Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Особенности учета застройки при расчете загрязнения атмосферы крупных городов

ВАК РФ 11.00.09, Метеорология, климатология, агрометеорология

Автореферат диссертации по теме "Особенности учета застройки при расчете загрязнения атмосферы крупных городов"

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

РОССИИСКИИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИМ

УНИВЕРСИТЕТ

О

О®- гьеср-глоп

На правах рукописи УДК 551.510.42

КУДРЯВЦЕВ АЛЕКСЕЙ ГЕННАДЬЕВИЧ

ОСОБЕННОСТИ УЧЕТА ЗАСТРОЙКИ ПРИ РАСЧЕТЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРЫ КРУПНЫХ ГОРОДОВ

Специальность: 11.00.09 - Метеорология, климатология.

агрометеорология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации иа соискание ученой степени кандидата географических наук

Санкт-Петербург 2000

Работа выполнена в Российском Государственном Гидрометеорологическом Университете, г. Санкт-Петербург.

Научный руководитель:

доктор физико-математических наук профессор А.С. Таврило!

Официальные оппоненты:

доктор технических наук профессор Г.В Менжулпн

доктор географических наук профессор Л.А. Хандожко

Ведущая организация: Санкт-Петербургский Государственны!

Архитектурно-Строительный Уннверсите-

Защита диссертации состоится 2 марта 2000 г. в 15 — час. на заседании Диссертационного Совета Д 063.19.02 в Российского Государственном Гидрометеорологическом Университете по адресу: 195196 Санкт-Петербург, Малоохтинский пр., д.98.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке РГГМУ.

Автореферат разослан 1 февраля 2000 г.

Ученый секретарь Диссертационного Совета,

Актуальность темы. Гигантские масштабы воздеиствш хозяйственной деятельности человека па природную среду породили цельп ряд экологических проблем, поэтому в настоящее время не вызываем сомнений актуальность решения экологических задач для конкретны? географических регионов. В подобной ситуации особенно важна объективна) информация о критических показателях антропогенного воздействия фактическом и прогностическом уровнях загрязнения природной среды. ; также о влиянии загрязнения на здоровье населения. Прямые методь наблюдения за состоянием природной среды не всегда целесообразны из-з; сложности их проведения, трудностей в интерпретации результатов и высоки?

доктор физико-математических наук

Л.И.Дивинскш

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Н82-№ ,0

инансовых затрат. В этом ситуации наиболее перспективным оказывается ^пользование математических моделей, однако, и в этом случае возникает глый ряд проблем, связанных как с недостатком исходных данных, так и с рисущими моделям идеализациями.

Выход, как показывает практика, лежит в глубоком синтезе этих аправлений, когда входными параметрами в исходные уравнения атематических моделей служат данные станций мониторинга за окружающей эедой, данные о рельефе местности; данные о типе, форме, ориентации эродской застройки, географической привязке источников и многое другое, го можно почерпнуть из конкретного географического положения ассматриваемой территории.

Цели п задачи исследования. Целью диссертационной работы влялась разработка технологии учета городской застройки в численных оделях динамики атмосферы и переноса примеси в условиях, крупных эродов. В качестве основы для проведения исследований был выбран Санкт-[етербург, для которого в настоящее время уже накоплены необходимые для аботы архивы исходной информации. Для достижения поставленной цели ыли сформулированы следующие задачи:

• на основе картографической информации создать для Санкт-Петербурга сводную электронную карту застройки города;

• провести анализ существующих подходов к изучению аэродинамики обтекания застройки, выявить основные параметры, влияющие на структуру потока в окрестности зданий п разработать методику их количественной оценки с использованием электронной карты города;

• осуществить комплексную статистическую обработку данных городской застройки Санкт-Петербурга и произвести ее типизацию;

• разработать и обосновать способ учета статистических характеристик застройки при решении задач динамики атмосферы и переноса примеси в условиях большого города.

Методом исследования являлось математическое моделирование с еализацпей численных моделей атмосферы на ЭВМ.

Научная новизна. Основные результаты (защищаемые положения) ледующие:

• результаты проведения комплексной систематизации и классификации застройки применительно к Санкт-Петербургу на основе методов пространственного статистического анализа;

• способ параметризации городской застройки в численных моделях динамики атмосферы на мезомасштабах с учетом ориентации стен зданий в пространстве:

• результаты численных экспериментов по определению численных значений интегрального коэффициента аэродинамического сопротивления для различных типов застройки:

[рактнчеасая ценность работы.

Результаты работы используются в информационных системах

обеспечения мониторинга загрязнения атмосферы Санкт-Петербурга с целью:

• более точной оценки влияния автотранспорта и других источников н; концентрацию вредных примесей в воздушной среде на большие пространственных масштабах;

• обоснования экологических требований к структуре и перспективам, развития парка автотранспорта;

• комплексной экологической экспертизы проектных решений направленных на снижение воздействия автотранспорта на воздушнук среду и здоровье населения города;

Апробацмя п публикации по теме диссертации. Авторои. опубликовано 5 научных работ, результаты докладывались на научно! конференции "Атмосфера и здоровье человека" (Санкт-Петербург, 1998 г.) конференциях молодых ученых РГГМУ (Санкт-Петербург, 1998, 1999 г.).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, ■ глав, заключения, списка использованных источников. Всего в работе 13С страниц, 42 рисунка и 3 таблицы. Список литературы включает 18" наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цел! и задачи исследования, дан обзор применяемых методов. Рассмотрень научная новизна и практическая ценность работы.

В первой главе рассматривается постановка вопроса, связанная ( учетом влияния зданий на рассеяние примеси, метеорологические особенност! загрязнения крупных городов и меры по их уменьшению, проблемь параметризации застройки при расчете загрязнения атмосферы, а также результаты экспериментальных исследований и существующие математические методы моделирования переноса примеси.

Взаимодействие атмосферы с подстилающей поверхностью I процессы в пограничном слое атмосферы являются одними из наиболее важных и, в тоже время, сложных проблем как в теоретической метеорологии так и в вопросах практической деятельности человека. На подстилающеГ поверхности происходит превращение основной части солнечной энергии [ тепловую, в приповерхностном слое, содержащем препятствия, наиболее интенсивно осуществляются переходы энергии из одной формы в другую Кроме того, именно в этой области сосредоточены основные источник! антропогенного загрязнения атмосферы. По этим причинам правильное физико-математическое описание процессов в пограничном слое очень важне для решения городских экологических проблем, особенно прп решении задач переноса и рассеяния примеси в атмосфере над подстилающей поверхностью сложной структуры, какой является современный город.

Изучение проблем экологии такого большого города, как Санкт-

[етербург, показывает, что он оказывает влияние на поле ветра, температуры, блачности.и, как следствие, осадков. При подобном изучении требуется сесторонний учет многих процессов жизнедеятельности люден, животного и астительного мира, энерго- и массообмена в среде обитания, а также рельефа естности. Если многие из этих процессов успешно моделируются и росчитываются на ЭВМ, то другие поддаются лишь качественному анализу.

Значительный вклад в загрязнение воздушного бассейна города носит автомобильный транспорт, на долю которого в Санкт-Петербурге риходится около 70% выбросов в атмосферу. Влияние больших городов на етеорологические условия весьма многообразно: современные города это эстрова тепла", "пятна с пестрым альбедо", препятствие воздушному потоку, дктор активного воздействия на режим облачности и осадков, на состав гмосферы, воздействие на химический и термический режим грунтовых и оверхностных вод.

Влияние сложных препятствий на динамику воздушного потока еоднократно исследовались многими авторами на протяжении последних есятилетий. Основное внимание уделялось при этом изучению влияния на оток в аэродинамических трубах модельных деревьев, кустов, травы и екоторых других элементов ландшафта (Т.Катвани, Р.Мерони 1970, А.Том 970 и др.). В последние годы, в связи с обострением экологических проблем, ольшое внимание уделялось также и изучению аналогичного влияния ромышленной и городской застройки различной конфигурации (А.Huber, 984; R.P.Hosker, 1984; М.Е. Берлянд, Е.Л. Гени.хович, 1986; Р. Kastner-Klein, .Plate, Е. Fedorovich 1997 и др.).

В современной практике находит применение широкий спектр атематических моделей, разработка и внедрение которых заметно скорились с появлением персональных ЭВМ. В разделе 1.4.7 диссертации риведены результаты систематизации около 100 такого рода моделей. Анализ .юранных данных показывает, что наиболее активно в настоящее время недряются численные трехмерные гидродинамические модели (около 50%), а втором месте по распространению - широко известные гауссовые модели, азвивающие нормативные методики ЕРА-US и МАГАТЭ (около 25%), стальная часть приходится на двумерные, одномерные и аналитические одели. К числу последних относится, в частности, и используемая в РФ орматпвная методика ОНД-86.

