Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Роль климатических факторов в процессах загрязнения и оыищения атмосферы юго-западной части Алматинской области

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

Автореферат диссертации по теме "Роль климатических факторов в процессах загрязнения и оыищения атмосферы юго-западной части Алматинской области"

На правах рукописи УДК 551. 583: 504. 3. 054 (574. 51)

го

CNJ

БЕЛЫЙ АЛЕКСАНДР ВЛАДИМИРОВИЧ

РОЛЬ КЛИМАТИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ В ПРОЦЕССАХ

ЗАГРЯЗНЕНИЯ И ОЧИЩЕНИЯ АТМОСФЕРЫ ЮГО-ЗАПАДНОЙ ЧАСТИ АЛМАТИНСКОЙ ОБЛАСТИ

11.00.11 - Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Алматы, 1997

гч.

S?

Работа выполнена на кафедре географии Казахстана Алматинекого Государственного Университета им. Абая

Научные руководители: член-корреспондент МН- АН РК,

академик АН Высшей школы, доктор географических наук, профессор Бейсенова А. С.

кандидат экономических наук Шамси А. М.

Научный консультант: доктор географических наук,

профессор Чичасов Г. Н.

Официальные оппоненты: доктор географических наук, академик

АН Высшей школы, профессор Чередниченко В. С., кандидат географических наук, СНС Гуляева Т. С.

Ведущая организация: Государственное научно-производственное

объединение прикладной экологии "Казмеханобр".

Защита диссертации состоится 24 декабря 1997 г. в 14. 00 часов на заседании диссертационного совета К 14 А. 01. 04 в Казахском Государственном Национальном Университете им. аль-Фараби по адресу: 480078, г. Алма-ты, ул. аль-Фараби, 71, учебный корпус № 6, ауд. 214.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Казахского Государственного Национального Университета им. аль-Фараби

Автореферат разослан 21 ноября 1997 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук доцент

Дускасв К. К.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАКОТЫ

Актуальность работы. Существенную роль в процессах загрязнения и очищения атмосферы играют метеорологические факторы, влияющие на перенос и рассеивание вредных примесей в воздухе. Способность атмосферы к самоочищению зависит от целого ряда условий, таких как, скорость и направление ветра, количество и интенсивность осадков, наличие или отсутствие инверсионных слоев, туманов и пр. Если неблагоприятные для рассеивания метеорологические условия наблюдаются часто, то они воздействуют на средние концентрации вредных поллютантов в атмосфере. Иными словами, климатические особенности территории "участвуют" в формировании уровня загрязненности воздуха. Для территории Алма-тинской области характерен континентальный и резко континентальный тип климата с высокой повторяемостью условий, способствующих загрязнению воздуха. К ним относятся: преобладание слабых ветров, наличие инверсий температуры воздуха значительной мощности и продолжительности, неравномерное выпадение осадков в течение года и общее уменьшение их количества к северу, чрезвычайно высокая повторяемость застоев воздуха, туманов. Повторяемость большинства из этих явлений значительно возрастает в предгорьях - на юге, в зоне интенсивного промышленного и сельскохозяйственного освоения, где расположен и целый ряд крупных городов, в том числе Алматы, в котором сосредоточена основная масса источников выбросов.

Глобальное потепление климата и изменение отдельных его показателей со временем, вероятно, должны отразиться и на процессах самоочищения воздушной среды. При этом очевидно, что в различных районах планеты эти изменения будут носить неоднозначный характер. Рассматриваемая территория представляет значительный интерес для исследования подобных проблем, поскольку здесь сравнительно компактно расположены практически все природно-климатические зоны, что позволяет изучить пространственно-временные закономерности процессов загрязнения и очищения воздуха в разных физико-географических условиях.

Таким образом, научно-теоретический и практический интерес, связанный с дальнейшим освоением территории с учетом данных о возможных изменениях в процессах загрязнения и очищения ее атмосферы и оп-эеделяет актуальность выбранного направления исследований в рамках циссертационнон работы.

Цель и задачи исследований. Цель диссертационной работы заключайся в исследовании влияния климатических факторов и их динамики на 1роцессы загрязнения и очищения атмосферы, а также оценка их на пер-:пективу. Достижение этого потребовало постановки и решения ряда зз-шч:

- исследования физико-географических особенностей, влияющих на специфичность климатических условий и определяющих, тем самым, процессы загрязнения и очищения воздушной среды;

- анализа сети метеорологических наблюдений и наблюдений за состоянием загрязненности воздуха для оптимального отбора баз данных, используемых в исследовании;

- изучения размещения источников выбросов, состава и структуры загрязнений атмосферы путем обобщения, систематизации и статистической обработки баз данных;

- оценки длиннопериодных тенденций в изменении климата и их влияния на процессы самоочищения атмосферы;

- исследования пространственно-временных особенностей протекания процессов накопления и рассеивания примесей в атмосфере различных районов рассматриваемой территории для оценки их динамики на ближайшую перспективу;

- построения схемы возможных изменений климатических условий, влияющих на процессы самоочищения атмосферы.

