Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Методы восстановления полей выпадений аэрозольных примесей от площадных источников

ВАК РФ 25.00.36, Геоэкология

Автореферат диссертации по теме "Методы восстановления полей выпадений аэрозольных примесей от площадных источников"

На правах рукописи

ЯРОСЛАВЦЕВА Татьяна Владимировна

МЕТОДЫ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ПОЛЕЙ ВЫПАДЕНИЙ АЭРОЗОЛЬНЫХ ПРИМЕСЕЙ ОТ ПЛОЩАДНЫХ ИСТОЧНИКОВ

25 00 36 - геоэкология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

оозот

Новосибирск - 2007

003071351

Работа выполнена в Институте вычислительной математики и математической геофизики СО РАН

Научный руководитель:

доктор физико-математических наук, профессор В И Кузин

Официальные оппоненты

доктор физико-математических наук, профессор В Е. Павлов

доктор технических наук, профессор С М Зеркаль

Ведущая организация

Алтайский государственный университет

Защита диссертации состоится 22 мая 2007 года в 12 часов на заседании диссертационного совета Д 003 008 01 в Институте водных и экологических проблем СО РАН по адресу 656038, г Барнаул, ул Молодёжная, 1

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института водных и экологических проблем СО РАН

Автореферат разослан 20 апреля 2007 г

Ученый секретарь диссертационного совета к г н , доцент

И Н Ротанова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Процессы загрязнения атмосферы и поверхности земли в результате ветровой миграции примеси от неорганизованных площадных источников до сих пор изучены недостаточно и зависят от значительного числа факторов, обладающих большой изменчивостью К ним в первую очередь следует отнести текущую эмиссию источников и эффективную высоту подъёма примеси, дисперсный состав аэрозольных частиц Эти величины в свою очередь зависят от метеорологических условий, состояния почвенного и растительного покрова, прочности сорбции примеси с поверхностью и т д. Также недостаточно полно изучены механизмы ветрового подъёма примеси с подстилающей поверхности В сложившейся ситуации проведение прямого моделирования процессов распространения примеси весьма затруднительно С другой стороны проблематично получить достоверную картину загрязнения территорий лишь на основе данных наблюдений, что в значительной степени связано с их недостаточностью и фрагментарностью

Вследствие такого положения представляется целесообразной разработка компромиссных моделей, использующих имеющиеся данные натурных наблюдений, теоретические описания процессов распространения примеси и дополнительную априорную информацию о структуре источников, дисперсном составе примесей, метеорологических полях Построение такого типа моделей оценивания полей концентраций позволяет более надежно контролировать процессы и характеристики тех-ногенною загрязнения местности

Цель работы состоит в разработке методов численного анализа данных экспериментальных исследований аэрозольного загрязнения территорий атмосферными выбросами нерегулярных площадных источников, получении количественных закономерностей формирования полей выпадений аэрозольных примесей природного и антропогенного происхождения Задачи работы:

1 Разработка методики оценивания полей локальных выпадений аэрозолей в окрестностях неорганизованных площадных источников

2 Создание методов интерпретации данных наблюдений регионального загрязнения территорий промышленными выбросами

3. Разработка численных методов контроля качества и оптимизации аэрозольных обработок сельскохозяйственных полей

4 Исследование закономерностей формирования полей аэрозольных выпадений примесей в зонах действия антропогенных источников загрязнения территорий Сибири

Методологической основой работы являются постановки обратных задач переноса примеси, численные и аналитические решения полуэмпирического уравнения турбулентной диффузии в приземном слое атмосферы, методы оптимизации, численное моделирование для обобщения и интерпретации данных натурных наблюдений аэрозольного загрязнения местности

Научная новизна Автором разработаны методы оценивания полей аэрозольных выпадений от площадных источников, основанные на совместном использовании малопараметрических моделей переноса примесей в атмосфере и данных натурных наблюдений. Установлены новые количественные закономерности формирования полей концентрации примеси в окрестностях неорганизованных площадных источников Предложены методы определения источников примесей и оценивания регионального загрязнения территорий промышленными предприятиями Для аэрозольных источников регулируемой дисперсности в приземном слое атмосферы разработана модель оптимального управления процессами последовательного нанесения осадка препарата на массив сельскохозяйственных полей и проведено численное моделирование оптимальных параметров аэрозольных обработок Все полученные результаты обладают новизной и демонстрируют многообразие методов решения возникающих задач оценивания загрязнения окружающей среды аэрозольными площадными источниками атмосферных примесей

Достоверность положений и выводов работы обеспечивается применением физически обоснованных моделей приземного слоя атмосферы и переноса примеси, использованием апробированных аналитических решений, методов численной реализации обратных задач и планирования эксперимента Адекватность разработанных моделей восстановления полей концентраций подтверждается значительным объемом экспериментальных исследований загрязнения атмосферного воздуха, снегового, растительного покрова в зонах влияния аэрозольных источников нерегулярной пространственно-временной структуры.

Научная и практическая значимость. Разработаны экономичные методы численного анализа данных наблюдений аэрозольного загрязнения окружающей среды неорганизованными площадными источниками Построены модели оптимизации плотности осадка аэрозольных препаратов с использованием источников регулируемой дисперсности в приземном слое атмосферы Предложенные математические модели оценивания параметров источников и полей аэрозольных выпадений, а также найденные с их помощью закономерности переноса и рассеяния загрязняющих веществ образуют научную основу для получения практиче-

ских способов ведения мониторинговых наблюдений в зонах действия техногенных источников различной структуры Эти модели могут быть использованы для реконструкции полей аэрозольного загрязнения местности хвостохранилищами горно-обогатительных фабрик, угольными карьерами, нефтегазовыми факелами, автотрассами, городскими территориями Предложенные в диссертационной работе методики восстановления полей загрязнения были применены при проведении практических работ, о чём имеются соответствующие акты об использовании

Работа выполнялась в рамках проектов ИГ СО РАН №№ 00-64, 0069, 00-75, 03-168, 03-169, РАН №№ 13 5, 16 6; РФФИ №№ 05-05-98006, 03-05-96826; МНТЦ № 2311.

На защиту выносятся:

1. Методика реконструкции полей локальных выпадений аэрозольных примесей в окрестности площадных источников

2. Методы интерпретации данных наблюдений регионального загрязнения территорий техногенными выбросами

3. Методы количественной оценки эффективности аэрозольных обработок сельскохозяйственных культур

4 Результаты апробации разработанных методов оценивания полей концентраций примесей на данных натурных исследований процессов загрязнения территорий Сибири промышленными выбросами.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы обсуждались на росс и межд конф «Вычислительно-информационные технологии для наук об окружающей среде» (Томск, 2003 г, Новосибирск, 2005 г ), «Информационные технологии и обратные задачи рационального природопользования» (Ханты-Мансийск, 2005 г), 11 эколог, симп. «Урал атомный, Урал промышленный» (Екатеринбург, 2005 г), науч -практ конф «Информационные технологии, измерительные системы в исследовании сельскохозяйственных процессов» (Новосибирск, 2003), на 4-ой науч -практ конф «Региональные проблемы устойчивого развития природоресурсных регионов и пути их решения» (Кемерово, 2004), на конф по выч матем «МКВМ-2004» (Новосибирск, 2004 г ), на V-XI совещаниях Рабочих групп «Аэрозоли Сибири» (Томск, 1998-2004 гг.)

Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 научных статей, из них 9 в рекомендованных ВАК изданиях. Список основных публикаций приведен в конце автореферата

Личный вклад автора. В совместных работах [4-9,15,16] диссертант участвовал в постановке задач, разработке численных алюритмов, анализе полученных результатов численного моделирования и интерпретации данных натурных исследований Автору принадлежит про-

граммная реализация разработанных алгоритмов и проведение вычислительных экспериментов

Структура и объём работы. Текст диссертации включает введение, три главы, заключение, список цитируемой литературы, акты о внедрении Список литературы содержит 147 наименований Объём диссертации составляет 119 страниц, включая 19 рисунков и 13 таблиц

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дается краткий обзор научной литературы по данному направлению исследований, обосновывается актуальность работы, формулируется цель исследований, отмечается степень новизны и практическая значимость, изложено краткое содержание работы и сведения о её апробации

Первая глава посвящена восстановлению локальных полей концентраций аэрозолей в окрестностях источников нерегулярной пространственно-временной структуры В связи с этим для интерпретации данных наблюдений переноса аэрозолей в атмосфере применен метод постановок обратных задач переноса и диффузии примеси

В § 1 1 представлены основные математические модели, используемые для восстановления полей аэрозольных выпадений В их основе лежит полуэмпирическое уравнение турбулентной диффузии да да д , да 8 да . дх дг аг дг ду ду с граничными условиями

k^ + wq = aq, г = г0, ид\х=0=МЗ(у)3(г-Н), ^^О, (2)

где ось х ориентирована по направлению ветра, у расположена в поперечном направлении, г - направлена вертикально вверх, ц(х,у,г) — концентрация примеси, и(г) - скорость ветра, и> — скорость оседания аэрозольных частиц, к(г), ц(г) - коэффициенты вертикального и горизонтального турбулентного обмена, X — описывает трансформацию примеси, а - параметр взаимодействия примеси с подстилающей поверхностью, М,Н- мощность и эффективная высота источника.

В предположении, что /и = к0и, и (г) = щ (г / )", к (г) = кхг / г1,

получены приближенные формулы для вычисления поля концентрации от площадного источника в виде

ЛГ -2

<=1

02 0з (У-У,)

2^

х-х,

(х-х,)

Здесь в - вектор неизвестных параметров

Я

М

в, =

щН

1+л

1

2(р

(4)

При наличии данных точечных измерений поля концентрации хк в точках хк, к = 1, N , вектор неизвестных параметров в определяется из условия минимума функционала

к=1

(5)

Оценки вектора параметров в можно получить, используя не менее трёх точек наблюдения Учёт линейности функции (3) относительно , и необходимого условия экстремума функционала (5) позволяет свести исходную задачу к вспомогательной задаче поиска минимума функции двух переменных 62 и въ, решение которой можно получить, используя стандартные методы нелинейного программирования

В § 1 2 на основе соотношений (3)-(5) проводится численный анализ данных наблюдений распространения сульфатного аэрозоля в окрестностях Селитренного озера Алтайского края, представляющего собой открытое хранилище кристаллического сульфата натрия площадью около 6 км2. На рис 1 представлена типичная схема отбора проб воздуха в окрестностях Селитренного озера

Рис 1 Схема пробоотбора и восстановленное поле счетной концентрации фракции 0 3-0 4 мкм сульфатного аэрозоля, образованное при юго-западном направлении ветра

На основе модели (3) проводится оценивание параметров 02 и численное восстановление полей счётных концентраций различных фракций аэрозольных примесей в окрестности озера Что касается въ, то для данного размещения системы точек пробоотбора относительно

источника достаточно воспользоваться характерным его значением для дневных условий Выбор опорных точек осуществлялся с использованием методов теории оптимального эксперимента Результаты моделирования представлены на рис 1 и рис. 2

В приближении модели линейного источника проведено восстановление массовой концентрации примеси вдоль маршрута отбора проб

Рис 2 Измеренные и рассчитанные значения счётной концентрации аэрозоля для фракции 0 3-0 4 мкм

--расчетная кривая,

о - измерения в опорных точках, • - измерения в контрольных точках

Анализ полученных результатов показывает, что соответствие рассчитанных и измеренных значений концентраций в контрольных точках вполне удовлетворительное В табл 1 приведены оценки параметров модели (3) Значение параметра вг Таблица 1

определяется эффективной высотой подъёма примеси над поверхностью пылящего источника и, таким образом, непосредственно зависит от размеров аэрозольных частиц

В § 1 3 проводится численный анализ данных экспедиционных исследований распространения пыльцы травяной и древесной растительности Пыление растений обладает сезонной и суточной динамикой, что непосредственно связано со сроками цветения растений и погодными условиями Поэтому вопрос адекватного математического описания процессов распространения пыльцы представляется затруднительным.