Несмотря на • большое число разнообразных подходов к оделированию городской атмосферы, здесь пока не было достигнуто шетного успеха в области адекватного учета при расчете загрязнения гмосферы структуры городской застройки, оказывающей определяющее тиянне на распространение примеси от такого важнейшего источника как зтотранспорт. Между тем. сложность процессов, происходящих в городской зеде. и чрезвычайно большой объем исходной информации относительно юметрин зданий, не позволяют, к сожалению, без разработки специальных етодов параметризации городской застройки достигнуть существенного :пеха в области создания практических методов расчета переноса и

рассеяния примеси.

Во второй главе описывается способ исследования городское застройки, проводится ее классификация и излагаются технология i результаты статистической обработки геометрических характеристик реальной городской застройки.

Методика исследования включала в себя следующие этапы:

• выбор инструмента для решения задачи;

• составление базы данных по Санкт-Петербургу;

• получение статистических характеристик, характеризующих конкретную застройку всех районов города;

• обработку полученной информации с целью выбора способа параметризации зданий для решения задач диффузии примеси в условиях города.

В качестве инструмента была выбрана специализированна) геоинформационная система - экологический программный комплекс (ЭПЬС «ZONE», в котором удачно сочетаются как средства первичного накопления i обработки информации, так и возможность редактирования баз данных с последующим привлечением различных расчетных модулей и среден визуализации полученной информации. Программный комплекс реализует разнообразные расчетные методики, в число которых входит такж( трехмерная численная гндротермодинамическая модель атмосферы, которая i привлекалась нами для исследования. В рамках данной работы пс определению статистических характеристик была создана база данных насчитывающая свыше 15 тысяч элементов городской застройки. Метод статистического анализа базировался на получении пространственно-осредненных характеристик геометрии строений:

• функция пористости D(x,y,z), определяющая среднее для данной области отношение площади свободной от зданий к общей площади участка территории;

• «роза строений» S(x,y,z,R), представляющая собой аналог известной в метеорологии "розы ветров" и определяющая среднее значение площади стен зданий с векторами нормалей, принадлежащих румбу с номером R (одно из 24 возможных направления с дискретностью 15 дуговых градусов).

В ходе выполнения работ по изучению городской застройки была произведена классификация расположения зданий внутри кварталов. Предлагаемая классификация не претендует на общность, но оказывается, тем не менее, полезной для исследования. Всего автор выделил 4 типа.

Первый тип - сплошная однородная застройка. Для такого тип; характерна высокая плотность зданий (величина пористости около 0.35 i ниже), однородность по высоте, практически полное экранирование примеси < любого направления ветра (арками, проходными дворами в этом случае можнс пренебречь). Такой тип застройки характерен для старинной части города i охватывает в основном Центральный. Адмиралтейский. Петроградский и частично, Васплеостровский районы города.

Второй тип — хаотический, который характеризуется таким асположением зданий, когда невозможно выделить преобладающего аправления ориентации сторон здания. Такой тип четко просматривается при остроении «розы строений». Данный тип невозможно напрямую отнести к акому-либо району, он характерен для отдельных кварталов и микрорайонов, то связано, во-первых, со сложной границей кварталов, а во- вторых с ногообразием форм строений на этой территории._

Рис. 1. Расчел ая «Роза строеш 1Й», полученная в цепом для терр! пор! и I всего города

Третий тип - "осенаправленный", который характеризуется тем, что тання в квартале имеют практически одинаковую форму, высоту и риентацию стен в пространстве, при этом зазор между домами может зрьнроваться в широких пределах. Такой тип строений встречается рактически во всех районах города (кроме исторической его части) и тноснтся по времени к массовой застройке города в 50-60-е года нашего века, [оданляющая часть здании этого типа ориентирована в пространстве вдоль рупных автомагистралей, что свидетельствует о необходимости тщательного чета данного типа при расчете загрязнения от автотранспорта.

Четвертый тип - квартальный, характерен для новостроек, которые эзиикли в конце 70-х. Для этого типа характерно такое расположение зданий, ри котором, условно говоря, высотные строения находятся по периметру вартала, а внутри образованного ими двора имеются невысокие здания реимущественно учебного (школы, детские сады) или административного зрактера.

Статистические характеристики определялись для административных зйонов города в соответствии с классификацией, приведенной выше. В зооте представлены карты пористости для отдельных районов и эответствующие им «розы строений». Наиболее полно рассмотрены дмпралтейский. Василеостровский. Красногвардейский районы. «Розы гроений» приведены для отдельных районов Невского. Кировского, алининского. Выборгского и Центрального районов города. Диаграмма эозы строений» для всего города в целом представлена на рис. 1.

Обобщая результаты проведенных исследований, можнс сформулировать основные выводы:

• город Санкт-Петербург является крайне неоднородным с tomki зрения распределения функции пористости как в направленш север-юг, так и запад-восток;

• наименьшие значения пористости приходятся на исторически! центр города и составляют 0.35 - 0.40;

• в районах с типовой застройкой второй половины нашего век; пористость увеличивается до значений 0.5 - 0.6 (например Московский район);

• в районах с типовой застройкой 70-90-х годов пористост! достигает максимальных значений и составляет 0.7 - 0.8.

Последнюю особенность можно объяснить экстенсивный путем освоенш новых земель, отведенных под строительство, при котором большая площад! остается незанятой. В лучшем случае эти земли отводятся под образование парков и скверов, в худшем на ней остаются свалки, золоотвалы i заболоченные территории.

Единой, четко выраженной ориентации зданий в пределах город; выявить не удалось, что и следует из анализа рис 1.

В некоторых районах четко прослеживаются два направления: север юг (северные районы города, Большая Охта, Новая Деревня, Московски! район и другие), северо-запад - юго-восток (Малая Охта, Невский район Долгое озеро, Автово и другие). Такие два главных направления связаны, по видимому, с характером строительства нашего города, когда первоначально! "отправной точкой" служила река Нева, а в более поздние сроки прокладк; новых магистралей города, вдоль которых и стали появляться новые кварталы.

В пределах одного административного района практически н< соблюдается единство в ориентации зданий. Это связано с большо( протяженностью территорий, а также значительной долей промышленны; предприятий и территорий под строительство, которые являются, по сути буферными зонами между крупными жилыми массивами, что, в свою очередь определяет ориентацию кварталов, дорог и т.д. Немаловажным является врем! застройки, которое определяет не только ее плотность, но и форму зданий, ; также их ориентацию в пространстве.

В третьей главе разрабатывается технология параметризащн застройки в численных моделях загрязнения атмосферы.

Математические модели, описывающие движение воздуха в слое < препятствиями, отличаются от прочих гидродинамических моделе! атмосферного пограничного слоя четырьмя характерными особенностями. Во первых, в уравнениях динамики появляется сила аэродинамической сопротивления препятствий; во-вторых, масштаб турбулентности может быт: ограничен размерами свободных объемов в этом слое: в-третьих, учитывают^ дополнительные источники тепла и, возможно, влаги, распределенные по все! высоте слоя; в-четвертых, из всего пространства исключается некоторая ег< часть, в которых воздушная масса отсутствует или неподвижна.

Развитие математических моделей, описывающих

гидротермодпнамику атмосферы в слое с препятствиями, сопровождалось последовательным учетом этих факторов.

Отличие нашего подхода от существующих состоит, однако, в том, что здесь рассматриваются не статистические характеристики поля препятствий, заданные априори для того или иного типа поверхности (пористость, удельная площадь поверхности и пространственный масштаб, характеризующий среднее расстояние между препятствиями), а аналогичные величины, полученные путем пространственного осреднения по ячейке сетки той или иной сеточной модели соответствующих параметров конкретной застройки. Математически эта операция эквивалентна так называемой процедуре цифровой фильтрации:

{/}„ = 1d ¡D(X') f(x') G(x-x') d x' ,

D{x) = jb(.r') G(x - .v') d x

где / ( .) " произвольная функция (скорость ветра, концентрация примеси и т.д.), D (. ) - функция координат, равная единице в свободном пространстве и нулю внутри зданий. Интегрирование осуществляется здесь в бесконечных

пределах, причем функция G(x) , определяющая цифровой фильтр,

удовлетворяет свойствам: G(X) —► 0 при X —> со и J G(x)d .v = 1. В

соответствии с определением, сделанным выше, функция D(x) как раз и представляет собой функцию пористости.

Исходные данные по конкретной застройке предварительно статистически обрабатываются с использованием такого рода цифрового фильтра.

