качественного совпадения результатов моделирования с натурными данными, получены удовлетворительные количественные оценки точности. Напрмер, ожидаемая ошибка направления ветра при имитационном моделировании составляет около 10 град., а ошибка значения поля концентрации около 20%. При рассмотрении практических аспектов реализации предложено использовать методику при проведении экологических экспертиз. При обсуждении областей применения, кроме того, отмечены и ограничения на применения, в частности, не рекомендуется использование при оценке последствий залповых выбросов.

127

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Оценка экологических последствий антропогенных воздействий на экоси-сттемы является и приобретает все большую актуальность. Особенно острой эта проблема является для районов с интенсивным развитием промышленности. Но, если для искусственных экосистем городов актуальность имеет, в основном, качество воздуха, то для территорий, прилегающих к мегаполисам, следует рассматривать влияние на естественные экосистемы, которые являются, с одной стороны, и более чувствительными к подобного рода воздействиям и, с другой, имеют гораздо меньший ресурс самовосстановления в силу своей сложности.

В последнее время проблемы антропогенных воздействий широко изучаются. Однако, один из важных и актуальных аспектов, а именно, оценка долгосрочных воздействий, не нашли еще должного решения. В связи с этим, в работе были рассмотрены некоторые основные вопросы оценки ос-редненных характеристик загрязненности воздушного бассейна территорий, прилегающих к мегаполису. Цель работы заключалась в разработке имитационной модели процесса формирования средних за сезон и год полей концентрации загрязняющих веществ, необходимой для получения характеристик загрязненности атмосферы, например, индекса загрязненности. В работе рассмотрены наиболее важные аспекты решаемой задачи.

В первой главе проведен анализ экологической обстановки в г. Санкт-Петербург, описаны измерительная сеть и результаты натурных измерений, основные параметры выбросов загрязняющих веществ в атмосферу. При анализе подходов к решению задачи исследований отмечено, что получение осредненных характеристик, в силу нелинейности задачи, невозможно по осредненным параметрам среды. Возможным математическим аппаратом для оценивания характеристик загрязненности выбрана теория чувствительности и предложено на ее основе строить итоговую методику.

Так как получение осредненых значений полей концентрации основано на осреднении функции чувствительности, то вторая глава была посвещена разработке имитационной модели термодинамических параметров атмосферы. На основе годового ряда результатов температурно-ветрового зондирования с высоким разрешением проведен анализ существующих математических подходов к описанию временных рядов. В качестве основной выбрана модель авторегрессии со скользящим средним. Проведен статистический и спектральный анализ рядов ветра и температуры. Основная проблема при моделировании рядов заключалась в их нестационарности. Возможности модели АРПСС в решении подобных задач были признаны неудовлетворительными. Поэтому была проведена декомпозиция исходных рядов на стационарную часть, тренд и шумовую составляющую с использованием сингулярного спектрального анализа. Для стационарной и шумовой компоненты построены сезонные и годовые модели временных рядов температуры и ветра в слое 0-1000 м. с шагом 100 м по высоте.

В третьем разделе рассмотрены основные формальные параметры, необходимые для учета источников в разрабатываемой методике. Выделены такие характеристики, как координаты, тип, геометрические размеры, динамика, состав и параметры выбросов.

В четвертом разделе рассматриваеся гидродинамическая модель распространения примеси в атмосфере. Модель учитывает основные процессы, от-ветрственные за распространение загрязняющих веществ: перенос и диффузию примеси; модификацию примеси из-за физико-химических превращений и коагуляции; сток примеси за счет поглощения земной поверхностью и влажного вымывания; гравитационное оседание (седиментация) и самоиндуцированный вертикальный подъём. На основе оператора этой модели вводится сопряженная модель, решение которой представляет функцию чувствительности, использующуюся далее в разрабатываемой методике. Обсуждаются вопросы численной реализации моделей, осложняющиеся наличием у функции распределения концентрации разрывов или высоких градиентов. Приводятся алгоритм численного решения уравнений модели, основанный на расщеплении по процессам и координатам и численные схемы для каждого из процессов.

В пятом разделе объединяются результаты второго и четвертого и приводится общая схема имитационной модели распространения примеси и алгоритм ее численной реализации.