В качестве одного из объектов исследования было выбрано солончаковое пятно размерами 40x60 м, заросшее растениями прутняка Наблюдения проводились на участке местности, где экземпляры прутняка полностью отсутствовали За период наблюдения (около 10 часов) скорость ветра варьировалась в пределах 2,7 -11,2 м/с

На рис 3 представлены результаты восстановления плотности выпадений прутняка по модели (3). Анализ результатов показывает, что соответствие расчета наблюдениям в контрольных точках является вполне удовлетворительным

Размер частиц, 1997 г 2004 г

вг. Л. Ъ. 4

мкм км 10б км 106

0,3-0,4 2,5 4,24 1,4 1,01

0,4-0,5 2,3 3,51 1 0,81

0,5-1 1,2 0,91 0,8 0,25

' % ОТ ЧИСЛО ПЫЛЬЦМЫХ ■ (МрвОИ ТОМ»

Рис 3 Измеренные значения плотности выпадения пыльцы прутняка (в % от числа пыльцевых зерен в точке № 1) и результаты численного моделирования

О I-'--I и

О М 100 150 200

В качестве следующего объекта численного исследования рассматривается достаточно обширный массив берёзового леса. Опыты по улавливанию пыльцы проводились по профилю протяжением 4 км от леса в период массового цветения березы Погода в это время была теплая, солнечная, без осадков, ветер был слабый до умеренного, его направление оставалось постоянным в течение всего периода измерений

...........-—- На рис 4 приведены результаты

Рис 4 Измеренная и восстановленная вание большого числа опорных плотность выпадений пыльцы берёзы точек

Проведённые исследования показывают, что на основе постановок обратных задач переноса примеси возможна вполне адекватная интерпретация данных наблюдений выпадений пыльцы различных растений Количество используемых параметров, подлежащих оцениванию, сравнительно невелико и зависит как от способа описания процесса переноса примеси, так и от наличия априорной информации о протекающих процессах Использование аналитического представления решения уравнения переноса примеси в приземном слое атмосферы создаёт значительные преимущества, поскольку позволяет провести эффективную процедуру агрегирования неизвестных параметров

В главе 2 рассматриваются методы оценивания длительного регионального загрязнения территорий выбросами промышленных предприятий Показана возможность сравнительно простого математического описания процессов переноса примеси на больших удалениях от распределенных источников выбросов

численного восстановления плотности выпадений пыльцы с помощью модели (3) по точкам пробо-, отбора из ближней зоны (до 800м). Изменение плотности выпадений пыльцы березы с расстоянием происходит немонотонно, поэтому для повышения устойчивости восстановления целесообразно использо-

500 1000 1500 2000 2500 3000 35С0

В § 2 1 предложена модель восстановления длительного регионального загрязнения местности от площадного источника 5

д(х,у,в) = в [(х-Я)2+(у-//)2]"1/2 + (6)

где (2(х,у) - концентрация, (1,/и) - эффективный центр выброса примеси, 0 = %лин опРеДеляется по Данным наблюдений, С = ^т(<Ц,г})с1^г) -

суммарное поступление примеси от источника 5, т(£ц) - эмиссия примеси из точки (£,г!) е Б, Р((р) - роза ветров за рассматриваемый период времени, и и Н - средняя скорость ветра и высота слоя перемешивания. Предполагается, что точка (х,у) удалена от 5 на расстояние более 7-10 км В этом случае соотношение (6) достаточно надежно описывает процессы длительного загрязнения местности для таких расстояний

В § 2 2 с использованием данных наблюдений и соотношения (6) проводится анализ регионального загрязнения территорий в зонах влияния нефтегазового и топливно-энергетического комплексов

а) Нерюигринский топливно-энергетический комплекс (НТЭК) Методом постановки обратной задачи с использованием данных натурных наблюдений запыленности снегового покрова построена количественная модель пылевого загрязнения территории НТЭК (Якутия) выбросами угольного разреза На рис 5 приведены результаты численного восстановления плотности выпадений пыли. Уровень согласия вычисленных по модели и данных измерений запыленности снежного покрова в контрольных точках является удовлетворительным

Рис 5 Восстановленное поле плотности выпадений пыли на снеговой покров в окрестности Нерюнгринского угольного разреза

• - контрольные точки наблюдений, О - опорная точка (1), удалена от карьера на расстояние 6 км,

^ - область проведения активных взрывных работ,

А - предприятия НТЭК

б) Региональное загрязнение территорий севера Западной Сибири продуктами сжигания попутного нефтяного газа

Представлены результаты численного оценивания полей относительной концентрации примеси на основе использования информации о результатах космического зондирования теплового излучения нефтега-

зовых факелов Ханты-Мансийского автономного округа (ХМАО). В предположении, что тепловое излучение факелов пропорциональна объёмам сжигаемого попутного газа, проведена оценка относительного загрязнения территорий продуктами сгорания. Для описания поля концентрации примеси С от совокупности факелов используется принцип суперпозиции

М т /

С (х, 4" Са (х, у), вп =%пиН, (7)

где С„(х,у) -- поле концентрации от ш-го источника единичной мощности, Тт - измеренное тепловое излучение т-ТО факела.

На рис. 6 приведены результаты оценивания относительного регионального загрязнения атмосферы факелами ХМАО.

Рис. 6. Относительная средне-зимняя концентрация примеси н атмосфере, рассчитанная па основе данных теплового излучения нефтегазовых факелов.

* - расположение наиболее мощных факелов,

— - восстановленная но модели (7) концентрация примеси

Представленное поле концентрации качественно согласуется с имеющимися представлениями о картине регионального загрязнения. Дальнейшую количественную привязку следует проводить на основе комплексного использования информации о тепловом излучении нефтегазовых факелов и данных наземного обследования состава выбросов.

В § 2.3 проводится совместный анализ измерений суточной динамики изменения химического состава атмосферных аэрозолей и ветрового режима в пунктах отбора проб на севере Западной Сибири. К основным источникам газоаэрозольного загрязнения этих территорий относятся промышленные центры Урала, Норильска, Кольского полуострова, юга Западной Сибири, Систематические наблюдения химического состава атмосферных аэрозолей в населенных пунктах севера Западной Сибири (пп. Тарко-Сале, Самбург) в ряде случаев позволили идентифицировать источник выброса примесей, установить специфический состав аэрозолей, характерные трассерные вещества и химические элементы.

На рис. 7 представлены результаты измерений суточной динамики изменения концентраций 80А'0{, Си, N1 и направления ветра за период наблюдения с 6 октября по 4 ноября 1998 г.

нг/м

Октябрь 1998, Сам бург

мкг/м

- Ni ......Си

se? —Н0,.(Ю)

А- 1 %

I В * 10 Ч 1J L] и IÎ 1« 1Г 1а -ф ZI D ¿+ И * 11 H 1» JQ П 1 I)'

F « S la 11 il 11 N4 * 1T H 1» К 11 21 21 > H И Jt Л 'A 1 i H

»■»■»y

Рис. 7. Суточная динамика изменения ионного и микроэлементного состава и направлении ветра за период наблюдения с 6 октября по 4 ноября 1998 г.

Совместный анализ этих данных показал, что возникновение «пиков» концентрации веществ связано с поступлением примесей от источников Урала и Норильска. В частности, в период с 1 по 3 ноября, наличие пиков обусловлено выносом от Норильска. Это также подтверждается более детальным анализом полей ветра за период 1 -2 ноября 1998 г.

• >,,, 4 - - - - V' Vv .— <

Ш У* -;; Ц !

Ш'И

-• ïiiïïii л'''i'Jrr.^sw^:::

^ - - • - - ' t ' - h. LV

tt 4 » * I«* II» •

Рис. 8. Поле скорости ветра на уровне 850 мб 1 ноября (а) и 2 ноября (б) 1998 г.

Из рис. 8а следует, что на 1 ноября 1998 г. над территорией, пролегающей между Самбургом и Норильском, ветер имел северо-западное направление, что практически исключало непосредственное поступление выбросов Норильского комбината в пункт измерения. Согласно рис. 86, на 2 ноября 1998 г. картина поля ветра в этом районе стала наиболее благоприятной с точки зрения переноса загрязняющил веществ и согласуется с зафиксированным в пункте наблюдения высоким уровнем концентраций специфических атмосферных примесей.

Глава 3 посвящена численным методам контроля и оптимизации применения аэрозольной технологии для защиты растений.

В §§ 3.1-3.2 в рамках постановок обратных задач проводится интерпретация данных полевых исследований оседания аэрозольных препаратов на растительности от аэрозольного генератора реЕулирусмой дисперсности (ГРД). В качестве целевой функции принято соотношение

N

~Рк

min

(8)

4=1 ^

Процесс рас про с транення аэрозольного облака от мгновенного линей-

ного источника высоты Н описывается уравнением

, ч 80 8Q 8 .80 дх 8z 8z 8z

с граничными условиями

32

О, u(z)Q\ =GS(z-H), (Ю;

Х---0

z=h

где х, z - горизонтальная и вертикальная координаты, Q(x,z) - импульс концентрации примеси, u(z) - скорость ветра (направление оси х совпадает с направлением ветра), k(z) - коэффициент вертикального турбулентного обмена, w - скорость гравитационного оседания частиц, h -высота приземного слоя атмосферы, h0 - высота расти гельности, G -производительность непрерывного линейного источника (г/м), С - параметр, характеризующий взаимодействие примеси с растительностью

Основной входной информацией является расстояние точек отбора проб от линии хода ГРД, спектр размеров аэрозольных частиц, данные измерений плотности осадка pi на растительности и почве

В приближении моделей лёгкой примеси, моно- и полидисперсного аэрозоля обсуждаются постановки обратных задач оценивания параметров аэрозольных обработок и плотности осадка препарата по данным наблюдений на различных удалениях от линии хода ГРД. При проведении опытов контролировался дисперсный состав аэрозольных частиц, который описывается логарифмически нормальным законом распределения с медианно-массовым диаметром Dm=12,7 мкм и среднегеометрическим отклонением <rg~2,6. Для описания метеорологических характеристик используется теория подобия Монина-Обухова.