Большинство исследований в области параметризации силы сопротивления препятствий в уравнениях динамики атмосферы ( Д.Л. Лайхтман. 1970; Г.В. Менжулин, 1972; A.M. Попов, 1974 и др.) базируются на представлении этой величины в виде квадратичной зависимости от скорости ветра. При этом неявно предполагается горизонтальная изотропность поля препятствий, что, как следует из статистических оценок главы 2, для застройки не всегда справедливо. По этой причине нами предложено некоторое обобщение этого подхода, учитывающее среднюю для каждой ячейки сетки проекцию вектора скорости ветра V на нормаль к внешним стенам строений //:

F, = С„ I Vn}Stt,

где S - средняя по ячейке сетки удельная площадь поверхности зданий, и, - соответствующая компонента скорости, а Ср - константа, характеризующая интегральный аэродинамический коэффициент

сопротивления, которая и подлежит определению.

Существенно, что в этом случае уже не может быть и речи об описании в модели особенностей локальной циркуляции около каждого здания. Такого рода вихревая циркуляция, хотя в основе своей и является детерминированной, в данном случае рассматривается как случайная, причем ее кинетическая энергия просто суммируется с кинетической энергией турбулентности.

Описанный выше подход к построению численной модели динамики атмосферы применительно к городской застройке реализован в ЭПК "ZONE". Наша задача состояла, как уже отмечалось, лишь в проведении сравнительных численных экспериментов по оценке интегрального аэродинамического коэффициента CD. Для этой цели была разработана и реализована на практике специальная методика.

Проблема состоит в том, организация для этих целей специальных натурных экспериментов крайне затруднена из-за разнообразия типов застроек, различной пространственной ориентации, высоты и плотности расположения зданий. Однако, данная проблема может быть решена путем привлечения альтернативного метода - сравнения результатов расчетов с аналогичными результатами, полученными с использованием более точной математической модели, реализованной с детальным учетом всех эффектов обтекания зданий. Подобные модели также реализованы в рамках программного комплекса "ZONE", однако их практическое использование вследствие ограниченных возможностей современных компьютеров допустимо лишь на малых масштабах (до 1000м).

Принятая методика определения CD путем сопоставления результатов расчетов по первой и второй моделям базируется на введении определенного конечного числа видов и форм типовой застройки, характерной для рассматриваемой местности. Реализуя данный подход, мы имеем возможность подбора искомого коэффициента не только путем сопоставления расчетных динамических полей, но также и полей концентрации примеси от различных типов источников.

Для решения поставленной задачи на первом этапе рассматривались некоторые полигоны, на которых располагались множество одинаковых строений. Полигоны имитировали сплошную (первый тип), хаотическую (второй тип) и "осенаправленную" (третий тип) застройки.

Для исследования выбирались области 500 и 2000 метров. На первой моделировался процесс переноса и рассеяния примеси с учетом детального обтекания зданий, а на второй, соответственно, с использованием введенной нами параметризации. Расчеты во втором случае проводились многократно с варьированием величин Сп в широком диапазоне.

1 4 1 2

1 ! О 8 О 6 0.4

02 ■

0

-6 О

Рис.2 Среднее по области отношение модулей скорости по полной и упрощенной моделям (Си) в зависимости от величины интегрального коэффициента аэродинамического сопротивления (Сп) 1 - северное направление ветра; 2 - восточное; 3 - южное; 4 - западное; 5 -эсредненное значение по всем направлениям.

Примеры такого рода расчетов для типичных метеорологических :птуаций представлены и подробно описаны в работе. Результаты проведенных расчетов по оценке влияния величины С/> при различных направлениях ветра удалось свести в представленную на рис. 2 зависимость. С ;го помощью можно оценить искомый коэффициент аэродинамического :опротивлення для каждого типа застройки в среднем для всех направлений ветра (сплошная кривая). Отложенная прп этом по оси ординат величина Си представляет собой среднее по всей области отношение модуля скорости ветра на некотором уровне, рассчитанного по упрощенной модели (с параметризацией здании) к аналогичной величине, полученной по полной модели (с учетом детального обтекании зданий).

Искомый коэффициент Сп определялся с использованием вышеприведенных данных по точке пересечения соответствующей каждому направлению ветра кривой зависимости Сг^С^) с единицей.

Численное значение коэффициента, полученное для полигона первого типа, составляет в среднем по всем направлениям ветра 610"4. Диапазон изменения значений коэффициента незначителен, особенно по сравнению с первым типом. Отсутствие разброса в значениях также как н в первом случае можно объяснить геометрией модельной застройки. Каждое здание представляло собой квадрат со свободной областью внутри, имитирующей двор.

Для полигонов второго п третьего типов были проделаны все те же эперации. описанные выше для полигона первого типа.

Для хаотического типа застройки среднее значение коэффициента аэродинамического сопротивления оказывается около 4 10"4 . Для этого типа наблюдается разброс значений от 1 10"4 до 7 10"4, что больше чем для первого типа, но меньше чем для третьего. Объяснение такого разброса значений следует искать в геометрии строений и плотности застройки. Второй тип полигона с модельной застройкой отличался наибольшей величиной пористости (т.е. строения располагались достаточно далеко друг от друга) и сложной геометрией самих строений. В итоге, ослабление воздушного потока по разным направлениям ветра происходит неодинаково. Здесь хочется отметить, что по результатам моделирования наибольшие значения коэффициента аэродинамического сопротивления наблюдались для северного направления ветра, а минимальные - для восточного.

Численное значение коэффициента, полученное для полигона третьего типа, составляет в среднем по всем направлениям ветра 1,510'". Максимальные значения коэффициента наблюдались для северного и южного направлений ветра (примерно 3,5'10^), а минимальные - для восточного и западного (примерно 4 10"4). Такой большой разброс значений можно объяснить геометрией строений, когда их длина (ориентированная север-юг) в 4 раза больше ширины (ориентированной запад-восток).

Основной задачей разрабатываемого нами способа параметризации застройки является не столько воспроизведение динамических свойств потока, сколько полей концентрации от того или иного антропогенного источника. Многофакторный характер подобной задачи неизбежно приводит к значительной погрешности в расчете концентрации, обусловленной неточностью задания исходных параметров (метеорологические параметры, физические параметры и эмиссия источников). В качестве допустимой относительной погрешности такого рода по оценкам многих авторов является величина 50%.

Для оценки погрешностей, возникающих при расчете приземного поля концентрации примеси при переходе от детальной к параметризационной схеме учета застройки, была проведена серия сравнительных расчетов, пример которых приведен на рис. 3. Анализ результатов сопоставления показал, что максимальные значения концентрации примеси искажаются при использовании параметризации застройки незначительно, однако поле концентрации, как видно из приведенного примера, в некоторой степени сглаживается, что является естественным следствием принятой методологии.

Рис. 3 Пример расчета поля концентрации примеси от выбросов автотранспорта для: а) с учетом детального обтекания зданий; б) модель с параметризации застройки при Со=410"4.

Выявленная зависимость интегрального коэффициента [эродинамического сопротивления от направления ветра и типа застройки, ;отя и может быть учтена в практических расчетах, но требует очень щательного исследования застройки каждого города, что не всегда уместно в шженерных моделях.

В этой связи, на заключительном этапе нашего исследования было фоведено исследование чувствительности расчетного поля концентрации к ¡ариациям коэффициента С/, для различных скоростей и направлений ветра, а акже разнообразных типов застройки, включая отдельные районы Санкт-Тетербурга. Для этой цели на основе результатов описанных выше численных кспериментов первоначально было найдено среднее значение интегрального

эродинамического коэффициента, которое оказалось равным Сп = 8.5 10"4

стандартное отклонение (Т = 9.2 10"4'.

Основное внимание при этом уделялось расчету загрязнения тмосферы от выбросов автотранспорта. Для расчетов привлекалась юстаточно полная база данных по автотранспорту Санкт-Петербурга. 1асчнтываюшая свыше 12 тысяч отдельных участков автомагистралей с 13вестной структурой и интенсивностью движения, а также режимом ветофорного регулирования. Для пересчета интенсивности движения в югонные выбросы токсических веществ использовалась методика Лосковского автодорожного института (Ю.В.Трофименко, 1995). В иссертационной работе приведены результаты многочисленных численных кспериментов, из которых следует, что при расчетах на достаточно больших шсштабах в большинстве случаев для практических целей вполне допустимо граничиться использованием среднего интегрального аэродинамического оэффпциента сопротивления, без детализации этой величины по типам астройки.