В шестом — заключительном, разделе приводятся и обсуждаются анализы численных экспериментов. Показано, что модель обладает удовлетворительным качеством, например, ошибки направления и концентрации составляют 10 град и 20 % соответственно. Обобщаются алгоритмы реализации блоков общей имитационной модели и приводится итоговый алгоритм метода оценивания среднесезонных и среднегодовых характеристик степени загрязненности воздушного бассейна близких к мегаполису территорий. В заключение в разделе обсуждаются практические аспекты реализации результатов работы.

Безусловно, хотя предложенная методика и обладает удовлетворительным качеством, но она имеет достаточно большой резерв для совершенствования. В первую очередь, следует выделить повышение качества моделирования распространения примеси в условиях городской застройки. Связанные с этим вопросы, например, учет очагов тепла и особенности поведения коэффициентов диффузии, являются достаточно сложными и актуальными. Кроме того, одним из путей повышения качества может служить разработка более полных моделей источников примеси.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Чихонадских, Елена Александровна, Санкт-Петербург

1. Аксенов И.Я., Аксенов В.И. Транспорт и охрана окружающей среды. M.: Транспорт, 1986. -176 с.

2. Андерсон Т. Статистический анализ временных рядов. -М.: Мир, 1976.755 с.

3. Атмосферная турбулентность и моделирование распространения примесей. Под ред. Ф. Ньюстадта и X. Ван Дока.-Л.: Гидрометеоиздат,1985.-351 с.

4. Байков Б.К. и др. Проверка методики расчёта рассеивания в атмосфере холодных выбросов на материалах обследования предприятий искусственного волокна.- Труды ГГО, 1971, вып. 254, с. 72-81.

5. Бакушинский А.Б.,Гончарский A.B. Некорректные задачи. Численные методы и приложения.-М.: Из-во МГУ, 1989.-30 с.

6. Баренблатт Г.И. О движении взвешенных частиц в турбулентном потоке. //Прикл. мат. мех: 1953, Т. 7, № 3, с. 261-274.

7. Бахвалов Н.С. Численные методы. Т. 1. -М.: Наука, 1975. -631 с.

8. Безуглая Э.Ю., Расторгуева Г.П., Смирнова И.В. Чем дышит промышленный город. -СПб: Гидрометеоиздат, 1995. -105 с.

9. Беккер A.A., Э.П. Волков, В.Б. Прохоров, Н.Д. Рогалев, C.B. Сафро-нов. Исследование содержания оксидов азота в приземном слое воздуха г.Москвы. //Теплоэнергетика. 1994. № 6, с.28-31.

10. Белов П.Н., Комаров B.C. Теоретическая модель распространения радионуклидов при возможных промышленных авариях. //Оптика атмосферы и океана. 1995, т.8, № 7, с. 1001-1008.

11. Белоусов С.Л., Машкович С.А. и др. Обработка оперативной метеорологической информации с помощью ЭВМ.-Л.: Гидрометеоиздат,1986.- 282 с.

12. Белугина В.А. и др. Исследование распространения вредных примесей в районах высотных источников выброса.-Труды ГГО, 1971, вып. 254, с. 81-86.

13. Берлянд М.Е. Современные проблемы атмосферной диффузии и за-грязненения атмосферы.-Л.: Гидрометеоиздат, 1957.- 250 с.

14. Бесчастнов С.П. Изменения температуры и влажности воздуха в факеле испарительной градирни. -Л: Метеорология и гидрология, 1993, № 5, с. 21-28.

15. Блохин A.M., Алаев Р.Д. Об устойчивости модифицированной разностной схемы Mac-Cormaka для симметрической t-гиперболической системы.- Корректные краевые задачи для неклассических уравнений математической физики.-М.: Наука, 1984, с. 10-15.

16. Бокс Дж, Г. Дженкинс. Анализ временных рядов. Прогноз и управление. Вып. 1 и 2.- М.: Мир, 1974, -406с. и -197с.

17. Болбас М.М. Основы промышленной экологии. -М.: Высшая школа, 1993. -145 с.

18. Браун P.A. Аналитические методы моделирования планетарного пограничного слоя. -JL: Гидрометеоиздат, 1978. -150 с.