Для рассматриваемых обратных задач по ограниченному числу точек проведено оценивание параметров и восстановление плотности осадка аэрозоля на растительности В случае легкой и полидисперсной примеси определяемыми параметрами являются эффективная высота источника Н и параметр С взаимодействия примеси с растительным покровом В монодисперсном случае также подлежит определению средняя скорость оседания частиц аэрозоля

Использование набора моделей восстановления позволило провести последовательное уточнение параметров аэрозольного источника и характеристик взаимодействия аэрозольной примеси с растительностью, оценить верхнюю и нижнюю границу возможной плотности осадка препарата В табл. 2 приведены восстановленные параметры моделей

Таблица 2

Параметры Легкая Монодисперсный Полидисперсный

моделей примесь аэрозоль аэрозоль

Эффективная вы- 0,8* 2 * 3 *

сота источника (м)

Скорость оседания (см/с) 0 0,7* [0,01,0,06,0,13,0,23, 0,37; 0,6, 1]

Параметр взаимодействия С 134,6* 138,5* 37,4*

* - соответствует восстановленным значениям параметров

На рис 9 приведены результаты восстановления плотности осадка аэрозоля по данным наблюдений в полидисперсном случае

Рис 9. Данные измерений и результаты численного восстановления плотности осадка в приближении модели полидисперсного аэрозоля (£>т =12,7 мкм, сг =2,6)

Анализ результатов численного моделирования показывает, что за счет использования модели полидисперсного аэрозоля произошло увеличение эффективной высоты источника до 3 метров, что объясняется присутствием в спектре размеров аэрозольных частиц тяжелых и лёгких фракций Вследствие этого модель полидисперсного аэрозоля оказалась наиболее адекватной данным наблюдений.

Далее обсуждаются методы последовательного анализа и планирования локально £)-оптимальных и дискретных планов эксперимента Для случая лёгкой примеси приведено представление оптимального плана в аналитическом виде В приближении модели монодисперсной примеси для различных скоростей оседания м и характерных условий обработки проведено численное моделирование оптимальных планов отбора проб Также анализируются случаи неустойчивого восстановления полей выпадений примеси, обусловленного неоптимальным размещением опорных точек

В § 3 3 рассмотрена численная модель оптимизации плотности осадка аэрозоля методом наложения волн В качестве целевой функции принят суммарный расход аэрозольного препарата

л

Ф = £а-+тт (11)

^ а"

при ограничениях

л

Ф>&*)=1Е,о1Н<1>)1,(*><*.)*ро* »=рг, (12)

1=1

где Л - число полей, подлежащих обработке, б = (б1, , 0, - расход препарата на метр пути при проходе источника аэрозолей вдоль г-го поля, <¿ = (¿1, ,с1д), й, - диаметр частиц, Р(х) - плотность осадка аэрозоля в точке х , Р0- требуемая плотность осадка препарата, м(с1) - скорость седиментации аэрозольных частиц, /,(*,*/,) - нормированный импульс концентрации, рассчитываемый с помощью модели (9)-(10).

Предложен экономичный метод численного решения задачи (11)-(12), основанный на использовании свойства унимодальности функций /,(3с,с?,), позволяющий свести исходную многомерную задачу оптимизации к решению последовательности одномерных задач

Численное моделирование проводилось применительно к условиям устойчивого приземного слоя атмосферы при значениях основных параметров и, =0,08л(/с, I = 7,8л(, ¿¡о = 0,5л(, Р0 - 1 мкг)мг, где и, - динамическая скорость, Ь - масштаб длины Монина - Обухова Результаты численных экспериментов приведены в табл 3 и на рис 10

Таблица 3

Распределение оптимальных расходов и диаметров аэрозольных частиц

Глубина Диаметр частиц (мкм)/' /Расход (мг/м) Суммарный

поля, км Номер поля расход, мг/ м

1 2 3 4 5

0,5 21/ /12,9 24/ /5,2 25/ /4,8 27/ /4,5 31/ /4,5 32

1 19/ /23,5 19/ /12,3 19/ /И 19/ /10 67,2

Для полученных решений характерно скачкообразное изменение мощности генератора после прохода вдоль первого поля Нарастание же диаметров частиц происходит в основном более плавно

На рис 10а представлены результаты расчёта плотности осадка для массива, состоящего из пяти полей с одинаковой глубиной по 500 м, образованного частицами оптимального диаметра <¿=25 мкм На рис 106

изображена плотность осадка препарата, полученная для того же массива полей частицами оптимального для каждого прохода генератора диаметрами, представленными в табл. 3.

1,8

0,0 0,2

. икг/мг

в)

0,6

Р, и*г(мг

лЛЛЛм

500 1000 1500 2000 2900

300 1000 1300 2000 2300

Рис 10 Плотность осадка при обработке последовательности полей частицами

а) оптимального диаметра, общего для всех проходов ГРД,

б) оптимального диаметра для каждого поля

Обработка частицами одного оптимального диаметра с1 для всех проходов в ряде ситуаций является технически целесообразной, поскольку приводит к незначительному перерасходу препарата Анализ результатов показывает, что проведение аэрозольной обработки массива полей частицами оптимального для каждого поля диаметра с соответствующими расходами препарата, позволяет добиться более равномерной плотности осадка на всём массиве полей, а также несколько уменьшить вынос аэрозоля и суммарный расход препарата

В заключении сформулированы основные результаты работы

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1 На основе малопараметрических моделей реконструкции полей аэрозольных выпадений примесей и данных натурных наблюдений установлены количественные закономерности формирования полей счётной и массовой концентрации сульфатного аэрозоля в окрестности Се-литреиного озера Алтайского края Получены оценки эффективных высот подъема частиц в зависимости от их размеров и скорости ветра

2 Методами математического моделирования проведена интерпретация данных экспедиционных исследований плотности выпадений пыльцы прутняка и пыльцы берёзы С учётом текущих метеорологических условий получены численные описания процессов распространения пыльцы от травяной и древесной растительности

3 Разработаны методы оценивания регионального загрязнения территорий в зонах влияния нефтегазового и топливно-энергетического комплексов На основе этих методов и данных наблюдений пылевого загрязнения снегового покрова в районе Нерюнгринского угольного разреза установлена количественная зависимость плотности выпадений

пыли от расстояния до карьера. С использованием измерений теплового излучения нефтегазовых факелов ХМАО построены поля относительных концентраций продуктов сгорания

4 На основе совместного анализа данных аэрологических наблюдений направлений ветра и пробоотбора воздуха на севере Западной Сибири установлена связь с выносами сульфатов, нитратов, тяжёлых металлов от промышленных источников Урала и Норильска

5 Построены модели контроля качества аэрозольных обработок сельскохозяйственных культур С использованием данных полевых аэрозольных экспериментов проведено численное восстановление плотности осадка аэрозольного препарата на растительности

6 Разработана математическая модель оптимизации процесса аэрозольных обработок методом волны. Предложен метод расчета и проведено численное моделирование оптимальных парамегров последовательной обработки массива сельскохозяйственных полей

Список публикаций по теме диссертации

1 Ярославцева, Т.В. Обратная задача восстановления плотности осадка аэрозолей на растительности /ТВ Ярославцева // Оптика атмосферы и океана - 1999 - Т. 12, - № 6 - С 536-539

2 Ярославцева, Т В Оптимизация плотности осадка аэрозоля методом волны /ТВ Ярославцева // Оптика атмосферы и океана. - 2001 - Т. 14, -№6-7 - С 627-629.

3 Ярославцева, Т В Моделирование процессов распространения пыльцы растений /ТВ Ярославцева // Оптика атмосферы и океана -2002.-Т 15, - № 5-6 - С 483-487.

4 Ярославцева, ТВ Модели оценивания аэрозольного загрязнения атмосферного воздуха от наземного площадного источника /ТВ Ярославцева, В Ф Рапута // Ползуновский вестник - 2005 - №4 (Ч. 2) - С 125-130

5. Ярославцева, Т В Анализ временной динамики изменения состава атмосферного аэрозоля на севере Западной Сибири / В Ф Рапута, Б С Смоляков, К П Куценогий, А И Смирнова, Т В. Ярославцева // Сибирский экологический журнал - 2000. - № 1. - С. 97-102

6 Ярославцева, Т В Исследование выноса загрязняющих примесей от Норильского горно-металлургического комбината на север Западной Сибири / В Ф Рапута, А И Смирнова, К П. Куценогий, Б С Смоляков, Т.В Ярославцева // Оптика атмосферы и океана. - 2000 - Т. 13, - № 6-7. -С 656-659.