В заключении сформулированы основные результаты проведенных сследованпй:

1. Произведена систематизация всей имеющейся информации о застройке Санкт-Петербурга применительно к задачам охраны воздушного бассейна города;

2. Произведена систематизация н статистическая обработка имеющихся данных с целью типизации застройки применительно к задачам расчета загрязнения атмосферы;

3. Для административных районов города и для районов с типичной застройкой построены карты статистических характеристик: поля пористости и диаграмм ориентации стен зданий;

4. Выявлены основные закономерности конфигурации застройки как в отдельных административных районах города, так и для города в целом;

5. Изложена методика параметризации строений с введением интегрального коэффициента аэродинамического сопротивления для районов с различными типами застройки;

6. На основе математического моделирования получены обоснованные выводы о чувствительности скорости ветра и концентрации примеси в приземном слое к вариациям интегрального коэффициента аэродинамического сопротивления, а также определено его числовое значение для различных типов застройки.

Публикации по теме диссертации:

1. Применение методов математического моделирования для исследования загрязнения атмосферы выбросами автотранспорта с целью оценки риска для здоровья /Тезисы докладов Всероссийской конференции Атмосфера и здоровье человека". - СПб.: Гидрометеоиздат, 1998., С. 146 - 147. /Соавторы С.В.Василенко. J1.A. СавватееваЛ

2. Исследование загрязнения атмосферного воздуха вдоль магистралей Калининграда с использованием математических моделей /Межвузовский научно-методический сборник. Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ, вып. 5. - СПб: СПбГАСУ. 1999. - С. 38 - 42 /Соавторы С.В.Василенко, A.C. Гаврплов /.

3. Экспериментальная проверка математических моделей загрязнения атмосферы выбросами автотранспорта применительно к Калининграду /Межвузовский научно-методический сборник. Математическое моделирование, численные методы п комплексы программ, вып. 5. - СПб: СПбГАСУ. 1999. - С. 47 - 51 /Соавторы С.В.Василенко, A.C. Гаврплов/.

4. Метод параметризации влияния зданий на структуру турбулентного потока над городом. /Межвузовский научно-методический сборник. Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ, вып. 5. - СПб: СПбГАСУ, 1999. - С. 42 - 47 /Соавтор A.C. Гаврплов/.

Системно-аналитическим подход к задачам охраны атмосферы крупных городов /Тезисы докладов Всероссийской научной конференции "Экологические и метеорологические проблемы больших городов и промышленных зон". - СПб.: изд. РГГМУ,1999. С. 45 - 47. /Соавторы Г.И.Воронов, А.С.Гаврилов, Л.А. Савватеева/.

А.Г. Кудрявцев

Содержание диссертации, кандидата географических наук, Кудрявцев, Алексей Геннадьевич

Список условных обозначений

Введение

1. Влияние застройки на перенос и рассеяние примеси в атмосфере

1.1 Постановка вопроса

1.2 Метеорологические особенности загрязнения городов

1.3 Основные результаты экспериментальных исследований

1.3.1 Город как пример самоорганизации сложных систем

1.3.2 Эксперименты в лабораторных условиях

1.3.3 Натурные эксперименты

1.4 Существующие методы математического моделирования

1.4.1 Классификация моделей

1.4.2 Обзор диффузионных математических моделей

1.4.3 Модель ГГО (нормативный документ ОНД-86)

1.4.4 Методика ИЭМ

1.4.5 Методика МАГАТЭ

1.4.6 Методика EPA-US

1.4.7 Методика ЭПК ZONE

1.4.8 Краткий обзор математических моделей, реализованных на ЭВМ

1.4.9 Стохастическое моделирование турбулентности в приповерхностном слое

1.5 Проблемы параметризации застройки

2. Исследование структуры городской застройки

2.1 Назначение и способ исследования

2.2 Классификация элементов застройки

2.3 Статистические характеристики городской застройки

2.3.1 Районы с преобладанием плотной застройки

2.3.2 Районы со смешанными типами строений

3. Параметризация застройки в численных моделях загрязнения атмосферы

3.1 Моделирование течений внутри слоя препятствий

3.2 Настройка параметров модели

3.3 Расчетная оценка загрязнения атмосферы для районов с типичной застройкой

3.4 Результаты некоторых численных экспериментов по Санкт-Петербургу

Введение Диссертация по географии, на тему "Особенности учета застройки при расчете загрязнения атмосферы крупных городов"

Гигантские масштабы воздействия хозяйственной деятельности человека на природную среду породили целый ряд экологических проблем, поэтому в настоящее время не вызывает сомнений актуальность решения экологических задач для конкретных географических регионов. В подобной ситуации особенно важной оказывается объективная информация о критических показателях антропогенного воздействия, фактическом состоянии и прогнозах будущего состояния природной среды. Острая необходимость в такой информации возникает при обеспечении своевременного выявления антропогенного влияния, а также характера и уровня загрязнения; эффектов, вызываемые этими условиями на здоровье населения города.

Решая данную проблему с помощью различных математических моделей, мы не можем уйти от различных идеализаций, которые им присущи. К таким можно отнести неполный учет метеопараметров, представление источников загрязнения, форма и расположение естественных и искусственных препятствий и многое другое. Эти недостатки могут существенным образом исказить реальную картину загрязнения, а значит, не позволяют оценить реальный вред, который наносится здоровью населения. Другой метод - прямой метод измерения в конкретном регионе, местности также не выдерживает критики не только из-за сложности проведения наблюдений и обработки полученной информации, но и отсутствия регулярности в их проведении из-за экономической нецелесообразности.

Выход, как показывает практика, лежит в глубоком синтезе этих направлений, когда входными параметрами в исходные уравнения математических моделей служат данные станций мониторинга за окружающей средой; данные о рельефе местности; данные о типе, форме, ориентации городской застройки; географической привязке источников и многое другое, что можно почерпнуть из конкретного географического положения рассматриваемой территории для выработки правильных экономических, медицинских, административных решений, которые повлекут улучшение экологической ситуации в регионе, что в свою очередь благоприятно отразится на здоровье населения.

Городская среда является уникальным конгломератом взаимодействующих природных и антропогенных факторов. Взаимодействие города и природной среды носит комплексный характер.

Проживание в черте города колоссального количества людей (особенно в мегаполисах с их городами-спутниками) приводит к дальнейшему изменению городского климата: увеличивается количество сжигаемого топлива и тепловое загрязнение атмосферы, резко возрастают объемы антропогенного выброса загрязняющих веществ в окружающую среду. А как указывается в [1] степень загрязнения атмосферы зависит от количества выбросов вредных веществ и их химического состава, от высоты, на которой осуществляются выбросы, и от климатических условий, определяющих перенос, рассеивание и превращение выбрасываемых веществ.

На рассеивание примесей в условиях города существенно влияют планировка улиц, их ширина, направление, высота зданий, зеленых массивов и водные объекты, образующие как бы разные формы наземных препятствий воздушному потоку и приводящие к возникновению особых метеорологических условий в городе.

Наблюдения показывают, что даже при постоянных объемах и составах промышленных и транспортных выбросов в результате влияния метеорологических условий уровни загрязнения воздуха могут различаться в несколько раз [2]. Учет этого влияния важен при подготовке документов о качестве атмосферного воздуха, разработке воздухо-охранных мероприятий, планировании размещения городов и промышленных объектов, прогнозирования уровня загрязнения.

Постоянный рост площадей урбанизированных территорий создает новые группы проблем: здания, сооружения, асфальтовые покрытия, коммуникации, тесно контактируя с естественным рельефом, геологическим субстратом, водными бассейнами образуют сложную природную техногенную среду. Интенсивное развитие городов, масштабы техногенных изменений окружающей среды (вырубка лесов, расширение площадей застройки, асфальтового покрытия, изменение рельефа и т.д.) вызывают необходимость тщательных исследований и прогнозирования изменения экологического баланса и микроклимата в урбанизированных регионах для принятия взвешенных решений при градостроительстве и развитии промышленности.

В связи с этим представляется чрезвычайно важной проблема, как прогнозирование состояния природной среды, так и мониторинг ее текущего состояния.

Существенную роль при оценке возможных последствий хозяйственной деятельности и экологической экспертизе народнохозяйственных проектов играет математическое моделирование. Появление быстродействующих ЭВМ дало исследователям мощное орудие для решения ряда задач, в частности численного моделирования сложных гидродинамических течений. Однако даже для самых производительных машин существует предел и приходится искать оптимальные пути, использовать новые подходы при построении моделей, разрабатывать экономичные методы численного моделирования.

Целью диссертационной работы являлась разработка технологии учета городской застройки в численных моделях динамики атмосферы и переноса примеси в условиях крупных городов. В качестве основы для проведения исследований был выбран Санкт-Петербург, для которого в настоящее время уже накоплены необходимые для работы архивы исходной информации.

Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи:

• на основе картографической информации создать для Санкт-Петербурга сводную электронную карту застройки города;

• провести анализ существующих подходов к изучению аэродинамики обтекания застройки, выявить основные параметры, влияющие на структуру потока в окрестности зданий и разработать методику их количественной оценки с использованием электронной карты города;

• осуществить комплексную статистическую обработку данных городской застройки Санкт-Петербурга и произвести ее типизацию;

• разработать и обосновать способ учета статистических характеристик застройки при решении задач динамики атмосферы и переноса примеси в условиях большого города.

Методом исследования являлось математическое моделирование с реализацией численных моделей атмосферы на ЭВМ.

Научная новизна. Основные результаты (защищаемые положения) следующие:

• результаты проведения комплексной систематизации и классификации застройки применительно к Санкт-Петербургу на основе методов пространственного статистического анализа;

• способ параметризации городской застройки в численных моделях динамики атмосферы на мезомасштабах с учетом ориентации стен зданий в пространстве;

• результаты численных экспериментов по определению численных значений интегрального коэффициента аэродинамического сопротивления для различных типов застройки;

Практическая ценность работы.

Результаты работы используются в информационных системах обеспечения мониторинга загрязнения атмосферы Санкт-Петербурга с целью:

• более точной оценки влияния автотранспорта и других источников на концентрацию вредных примесей в воздушной среде на больших пространственных масштабах;

• обоснования экологических требований к структуре и перспективам развития парка автотранспорта;

• комплексной экологической экспертизы проектных решений, направленных на снижение воздействия автотранспорта на воздушную среду и здоровье населения города; 8

Апробация и публикации по теме диссертации. Автором опубликовано 5 научных работ, результаты докладывались на научной конференции "Атмосфера и здоровье человека" (Санкт-Петербург, 1998 г.); конференциях молодых ученых РГГМУ (Санкт-Петербург, 1998, 1999 г.).

Диссертационное исследование состоит из введения, 3 глав, заключения и списка литературы. Всего в работе 130 страниц, 55 рисунков и 3 таблицы. Список литературы включает 187 наименования.

Заключение Диссертация по теме "Метеорология, климатология, агрометеорология", Кудрявцев, Алексей Геннадьевич

Основные результаты исследования:

1. Произведена систематизация всей имеющейся информации о застройке Санкт-Петербурга применительно к задачам охраны воздушного бассейна города.

2. Произведена систематизация и статистическая обработка имеющихся данных с целью типизации типов застройки для ее дальнейшего использования в качестве параметризации.

3. Для районов с типичной застройкой построены карты статистических характеристик застройки: поля пористости и диаграммы ориентации стен зданий.

4. Путем проведения цикла расчетов выявлены основные закономерности распределения застройки как в отдельных административных районах города так и для города в целом.

5. Изложена методика параметризации строений с введением коэффициента пористости для районов с различной пространственной протяженностью.

6. На основе математического моделирования получены обоснованные выводы о влиянии коэффициента пористости на различные типы застройки, а также определение его числового значения.

Для дальнейших исследований необходимо:

- при проведении расчетов, привлечение в качестве исходных данных дополненной базы данных о строениях исторической части города;

- дополнительные наблюдения за загрязнением атмосферы с помощью стационарных и передвижных постов наблюдения с целью их повторения с помощью расчетных методов;

113

- специальные наблюдения медико-экологического характера о влиянии зданий на формирование теневых зон с повышенными значениями концентраций, наносящие значительный ущерб здоровью населения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Изучение пространственно-временных изменений атмосферного воздуха городских экосистем целесообразно основывать на таких методологических основаниях, результатом реализации которых будет количественное описание протекающих процессов с учетом физико-географических особенностей города, а также объективной информации об экологической обстановке и ее динамике при реализации природоохранных мероприятий.

Поле загрязнения атмосферы, вне зависимости от режима работы соответствующих антропогенных источников, чрезвычайно изменчиво как во времени, так и в пространстве. Для учета при расчетах экранирующего эффекта зданий на загрязнение атмосферы от автотранспорта и промышленных источников требуется особенно высокое пространственное разрешение. Получение необходимых исходных данных для расчета полей загрязнения атмосферы наталкивается на очевидные трудности, связанные с невозможностью развертывания в настоящее время сети станций мониторинга атмосферы в необходимом количестве.

По этой причине подобная задача может быть решена только с использованием методов математического моделирования. Для определения влияния зданий на воздушный поток при различных метеорологических ситуациях расчетные методы являются едва ли не единственно возможными. Сочетание гидродинамической модели пограничного слоя и метода стохастического моделирования турбулентной диффузии для расчета траекторий движения частиц примесей наилучшим образом подходит для расчета рассеяния примеси от разнообразных по типу источников в разных условиях: при штилях и слабом ветре, при наличии осадков, с учетом бризовых эффектов (влияние водоемов), в условиях пересеченной местности, в локальных участках со сложными границами, к которым относится городская застройка. Компьютерная реализация на моделях различных сценариев изменений условий рассеивания и выбросов в атмосферу открывает возможность количественного прогнозирования и оценки экологических последствий, в том числе и при разработке мер по адаптации городской социоэкосистемы к новым условиям.

Библиография Диссертация по географии, кандидата географических наук, Кудрявцев, Алексей Геннадьевич, Санкт-Петербург

1. Руководство по контролю загрязнения атмосферы. РД 52.04.186. 89. -Л.: Гидрометеоиздат, 1991. - 693 с.

2. Воронов Г.И., Скворцов М.Ю., Трофименко Ю.В. Методы расчета загрязнения атмосферы крупных городов выбросами автотранспорта / Под ред. А.С. Гаврилова. СПб.: Дейта, 1996. - 34 с.

3. Воронов Г.И. Методы расчета турбулентных течений в слое шероховатости. Автореф. канд. дисс. - Л.: ЛГМИ, 1990.

4. Попов A.M. Об особенностях атмосферной диффузии над неоднородной подстилающей поверхностью Изв. АН СССР, ФАО, 1974, № 12, с.1309-1312.

5. Менжулин Г.В. Об аэродинамических параметрах растительного покрова Труды ГГО, 1972, вып. 282, с. 133-143.

6. Итоговый отчет по НИР "Микрометеорология и экология большого города", каф. МКОА, РГГМИ, 1995.

7. Пригожин И., Стенгерс И. Порядок из хаоса. Новый диалог человека с природой. М.,1986

8. Арманд А.Д. Города на грани тысячелетий //Природа. 1993. - N 2. - с.З-14.

9. Метеорология и атомная энергия//Под ред. Д. Слейда. Л.: Гидрометеоиздат, 1971. - 647с.

10. Lowry P. Н., Mazzarella D. A., Smith М. Е. Ground-level measure-ments of oil-fog emitted from a hundred meter chimney.— Meteorological Monographs, 1951, vol. 1, N4, p. 9—19.

11. Simulations of a tracer experiment in the Qresund region./Enger L., Gry-'hing S. E., Lyck E., Widemo U.— Air Pollut. Model, and Appl. 4. proc. 14-th Int. Techn. Meet., Copenhagen, 27—30 Sept., 1983, New York; London, 1985, p. 295—309.

12. Сравнение рассчитанных и измереных дисперсий координат и концентрации примеси/Е. К. Гаргер, Г. П. Жуков, Н. Ф. Лукоянов, А.В. Найденов, Д. Б. Уваров Труды ИЭМ, 1983,, вып. 29(103), с. 69-82.

13. Экспериментальное исследование поперечной турбулентной диффузии в приземном слое атмосферы/Е. К. Гаргер, И. Ф. Мазурин, А.

14. B. Найденов, Д. Б. Уваров.—Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1982, т. 18, №4, с. 356—362.

15. Frenkiel Е. Н., Katz I. Studies of small-scale turbulent diffusion in the atmosphere.—J. Meteorol., 1956, vol. 13(4), p. 388—394.

16. Атмосферная диффузия и загрязнение воздуха.—М.: Иностр. лит., 1962—512 с.

17. Diffusion under low conditions near Oak ridge, Tennessee/R. B. Wilson, G. E. Start, C. R. Dickson, N. R. Ricks.— In: Proceeding of the 3-rd Symp. Atmospheric Turbulence Diffusion and Air Quality Raleigh N. C., 1976, Boston Mass., 1976, p. 269—276Л

18. Elliott W. P. The vertical diffusion of gas from a continuous source.— Int. J. Air and Water Poll., 1961, vol. 4, N. 1/2, p. 33-^6.