19. Бржозовский Б.М. Актуальные проблемы современной экологии. Выбросы вредных веществ в атмосферу и методы их снижения. -СПб: Гидрометеоиздат, 1999. -120 с.

20. Булеев Н.И. Численные методы решения двумерных и трехмерных уравнений диффузии. // Матем. сб., 1960, № 2.- 51 с.

21. Вызова H.JL, Гаргер Е.К., Иванов В.Н. Экспериментальные исследования атмосферной диффузии и расчеты рассеяния примеси. -JI.: Гидрометеоиздат, 1991.- 274 с.

22. Вазов В., Форсайт Дж. Разностные методы решения дифференциальных уравнений в частных производных. -М.: Издательство иностранной литературы, 1963.-345 с.

23. Вдовин Б.И., Зражевский И.М. Экспериментальные исследования рассеивания в атмосфере холодных вентиляционных выбросов предприятий вискозного волокна.-Труды ГГО, 1971, вып. 254, с. 57-71.

24. Веселов В.В., Гонтов Д.П. и др. Вариационный подход к задачам интерполяции физических полей. -М.: Наука, 1983.-20 с.

25. Владимиров A.M. Охрана окружающей среды. -СПб: Гидрометеоиздат, 1991.-345 с.

26. Владимиров B.C. Обобщенные функции в математической физике.- в кн. Актуальные проблемы прикладной математики и математического моделирования.-Новосибирск: Наука, 1882, с. 4-20.

27. Волков Э.П., Прохоров В.Б., Рогалев Н.Д. Снижение вредного воздействия выбросов в районе расположения ТЭС на окружающую среду на основе оптимизации распределения нагрузки. // Теплоэнергетика. 1993, № 1. с.8-13.

28. Гаврилов A.C., Пономарёва С.М. Структура турбулентности в приземном слое атмосферы.-Обзорная информация ВНИИГМИ-МЦД,Сер. Метеорология, 1984, вып. 1. -56 с.

29. Гельфанд И.М., Локуциевский О.В. Методы прогонки для решения разностных уравнений.-М.: Наука, 1983.-120 с.

30. Головко В., Кондранин Т. Статистические модели временных рядов характеристик поля уходящего излучения земли по данным космических наблюдений. -М.: Изд-во Московского физико-технического института, 1985.-95 с.

31. ГОСТ 17.2.3.01-86."Охрана природы.Атмосфера. Правила контроля качества воздуха населенных пунктов."-М.: Из-во стандартов, 1987.-5 с.

32. ГОСТ 17.2.4.02-81."Охрана природы.Атмосфера.Общие требования к методам определения загрязняющих веществ." -М.: Из-во стандартов, 1981.-3 с.

33. ГОСТ 17.2.6.01-86."Охрана природы.Атмосфера.Приборы для обора проб воздуха населенных пунктов.Общие технические требования."-M.: Из-во стандартов, 1987. -3 с.

34. Дарницкий A.B. География Санкт-Петербурга и области.-Спб: Гидро-метеоиздат, 2002. -80 с.

35. Дарницкий A.B. Невский край: Санкт-Петербург и область.-Спб: Пресском, 2000. -40 с.

36. Дженкинс Г., Д. Ватте. Спектральный анализ и его приложения. Вып. 1 и 2. M.: Наука, 1972, -316с. и -284с.

37. Дымников В.П. Моделирование динамики влажной атмосферы. -М.: Из-во ОВМ АН СССР, 1984.- 76 с.40.3ащита атмосферы от промышленных загрязнений. Справочник 4.2/ Пер. с англ. -М.: Металлургия, 1988.-711 с.

38. Ивахненко А.Г., Лано В.Г. Предсказание случайный процессов.- Ки-ев: Наукова думка, 1971. -416 с.

39. Кендалл М. Временные ряды. -М.: Финансы и статистика, 1981,-199 с.

40. Кендалл М., Стьюарт А. Статистические выводы и связи. М.: Наука, 1973.-900 с.

41. Кобринский Н.И. Информационные фильтры в экономике. Анализ одномерных временных рядов.- М.: Статистика, 1978. -286 с.

42. Ковеня В.М., Лебедев A.C. Использование метода расщепления в схеме типа предиктор-корректор для решения задач газовой динамики.-Численные методы механики сплошной среды., 1984, № 2.-15 с.