7 Ярославцева, Т В Особенности поведения гептила в районах паде-

ния отделяющихся частей ракет-носителей / А П Садовский, С Е. Оль-кин, В Ф Рапута, С В. Зыков, И К Резникова, А П. Ворожейкин, Ю В. Проскуряков, Т.В. Ярославцева // Химия в интересах устойчивого развития -2001.-Т 9, - № 6 - С. 759-771

8 Ярославцева, Т В Количественные модели атмосферного загрязнения Нерюнгринского топливно-энергетического комплекса / В Ф Рапута, С Ю Артамонова, Т.В Ярославцева // Наука и образование. - 2004 -№4 - С 33-41

9. Ярославцева, Т В. Влияние атмосферного загрязнения на экосистемы Нерюнгринского топливно-энергетического комплекса (Якутия) / С Ю. Артамонова, Ю П Колмогоров, В Ф Рапута, Т В Ярославцева // Химия в интересах устойчивого развития -2005 -№13 - С 491-500

10 Ярославцева, Т В. Решение задачи оценивания концентрации аэрозольной примеси по данным наблюдений / ТВ. Ярославцева // Сб науч трудов школы «Физика окружающей среды» - Томск, 1999 - С. 27-30

11 Ярославцева, Т В Численная модель управления процессом химической обработки сельскохозяйственных культур / ТВ. Ярославцева // Тр межд науч -практ конф «Информационные технологии, информационные измерительные системы и приборы в исследовании сельскохозяйственных процессов» - Новосибирск, 2003. -Ч 2 - С 149-152

12 Ярославцева, Т В Оценка параметров выноса сульфатного аэрозоля с поверхности Селитренного озера / ТВ. Ярославцева // Тр межд конф. повыч матем «МКВМ-2004» - Новосибирск, 2004 -Ч 2 - С 771-775

13 Ярославцева, Т.В Численный анализ данных наблюдений выноса аэрозольных примесей в районе Селитренного озера /ТВ Ярославцева // Тр конф ИВМиМГ СО РАН - Новосибирск, 2004 - С. 261-268

14. Ярославцева, Т В Численное моделирование процессов распространения сульфатного аэрозоля в окрестности Селитренного озера / Т.В Ярославцева // Тр. науч.-техн школы-семинара «Информационные системы мониторинга окружающей среды» - Томск, 2004 - С. 62-67

15 Ярославцева, ТВ Аэрозольное загрязнение местности наземным площадным источником / Т.В Ярославцева, В Ф Рапута, И А Сутори-хин // Тр. XI межд эколог симп «Урал атомный, Урал промышленный» - Екатеринбург, 2005. - С 160-163

16 Ярославцева, Т В. Интерпретация данных контактных и дистанционных наблюдений при оценивании регионального загрязнения местности продуктами сжигания попутного нефтяного газа / Т.В Ярославцева, В Ф Рапута, К С Алсынбаев // Материалы конф «Информационные технологии и обратные задачи рационального природопользования» -Ханты-Мансийск,2005 -С 216-220

Ярославцева Татьяна Владимировна

Методы восстановления полей выпадений аэрозольных примесей от площадных источников

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Формат 60 х 84 1/16 Объём 1 п л , 1 уч изд л Тираж 100 экз_Заказ № 5"8_

Отпечатано в ООО «Омега Принт» 630090, Новосибирск, пр Ак Лаврентьева, 6

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Ярославцева, Татьяна Владимировна

Введение.

Глава 1. Восстановление полей концентрации аэрозольной примеси в окрестностях площадных источников.

§ 1.1. Математические модели оценивания полей аэрозольных выпадений.

§ 1.2. Численное моделирование процессов распространения сульфатного аэрозоля в окрестности Селитренного озера.

§ 1.3. Интерпретация данных экспедиционных исследований плотности выпадений пыльцы растений.

Глава 2. Методы оценивания регионального загрязнения территорий.

§ 2.1. Модели длительного аэрозольного загрязнения местности.

§ 2.2. Анализ регионального загрязнения территорий в зонах влияния нефтегазового и топливно-энергетического комплексов.

§ 2.3. Исследование выноса атмосферных примесей от промышленных источников Урала и Норильска.

Глава 3. Оптимизационные модели аэрозольной технологии защиты растений.

§ 3.1. Интерпретация данных полевых исследований оседания аэрозольных препаратов на растительности.

§ 3.2. Методы оптимизации размещения точек отбора проб.

§ 3.3. Численная модель оптимизации плотности осадка аэрозоля методом наложения волн.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Методы восстановления полей выпадений аэрозольных примесей от площадных источников"

В последнее время проблемы охраны окружающей среды вошли в число приоритетных. Загрязнение атмосферы, вод суши и океанов, изменения естественного растительного покрова, глобальные изменения климата сделали необходимым значительное расширение экологических исследований. Исследования процессов распространения газовых и аэрозольных примесей занимают важное место в решении экологических проблем, так как являются основой для создания эффективной системы контроля состояния загрязнения окружающей среды [1,6-14,17,19-22,35-38, 73,110,116-119,127-129,139-143].

Источники аэрозольных примесей характеризуются значительным разнообразием. В реальных условиях выброс примесей в атмосферу может осуществляться не только из источников точечного типа (дымовые трубы и др.), но и от линейных и площадных источников [25, 95, 96, 108, 109, 126]. Особое внимание следует уделить характерным особенностям площадных источников, мощность выноса вредных веществ в атмосферу с поверхности которых существенно зависит от гидрометеорологических условий и турбулентных характеристик воздушной среды, как например, в случае неорганизованных источников пыли [9-12, 15, 16, 22-25, 36, 40, 52, 76, 85, 87]. Некоторые из физических параметров, определяющих процессы переноса примеси от площадных источников в настоящее время изучены недостаточно. Для их достоверного определения необходимо проведение теоретических и экспериментальных исследований, в том числе натурных экспериментов.

Одной из актуальных задач является оценка выноса аэрозоля с опустыненных территорий под воздействием ветра. Наблюдения пылевых выносов в конкретных пылегенерирующих провинциях [36, 80] приводят к парадоксальному выводу: более или менее постоянные источники пыли и соли находятся не в районе больших пустынь, а располагаются по опустыненным морским, речным, дельтовым или озёрным равнинам, где накоплены рыхлые осадочные отложения и лёссы.

Изучение пыльных и соляных бурь в настоящее время приобрело особую остроту в связи с понижением уровня ряда крупных замкнутых бассейнов аридной зоны и осушением обширных площадей. Весьма актуален этот вопрос и для решения проблемы Аральского моря [76]. Высыхание Аральского моря вылилось в целую серию негативных последствий от деградации животного мира до аридизации климата.

Основные причины, обусловливающие развитие процессов дефляции -метеорологические факторы и, прежде всего скорости и направления ветра, засухи, высокие температуры, а также незакреплённость поверхности почвы растительностью, легкий механический состав почв и грунтов, слабая связность и механическая прочность структурных отдельностей почв [15, 22, 76, 87]. Анализируя метеорологические условия аридных зон, при которых возникают пыльные бури, выделяют два их типа. Одни зарождаются в области вихрей в условиях неустойчивой стратификации атмосферы во время сухой летней и весенней погоды. Эти вихри носят локальный характер, охватывают небольшие площади и бывают кратковременными. Другие возникают на периферии антициклонов в условиях устойчивой стратификации атмосферы. Они распространяются на обширные территории и переносят пыль на сотни и тысячи километров [36, 80].

Механизмы вертикального переноса примесей и, в частности, аэрозоля в конвективном пограничном слое атмосферы до сих пор недостаточно изучены. Эти механизмы можно понять, изучая взаимосвязи между флуктуациями концентраций различных фракций аэрозоля и турбулентными пульсациями компонент скорости ветра и температуры воздуха [28, 29, 81, 87]. Однако существующие знания о флуктуациях параметров аэрозоля, в том числе счетных и массовых концентраций, во многих отношениях отрывочны. Нельзя считать полностью изученными и закономерности, которым подчиняются турбулентные пульсации компонент скорости ветра и температуры воздуха в конвективных условиях. Сложившаяся ситуация предопределяет необходимость постановки новых экспериментов по исследованию флуктуаций параметров атмосферного аэрозоля совместно с турбулентными пульсациями компонент скорости ветра и температуры воздуха [15,28,29].

В результате многочисленных исследований установлено, что атмосферные аэрозоли оказывают значительное влияние на климат и здоровье населения. В их число входят и биоаэрозоли - биологические объекты, находящиеся в воздухе во взвешенном состоянии и подчиняющиеся тем же закономерностям, которые присущи любым аэрозолям соответствующих размеров. Частицы биологического происхождения, т.е. вирусы, бактерии, споры, пыльца и др., являются неотъемлемой составляющей атмосферного аэрозоля [2, 26, 27, 32, 55, 58, 91, 111, 120-126, 133]. Их величины варьируются от десятков нанометров до сотен микрон и, следовательно, они представлены во всём диапазоне аэрозольных частиц. Значительную часть самой крупной фракции биологического аэрозоля составляют пыльца и споры растений [27].

К специфическим площадным аэрозольным источникам следует отнести участки травяной и древесной растительности, выделяющей во время цветения пыльцу. Размеры пыльцевых зёрен находятся в диапазоне от 2-5 до 250 мкм, преобладающая масса пыльцевых зёрен ветроопыляемых растений имеет величину порядка 20-50 мкм [55, 79,93].

Содержащиеся в атмосфере пыльцевые зерна составляют лишь малую часть от общего количества частиц биологического происхождения. По данным ежегодных измерений в Кардиффе (Англия), они составляют только 2% аэропланктона. Однако их место в жизненном цикле растений, способность вызывать аллергические заболевания по всему миру, а также использование пыльцы как руководящего ископаемого обуславливают особое значение данного компонента биоаэрозоля. Рост числа заболеваний пыльцевой аллергией во второй половине 20-го века обусловил всплеск интереса к атмосферному переносу пыльцы по всему миру. После открытия в 1966 г. иммуноглобулина Е в исследованиях атмосферного переноса пыльцы начинается новая эра. В этот период составляются пыльцевые календари для большинства крупных городов Европы, определяются закономерности содержания в атмосфере пыльцы отдельных видов растений, влияние метеорологических факторов, постоянно совершенствуется методика отбора атмосферного аэрозоля, создается сеть постоянно действующих станций для мониторинга пыльцы [27, 124, 125,135].

Усиление техногенной деятельности человека, приводящей к непрерывному росту антропогенной нагрузки на биосферу, также порождает множество экологических проблем [2,30,41,49, 61, 73, 75, 83, 84, 88,94, 97]. Одним из главных факторов, оказывающих мощное комплексное воздействие на все компоненты окружающей среды, являются процессы, возникающие при эксплуатации различных объектов горного производства. Извлечение из недр громадных объёмов горных пород и размещение отходов обогащения в хвостохранилищах захватывают значительные площади, но зоны загрязнения, где концентрации загрязняющих веществ превышают ПДК, охватывают территории, по площади не сопоставимые с площадями горных отводов. Непосредственно с поверхности карьеров, отвалов, складов полезных ископаемых происходят процессы пылеобразования и окисления, что приводит к загрязнению почвы, воздуха, водных объектов. Протяжённость зон загрязнения при этом может достигать десятков километров [17,43, 54, 57, 59, 66].

Поступление в атмосферу в результате производственной деятельности больших количеств различных элементов и веществ, в том числе тяжёлых металлов (свинец, кадмий, ртуть, никель, кобальт, хром, ванадий, медь, цинк, мышьяк, селен, сурьма), окислов серы, азота, вызывает в последнее время все большую тревогу [41, 71, 73, 75, 110, 131, 140]. Осаждаясь на подстилающую поверхность, они загрязняют почву, растительность, водоемы, проникают в организм человека и животных. Степень экологического воздействия этих веществ на окружающую среду определяется многими факторами и, в частности, их поведением в атмосфере. Например, химические превращения в атмосфере могут приводить к образованию более токсичных форм, чем первоначально выбрасываемые, а также влиять на их сток из атмосферы. Размеры аэрозольных частиц определяют время их жизни в атмосфере и, соответственно, расстояния, на которые они могут переноситься от источника выброса [41,110,131,144].