Методика исследований. Исследования базировались на методах, применяющихся в физической географии, - сравнительно-географическом методе изучения природных явлений, системном, картографическом, графическом анализах, на численных методах обработки и анализа информации, широко применяемых в современной метеорологии, - корреляционном и автокорреляционном анализах, методах линейной регрессии, сглаживания временных рядов, экстраполяции периодических составляющих и пр., проводившихся на основе данных метеорологических станций и постов по наблюдению за загрязнением воздуха, а также фондовых материалов. В их числе: расчеты уравнений линейных трендов и их статистическая оценка с помощью г-критерия Стьюдента, сглаживание эмпирических временных рядов скользящими средними, статистическая обработка климатических данных и информации о загрязнении атмосферы с использованием разовой, средней за месяц и за год характеристиках концентраций примесей и пр. Большинство методов применено с использованием ПЭВМ.

Предмет защиты. На защиту выносятся закономерности влияния гидрометеорологических факторов на уровень загрязнения атмосферы юго-западной части Алматинской области, тенденции в изменении ветрового режима и режима осадков и их отражение на процессах загрязнения и очищения воздушного бассейна территории.

Научная новизна диссертационной работы заключается в

- исследовании тенденций изменения уровня загрязнения воздушного бассейна, режима ветра и осадков (получены уравнения трендов годо-

вых и сезонных концентраций вредных примесей, скорости ветра, количества осадков, проведена их статистическая оценка);

- определении пространственно-временных особенностей климатических факторов, влияющих на формирование уровня загрязненности воздуха в различных частях рассматриваемой территории;

- анализе режима ветра и осадков как предикторов для определения возможного уровня загрязненности атмосферы на ближайшую перспективу;

- проведении районирования и разработке схемы территории по условиям самоочищения ее атмосферы;

- составлении схемы возможной направленности изменений климатических условий, влияющих на процессы самоочищения атмосферы.

Исходные материалы исследований. Полученные в работе результаты базируются на использовании обширного материала наблюдений метеорологических станций, данных сети постов по наблюдению за загрязнением атмосферного воздуха за многолетний период времени, экспедиционных исследованиях качества воздуха, проведенных Казгидрометом, а также опубликованных и фондовых данных КазНИИМОСК, Национального статистического агентства, Министерства экологии и природных ресурсов.

Практическая значимость. Результаты исследований загрязнения атмосферы и изменений климатических условий могут быть необходимы при составлении планов развития экономики, хозяйства, городского строительства, транспорта и пр. Пространственно-временной анализ процессов загрязнения и очищения атмосферы полезен для рационального размещения объектов строительства - жилых районов, предприятий, планирования и создания рекреационных зон, проведения мероприятий по оздоровлению воздушного бассейна. Раздел диссертационной рзботы, включающий в себя результаты анализа структуры и состава загрязнений, используется при разработке лекционных и практических занятий по курсам "Экологические проблемы Казахстана и СНГ", "Физическая география Казахстана", "Основы охраны природы", "Промышленная экология", "Экологический мониторинг" на геогрэфо-экологическом факультете /гГУ им. Аоая. Использованные п работе методы исследований, в частности, расчет и оценка уравнении линейных трендов длл определен!!.:; длин-ноперподных тенденций изменений климата и загрязнения атмосферы, а также предложенное районирование территории по условиям самоочищения ее атмосферы применяются при проведении занятий, по курсам "Рекреационная география", "Ландшафтное прогнозирование" и на комплексной практике студентов.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались автором на Международной конференции по проблемам из-

менения климата (г. Алматы, 1997 г.). Международной научно-практической конференции по проблемам подготовки специалистов системы туризма (г. Алматы, 1997 г.). Работа неоднократно обсуждалась на ежегодных научных и методических конференциях, проводимых на кафедре географии Казахстана и географо-экологическом факультете АГУ им. Абая. Отдельные разделы исследований были заслушаны на занятиях постоянно действующего научно-теоретического семинара факультета.

По теме диссертации опубликовано 5 научных работ, в том числе одна в соавторстве, в которых отражено основное ее содержание.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, заключения, списка литературы из 173 источников. Общий объем работы - 220 страниц машинописного текста, включающий 42 рисунка и 15 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность работы, сформулированы ее цели и задачи, оценена научная новизна исследований, их практическая значимость, приведено краткое содержание разделов.

В первом разделе проанализированы физико-географические особенности и дана краткая характеристика климатических условий рассматриваемой части Алматинскон области.

Территория характеризуется внутриконтинентальным положением и значительным удалением от Мирового океана. Расчет индекса континен-тальности по В. Горчинскому показал, что степень континентальностн климата изменяется от 22 % на юге (в горных районах) до 70 % и более на севере - в районе оз. Балхаш. В основе использованной формулы индекса континентальное™ лежит функция от годовой амплитуды температуры воздуха, которая увеличивается при движении от горных районов юга на север от 21-27 °С до 45-55 °С. Климат на большей части территории в целом континентальный. Индекс В. Горчинского изменяется в пределах от 56 до 70 Уо. Для климата территории характерны: малая скорость ветра, пониженные относительная влажность и облачность, непостоянство в выпадении осадков л др. Такие условия в большинстве случаев отрицательно сказываются на способности атмосферы промышленных районов удалять и рассеивать накапливающиеся в ней вредные примеси.