43. Колдоба A.B., Повещенко Ю.А., Самарская Е.А., Тишкин В.Ф. Методы математического моделирования окружающей среды.-М.:Наука, 2000.345 с.

44. Костюков В.В. Объективный анализ и согласование метеорологических полей.-Л.: Гидрометеоиздат, 1982.-184 с.

45. Комаров B.C., Солдатенко С.А., Соболевский О.М. Гидродинамический мезомасштабный прогноз эволюции облачности и аэрозольных образований. //Оптика атмосферы и океана. 1996, т.9, № 4, с. 440-445.

46. Комаров B.C., Солдатенко С.А., Суворов С.С. исследование чувствительности моделей переноса примесей в атмосфере (модель и методика). //Оптика атмосферы и океана. 1995, т.8, № 7, с. 985-992.

47. Крылова А.И., Рапута В.Ф. и др. Планирование и анализ подфакель-ных наблюдений концентрации примеси в атмосфере.-Метеорология и гидрология, 1993, № 5, с. 29-35.

48. Куллдорф Г. Введение в теорию оценивания по группированным и частично группированным выборкам. -М.: Наука, 1966. -176 с.

49. Лемешко Б.Ю. Робастные методы оценивания и отбраковка аномальных измерений. //Заводская лаборатория. 1997, т.63, № 5, с. 43-49.

50. Лемешко Б.Ю., Помадин С.С. Корреляционный анализ наблюдений многомерных случайных величин при нарушении предположений о нормальности. //Сибирский журнал индустриальной математики. 2002, Т.5, № 3, с.115-130.

51. Лемешко Б.Ю., Постовалов С.Н. О правилах проверки согласия опытного распределения с теоретическим. //Методы менеджмента качества. Надежность и контроль качества. 1999, № 11, с. 34-43.

52. Марчук Г.И., Алоян А.Е., Лушников A.A. и др. Математическое моделирование переноса аэрозолей в атмосфере с учетом коагуляции, Препринт № 324.-М.: ОВМ АН СССР, 1990.-29 с.

53. Марчук Г.И. Исследование чувствительности дискретных моделей динамики атмосферы и океана.//Изв. АН СССР, Физика атмосферы и океана, 1979, Т. 15, № 11, с. 1123-1131.

54. Марчук Г.И. Математическое моделирование в проблеме окружающей среды.-М.: Наука, 1982.-319 с.

55. Марчук Г.И. Методы вычислительной математики. -М.: Наука, 1980.536 с.

56. Марчук Г.И. Методы расщепления.-М.: Наука, 1988.-263 с.

57. Марчук Г.И. Основные и сопряженные уравнения динамики атмосферы и океана.-Разностные и спектральные методы решения задач динамики атмосферы и океана. Труды симпозиума. Новосибирск, 17-22 сентября, 1974. -Новосибирск, 1974. с. 45-56

58. Марчук Г.И. Численное решение задач динамики атмосферы и океа-на.-Л.: Гидрометеоиздат, 1974.-303 с.

59. Марчук Г.И., Алоян А.Е. Математическое моделирование в задачах экологии, Препринт № 234.-М.: ОВМ АН СССР, 1989.-36 с.

60. Марчук Г.И., Пененко В.В., Алоян А.Е. Структура математических моделей в гидродинамических задачах окружающей среды/ в сб. Актуальные проблемы прикладной математики и математического модели-рования.-Новосибирск: Наука, 1982, с. 123-137.

61. Марчук Г.И., Скиба Ю.Н. Численный расчет сопряженной задачи для модели термического взаимодействия атмосферы с океанами и континентами .//Известия АН СССР. Физика атмосферы и океана, Т. 12, № 5, 1976, с. 459-469.

62. Махонько К.П. Элементарные теоретические представления о вымывании примесей осадками из атмосферы.-Труды ГТО, 1967, Вып. 8, с. 26-34.

63. Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий. ОНД-86, Госкомгидро-мет.- Л.: Гидрометеоиздат, 1987.-92 с.

64. Методика расчетов выбросов в атмосферу ЗВ автотранспортом на городских магистралях. М.: Министерство транспорта РФ и Министерство охраны окружающей среды и природных ресурсов РФ, 1997.- 54 с.