В настоящее время существует достаточно свидетельств тому, что загрязнение окружающей среды тяжёлыми металлами, сульфатами, нитратами приняло опасные размеры, и необходимость значительного снижения их выбросов в атмосферу становится все более очевидной. Однако выработка научно обоснованной политики, направленной на сокращение выбросов, невозможна без четкого понимания процессов их переноса, трансформации и осаждения на подстилающую поверхность [41, 75,110].

Весьма значительные территории севера Западной Сибири занимают месторождения нефти и газа, разработка и эксплуатация которых оказывает существенное влияние на окружающую среду [30, 49, 57, 98]. Последствия такого воздействия нередко проявляется на значительных расстояниях от источников выделения загрязняющих примесей. К источникам такого типа относятся факельные установки, предназначенные для сжигания некондиционных газовых и газоконденсатных смесей. Качественная и количественная характеристика выбросов вредных веществ в атмосферу определяется объёмом и составом сжигаемой смеси, параметрами факельной установки.

Химические методы защиты растений от вредителей и болезней приводят к значительному загрязнению окружающей среды. Усовершенствование этих методов является важной задачей. В связи с этим особую актуальность приобретает технология химических обработок, которая должна удовлетворять противоречивым требованиям: обеспечивать высокие урожаи и минимально отрицательно воздействовать на окружающую среду. В условиях непрерывного роста масштаба применения химических средств защиты растений первостепенная роль в уменьшении загрязнения окружающей среды принадлежит совершенствованию методов применения пестицидов, использующихся главным образом в виде аэрозолей. В основе аэрозольной технологии лежит следующий принцип: исходя из условий работы, вида растительности и вредителей, токсичности ядохимиката, метеоусловий, по определенной математической модели рассчитать положения источников и оптимальные режимы работы аэрозольного генератора - требуемые размеры аэрозольных частиц и мощности их генерации [33, 60, 64, 67]. Следует отметить, что для многих конкретных задач контроля и оптимизации качества аэрозольных обработок можно предложить специальные методы решения, являющиеся более эффективными, чем стандартные [33, 67].

Необходимым инструментом для исследования вышеперечисленных проблем являются методы математического моделирования, основанные на численных и аналитических решениях задач переноса и диффузии примесей в приземном и пограничном слоях атмосферы [5, 11, 31,44, 46, 48, 53, 62, 63, 90, 114, 130, 132, 138, 144-147]. При этом следует отметить, что концентрация примеси, создаваемая выбросами различных веществ в атмосферу, определяется характеристиками источников примесей, свойствами выбрасываемых веществ, а также метеорологическими условиями. Одной из важнейших характеристик источника является его мощность, т. е. количество вещества, выбрасываемое в атмосферу в единицу времени. Она в конечном итоге определяет уровень загрязнения окружающей среды.

Поскольку информация о протекающих процессах и параметрах источников является весьма приближённой, возникает необходимость её уточнения на основе постановок обратных задач с привлечением дополнительных экспериментальных данных [4, 74, 77, 112, 134]. В качестве основных обратных задач следует выделить: восстановление полей концентрации аэрозольной примеси по данным наблюдений, идентификацию параметров источника, оценка характеристик дисперсного состава примеси. [44,47,51,67, 74,98,134].

Одним из основных этапов решения возникающих обратных задач переноса примеси в атмосфере являются исследования по оценке информативности и оптимизации систем наблюдений [4,45, 89, 92,113,136]. Выбор оптимальных схем наблюдений позволяет существенно снизить чувствительность получаемых решений к погрешностям используемых данных наблюдений, уменьшить количество точек отбора проб.

Актуальность темы. Процессы загрязнения атмосферы и поверхности земли в результате ветровой миграции примеси от неорганизованных площадных источников до сих пор изучены недостаточно и зависят от значительного числа факторов, обладающих большой изменчивостью. К ним в первую очередь следует отнести текущую эмиссию источников и эффективную высоту подъёма примеси, дисперсный состав аэрозольных частиц. Эти величины в свою очередь зависят от метеорологических условий, степени увлажнённости и механического состава почв, прочности сорбции примеси с поверхностью и т.д. Также недостаточно полно изучены механизмы ветрового подъёма примеси с подстилающей поверхности, взаимосвязи между флуктуациями концентраций различных фракций аэрозоля и пульсациями скорости ветра и температуры воздуха. В сложившейся ситуации проведение прямого моделирования процессов распространения примеси весьма затруднительно. С другой стороны проблематично получить достоверную картину загрязнения территорий лишь на основе данных наблюдений, что в значительной степени связано с недостаточностью и фрагментарностью этих данных.

Вследствие такого положения представляется целесообразным разработка компромиссных моделей, использующих имеющиеся данные натурных наблюдений, теоретические описания процессов распространения примеси и дополнительную априорную информацию о структуре источников, дисперсном составе примесей, метеорологических полях. Построение такого типа моделей оценивания полей концентраций позволяет более надежно контролировать процессы и характеристики техногенного загрязнения местности.

Цель работы состоит в разработке методов численного анализа данных экспериментальных исследований аэрозольного загрязнения территорий атмосферными выбросами нерегулярных площадных источников. Получение на основе этих методов количественных закономерностей формирования полей аэрозольных выпадений примесей в зонах влияния природных и антропогенных объектов.

Задачи работы:

1. Разработка методики оценивания полей аэрозольного загрязнения атмосферного воздуха, снегового и почвенного покрова по данным натурных наблюдений в окрестностях неорганизованных площадных источников.

2. Создание методов интерпретации данных наблюдений регионального загрязнения территорий атмосферными выбросами промышленных предприятий.

3. Разработка методов контроля качества и оптимизации аэрозольных обработок сельхозмассивов. Анализ информативности и численное построение оптимального размещения точек отбора проб.

4. Исследование количественных и качественных закономерностей пространственного распределения полей концентраций примесей на основе моделей оценивания и данных экспериментальных исследований антропогенного загрязнения территорий Сибири.

Методологической основой работы являются постановки обратных задач переноса примеси, численные и аналитические решения полуэмпирического уравнения турбулентной диффузии в приземном слое атмосферы, методы оптимизации, численное моделирование для обобщения и интерпретации данных натурных наблюдений аэрозольного загрязнения местности.

Научная новизна. Автором разработаны методы оценивания полей аэрозольных выпадений от площадных источников, основанные на совместном использовании малопараметрических моделей переноса примесей в атмосфере и данных натурных наблюдений. Установлены новые количественные закономерности формирования полей концентрации примеси в окрестностях неорганизованных площадных источников. Предложены методы определения источников примесей и оценивания регионального загрязнения территорий промышленными предприятиями. Для аэрозольных источников регулируемой дисперсности в приземном слое атмосферы разработана модель оптимального управления процессами последовательного нанесения осадка препарата на массив сельскохозяйственных полей и проведено численное моделирование оптимальных параметров аэрозольных обработок. Все полученные результаты обладают новизной и демонстрируют многообразие методов решения возникающих задач оценивания загрязнения местности.

Достоверность положений и выводов работы обеспечивается применением физически обоснованных моделей приземного слоя атмосферы и переноса примеси, использованием апробированных аналитических решений, методов численной реализации обратных задач и планирования эксперимента. Адекватность разработанных моделей восстановления полей концентраций подтверждается значительным объёмом экспериментальных исследований загрязнения атмосферного воздуха, снегового, растительного покрова в зонах влияния аэрозольных источников нерегулярной пространственно-временной структуры.

Научная и практическая значимость. Разработаны экономичные методы численного анализа данных наблюдений аэрозольного загрязнения окружающей среды неорганизованными площадными источниками. Построены модели оптимизации плотности осадка аэрозольных препаратов с использованием источников регулируемой дисперсности в приземном слое атмосферы. Предложенные математические модели оценивания параметров источников и полей аэрозольных выпадений, а также найденные с их помощью закономерности переноса и рассеяния загрязняющих веществ образуют научную основу для получения практических способов ведения мониторинговых наблюдений в зонах действия техногенных источников различной структуры. Эти модели могут быть использованы для реконструкции полей аэрозольного загрязнения местности хвостохранилищами горно-обогатительных фабрик, угольными карьерами, нефтегазовыми факелами, автотрассами, городскими территориями.

Предложенные в диссертационной работе методы восстановления полей загрязнения были использованы при проведении практических работ:

- по оценке длительного пылевого загрязнения окрестностей хвостохранилища Салагаевский лог Кемеровской области. Методами постановок обратных задач переноса примеси по ограниченному числу точек отбора проб почвы ей была проведена численная реконструкция полей аэрозольных выпадений тяжёлых металлов, промоделированы оптимальные схемы размещения точек отбора проб, составлены программы расчётов;

- по численной реконструкции полей концентраций аэрозольных выпадений на снеговой покров полиароматических и нефтяных углеводородов, химических элементов, макрокомпонентов в зонах интенсивного влияния нефтегазовых факелов Приобского и Приразломного нефтяных месторождений Ханты - Мансийского автономного округа. На основе данных маршрутных снегосъёмок, проведённых в конце зимних сезонов 2004, 2005 г.г. в окрестности этих факелов, создан комплект карт полей загрязнения ХМАО продуктами сжигания углеводородных смесей, рассчитаны таблицы суммарных выпадений аэрозольных примесей.

Работа выполнялась в рамках интеграционных грантов СО РАН №№ 0064, 00-69, 00-75, 03-168, 03-169; проектов Программы фундаментальных исследований Президиума РАН №№ 13.5, 16.6; проектов РФФИ №№ 05-0598006, 03-05-96826; проекта Международного научно-технического центра №2311.

На защиту выносятся:

1. Методика реконструкции полей локальных выпадений аэрозольных примесей в окрестности площадных источников.

2. Методы интерпретации данных наблюдений регионального загрязнения территорий техногенными выбросами.

3. Методы количественной оценки эффективности аэрозольных обработок сельскохозяйственных культур.

4. Результаты апробации разработанных методов оценивания полей концентраций примесей на данных натурных исследований процессов загрязнения территорий Сибири промышленными выбросами.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы обсуждались на российских и международных конференциях: «Вычислительно -информационные технологии для наук об окружающей среде» (Томск, 2003 г., Новосибирск, 2005 г.), «Информационные технологии и обратные задачи рационального природопользования» (Ханты - Мансийск, 2005 г.), 11 экологическом симпозиуме «Урал атомный, Урал промышленный» (Екатеринбург, 2005 гг.), научно-практической конференции «Информационные технологии, измерительные системы и приборы в исследовании сельскохозяйственных процессов: АГРОИНФО-2003» (Новосибирск, 2003), на 4-ой научно-практической конференции «Региональные проблемы устойчивого развития природоресурсных регионов и пути их решения» (Кемерово, 2004), на конференции по вычислительной математике «МКВМ-2004» (Новосибирск, 2004 г.), на V - XI совещаниях Рабочих групп «Аэрозоли Сибири» (Томск, 1998 - 2004 г.г.).