19. Atmospheric—dispersion parameter evaluation in the Po valley/C. Bonito, D. Anfossi, P. Bacci et al.—Nuovo Cimento, 1980, vol. 3, C, N. 4, p. 394— 404.

20. Dvore D. S., Vaglio-Laurin R. Atmospheric diffusion of small instantaneous point releases near the ground.—Atmospheric Environment., 1982, "vol. 16, N. 12, p. 2791—2798.

21. Nikuradse J. Stromungsgestze in rauhen Rohren// VDI-Forschungsheft. -1933.-N361.-P. 1-22.

22. Миллионщиков М.Л. Субботин В.И. и др. Экспериментальные исследования турбулентного течения в трубах с искусственной шероховатостью стенок// ДАН СССР, Сер.мат.физ. 1972. - Т.207, N 6.1. C. 1292-295.

23. Marshall I.K. Drag measurements in roughnessarreys of varying density and distribution// Agric.met. 1971. - V. 8, N 4. - P 269-292.

24. Chamberlain A C. Transport of gases to and from grass and grass-like surfaces// Proc.Roy.Soc. 1966. - Ser. A.V. 290. - P. 236-265

25. Savage D.V., Vyers J.E. The effect of artificial surface roughness on heat and momentum transfer//Amer.lnst.Chem.Engrs. 1963.- V.9, N 5. - P.694-707.

26. Kawatani T. Merony R.V. Turbulence and wind speed characteristics within a model canopy field//Agric. met. 1970 - V 7.-P. 153-158.

27. Hay J.S. Evaporation from a saturated raugh surface into a turbulent stream//PortionTech.Pap.N 6553., 1956.

28. Plate E.J. Qurashi A.A. Modeling of vertical distribution inside and above tall crops//J.Appl.Met -1965.- V.4,- P.400-406. ,

29. Chamberlain A. C. Transport of gases to and from surfaces with bluff and wave-1iKe roughness elements / /Quart. J. Roy. Met. Soc. -1968,- V.94.-P.318-332.

30. Thorn A S. Monientum absorption by vegetation// Quart. J.Roy. Met.Soc.-1971.-V.97.-P. 414-428.

31. Maki T. Aerodynamic characteristics of wind within and above a plant canopy // Bull.Nat.lnst.Agrlc.Sci. -1976. Ser.A, N 23,- P.1-67.

32. Meroney R.N. Characteristics of wind and turbulence in and above model of forest//J.Appl.Met.- 1968.- V.7. N 4,- P.780-788.

33. Hsi G., Nath J.H. Wind drag within simulated canopies // J.Appl.Met,-1970.-V.9, N4.-P.592-602.

34. Thorn A.S. The exchang of momentum, mass and heat between an artificial leaf and air flow in a wind tunnel // Quart.J.Roy Met. Soc.- 1968.-V.94 P.399.-409.

35. Landsberg J.J., Thorn A.S. Aerodynamic properties of plant of complex structure// Quart.J.Roy.Met.Soc.-1971.- V.97.- P.569-570.

36. Schuepp P.H. Studies of forced-convection heat and mass transfer of fluttering realistic leaf models " Bound.Layer Met. -1972.- V.2.- P.263-274.

37. Hosker R.P. Flow and Diffusion near Obstacles. Atmospheric Sience and Power Production, Herausg. D. Randerson, U.S. Department of Energy, Springfield, VA, P. 241 - 326.

38. Raupach M.R.Thorn A.S. Turbulence in and above plant canopies//Annual Rev. Fluid Mech.-1981.- V.13.- P. 97-129.

39. Федоров С.Ф. Исследование водного баланса в лесной зоне.-Л. -Гидрометеоиздат, 1977.-264 с.

40. Павлов А. В. Теплофизика ландшафтов. Новосибирск- Наука, ,1979.-224с.

41. Дубов А. С., Быкова Л.Г. Марунич С. В. Турбулентность в растительном покрове.-Л.- Гидрометеоиздат, 1978.- 182с.

42. Businger J.A. Aerodinaiaics of vegetated surfaces.-Heat and mass transfer. Biosphere.Part I.Washington, 1975,- P.139-165.

43. Counihan J. Adiabatic atmospheric boundary layers:A review and analysis of data from the period 1880-1972 // Atm-Env.- 1975.-V.9.- P. 871-906.

44. Ариэль Н.Э.,Ключникова Л.А. Ветер в условиях города//Труды. ГГ0.1960.-N 94.-С.54-62.

45. Davenport.A.G.A A rationale for determination of design wind velocities// J.Struct. Div.ASCE.- I960,- V.86.- P.39-66.

46. Вгоок R.R. The measurement of turbulence in a city environment //J.Appl.Met. 1972.- V.11, N 3. - P. 443-450.46. .Hllivell N.C. Wind over London/ Proc.3d Int.Conf.Vind Eff. Build.& Struc t. .TOKYO, 1971.

47. Valczewski Y., Lukaszevski C. Elementy Klimatu Kraicowa vplywajace na JaKosc powietrza // Zesz.NauK Sozol. i Sozotechn. -1986.- N 22.- P.65-81.

48. Kolar M. Bodennahefeid der luffstroaung auf deffl gebiet der tadt Brno II Scr.Fac.Sci.Natur. UJEP Brun. 1986. - V. 16. N 8. -P. 405-413.

49. Yerel M. Goble R. Roughness effects on urban turbulence parametres//Bound. Layer Met.- 19B6 V.37.N 3.- P. 271-284.

50. Wanner H. Stadliclimatologie und stadtklimastudien in der schweiz//Klima.Verander.und Störung., Basel. .1985. P.98-111.

51. The shoreline environmental atmospheric dispersion experiment (SEADEX)/ W.B. Johnson at al. In: Air Poll. Model. And Appl. 4. Proc. 14th Int. Techn. Meet. New York, London, 1985, p.311 - 326.

52. Experimental characterization of atmosphere diffusion in complex terrain with land—sea interactions/M. M. Millan, E. Otamendi, L. A. Alonso, J. Ureta.— J. Air Pollut. Assoc. 1987, vol. 37, p. 807—817.

53. Monballu Y. Atmospheric turbulence and its concequences on the dynamic behavior of shell structures // Lect. Notes Eng. -1987. V.26.- P.231-240.

54. Conihan J. Simulation of an adiabatic urban boundary layer in a wind tunnel //Atm.Env.- 1973.- V.7, N 7. P. 67:3-679.

55. Bruno C. Isola di calore diurna e topografia locale nella regione dl Londra // Riv.Meteoral -Aeron. -1985. V 45, N 4. - P.225-236.

56. Вызова И. Л. Рассеяние примеси в пограничном слое атмосферы. -Л., Гидрометеоиздат, 1974,192с.

57. Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий. ОНД 86. Л.: Гидрометеоиздат, 1987. - 93 с.

58. Вызова И. Л., Иванов В. Н., Гаргер Е. К. Экспериментальные исследования атмосферной диффузии и расчеты рассеяния примеси. -Л :Гидрометеоиздат, 1991, 280 с.

59. Берлянд М. Е. Современные проблемы атмосферной диффузии н загрязнения атмосферы.—Л.: Гидрометеоиздат, 1975.—448 с.

60. Берлянд М.Е., Оникул Р.И. К обобщению теории рассеивания промышленных выбросов в атмосферу // Л.: ГГО А.И. Воейкова, -1971. - 338 с.

61. Берлянд М. Е. Современные проблемы атмосферной диффузии н загрязнения атмосферы. -Л.: Гидрометеоиздат, 1975. 448 с.

62. Берлянд М.Е. Прогноз и регулирование загрязнения атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1985. - 272 с.

63. Указания по расчету рассеивания в атмосфере вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий. СН 369-74. М.: Стройиздат, 1975.-41 с.

64. Вызова Н. Л. Методическое пособие по расчету рассеяния примесей в пограничном слое атмосферы по метеорологическим данным.—М.: Гидрометеоиздат, 1973.—46 с.

65. Учет дисперсионных параметров атмосферы при выборе площадок для атомных электростанций. Руководство по безопасности АЭС. -Международное агенство по атомной энергии. Вена, 1980. - 106 с.

66. Techniques and decision making in the assessment of off-site consequences of an accident in a nuclear facility. Safety series N 86, International Atomic Energy Agency, Vienna, 1987.

67. Гусев H. Г., Беляев В. А. Радиоактивные выбросы в атмосфере. (Справочник). М.: Энергоатомиздат, 1986. - 224с.

68. Берлянд М. Е., Генихович Е. Л., Оникул Р. И. Моделирование загрязнения атмосферы выбросами из низких и холодных источников. -Метеорология и гидрология, 1990, N 5, с. 5-17.