65. Мостовой Г.В. Простая лагранжева модель мезомасштабного перено-са примесей в атмосфере.-Метеорология и гидрология,!993,№ 5,с. 29-35.

66. Орлов А.И. Неустойчивость параметрических методов отбраковки резко выделяющихся наблюдений. //Заводская лаборатория. 1992, т. 58, № 7, с. 40-42.

67. Охрана окружающей среды. Учебник для технических спец.вузов. С.В.Белов, Ф.А.Барбинов. Под ред. C.B. Белова. Изд. Второе. -М.: Высшая школа, 1991г.- 319 с.

68. Пененко В.В. Математические модели природоохранного прогнозирования и проектирования.-М.: Нука, 1992.-316 с.

69. Пененко В.В. Методы численного моделирования атмосферных процессов. -Л.: Гидрометеоиздат, 1891.-351 с.

70. Пененко В.В., Алоян А.Е. Модели и методы для задач охраны окружающей среды. -Новосибирск: Наука, 1985.- 345 с.

71. Першина P.A., Сонькин Л.Р. Возможность прогнозирования загрязнения городского воздуха методом линейного регрессионного анализа.-Труды ГГО, 1987, вып. 387, с. 47-51.

72. Полищук Ю.М. Информатика и анализ техногенных воздействий на природную среду. http://www.ict.nsc.ru/ws/Lyap2001/2283/.

73. Попов А.М. Об особенностях атмосферной диффузии над неоднородной подстилающей поверхностью. //Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана, 1974, № 12, с. 1309-1312.

74. Прохоров В.Б., Рогалев Н.Д. Исследование загрязнения приземного слоя воздуха г. Москвы от вредных выбросов тепловых электрических станций. Доклады межд.конф."Экология энергетики".- М.: Изд-во Московского энергетического института. 2000. с. 86-87

75. Рапута В.Ф., Смоляков Б.С., Куценогий К.П. Оценка содержания нитратов и сульфатов в снегу окрестностей нефтегазового факела. // Сибирский экологический журнал. 2000, №1, с. 103-107.

76. Руководство по контролю загрязнения атмосферы. РД 52.04.186 89.-М.: Наука, 1991.-693 с.

77. Самарская Е.А., Сузан Д.В., Тишкин В.Ф. Построение математической модели распространения загрязнений в атмосфере.// Математическое моделирование. 1997, т.9, №11, с.59-71.

78. Сенькин Л.Р. Статистические и синоптические методы прогноза загрязнения воздуха в городах.// Прогнозирование и загрязнение атмосферы. Сб. докладов на межд. совещ. ВМО PA-Vl.-Л.: Гидрометеоиздат, 1984, с. 60-70.

79. Солдатенко С.А. Математическое моделирование крупномасштабных метеорологических эффектов, обусловленных интенсивным загрязнением атмосферы сильнопоглощающим аэрозолем. //Изв. РАН. Физика атмосферы и океана, 1992, Т. 28, № 2, с. 104-115.

80. Солдатенко С.А., Соболевский О.М. Региональная модель переноса консервативных примесей в атмосфере. //Оптика атмосферы и океана. 1994, т.7, № 2, с. 213-222.

81. Сонькин Л.Р. Синоптико статистический анализ и краткосрочный прогноз загрязнения атмосферы.-Л.:Гидрометеоиздат, 1991.-223 с.

82. Справочник "Весь Петербург". -Спб: Пресском, 2000г.-300 с.

83. Стадницкий Г.В. Экология. Учебник для вузов.- Спб: Хим.издат. Судостроение, 1999г. 280с.

84. Статистические методы обработки результатов наблюдений/ под ред. Юсупова Р.М., -М.: Из-во МО СССР, 1984.-563 с.

85. Стрельникова В." Диоксиновое гетто" . "Известия" 9 августа 2000г.

86. Стыро Б.И. Самоочищение атмосферы от радиоактивных загрязне-ний.-Л.: Гидрометеоиздат, 1968.-288 с.

87. Теория систем в приложении к проблемам защиты окружающей среды. Под ред. С. Ринальди.- Киев: Вища школа, 1981.-263 с.