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в [3, 6870,72,99-109].

Личный вклад автора. В совместных работах [3, 68-70, 107-109] диссертант участвовал в постановке задач, разработке численных алгоритмов, анализе полученных результатов численного моделирования и интерпретации данных натурных исследований. Автору принадлежит программная реализация разработанных алгоритмов и проведение вычислительных экспериментов.

Структура и объём работы. Текст диссертации включает введение, три главы, заключение, список цитируемой литературы, акты о внедрении и использовании результатов работы. Список литературы содержит 147 наименований. Объём диссертации составляет 119 страниц, включая 19 рисунков и 13 таблиц.

Заключение Диссертация по теме "Геоэкология", Ярославцева, Татьяна Владимировна

Основные результаты и выводы

1. Разработаны малопараметрические модели реконструкции полей аэрозольных выпадений примесей в окрестности площадных источников. На основе этих моделей и данных натурных наблюдений установлены количественные закономерности формирования полей счётной и массовой концентрации сульфатного аэрозоля в окрестности Селитренного озера Алтайского края. Получены косвенные оценки эффективных высот подъёма частиц в зависимости от их размеров и скорости ветра.

2. Проведена количественная интерпретация данных экспедиционных исследований плотности выпадений пыльцы прутняка и пыльцы берёзы. С учётом текущих метеорологических условий получены численные описания процессов распространения пыльцы от травяной и древесной растительности. Показана их адекватность результатам измерений в контрольных точках.

3. Предложены методы оценивания регионального загрязнения территорий в зонах влияния нефтегазового и топливно-энергетического комплексов. На основе этих методов и данных наблюдений пылевого загрязнения снегового покрова в районе Нерюнгринского угольного разреза установлена количественная зависимость плотности выпадений пыли от расстояния до карьера. С использованием измерений теплового излучения нефтегазовых факелов Ханты - Мансийского автономного округа построены поля относительных концентраций продуктов сгорания.

4. На основе совместного анализа данных аэрологических наблюдений направлений ветра и пробоотбора воздуха на севере Западной Сибири установлена связь с эпизодами выносов сульфатов, нитратов, тяжёлых металлов от промышленных источников Урала и Норильска.

5. Построены модели контроля качества аэрозольных обработок сельскохозяйственных культур. В приближении моделей лёгкой, моно- и полидисперсной примеси методами постановок обратных задач переноса примеси в атмосфере по ограниченному числу точек отбора проб проведено оценивание параметров источника и восстановление плотности осадка аэрозольного препарата на растительности. Предложены методы оптимизации размещения точек измерений плотности осадка аэрозольной примеси. Проведено численное моделирование локально-оптимальных планов пробоотбора и исследование точности восстановления плотности осадка препарата в зависимости от выбора опорных точек измерений.

6. Разработана математическая модель оптимизации плотности осадка препарата при аэрозольных обработках сельскохозяйственных полей методом волны. Предложен метод расчёта и проведено численное моделирование оптимальных параметров последовательной обработки массива полей. Показано, что применение данного метода позволяет добиться более равномерной плотности осадка препарата на всём массиве полей, а также уменьшить вынос аэрозоля и суммарный расход препарата. Последовательная обработка нескольких полей приводит к более, чем двукратному сокращению расхода по сравнению с обработкой всего массива полей одним проходом аэрозольного генератора.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Ярославцева, Татьяна Владимировна, Новосибирск

1. Антропогенное перераспределение органического вещества в биосфере / под ред. И.С. Коплан-Дикс, Е.А. Стравинской. СПб.: Наука, 1993. - 206 с.

2. Артюхин, Е.А. Планирование измерений для решения коэффициентных обратных задач теплопроводности / Е.А. Артюхин // Инженерно-физический журнал. 1985. - Т. 48, - № 3. - С. 490-495.

3. Атмосферная турбулентность и моделирование распространения примеси / под ред. Ф.Т.М. Ньистадта и X. Ван Допа. JL: Гидрометеоиздат, 1985.-351 с.

4. Аэрозоли в природных планшетах Сибири / Бояркина А.П., Байковский В.В., Васильев Н.В. и др. Томск: Изд-во Томского университета, 1993.-159с.

5. Аэрозоль и климат / под ред. К.Я. Кондратьева. JL: Гидрометеоиздат, 1991.-541 с.

6. Безуглая, Э.Ю. Мониторинг состояния загрязнения атмосферы в городах / Э.Ю. Безуглая. JL: Гидрометеоиздат, 1986. - 200 с.

7. Безуглая, Э.Ю. Чем дышит промышленный город / Э.Ю. Безуглая, Г.П. Расторгуева, И.В. Смирнова. Л.: Гидрометеоиздат, 1991. - 255 с.

8. Берлянд, М. Е. Современные проблемы атмосферной диффузии и загрязнения атмосферы / М.Е. Берлянд. Л.: Гидрометеоиздат, 1975. - 448 с.

9. Берлянд, М.Е. Теоретические основы и методы расчёта поля среднегодовых концентраций примесей от промышленных источников / М.Е. Берлянд, E.JI. Генихович, С.С. Чичерин // Труды ГГО. JI.: Гидрометеоиздат, 1984. - Вып.479. - С.102-110.

10. Берлянд, М.Е. Прогноз и регулирование загрязнения атмосферы / М.Е. Берлянд. JL: Гидрометеоиздат, 1985. - 272 с.

11. Вызова, H.JI. Рассеяние примеси в пограничном слое атмосферы / H.JI. Вызова. JL: Гидрометеоиздат, 1974. - 191 с.

12. Вызова, H.JI. Экспериментальные исследования атмосферной диффузии и расчеты рассеяния примеси / H.JI. Вызова, Е.К. Гаргер, В.Н. Иванов. JL: Гидрометеоиздат, 1991. - 279 с.

13. Бютнер, Э.К. Динамика приповерхностного слоя воздуха / Э.К. Бютнер. JL: Гидрометеоиздат, 1978. - 157 с.

14. Вагер, Б.Г. Пограничный слой атмосферы в условиях горизонтальной неоднородности / Б.Г. Вагер, Е.Д. Надёжина. Д.: Гидрометеоиздат, 1979. -136 с.

15. Василенко, В.Н. Мониторинг загрязнения снежного покрова / В.Н. Василенко, И.М. Назаров, Ш.Д. Фридман. Д.: Гидрометеоиздат, 1985.-182 с.

16. Васильев, Ф.П. Численные методы решения экстремальных задач / Ф.П. Васильев. М.: Наука, 1980. - 519 с.

17. Вельтищева, Н.С. Численная модель дальнего переноса двуокиси серы / Н.С. Вельтищева // Метеорология и гидрология. 1977. - № 9. - С. 49-45.

18. Виноградова, А.А. О возможностях дальнего атмосферного переноса загрязнений в Российскую Арктику / А.А. Виноградова, В.А. Егоров // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 1996. - Т. 32, - № 6. - С. 796802.

19. Виноградова, А.А. Сезонные изменения атмосферных концентраций и выпадений антропогенных примесей в Российской Арктике / А.А. Виноградова, Т.Я. Пономарева // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2001. - Т. 37, - № 6. - С. 761-770.

20. Возженников, О.И. О переносе примеси в атмосфере при ветровом подхвате с подстилающей поверхности / О.И. Возженников, А.В. Нестеров // Метеорология и гидрология. 1988. - № 11. - С. 63-70.

21. Волощук, В.М. Аналитическая модель процесса регионального загрязнения местности аэрозольным источником / В.М. Волощук // Метеорология и гидрология. -1991. № 8. - С. 24-35.

22. Волощук, В.М. Аналитические решения диффузной задачи для атмосферной примеси / В.М. Волощук // Метеорология и гидрология. 1991. -№11.-С. 5-15.

23. Генихович, E.J1. Развитие теории атмосферной диффузии как основы для разработки атмосфероохранных мероприятий / E.JI. Генихович, М.Е. Берлянд, Р.И. Оникул // Современные исследования ГГО: сб. науч. тр. СПб.: Гидрометеоиздат, 1999. - Т. 1. - С. 99-126.

24. Головко, В.В. Пыльцевая компонента атмосферного аэрозоля в окрестностях Новосибирска /В.В. Головко, П.К. Куценогий, Е.И. Киров, К.П. Куценогий, B.JI. Истомин, В.А. Рыжаков // Оптика атмосферы и океана. -1998.-№6.-С. 645-649.

25. Головко, В.В. Экологические аспекты аэропалинологии: аналитический обзор / В.В. Головко. Новосибирск: Изд-во ГПНТБ СО РАН, 2004. - Серия «Экология». - Вып. 73. - 107 с.

26. Горчаков, Г.И. Исследование выноса субмикронного аэрозоля с подстилающей поверхности / Г.И. Горчаков, Б.М. Копров, К.А. Шукуров // Оптика атмосферы и океана. 2000. - Т. 13, - № 2. - С. 166-170.

27. Горчаков, Г.И. Влияние ветра на вынос аэрозоля с подстилающей поверхности / Г.И. Горчаков, Б.М. Копров, К.А. Шукуров // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2004. - Т. 40, - № 6. - С. 759-775.

28. Гриценко, А.И. Экология. Нефть и газ / А.И. Гриценко, Г.С. Акопова, В.М. Максимов М.: Наука, 1997. - 598 с.

29. Динамическая метеорология / под ред. Д.Л. Лайхмана. Л.: Гидрометеоиздат, 1976. - 607 с.

30. Дингл, А.Н. Эмиссия, рассеяние и оседание пыльцы амброзии / А.Н. Дингл, Дж.Ч. Гилл, В.Х. Вагнер, Е.В. Хьюсон // Атмосферная диффузия и загрязнение воздуха. М.: Изд-во иностранной литературы, 1962. - С. 403427.

31. Дунский, В.Ф. Пестицидные аэрозоли / В.Ф. Дунский, Н.В. Никитин, М.С. Соколов. М.: Наука, 1982. - 287 с.

32. Дымников, В.П. Сопряжённые уравнения систем гидродинамического типа / В.П. Дымников // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2001. -Т. 37,-№4.-С. 3-9.

33. Жигаловская, Т.Н. К вопросу о создании новой наблюдательной сети контроля загрязнения природной среды / Т.Н. Жигаловская, И.М. Назаров, Ш.Д. Фридман и др. // Метеорология и гидрология. 1982. - № 1. - С. 62-70.

34. Захаров, П.С. Пыльные бури / П.С. Захаров. Л.: Гидрометеоиздат, 1965. -164 с.

35. Израэль, Ю.А. Экология и контроль состояния природной среды / Ю.А. Израэль. Л.: Гидрометеоиздат, 1979. - 375 с.