Из анализа орографических условий территории видно, что местность в направлении на север открыта на сотни километров, а л а юге расположены субширотно простирающиеся горные хребты - части северного Тянь-Шаня. Это благоприятствует проникновению воздушных масс с севера и северо-запада на юг - в предгорную ее часть, где нередко происходит их застаивание и формирование значительных по мощности и про-

должительности инверсий температуры воздуха, особенно в зимнее время, когда они наблюдаются в 30-60 % случаев. В сочетании со слабыми ветрами образуются застои воздуха, что является одним из наиболее неблагоприятных условий для рассеивания вредных примесей. Повторяемость этого явления зимой в Алматы достигает 32-47 %. В результате этого вблизи горних поднятий возникают ситуации, при которых приземный слой воздуха становится неподвижным, что оказывает определяющее влияние на накопление вредных примесей в атмосфере. С другой стороны, влияние рельефа на климат сказывается прежде всего на степени его кон-тинентальности, которая уменьшается с севера на юг. Горные системы юга играют смягчающую роль в формировании особенностей климата: уменьшаются амплитуды температуры воздуха, увеличивается облачность, количество и интенсивность осадков.

На рассматриваемой территории наблюдается относительно большая повторяемость туманов, особенно радиационных, связанных с преобладанием антициклональных режимов погоды, при которых они часто образуются. На севере среднее число суток с туманом колеблется в пределах 2528 за год. В предгорьях их повторяемость увеличивается до 52 (район г. Алматы), что является одним из негативных климатических факторов, влияющих на накопление вредных примесей в воздухе, особенно в холодное полугодие.

Изложенные в первом разделе работы особенности физико-географического положения и климатических условий указывают на потенциально высокий уровень загрязнения воздуха территории, обусловленный природными факторами, особенно в зимний период в прел горной зоне. Это объясняется весьма низкой способностью самоочищения атмосферы, в первую очередь, за счет преобладания слабых ветров, небольшого количества осадков на большей ее части, высокой повторяемости туманов, инверсий температуры и застоев воздуха.

Во втором разделе проанализированы наблюдательные системы и оценена их роль в информационном обеспечении задач проводимых исследований.

По данным на 1 января 1996 г. сеть наблюдений включала в себя 20 метеорологических станций и 10 стационарных постов за наблюдением загрязнения воздуха (ПНЗ). Последние размещены в городах Алматы и Капшагай. Рассчитана плотность сети метеорологических станций по рассматриваемой территории и по отдельным ее административным районам. В среднем одна станция приходится здесь на 5,3 тыс. км2, а самая высокая их плотность в Каскеленском районе - одна станция на 0,5 тыс. км2. Проанализирована и плотность ПНЗ в г. Алматы, где один пост приходится на 26,1 км2. По результатам подсчетов и характеристики плотности сети наблюдений сделан вывод о возможности использования получаемых на ней

данных для проведения исследований об изменениях климата и загрязнении атмосферы над рассматриваемой территорией. Поставленные в работе задачи могут быть выполнены с привлечением дополнительных материалов постов по наблюдению за загрязнением атмосферы, организованных Казгидрометом при экспедиционных исследованиях.

Рассмотрены пространственно-временные характеристики метеорологических величин - температуры воздуха, количества осадков, скорости и направления ветра, а также ингредиентов загрязнения атмосферы - пыли, диоксида серы (БСК), оксида углерода (СО) и диоксида азота (N02) от которых зависит точность интерполяции или экстраполяции данных близкорасположенных пунктов наблюдений, необходимая для проведения исследований. Так, например, осадки характеризуются большой пространственной неоднородностью. Разнообразие орографических условий, особенно в южной части территории, является основной причиной значительной "пятнистости" их выпадении в горных районах. Для получения достоверной информации по осадкам со средним квадратическим отклонением 10 % среднего слоя осадков необходимо, чтобы плотность сети составляла 1 станция на 500 км2, что в общем невыполнимо для рассматриваемой части Алматинской области. Примерно такая же ситуация наблюдается и по ветру, где допустимая погрешность интерполяции данных по скорости ветра между пунктами за месяц ^е должна превышать 1-2 м/с, а по направлению - 0,5°. При данных условиях расстояния между пунктами не должны превышать нескольких километров.

Критерием для обоснованного выбора сети постов по наблюдению за загрязнением атмосферы г. Алматы для проведения исследований служили коэффициенты вариации средних за 1990-1995 гг. концентраций основных загрязняющих атмосферу веществ. Средние за этот период коэффициенты вариации составили по пыли - 31,9 %, по диоксиду серы -39,8 %, по оксиду углерода - 33,7 %, по диоксиду азота - 39,2 %, что свидетельствует о значительной изменчивости их концентраций в пределах города. Определены отрицательные линейные тренды в изменении годовых коэффициентов вариации средних годовых концентраций БОг, СО и N02 и положительный - по пыли, что помимо других причин может указывать на изменчивость метеорологических условий, способствующих перераспределению примесей и, в частности, ветра.

Анализ материалов показал, что для достоверности результатов при проведении исследований необходима информация, получаемая практически на каждой функционирующей метеорологической станции, а также на девяти ПНЗ. Причем, помимо пространственно-временных характеристик ингредиентов загрязнения для отбора конкретных постов служили также длительность наблюдений на них, обязательный отбор проб воздуха на содержание основных загрязняющих веществ, больший охват территории.

Третий раздел посвящен анализу структуры и состава загрязнения атмосферы, подробно дана характеристика размещения и особенностей основных источников выбросов.