88. Тищенко Н.В. Охрана атмосферного воздуха: расчет содержания вредных веществ и их распределение в воздухе. -СПб: Гидрометеоиздат, 1991.-145 с.

89. Флетчер К. Вычислительные методы в динамике жидкости. Т. 1.,-М.: Мир, 1991.-500 с.

90. Флетчер К. Вычислительные методы в динамике жидкости. Т.2.,-М.: Мир, 1991.-552 с.

91. Ходачек А. Экология не знает границ. -СПб: Весник Мерии № 1. 1995. с. 24-46.

92. Хьюбер П. Робастность в статистике. -М.: Мир, 1984.- 303 с.

93. Чихонадских Е.А. Определение размера платежей за выбросы загрязняющих веществ в атмосферу автотранспортными средствами: Методические указания к практической работе. СПб: СПбГМТУ, 1999. - 14 с.

94. Чихонадских Е.А. Организация и прогнозирование экспресс-картирования для решения задач локального экологического мониторинга: Методические указания к практической работе. СПб: СПбГМТУ, 2000. - 16 с.

95. Чихонадских Е.А. Методические рекомендации по определению платежей за размещение отходов в окружающей природной среде: Методические указания к практической работе. СПб: СПбГМТУ, 2001. - 15 с.

96. Чихонадских Е.А. Определение среднемесячных концентраций вредных веществ в воздухе рабочей зоны: Методические указания к практической работе. СПб: СПбГМТУ, 2002. - 15 с.

97. Чихонадских Е.А. Экология, ч. 1. «Теоретическая экология»: Учеб. пособие. СПб.: СПБГМТУ, 2003. - 113 с.

98. Чихонадских Е.А. Экология, ч. 2. «Практическая экология»: Учеб. пособие. СПб.: СПБГМТУ, 2003. - 109 с.

99. Экологический атлас Санкт-Петербурга. -СПб: Изд. ВКФ Лен.ВО. 1993.-145 с.

100. Barrs S. Prediction of hight concentration of short duration using gross turbulence statistics/J. Air Pollut. Control Assoc. 1972, V .22, № 4, pp. 275277.

101. Velleman P.F. and Hoaglin D.C. Applications, Basics and Computing of Exploratory Data Analysis. Boston: PWS-Kent Publishing Company, 1981. -125 p.

102. Huber A.H. Performance of a Gaussian model for centerline consentrations in the ware ofbuildings.-Atmos. Environ., 1988, vol. 22,N 6, pp. 1039-1050.

103. Miller M.E.,Holzwort G.C. An atmospheric diffusion model for metropolitan areas./J. Air Pollut. Control Assoc.-1967,V.17,№ l,pp.46-50.

104. Leahey D.M. An advective model for predicting air pollution within an urban heat in land application to New-York City. //J. Air Pollut. Control Assoc.-1972,V.22,№ 7,pp. 548-550.

105. Leavitt I.M. e.a. Meteorological program for limiting power plant stack emission. // J. Air Pollut. Control Assoc.-1971,V.21,№. 7, pp. 400-405

106. Newell R.E. One dimensional models: a critical comment and their application to carbon monoxide//J. Geophys. Res. ,1977,V. 82, pp. 1449-1450.

107. Clarenburg L.A. Air pollution control. A system to predict unfavourable weather conditions// Property of Air Poll. Technical Information Center, 1968, 17 p.

108. Slader I. Imissionswarnunggsdienst fur Nordwestbohmer//Z. Meteor.- 1974, Bd. 24, №3-8, pp. 168-172.

109. Benarie M. Essai de prevision synoptique de la pollution par l'acidité forte dans la region Ronennaise// Atmos. Environ., 1971, V. 5, № 5, pp. 313-326.

110. Chandler T.J. e.a. Meteorological controls upon ground-level concentration of smoke and sulphur dioxide in two urban areas of the United Kingdom// Atmos. Environ.,1978, V. 12, № 6-7, pp. 1543-1554.

111. Lumley J.L. Computional modeling of turbulent flows.//Adv. Appl. Mech., vol. 18, pp. 123-176.

112. Главные компоненты временных рядов: метод "Гусеница". /Под редакцией Д.Л.Данилова и А.А.Жиглявского. -СПб: Санкт-Петербургский университет, 1997. -320 с.