36. Кабанов, М.В. Региональный мониторинг атмосферы. Ч. 1. Научно-методические основы / М.В. Кабанов; под ред. В.Е. Зуева. Томск: Изд-во «Спектр» Института оптики атмосферы СО РАН, 1997. - 211 с.

37. Камынин, Л.И. Курс математического анализа / Л.И. Камынин. М.: Изд-во МГУ, 1995. - Т. 2. - 624 с.

38. Кесь, А.С. Изучение процессов дефляции и переноса солей и пыли / А.С. Кесь // Проблемы освоения пустынь. 1983. - № 1. - С. 3-15.

39. Кислотные дожди / Ю.А. Израэль, И.М. Назаров, А.Я. Прессман и др. -Л.: Гидрометеоиздат, 1989. 269 с.

40. Климат Якутска / под ред. Ц.А. Швер, С.А. Изюменко. JL: Гидрометеоиздат, 1982. - 247 с.

41. Королева, Г.П. Исследование загрязнения снегового покрова как депонирующей среды (Южное Прибайкалье) / Г.П. Королева, А.Г. Горшков, Т.П. Виноградова и др. // Химия в интересах устойчивого развития. 1998. -Т.6. - С. 327-337.

42. Криксин, Ю.А. Обратная задача восстановления источника для уравнения конвективной диффузии / Ю.А. Криксин, С.Н. Плющев, Е. А. Самарская и др. // Математическое моделирование. 1995. - Т. 7, - № 11. - С. 95-108.

43. Круг, Г.К. Планирование эксперимента в задачах идентификации и экстраполяции / Г.К. Круг, Ю.А. Сосулин, В.А. Фатуев. М.: Наука, 1977. -208 с.

44. Кудрявцева, JI.B. Оценка вклада дальнего переноса соединений серы и азота в их поступление в оз. Байкал / JI.B. Кудрявцева, С.Н. Устинова // Мониторинг и оценка состояния Байкала и Прибайкалья: сб. науч. тр. JL: Гидрометеоиздат, 1991. - С. 86-92.

45. Крылова, А.И. Обратная задача восстановления плотности осадка препарата при аэрозольных обработках сельскохозяйственных культур: препринт / А.И. Крылова, В.Ф. Рапута. Новосибирск: Изд-во ВЦ СО РАН, 1993. Вып. 995.- 18 с.

46. Лайхтман, Д.Л. Физика пограничного слоя атмосферы / Д.Л. Лайхтман. -Л.: Гидрометеоиздат, 1961. 254 с.

47. Мазур, И.И. Экология нефтегазового комплекса: Наука. Техника. Экономика / И.И. Мазур. М.: Недра, 1993. - 496 с.

48. Мазур, И.И. Введение в инженерную экологию / И.И. Мазур, О.И. Молдаванов. М.: Наука, 1989. - 376 с.

49. Марчук, Г.И. Математическое моделирование в проблеме окружающей среды / Г.И. Марчук. М.: Наука, 1982. - 320 с.

50. Махонько К.П. Вторичное поступление пыли, осевшей на землю / К.П. Махонько // Известия АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1979. - Т 15, -№ 5. - С. 568-570.

51. Методика расчёта концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий. ОНД-86 / под ред. М.Е. Берлянда, Н.К. Гасилиной, Е.Л. Гениховича и др. Л: Гидрометеоиздат, 1987. -94 с.

52. Мониторинг загрязняющих веществ в окружающей среде // Труды ИПГ / под ред. И.М. Назарова. М.: Гидрометеоиздат, 1982. - Вып. 41. -108 с.

53. Моносзон, М.Х. Рассеивание воздушным путём пыльцы маревых / М.Х. Моносзон // Труды института географии. М.: Изд-во АН СССР, 1959. - Вып. 77.-С. 157-165.

54. Моисеев, Н.Н. Методы оптимизации / Н.Н. Моисеев, Ю.П. Иванилов, Е.М. Столярова. М.: Наука, 1978. - 352 с.

55. Московченко, Д.В. Нефтедобыча и окружающая среда. Эколого-геохимический анализ Тюменской области / Д.В. Московченко. -Новосибирск: Наука, 1998. 111 с.

56. Некрасова, Т.П. Пыльца и пыльцевой режим хвойных Сибири / Т.П. Некрасова. Новосибирск: Наука, 1983. - 168 с.

57. Нечаева, Е.Г. Снежный покров как объект регионального мониторинга среды обитания / Е.Г. Нечаева, С.А. Макаров // География и природные ресурсы. 1996. - № 2. - С. 43-48.

58. Оптимизация технологии применения инсектицидных аэрозолей: сб. науч. тр. / Новосибирск: Изд-во СО ВАСХНИИЛ, 1983. 142 с.

59. Охрана окружающей среды / A.M. Владимиров, Ю.И. Ляхин, JI.T. Матвеев, В.Г. Орлов. Д.: Гидрометеоиздат, 1991 - 423 с.

60. Пененко, В.В. Модели и методы для задач охраны окружающей среды / В.В. Пененко, А.Е. Алоян. Новосибирск: Наука, 1985. - 256 с.

61. Петрова, Г.М. Закономерности рассеяния аэрозольных частиц в свободной атмосфере / Г.М. Петрова, А.Н. Мирошкина // Труды ИПГ. М.: Гидрометеоиздат, 1967. - Вып. 4. - С. 5-40.

62. Применение аэрозолей для борьбы с вредными насекомыми / Ковальский А.А., Куценогий К.П., Сахаров В.М. и др. Новосибирск: Наука, 1978.- 151 с.

63. Проблемы физики пограничного слоя атмосферы и загрязнения воздуха / под ред. С.С. Чичерина. СПб.: Гидрометеоиздат, 2002. - 364 с.

64. Прокачева, В.Г. Снежный покров в сфере влияния города / В.Г. Прокачева, В.Ф. Усачёв. JL: Гидрометеоиздат, 1989. - 176 с.

65. Рапута, В.Ф. Оптимизационные модели управления и контроля источников аэрозолей в приземном слое атмосферы / В.Ф. Рапута, А.И. Крылова // Оптика атмосферы и океана. 1994. - Т. 7, - № 8. - С. 1120-1126.

66. Рапута, В.Ф. Анализ временной динамики изменения состава атмосферного аэрозоля на севере Западной Сибири / В.Ф. Рапута, Б.С. Смоляков, К.П. Куценогий, А.И. Смирнова, Т.В. Ярославцева // Сибирский экологический журнал. 2000. - № 1. - С. 97-102.

67. Рапута, В.Ф. Количественные модели атмосферного загрязнения Нерюнгринского топливно-энергетического комплекса / В.Ф. Рапута, С.Ю. Артамонова, Т.В. Ярославцева // Наука и образование. 2004. - № 4.-С. 33-41.

68. Ровинский, Ф.Я. Тяжёлые металлы: дальний перенос в атмосфере и выпадение с осадками / Ф.Я. Ровинский, С.А. Громов, J1.B. Бурцева и др. // Метеорология и гидрология. 1994. - № 10. - С. 5-14.

69. Сает, Ю.Е. Геохимия окружающей среды / Ю.Е. Сает, Б.А. Ревич, Е.П. Янин. М.: Недра, 1990. - 335 с.

70. Семёнов, М.Ю. Кислотные выпадения на территории Сибири / М.Ю. Семёнов. Новосибирск: Наука, 2002. - 143 с.

71. Семёнов, О.Е. Геоморфологические условия развития дефляционных процессов и дисперсный состав песков восточного Приаралья / О.Е Семёнов, А.П. Шапов // Гидрометеорология и экология. 1995. - № 4. - С. 76-98.

72. Сизиков, B.C. Математические методы обработки результатов измерений / B.C. Сизиков. СПб.: Политехника, 2001. - 240 с.

73. Скорер, Р. Аэрогидродинамика окружающей среды / Скорер Р.; под ред.

74. A.Я. Прессмана, пер. с англ. М.: Мир, 1980. - 549 с.

75. Сладков, А.Н. Введение в спорово-пыльцевой анализ / А.Н. Сладков. -М.: Наука, 1967. 268 с.

76. Смирнов, В.В. Генезис и геофизические последствия пылевых бурь /

77. B.В. Смирнов; под ред. В.Н. Арефьева, Л.П. Семёнова, В.В. Смирнова // Вопросы физики атмосферы: сб. науч. тр. СПб.: Гидрометеоиздат. - 1998.1. C. 171-206.

78. Смирнов, В.В. Эволюция протяжённых пылевых струй / В.В. Смирнов, Д.А. Джиллет, М.А. Новицкий // Вопросы физики атмосферы: сб. науч. тр. -СПб.: Гидрометеоиздат, 1998. С. 339-357.

79. Смоляков, Б.С. Проблема кислотных выпадений на севере Западной Сибири / Б.С. Смоляков, К.П. Куценогий, В.Ф. Рапута и др. // Оптика атмосферы и океана. 2000. - Т. 13, - № 6-7. - С. 612-617.

80. Солнцева, Н.П. Геохимическая устойчивость природных систем к техногенным нагрузкам / Н.П. Солнцева // Добыча полезных ископаемых и геохимия природных экосистем: сб. науч. тр. М.: Наука, 1982. - С. 181-216.

81. Состояние и комплексный мониторинг природной среды и климата. Пределы изменений / отв. ред. Ю.А. Израэль. М.: Наука, 2001. - 242 с.

82. Тетерин, А.Ф. Метеорологические условия формирования зоны Восточно-Уральского радиоактивного загрязнения / А.Ф. Тетерин. -Екатеринбург: Изд-во УрО РАН, 2003. 122 с.

83. Тихонов, А.Н. Уравнения математической физики / А.Н. Тихонов, А.А. Самарский М.: Наука, 1972. - 735 с.

84. Трансурановые элементы в окружающей среде / под ред. У.С. Хэнсона. -М.: Энергоатомиздад, 1985. 344 с.

85. Уорк К. Загрязнение воздуха. Источники и контроль / К. Уорк, С. Уорнер. М.: Мир, 1980. - 540 с.

86. Успенский, А.Б. Вычислительные аспекты метода наименьших квадратов при анализе и планировании регрессионных экспериментов / А.Б. Успенский, В.В. Федоров. М.: Изд-во МГУ, 1975. - 168 с.

87. Учёт дисперсионных параметров атмосферы при выборе площадок для атомных электростанций. Руководство по безопасности АЭС / Вена: Международное агентство по атомной энергии, 1980. 139 с.

88. Фегри, К. Основы экологии опыления / К. Фегри, JI. Ван дер Пэйл. М.: Мир, 1982. - 377 с.

89. Федоров, В.В. Теория оптимального эксперимента / В.В. Федоров. М.: Наука, 1971.-312 с.