Суммарные выбросы вредных веществ в атмосферу п 1991 году составили по территории 433,2 тыс. т, причем, большая часть из них -302,1 тыс. т - выбросы от автомобильного транспорта, доля которых составляет около 79,0 % в г. Алматы и 62,8 % от общей массы выбросов на остальной территории. В 1994 г. на территории насчитывалось 9975 стационарных источников выбросов вредных веществ, что составляло 11,4 % всех источников в Казахстане. Исследуемая территория занимает первое место по их числу среди всех областей Республики, причем, большая их часть - 7590 расположена в г. Алматы.

В разделе дана оценка качества воздуха городов области на основании сведений, поступающих с постов наблюдений. Особое внимание уделено анализу сезонных колебаний средних суточных концентраций основных примесей, загрязняющих воздушный бассейн городов Алматы и Кап-шагай, находящихся в разных физико-географических условиях с разной способностью самоочищения атмосферы. Наиболее высокий уровень загрязнения воздуха в обоих городах отмечается в зимний период, когда увеличиваются выбросы, поступающие от коммунально-бытовой сферы и возрастает повторяемость метеорологических условий, способствующих их аккумуляции, особенно в Алматы, уровень загрязнения воздушного бассейна которого за рассмотренный интервал времени оказался значительно выше, чем в г. Капшагай. Последнее объясняется большим числом источников выбросов и неблагоприятными метеорологическими условиями, влияющими на перенос и рассеивание примесей. Воздушный бассейн г. Капшагай отличается довольно плавным изменением значений концентраций основных загрязняющих его примесей, что указывает на постоянство режима выбросов и лучших, по сравнению с Алматы, способностях самоочищения атмосферы в течение года. Так, в среднем многолетнем повторяемость слабых ветров в Капшагае в 1,2 раза, а туманов в 3 раза ниже, чем в Алматы. Благодаря особенностям сложившейся хозяйственной инфраструктуры, проявлении горно-долинной циркуляции и ряда других факторов над территорией г. Алматы создается значительная пространственная неоднородность в распределении концентраций примесей, которая, как было установлено, зависит также и от величины средней суточной концентрации той или иной примеси. В летний период года отмечается Золее неравномерное загрязнение атмосферы города оксидом.углерода и циоксидом азота, зимой - пылью и диоксидом серы.

Рассмотрены также данные маршрутных ПНЗ, организованных Каз-■идрометом в период экспедиционных исследований миграции загрязнен-юго воздуха в горных районах на примере ущелья реки Малая Алматннка.

В целом следует отметить, что данный район достаточно чистый, несмотря на соседство с крупным промышленным и транспортным центром - Алма-ты. Средние суточные концентрации пыли не превышают здесь 0,15 мг/м3, Средние концентрации оксида углерода увеличиваются от 0,9 мг/м3 до 1,7 мг/м3 по направлению к городу, что связано с возрастанием интенсивности движения автотранспорта.

Проанализированы и данные о загрязнении атмосферы над территорией, примыкающей к г. Алматы с западной, северной и восточной стороны. Выяснено, что уровень загрязненности воздушного бассейна в радиусе 30 км от города довольно высок. По всем рассмотренным примесям, за исключением Б02 и отчасти СО, отмечаются превышения ПДК в несколько раз. Диоксид азота является одним из главных ингредиентов загрязнения, при этом наибольшие значения средних суточных концентраций N02 и формальдегида характерны для территории, примыкающей к городу с северной стороны. Вероятно, это связано с большими объемами выбросов на данной территории, в частности, от АГРЭС, интенсивным автомобильным движением, а также с некоторыми метеорологическими факторами, способствующими выносу части загрязненных масс с территории города, особенно в летнее время.

Рассчитаны линейные тренды в рядах средних годовых и сезонных значений концентраций пыли, БО;, СО и Ы02 в городах Ллматы и Капша-гай за период 1990-1995 гг. Анализ среднего годового прироста в уравнениях трендов показал наличие статистически значимых (по критерию Стьюдента на уровне доверительности Р = 0,95) изменений концентраций всех рассмотренных примесей в г. Капшагай, а также пыли в г. Алматы. Возрастание содержания 80? и N02 в воздушном бассейне г. Капшагай прослеживается, главным образом, в весенние месяцы - соответственно 9-10"4 и 17-10"4 мг/м3 в год, оксида углерода - осенью - 0,24 мг/м3. Из всех рассмотренных примесей в г. Капшагай наиболее быстро возрастает содержание в воздухе СО, главный параметр его годового тренда составляет 0,19 мг/м3. Наименьший годовой прирост выявлен у диоксида серы (6-10"4 мг/м3), при этом возрастание этой примеси характерно лишь в весенние месяцы, а в остальное время года оно статистически незначимо. Уменьшение содержания пыли в атмосфере г. Алматы происходит, в основном, за счет осенних месяцев, среднегодовое падение в которые за рассмотренный интервал времени составил -0,045 мг/м3. Самые незначительные темпы снижения средних суточных концентраций этой примеси - весной -0,027 мг/м3.

Данные о выбросах и уровне загрязнения воздуха г. Алматы с использованием показателя ИЗА демонстрируют несовпадение их трендов. Несмотря на рост автотранспорта, на долю которого приходится основная часть общей физической массы поллюгантов, поступающих в воздух, в

городе происходит снижение значений ИЗА, что может подтверждать наличие некоторых положительных тенденций в изменении условий самоочищения атмосферы.