69. Марчук Г. И. Численные методы прогноза погоды. Л.: Гидрометеоиздат, 1967, 355 с.

70. Пененко В. В., Алоян А. Е. Модели и методы в задачах охраны окружающей среды. Новосибирск,Наука, 1985, 256с.

71. Кондратьев К. Я., Хворостьянинов В.И. Обусловленное солнечной радиацией рассеяние облачности над поверхностью с низким альбедо (трехмерная численная модель). Изв. АН СССР, ФАО, 1987, т.23, с.906-914.

72. Кондратьев К. Я., Хворостьянинов В.И., Бондаренко В. Г. О влиянии микроструктуры и водности облаков на их радиационный режим в различных широтах. Доклады АН СССР, 1984, т.276, N 1, с.92-95.

73. Хворостьянинов В. И. Моделирование искусственной кристаллизации и рассеяния переохлажденных туманов. Метеорология и гидрология, 1983, N4, с. 21-30.

74. Хворостьянинов В. И. Двумерная нестационарная микрофизическая модель низких облаков и адвективно-радиационных туманов. -Метеорология и гидрология, 1982, N 7, с. 16-28.

75. Физико-статистический способ прогноза загрязнения атмосферы в городе// Метеорология и гидрология. -1993, N 8, с. 41-47.

76. Метеорология и атомная энергия. Л.:Гидрометеоиздат,1971, 648 с.

77. Атмосферная турбулентность и моделирование распространения примесей / Под ред. Ф.Т.М. Ньюистадта и X. Ван Допа. -Л.:Гидрометеоиздат,1985, 351 с.

78. Huber А.Н. Performance of a Gaussian model for centerline concentrations in the wake of bildings. Atmos. Environ., 1988, vol.22, N 6, p. 59-111

79. Защита атмосферы от промышленных загрязнений : Справочник 4.2. / Пер. с англ. М.: Металлургия, 1988, 711с.

80. Hanna S.R., G.A. Brigggs, J. Deardorff, B.A. Egan, F.A. Gifford and F. Pasquill. AMS Workshop in Stability Classification Schemes and Sigma Curves Summery of Reccomendations. - Bull. Amer. Meteor. Soc., 1977,vol. 58, p1305-1309.

81. Zone. Экологический программный комплекс для персональных ЭВМ. Теоретические основы и руководство пользователя ЭПК ZONE / Под ред. A.C. Гаврилова. СПб.: Гидрометеоиздат, 1992. -166 с.

82. Руководство пользователя Гаврилов A.C. ZONE: следующий шаг. -СПб.: Дейта, 1995. 32 с.

83. Гаврилов A.C. Интеллектуальная геоинформационная система Бюллетень ГИС ассоциации вып. 1(13) 1998. С. 58-59.

84. Журков B.C. Медико-биологические исследования в гигиене. М.: Медицина, 1986, 218 с.

85. Nikmo, J., Tuovinen, J.-P., Kukkonen, J. and Valkama, I., (1997), A hybrid plume model for local-scale dispersion. Publications on Air Quality 27, Finnish Meteorological Institute, Helsinki, 65 p.

86. Olesen, H.R., (1995), Datasets and protocol for model validation. International Journal of Environment and Pollution, Vol. 5, Nos. 4-5, pp. 693701.

87. Ramsdale, S.A., Martin, D., Nikmo, J., Kukkonen, J., Liedtke, J. and Schatzmann, M., 1997. Dispersion from strongly buoyant sources Overall executive summary. AEA Technology Report AEAT/1408, Warrington, 16 p.

88. S.R. Hanna, J.C., Chang, and D.G. Strimaitis (1993) Hazardous Gas Model Evaluation With Field Observations, Atmospheric Environment Vol 27A, No 15, pp 2265-228594. GASTAR v3 User Manual

89. J.G. Bartzis, ADREA-HF: A three-dimensional finite volume code for vapour cloud dispersion in complex terrain. Report EUR 13580 EN, 1991.

90. J. Wuertz, A Transient One-Dimensional Shallow Layer Model for Dispersion of Denser-Than-Air Gases in Obstructed Terrains Under Non-Isothermal Conditions. Report EUR 15343 EN, 1993.

91. J. Wuertz, J.G. Bartzis, A.G. Venetsanos, S. Andronopoulos, R. Nijsing, The FLADIS Project Final Report. The JRC Ispra Contribution. Report EUR 16268 EN, 1995

92. A.G. Venetsanos, N. Catsaros, J. Wurtz, J Bartzis, "The DELTAB code. A computer code for the simulation of thegeometry of three dimensional buildings. Code structure and users manual.", Report EUR 16326 EN, 1995.

93. J. Wuertz, J.G. Bartzis, A.G. Venetsanos, S. Andronopoulos, R. Nijsing, The FLADIS Project Final Report. The JRC Ispra Contribution. Report EUR 16268 EN, 1995

94. J. Wuertz, J.G. Bartzis, A.G. Venetsanos, S. Andronopoulos, J. Statharas, R. Nijsing. A Dense Vapour Dispersion Code Package for Applications in the Chemical and Process Industry. Journal of Hazardous Materials 46, 273-284, 1996.

95. A.G. Venetsanos, J.G. Bartzis, Further development of a two-dimensional shallow layer model for dense gas dispersion in obstructed irregular terrain including two phase jets. European Commission-TMR Return Grant Final Report, November 1997.

96. Evaluation of the chemical mechanism employed in the EMEP photochemical oxidant model. Atmospheric Environment, 27A, 277- 279, (1993).

97. Modelling the impact of NOx or hydrocarbon control on photochemical ozone in Europe. Atmospheric Environment, 28, 2039- 2052, (1994).

98. Photochemical ozone cration potentials for a large number of reactive hydrocarbons under European conditions. Atmospheric Environment, 30,181-199,(1996).

99. Luftprogramm fur den Kanton Zuerich, Massnahmenplan Lufthygiene, Direktion der oeffentlichen Bauten des Kantons Zuerich, Amt fur technische Anlagen und Lufthygiene ATAL (ed.), Zuerich

100. N02 Immissionen in der Schweiz 1990 - 2010, Federal Office of Environment, Forest and Landscape (ed.), Schriftenreihe Umwelt Nr. 289, Bern

101. Isaksen I.S.A. and Rodhe H. (1978). A two-dimensional model for the global distribution of gases and aerosol particles in the troposphere. Report AC-47. Department of Meteorology, University of Stockholm, Stockholm, Sweden.

102. Isaksen I.S.A. and Hov 0. (1987). Calculation of trends in the tropospheric concentrations of 03, OH, CO, CH4 and NOx. Tellus, 39B, 271-283.

103. The tropospheric budgets and trends of methane, carbon monoxide and ozone on a global scale. MEP-TNO publication P95/035, Delft, The Netherlands.

104. The development of a two-dimensional global transport model. The model transport. Atmospheric Environment 23, 1235-1261, (1989).

105. The development of a two-dimensional global tropospheric model: The model chemistry. J. Geophys Res.96, 7325-7362, (1991).

106. Changes in the global concentration of tropospheric ozone due to human activities. Nature, 344, 645-648, (1990).

107. Modelling the role of nitrogen oxides, hydrocarbons and carbon monoxide in the global formation of tropospheric oxidants. Atmospheric Environment, 25A, 1819-1835, (1991).

108. Impact of aircraft and surface emissions of nitrogen oxides on troposheric ozone and global warming. Nature,

109. The influence of human activities on the distribution of hydroxyl radicals in the troposphere. Phil. Trans. Royal Society London, A 354, 501-531, (1996).

110. Polydoras, G. and Bergeles, G. (1997) A Stochastic Model for Predicting Air Pollutant Concentrations in Cities, presented to Florence World Energy Research Symposium, FLOWERS'97, July 30 August 1,1997.

111. Hoff, J. C., 1983, "A Practical Guide to Box-Jenkins Forecasting", Lifetime Learning Publications.

112. Pandit, S. M., and Wu, S. M., 1983, "Time Series and System Analysis with Applications", John Wiley.

113. Vandaele, W., 1983, "Applied Time Series and Box-Jenkins Models", Academic Press, Inc.

114. Melard, G. (1984) A fast algorithm for the exact likelihood of autoregressive-moving average models. Applied Statistics 33(1): 104-119

115. McCollister G. M. and Wilson K. R. (1978) Linear stochastic models for forecasting daily maxima and hourly concentrations of air pollutants. Atmospheric Environment 9, 417-423.