90. Федорова, Р.В. Распространение пыльцы берёзы воздушным путём / Р.В. Федорова // Труды института географии. М.: Изд-во АН СССР, 1959. - Вып. 77.-С. 139-144.

91. Харук, В.И. Анализ техногенной деградации притундровых лесов по данным съемки из космоса / В.И. Харук, К. Винтербергер, Г.М. Цибульский, А. П. Яхимович // Исследование Земли из космоса. 1995. - № 4. - С. 91-97.

92. Хуршудян, Л.Г. Об особенностях расчёта загрязнения воздуха некоторыми промышленными источниками неорганизованных выбросов пыли / Л.Г. Хуршудян // Мониторинг загрязнения атмосферы в городах: сб. науч. тр. СПб.: Гидрометеоиздат, 1998. - С. 108-120.

93. Хуршудян, Л.Г. О распространении тяжёлой примеси от наземных источников / Л.Г. Хуршудян // Проблемы физики пограничного слояатмосферы и загрязнения воздуха: сб. науч. тр. СПб.: Гидрометеоиздат, 2002.-С. 100-108.

94. Эколого-экономические системы: Модели, информация, эксперимент / В.И. Гурман, В.А. Дыхта, Н.Ф. Кашлин и др. Новосибирск: Наука, 1987. -205 с.

95. Ярославцева, Т.В. Решение задачи оценивания концентрации аэрозольной примеси по данным наблюдений / Т.В. Ярославцева // Труды школы молодых учёных «Физика окружающей среды». Томск: Изд-во СО РАН, 1999. - С. 27-30.

96. Ярославцева, Т.В. Обратная задача восстановления плотности осадка аэрозолей на растительности / Т.В. Ярославцева // Оптика атмосферы и океана. 1999. - Т. 12, - № 6. - С. 536-539.

97. Ярославцева, Т.В. Оптимизация плотности осадка аэрозоля методом волны / Т.В. Ярославцева // Оптика атмосферы и океана. 2001. - Т. 14, - № 6 -7.-С. 627-629.

98. Ярославцева, Т.В. Моделирование процессов распространения пыльцы растений / Т.В. Ярославцева // Оптика атмосферы и океана. 2002. - Т. 15, -№ 5 - 6. - С. 483-487.

99. Новосибирск: Изд-во Сиб. ФТИ аграрных проблем СО РАСХН, 2003. Ч. 2. -С. 149-152.

100. Ярославцева, Т.В. Численный анализ данных наблюдений выноса аэрозольных примесей в районе Селитренного озера / Т.В. Ярославцева // Труды конференции молодых учёных ИВМ и МГ СО РАН. Новосибирск: Изд-во ИВМиМГ СО РАН, 2004. - С. 261-268.

101. Ярославцева, Т.В. Модели оценивания аэрозольного загрязнения атмосферного воздуха от наземного площадного источника / Т.В. Ярославцева, В.Ф. Рапута // Ползуновский вестник. 2005. - № 4 (Ч. 2). - С. 125-130.

102. Яценко-Хмелевская, М.А. Миграция тяжёлых металлов в атмосфере / М.А. Яценко-Хмелевская, В.В. Цибульский, В.Б. Миляев // Журнал экологической химии. 1994. - Т. 3, - № 1.-С.3-15.

103. Alcazar, P. A new adhesive for airborne pollen sampling / P. Alcazar, P. Comtois // Aerobiologia. 1999. - Vol. 15. - P. 105-108.

104. Anger, G. Inverse problems in differential equations / G. Anger. New York: Plenum London, 1990. - 255 p.

105. Atkinson, A.C. The design of experiments for discriminating between several models / A.C. Atkinson, V.V. Fedorov // Biometrika. 1975. - V. 62. - P. 57-70.

106. Briggs, A.G. Analytical parameterization of diffusion: the convective boundary layer / A.G. Briggs // J. Clim. and Appl. Meteorol. 1985. - V. 24. - P. 1167-1186.

107. Businger, J.A. Flux profile relationships in the atmospheric surface layer / J.A. Businger, I.C. Wyngard, Y. Izumi, E.F. Bradley // J. Atm. Sci. 1971. -Vol. 28,-№2.-P. 181-189.

108. Vinogradova, A.A. Anthropogenic pollutants in the Russian Arctic atmosphere: sources and sinks in spring and summer / A.A. Vinogradova // Atmos. Environ. 2000. - V. 34, - № 29-30. - P. 5151-5160.

109. Chakraborty, P. Airborne allergenic pollen grains on a farm in West Bengal, India / P. Chakraborty, S. Gupta-Bhattacharya, C. Chakraborty et al. // Ganna. -1998.-Vol. 37,-Iss. l.-P. 53-57.

110. Frenguelli, G. Airborne pine (Pinus spp.) pollen in the athmosphere of Perugia (Central Italia): Behaviour of pollination in the two last decades / G. Frenguelli, E. Tedeschini, F. Veronesi, E. Bricchi // Aerobiologia. 2002. - Vol. 18.-P. 223-228.

111. Gillette, D.A. Modeling dust emission caused by wind erosion / D.A. Gillette, R. Passi // J. Geophys. Res. 1998. - V. 93. - P. 14233-14242.

112. Jato, V. Airborne pollen data of Platanaceae in Santiago de Compostela (Iberian Peninsula) / V. Jato, A. Dopazo, M.J. Aira // Aerobiologia. 2001. - Vol. 17.-P. 143-149.

113. Jorgensen, S.E. Fundamentals of ecological modeling / S.E. Jorgensen. -Amsterdam: Elsevier, 1988. 391 p.

114. Kimber, I. Allergy, asthma and the environment: an introduction /1. Kimber // Toxicology Letters. 1998. - Vol. 102 - 103. - P. 301-306.

115. Laaidi, K. Airborne pollen of Ambrosia in Burgundy (France) 1996 1997 / K. Laaidi, M. Laaidi // Aerobiologia. - 1999. - Vol. 15. - P. 65-69.

116. Latorre, F. One year of airborne pollen sampling in Mar Del Plata (Argentina) / F. Latorre, C.F. Perez // Grana. 1997. - Vol. 36, - Iss. 1. - P. 49-53.

117. Liu, M. A study of the sensitivity of simulated mineral dust production to model resolution / M. Liu, D.L. Westphal // J. Geophys. Res. 2001. - V. 106. № D16.-P. 18099-18112.

118. Maenhaut, W. Trace element composition and origin of the atmospheric aerosol in the Norwegian Arctic / W. Maenhaut, P. Cornille, J.M. Pacyna, V. Vitols // Atmos. Environ. 1989. - V. 23, - № 11. - P. 2551-2569.

119. Maenhaut, W. Multielemental composition and sources of the high Arctic atmospheric aerosol during summer and autumn / W. Maenhaut, G. Ducastel, C.1.ek, E.D. Nilsson, J. Heintzenberg // Tellus. 1996. - V. 48B., - № 2. - P. 300321.

120. Melli, P. Real time control of sulphur dioxid emission from an industrial area / P. Melli, P. Bolzern, G. Fronza et al. // Atmos. Environ. -1981. V. 15, - № 5. -P. 653-666.

121. Nieuwstadt, F.T.M. An analytic solution of the time-dependent one-dimensional diffusion equation in the atmospheric boundary layer / F. Т. M. Nieuwstadt//Atmos. Environ. 1980. - Vol. 14. - P. 1361-1364.

122. Pacyna, J.M. Source inventories for atmospheric trace metals / J.M. Pacyna // Atmospheric Particles; ed. by R.M. Harrison and R. Van Grieken. 1998. - P. 385423.

123. Pasquill, F. Atmospheric diffusion / F. Pasquill. N.-Y.: J. Wiley, 1974. - 429 P

124. Pehkonen, E. Variations in airborne pollen antigenic particles caused by meteorologic factors / E. Pehkonen, A. Rantio-Lehtimaki // Allergy. 1994. - Vol. 49,-№6.-P. 472-477.

125. Pitovranov, S.E. Optimal sampler siting for atmospheric tracer experiments taking into account uncertainties in the wind field / S.E. Pitovranov, V.V. Fedorov, L.L. Edwards // Atmos. Environ. 1993. - Vol. 27A, - № 7. - P. 1053-1059.

126. Rantio-Lehtimaki, A. Aerobiology of Pollen and Pollen Antigens / A. Rantio-Lehtimaki // Bioaerosols Handbook. Florida: Lewis Publishers Inc., 1995. - P. 387-406.

127. Renno, N.O. A simple thermodynamical theory for dust devils / N.O. Renno et. al. // J. Atm. Sci. 1998. - V. 55. - P. 3244-3252.

128. Rounds, W. Solutions of the two-dimensional diffusion equations / W. Rounds // Trans. Amer. Geophys. Union. 1955. - Vol. 36, - № 3. - P. 395-405.

129. Rutherford, S. Survey of airspora in Brisbane, Queensland, Australia / S. Rutherford, J.A.K. Owen, R.W. Simpson // Grana. 1997. - Vol. 36, - Iss. 2. - P. 114-121.

130. Seinfeld, J.H. Atmospheric Chemistry and Physics Air Pollution. / J.H. Seinfeld, S.N. Pandis N.-Y.: J. Wiley, 1986. - 738 p.

131. Shaw, G.E. Chemical air mass systems in Alaska / G.E. Shaw // Atmos. Environ. 1988. - V. 22, - № 10. - P. 2239-2248.

132. Sinclair, P.C. General characteristics of dust devils / P.C. Sinclair // J. Appl. Met. 1969.-V. 8.-P. 32-45.

133. Sirois, A. Arctic lower tropospheric aerosol trends and composition at Alert, Canada: 1980-1995 / A. Sirois, L.A. Barrie // J. Geophys. Res. 1999. - V. 104, -№ D9. - P. 11599-11618.

134. Tegen, I. Modeling of mineral dust in the atmosphere: sources, transport and optical thickness. /1. Tegen, I. Fung // J. Gephys. Res. 1994. - V. 99. - P. 2289722914.

135. Turner, D.B. Atmospheric dispersion modeling: a critical review / D.B. Turner // J. Air Pollut. Contr. Assoc. 1979. - Vol. 29, - №. 9. - P. 927-941.

136. Venkatram, A. Modeling of dispersion from tall stacks / A. Venkatram, R. Vet // Atmospheric Environment. -1981.- Vol. 15, №. 9. - P. 1531 -1538.

137. Представитель ИВМ и МГ СО РАН к.ф. м.н. В.Ф. Рапута1. Представитель ^1. ЮНИИИТ с-/^—к.т.н. К.С. Алсынбаев1. УТВЕРЖДАЮ1. АКТоб использовании научно-исследовательских работ

138. Ведущий научный сотрудник лаборатории 213,профессор, д.г. м.н.1. С.Б. Бортникова