В четвертом разделе проанализирована роль гидрометеорологических факторов в загрязнении и очищении атмосферы, а также выявлены и оценены тенденции в изменениях ветрового режима и режима осадков.

Одним из главных факторов, влияющих на распространение примесей в атмосфере является скорость ветра. Анализ зависимостей концентраций основных примесей от величины повторяемости слабых (0-1 м/с) ветров по данным ПНЗ городов Алматы и Капшагай за период 1990-1995 гг. показал прямую корреляцию между двумя параметрами. Наиболее четкая зависимость характерна для оксида углерода, который является одним из главных загрязнителей воздушного бассейна этих городов и удаляется из атмосферы преимущественно действием ветрового фактора.

Для оценки роли направления ветра в переносе и перераспределении вредных примесей в атмосфере исследованы коэффициенты корреляции между повторяемостью ветра по восьми румбам и показателем ИЗА, рассчитанного по четырем основным примесям - пыли, БОг, СО и N02 за период 1990-1995 гг. Результаты расчетов на 5 %-ном уровне значимости показали, что в г. Алматы по всем направлениям, кроме северного, имеются отрицательные связи. По ветру северного направления обнаружена положительная корреляционная зависимость, а связь ИЗА с частотой регистрации южного ветра статистически не значима. В г. Капшагай по всем 8-ми румбам прослеживаются отрицательные корреляционные зависимости, при этом наиболее тесная связь установлена с повторяемостью ветра восточного направления.

Анализ влияния выпадения атмосферных осадков на содержание различных примесей в воздушных бассейнах городов Алматы и Капшагай показал снижение концентраций БОг и N02 после прохождения дождя на 57 % в г. Алматы и на 10-30 % в г. Капшагай. Изменение содержания в зоздухе пыли и СО не обнаруживает четкой зависимости с интервалами зыпадения дождей. Практически такая же тенденция характерна и в случае : твердыми осадками. В обоих городах содержание пыли, БОг и N02 зна-штельно коррелирует с такими осадками лишь в ночные часы и утром, а в дневное время практически не изменяется, особенно в г. Капшагай. По ре-|ультатам этих исследований установлено, что эффективность вымывания ¡редных примесей твердыми осадками примерно в два раза уступает провесу самоочищения во время дождя. При этом существенное влияние жазывает интенсивность и повторяемость атмосферных осадков, что вид-ю на помещенных в работе графиках зависимостей между средними ме-:ячными значениями ИЗА и числом суток с осадками в обоих городах, на юторых видна отрицательная корреляция.

Были изучены также зависимости уровня загрязнения воздуха от повторяемости туманов, приземных и приподнятых инверсий, застоев и температуры воздуха.

В рядах средних годовых скоростей ветра на девяти метеостанциях, расположенных в разных физико-географических условиях были рассчитаны отрицательные линейные тренды за тридцатилетний (1966-1995 гг.) период. Для оценки полученных результатов рассчитывался ^критерий Стыодента, по значениям которого можно судить, является наблюдаемый тренд случайным, или нет. Рассчитанный критерий на 5 %-ном уровне значимости с числом степеней свободы п-1 больше ^критического на всех рассмотренных станциях, кроме некоторых высотных и варьируют и пределах от 2,8 до 7,2.

Для дополнения картины изменения средней годовой скорости ветра по временному ряду станции Алматы, ОГМС были рассчитаны линейные тренды за более короткое время. Их анализ показал увеличение и последние годы рассматриваемой характеристики ветра. Так, с 1953 г. прослеживается положительная тенденция в изменении средней годовой его скорости, хотя длиннопериодная тенденция характеризуется уменьшением рассматриваемой величины на 0,02 м/с в год и связана, в основном, с застройкой городской черты.

В целях анализа изменений направления ветра рассматривалась его повторяемость по двум составляющим: север-юг и запад-восток, при этом период наблюдений был разделен на условно-естественный (1966-1980 гг.) и нарушенный (1981-1995 гг). Таким же образом была оценена и повторяемость штилей. Выяснилось, что на высотных метеорологических станциях - Большое Алматинское Озеро, Усть-Горелышк, Мынжилки наблюдается рост повторяемости северных и южных направлений ветра. Так, на первых двух увеличение составляет 2,5 и 1,6 % соответственно. Для ряда метеорологических станций предгорной зоны, в частности Есик, характерно снижение повторяемости сразу двух составляющих с одновременным увеличением повторяемости штилей - с 22,8 % в условно-естественный до 44,4 % - в нарушенный. Для оценки статистической достоверности полученных значений рассчитывался критерий достоверности (Ц) и сравнивался с табличными значениями г-критерия Стыодента. На принятом 5 %-ном уровне значимости с числом степеней свободы (п1+п2-2)/2 нулевая гипотеза отвергается, если 1ф> ^ В результате можно быть уверенным с вероятностью 95 %, что в предгорных районах растет повторяемость ветра с составляющей север-юг и практически повсеместна снижается число регистрации штилей.

Для исследования динамики режима осадков изучались тенденции в рядах значений средних годовых и сезонных сумм осадков. Расчет уравнений трендов и их статистическая оценка показали, что количество годо-

вых осадкой на рассматриваемой территории за многолетний период порядка 40-65 лет практически не изменилось: I- критерий практически всюду меньше (-критического. Только по ряду станции в предгорьях отмечены значимые изменения п сезонных их количествах.