116. Merz P. H., Painter L. G. and Ryason P. R. (1972) Aerometric data analysis. Time series analysis and forecast and an atmospheric smog diagram. Atmospheric Environment 6, 319-342.

117. Milionis A. E. and Davies T. D. (1994) Regression and stochastic models for air pollution. I. Review, comments and suggestions. Atmospheric Environment 28, 2801-2810.

118. Roch R. and Pellerin J. (1982) On long term air quality trends and intervention analysis. Atmospheric Environment 16,161-169.

119. Simpson R. W. and Layton A. P. (1983) Forecasting peak ozone levels. Atmospheric Environment 17, 1649-1654.

120. Kaasik, M., 1996: Atmospheric transport and deposition of technogenic calcium: model estimation and field measurement, Proc. Estonian Acad. Sci. Ecol. 6, 41-51.

121. Kaasik, M., Room, R., 199: Estonian Science Foundation, Grant 186, Air Pollution Modelling and Forecast, Final Repport, 60 p. (available from contact person).

122. A.M. McKeown, D.J. Carruthers; Validation and Comparison of ADMS 1 and EK-100; CERC Ltd, 1995

123. Nowicki M. (1976), Universal atmospheric diffusion coefficients. Technical University of War-saw, Research Projects No. 53 (in Polish)

124. Nowicki M. (1976), Ein Beitrag zur Bestimmung universeller Diffusionskoeffizienten. Arch. Met. Geoph. Biokl. 1,31 .( in German)

125. Nowicki M. (1985), Empirical parameters in atmospheric diffusion models. PZITS, Protection of atmosphere No. X/84-85 (in Polish).

126. Polish Ministry of Environment directive Dz.U. 122/1998 No. 805,

127. Users guide for the ISC2 dispersion models, US Environmental Protection Agency, 1992

128. Briggs, G.A., 1975: Plume Rise Predications. In Lectures on Air Pollution and Environmental Impact Analysis, American Meteorological Society, Boston, Massachusetts.

129. Briggs, G.A., 1971: Discussion on Chimney Plumes in Neutral and Stable Surroundings. Atmos. Environ. 6:507-510.

130. Briggs, G.A., 1969, Plume Rise, USAEC Critical Review Series, TID-25075, National Technical Information Service, Springfield, Virginia 22161.

131. Turner, D.B., 1970: Workbook of Atmospheric Dispersion Estimates. PHS Publication No. 999-AP-26. U.S. Department of Health, Education and Welfare, National Air Pollution Control Administration, Cincinnati, Ohio.

132. Anfossi D., Ferrero E., Brusasca G., Marzorati A., Tinarelli G. (1993): "A simple way of computing buoyant plume rise in Lagrangian stochastic dispersion models", Atmospheric Environment 27A, 1443-1451.

133. Anfossi D., Desiato F., Tinarelli G., Brusasca G., Ferrero E., Sacchetti S. (1998): "TRANSALP 1989 Experimental Campaign part II: Simulation of a tracer experiment with Lagrangian particle models., Atmospheric Environment, 32, 7,1157-1166.

134. Brusasca G., Tinarelli G., Anfossi D. (1989): "Comparison between the results of a Monte Carlo atmospheric diffusion model and tracer experiments", Atmospheric Environment 23, 1263-1280.

135. Brusasca G., Tinarelli G., Anfossi D. (1992): "Particle model simulation of diffusion in low windspeed stable conditions", Atmospheric Environment 26, 707-723.

136. Ferrero E., Anfossi D., Brusasca G., Tinarelli G. (1995): "Lagrangian Particle Model: Evaluation against Tracer Data", Int. J. Environment and Pollution, Vol. 5, N. 4-6, 360-374.

137. Артеев A.A. Унифицированная программа расчета загрязнения атмосферы "Эколог" // Методическое и программное обеспечение разработки и выпуска природоохранных документов. СПб., 1992.- С. 50 -57.

138. Syrakov D., G. Djolov, D. Yordanov: Incorporation of planetary boundary layer dynamics in a numerical model of long-range air pollution transport, Boundary Layer Meteorology, 26, pp. 1-13,1983.

139. Syrakov D., G. Djolov, D. Yordanov: Long-range admixture transport in atmosphere in presence of inversion, Comptes rand. Bulg. Acad. Sci., v. 38, No 3, 1985.

140. Djolov G., D. Yordanov, D. Syrakov: Modelling the long range transport of air pollutants with atmospheric boundary layer chemistry, Boundary Layer Meteorology, v. 41,1987.

141. Syrakov D., M.Kolarova, D.Perkauskas, K.Senuta, A.Mikelinskene: Model of long-range pollutant dispersion and acidity of precipitation for the Baltic region, Journal of Ecological Chemistry, No 2-3, 1993.

142. Syrakov D., M.Prodanova: Europian Traser Experiment and Bulgarian Participation in its Dry Runs, Bulgarian Journal of Meteorology and Hydrology, vol.5, No 1-2, 1994.

143. Монин A.C., Обухов AM. Основные закономерности турбулентного перемешивания в приземном слое атмосферы// Труды Геофиз.Института АН СССР. 1954.- вып. 24(151) С. 163-187. М - Наука, 1967.- 720с.

144. Ермаков С.М. Метод Монте-Карло и смежные вопросы, М.-Наука, 1975.-472с.

145. Фихтель Г. .Перлмуттер М .ФростУ. Моделирование турбулентности методом Монте-Карло// Турбулентность. Принципы и применения.- М.: Мир, 1980. с.473-516.

146. Соболь И.М. Метод Монте-Карло. М., 1978 г. 64 с.

147. Deardorff J,W. Three-dimensional numerical study of the height, and mean structure of a heated planetary boundary layer // Bound. Lay. Met-1974.-N7-P. 81-106.

148. Лем Р.Дж. Диффузия в конвективном пограничном слое//Атмосферная турбулентность н моделирование распространения примеси. -Л.: Гидрометеоиздат, 1985.- с. 173-238.

149. Ханна С.Р. Применение исследований в области турбулентности для моделирования загрязнений воздуха II Атмосферная турбулентность и моделирование распространения примеси. Л.: Гидрометеоиздат, 1985. -С. 281-314.

150. Sedefian L. Bennett Е. A comparison turbulence classification schemes// Atmos.Envir.-1980.-V.14-P. 741-750.

151. Попов A.M. О распространении примесей в атмосфере города// Метеорология и Гидрология. 1975,- N 11,- С.48-54.

152. Попов A.M. О турбулентном переносе в слое шероховатости// изв. АН СССР. ФАО, 1976.- N 10.- С. 1095-1097.

153. Воронов Г.И., Кригель А.М Структура турбулентного потока в растительном покрове//Вестник сельскохозяйственной науки, 1986.-N 3 -С. 131-134

154. Воронов Г, И Диффузия аэрозоля в растительном покрове // Тез докл. Всесоювн. конф. по прикладным аспектам турбулентной диффузии в пограничном слое атмосферы.Обнинск. 5-9 октября 1981 г. Обнинск, 1981.-С.27.

155. Воронов Г. И. Диффузия монодисперсного аэрозоля в условиях городской застройки // Географические аспекты рационального природопользования. Межвуз.темат.сб.тр.- Калинин- КГУ, 1987.- С.72-77.

156. Борзилов В. А. и др. Региональная модель переноса полидесперсной примеси в атмосфере. Метеорологи и гидрология, 1988, N 4, с. 57-65.

157. Динамическая метеорология / Под ред. Д. Л. Лайхтмана. Л.-Гидрометеоиэдат. 1976- 602с.

158. Бютнер Э.К. Динамика приповерхностного слоя воздуха.- Л.-Гидрометеоиздат, 1978,- 157с.

159. Менжулин Г.В. К методике расчета метеорологического режима в растительном сообществе//Метеорология и Гидрология. 1970.- N 2. -с.34-42.

160. Orographic effects in planetary flows. GARP publ.ser., 1980, No 23, p. 450.

161. Баренблатт Г.И. О движении взвешанных частиц в турбулентном потоке. Прикл. Мат. мех., 1953, т. 17, N 3, с.261-274

162. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. М.: Наука, 1973, 847 с.

163. Применение методов математического моделирования дляисследования загрязнения атмосферы выбросами автотранспорта с цельюоценки риска для здоровья / Тезисы докладов Всероссийской конференции

164. Атмосфера и здоровье человека". СПб.: Гидрометеоиздат, 1998., С. 146147. /Соавторы С.В.Василенко, Л.А. Савватеева/.

165. Василенко C.B. Исследование загрязнени городской воздушной среды выбросами автотранспорта (на примере Калининграда) . Автореф. канд. дисс. - Калининград.: Калининградский военный институт ФПС РФ, 1999.