По этим же рядам были рассчитаны скользящие шестилетние средние, которые показали, что изменения режима осадков за последние шесть лет довольно хорошо согласуются между собой. Так, после 1990 г. отчетливо выделяется положительная тенденция в значениях количества осадков для летного периода и снижение их в зимний. В целом же за год в предгорьях и на равнине происходит уменьшение сумм осадков, а на ряде высотных станций - их рост.

В пятоу разделе приведены перспективные оценки динамики за-грязненмя и очищения атмосферы под воздействием изменений в протекающих климатических процессах.

На основе детального анализа различных параметров климатического режима с использованием методического принципа расчета метеорологического потенциала атмосферы - МПА проведено районирование территории по условиям самоочищения ее атмосферы. В основе этого метода лежит расчет соотношения повторяемости процессов, обусловливающих возрастание концентраций вредных примесей в воздухе - повторяемости слабых (0-1 м/с) ветров, туманов и процессов, влияющих на их снижение -повторяемости осадков с количеством > 0,5 мм и ветров со скоростью > 6 м/с. Параметры, входящие в формулу, рассчитываются по данным наблюдений на метеорологических станциях. Следует отметить, что повторяемость ветра со скоростью больше чем 6 м/с практически на ьсей территории довольно редкое явление. Поэтому для более четкого ранжирования территории по этому параметру автор счел возможным опустить планку значений скорости ветра до 3 м/с и принять во внимание, что даже такой ветер уже способствует более лучшим условиям самоочищения воздушного бассейна от примесей в условиях крайне неподвижной атмосферы над рассматриваемой территорией. При этом для сохранения пропорций нами рассматривалась повторяемость суток с осадками > 5 мм.

Расчеты МПА показали, что средние годовые его величины изменяются в пределах рассматриваемой части Алматинской области от 0,48 до 4,98. В зависимости от этой величины было выделено пять типов МПА, характеризующих способность атмосферы к самоочищению от "благоприятного" до "крайне неблагоприятного". На основе типизации в пределах изучаемой территории отмечено 10 районов с различными условиями самоочищения атмосферы, показанные на рис. 1.

1>ис. 1. Районирование территории юго-западной части Алматннской области по условиям

самоочищения атмосферы

В разделе детально рассмотрен каждый район и проанализированы климатические условия, обусловливающие степень самоочищения атмосферы. Анализ составляющих МПА позволил оценить вклад различных метеорологических условий в процессы, способствующие либо очищению атмосферы, либо накоплению в ней вредных примесей. Роль числа суток с атмосферными осадками £ 5 мм в процессах, влияющих на рассеивание поллютантов, в среднем за год по территории составляет от 3,8 до 65 "Л, повторяемости ветра > 3 м/с - 35,4-96,2 % в зависимости от типа МПА. В процессах накопления вредных веществ в воздушном бассейне доля слабых ветров в среднем за год колеблется по территории в пределах 63,897,2 %, а числа суток с туманом - 2,8-36,2 %. Таким образом, как в процессах загрязнения, так и очищения атмосферы от примесей главную роль играет ветровой режим.

Результаты районирования позволили дать систематизированный (порайонный) анализ пространственно-временных изменений климатических условий, обусловливающих формирование уровня загрязненности воздуха. Расчет уравнений линейных трендов трех составляющих МПА, а именно повторяемости слабого (0-1 м/с) ветра, ветра > 3 м/с н суток с осадками £ 5 мм и их статистическая оценка показали, что практически на каждой станции за последнее 30-летие (1966-1995 гг.) произошло статистически значимое изменение в ветровом режиме. В то же время на всех рассмотренных станциях в случае с повторяемостью осадков > 5 мм критерий Стыодента меньше {-критического его значения - К 2,05. Это означает, что повторяемость таких осадков за рассмотренный период статистически значимо не изменилось.

Результаты порайонного анализа выявленных изменений показали, что тенденции в режиме ветра на территории пяти районов, составляющих более 50 % от всей площади территории, негативно отразились на процессах, способствующих рассеиванию примесей. Особенно интенсивно этот процесс протекал на юге - в предгорьях и горных районах. Здесь, по данным ряда станций, средний годовой прирост повторяемости слабых ветров составлял 0,76-1,00 м/с в год при значениях Ькритерия Стыодента 4,5-10,0. На востоке, в IV и IX районах (см. рис. 1), наблюдалось снижение повторяемости слабого ветра и рост ветра со скоростью > 3 м/с, что в условиях орографической защищенности этой территории и большой повторяемости процессов, приводящих к застойным явлениям, нужно рассматривать как благоприятную черту в динамике способности самоочищения атмосферы. ,

Для выяснения устойчивости во времени процессов, влияющих на самоочищение атмосферы, рассчитывались коэффициенты вариации различных составляющих МПА, что позволило оценить их многолетнюю изменчивость. Было установлено, что в северной части наибольшей неустой-

чивостыо во времени характеризуются осадки с количеством > 5 мм, коэффициенты вариации повторяемости которых составляют 33-44 %. По направлению к югу уменьшается временная устойчивость повторяемости ветра со скоростью > 3 м/с, достигая своего максимума в предгорьях -45 %. В высокогорьях для этого же параметра характерны наибольшие значения коэффициентов вариации - 20-35 %, а наименьшие - для слабых ветров. Проведенный анализ показал, что в целом по территории наибольшей устойчивостью во времени характеризуются процессы, влияющие на накопление вредных примесей в атмосфере.

Существенное значение в предсказании поведения любого временного ряда в будущем имеет изучение одного из его свойств - периодических колебаний. В этой связи нами изучался многолетний ход различных составляющих МПА по каждой метеорологической станции. Было установлено, что наиболее часто рост повторяемости процессов, способствующих рассеиванию вредных примесей в воздухе - ветра > 3 м/с и осадков > 5 мм, прослеживался в 1977-1978, 1982, 1985, 1987-1988, 1993 годах, а процессов, обусловливающих низкую способность самоочищения атмосферы-в 1968, 1971, 1975, 1984, 1990-1991 и 1995 годах.

Для исследования цикличности в повторяемости осадков, как составляющей МПА, их среднегодовые значения были подвергнуты автокорреляционному анализу, который показал, что на 10 %-ном уровне значимости прастическн для всех рассмотренных метеорологических станций прослеживалась 2, 3 и 5 - летняя цикличность. На некоторых станциях, расположенных в основном в горных районах и на равнине, проявляются еще и более длинные циклы - 8, 10 и 12 - летние.

Исследования многолетних рядов значений слабого (0-1 м/с) ветра и ветра > 3 м/с путем сглаживания их скользящими шестилетними средними показало наличие цикличности весьма разной продолжительности. По ряду станций, расположенных преимущественно на равнине, характерными являются 5, 6 и 10-летние циклы. В то же время, на метеорологических станциях горных и предгорных районов юга периодичность в изменении параметров ветрового режима более длительна - 15, 20 и более лет. На востоке проявляется наибольшая мозаичность в определении длины циклов в среднем от 5-7 до 15-17 лет.

Анализ периодических флуктуации и длиннопериодных тенденций в процессах, влияющих на накопление и рассеивание примесей в воздухе, позволили оценить возможную направленность в их рядах на ближайшую 5-летшою перспективу. Была дана оценка возможных изменений в ветровом режиме и режиме осадков с точки зрения их воздействия на накопление и рассеивание вредных примесей и атмосфере, которая проводилась на основе районирования территории по условиям самоочищения атмосферы.

1а рис. 2 показана карта-схема, составленная по этим результатам. Как шдно на рисунке, неблагоприятными изменениями климатических усло-знн, влияющих на самоочищение атмосферы, следует ожидать на севере территории, а также в предгорьях се восточной части. Правда, в первом эайонс осадки могут и возрасти, но здесь их доля в МПА очень незначительная, порядка 3 %, что существенно не повлияет на улучшение способ-гости атмосферы к самоочищению.

На остальной территории, в районах, расположенных преимущественно в горах и предгорьях, а также в центральной ее части, должно происходить улучшение способности атмосферы рассеивать и удалять вред-лыс примеси. Здесь в ближайшие годы на большинстве станций будет отмечаться рост повторяемости ветра со скоростью, равной или превышающей 3 м/с, а на высотных метеостанциях - также и увеличение повторяемости суток с осадками > 5 мм, доля которых в МПА здесь значительно зыше, чем на равнине.

В Заключении приведены основные результаты выполненной работы.

1. Анализ природно-климатических особенностей рассматриваемой территории Алматинской области показал значительную роль последних в формировании высокого уровня загрязнения воздуха над промышленно развитыми ее районами. Это объясняется чрезвычайно высокой повторяемостью метеорологических условий, неблагоприятных для рассеивания примесей и способствующих их накоплению в приземном слое воздуха. Данная ситуация особенно характерна для южной части, где в условиях предгорий способность атмосферы удерживать загрязнения очень велика.

2. Наиболее высокий уровень загрязнения атмосферы в городах отмечается в зимний период года, что связано с увеличением количества выбросов и возрастанием повторяемости метеорологических условий, способствующих их аккумуляции з воздушном бассейне, а именно, слабых ветров, туманов, инверсий температуры, застоев воздуха.

3. Анализ многолетнего годового хода основных примесей по данным стационарных и маршрутных наблюдений в городах Алматы и Кап-шагай, расположенных в разных физико-географических условиях, показал, что лучшими свойствами для самоочищения обладает атмосфера над районами, удаленными от горных хребтов и расположенными на равнинной территории.

л£еее

Возрастание повторяемости условий, способствующих рассеиванию примесей (улучшение способности самоочищения) Снижение повторяемости условий, способствующих рассеиванию примесей (ухудшение способности самоочищения)

Рис. 2. Оценка возможной направленности изменений климатических условий, влияющих на процессы самоочищения атмосферы на период 1996-2000 гг.

Рассмотренные в ходе исследовании тенденции в изменении уровня загрязнения воздуха показали, что в г. Капшагае отмечаются статистически значимые положительные тренды в рядах средних суточных концентраций пыли, БОг, СО и К02, а в Алматы за шестилетний период выявлена отрицательная тенденция в изменении только концентраций пыли, что может указывать на наличие некоторых положительных черт в изменении условий самоочищения атмосферы в предгорьях.

4. Изучение отдельных гидрометеорологических факторов показало наличие значимых и устойчивых во времени корреляционных связен с ИЗА, разовыми и средними суточными концентрациями пыли, БОг, СО и N02. Проведенная оценка роли атмосферных осадков в процессах очищения атмосферы на базе режимной информации, получаемой на стационарных Г1НЗ гт. Алматы н Капшагай показала, что наибольшая эффективность процессов самоочищения атмосферы осадками прослеживается в центральной части предгорных районов юга, где в отличие от других мест существенно возрастает их количество, интенсивность и повторяемость. Определено также, что осадки в твердом виде оказывают менее заметное влияние на процессы удаления примесей из воздуха, чем жидкие, причем, эффективность вымывания при этом снижается по направлению к северным районам территории, где они не так интенсивны.

5. Расчет метеорологического потенциала атмосферы (МПА) и типизация процессов, способствующих накоплению и рассеиванию вредных примесей, позволили провести районирование территории и выделить 10 районов с различными условиями самоочищения атмосферы. Наибольшей способностью рассеивать и удалять накапливающиеся в ней примеси характеризуются районы Южного Прибалхашья, наименьшей - предгорья и, в частности, район г. Алматы.

6. По результатам анализа различных составляющих МПА было выяснено, что наибольшее влияние на уровень загрязнения воздушного бассейна над всей территорией оказывает ветровой режим, вклад которого в процессы загрязнения и очищения атмосферы составляет в среднем более 60 %.

7. Выявлены отрицательные тренды в изменении средних годовых значений скорости наблюдаемых ветров, а также в повторяемости штилевых явлений, фиксируемых на ряде метеорологических станций. Кроме этого, на ряде станций в предгорьях прослеживается уменьшение числа регистрации ветра с субширотной составляющей. Направление ветра здесь играет существенную роль и может неблагоприятно отразиться на способ-

ности самоочищения атмосферы. В многолетних рядах средних годовых и сезонных сумм осадков, в т. ч. и по различным градациям, статистически значимых длиннопериодных трендов по территории практически не обнаружено.

8. Исследования временной устойчивости процессов, влияющих на накопление и рассеивание примесей, показало, что климатические условия северной части рассматриваемой территории области, а также горных районов ее юга наиболее благоприятны для рассеивания примесей. На данной территории для повторяемости этих процессов характерна наибольшая стабильность.

9. Применение автокорреляционного анализа и метода сглаживания временных рядов скользящими средними в изучении периодичности различных составляющих МПА позволило установить квазидвухлетнюю цикличность сумм осадков для большинства рассмотренных временных рядов, а также более длительных 5, 6, 10 и 17-летних циклов в повторяемости ветра по различным градациям. Экстраполяция периодических составляющих рассмотренных метеорологических величин по данным большинства станций позволила констатировать возможное увеличение или смену отрицательного тренда на положительный в повторяемости осадков на ближайшее 5-летие. Этим же методом установлено, что на 12 из 20 рассмотренных метеорологических станций в предстоящие годы повторяемость слабого ветра должна уменьшиться. Судя по тенденциям на краткосрочную перспективу, следует ожидать улучшения условий для рассеивания примесей на большей части рассматриваемой территории.

10. Построены карты-схемы районирования территории по условиям самоочищения ее атмосферы а возможной направленности изменений климатических условий, влияющих на процессы самоочищения на 5-летие. На основе полученных результатов показан неоднозначный характер влияния предполагаемых изменений климатических условий, влияющих на процессы загрязнения и очищения атмосферы, что потребует разработки системы мероприятий адаптации к ним среды, окружающей человека.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

1. О тенденциях изменения континентальности климата Алматин-ской области // Гидрометеорология и экология. - 1995.- № 2. - С. 101-112.

2. О тенденциях изменения ветрового режима Алматинской области и его влиянии на загрязнение атмосферы // Гидрометеорология и экология. - 1995. - № 4. - С. 141-156.

3. Об уровне и тенденциях загрязнения воздуха городов Алматы и Капшагай // Гидрометеорология и экология. - 1996. - № 1. - С. 135-153 (в соавторстве с Бейсеновой А. С.).

4. О роли и тенденциях режима увлажнения в процессах очищения атмосферы над Алматинской областью // Гидрометеорология н экология. -1996.4.-С. 166-182.

5. Реальности и последствия изменения континентальности климата юго-востока Казахстана // Гидрометеорология и экология. - 1997. - № 3. -С. 241-249.

Белый А.В.

АЛМАТЫ ОБЛЫСЫНЫЦ ОЦТУСПК-БАТЫС Б0Л1КТЕР1 АТМОСФЕРАСЫНЫЦ ЛАСТАНУЫ ЖЭНЕ ОНЫ ТАЗАРТУ КЕ31НДЕГ1 КЛИМАТТЫК, ФАКТОРЛАРДЫЦ РОЛ1.

11.00.11 - 'Хоршаган ортаны коргау жане табигат ресурстарын утымды пайдалану"

К,азак,стан республикасы экономика жэне сауда МинистрлИ Улттык статистикалык агенттИнщ аппараты непзшде бертген Казгидромет байкауларыньщ мэл1меттер! калалар мен облыстардагы елд1 мекендерд'щ атмосфераларыньщ ластануыныц непзп кездер1, олардыц калыптасу ерекшел1ктер1, сан динамикасы сипатталып, калдыктардыц курылымына талдау жасалды. Мэселен, Алматы жэне К,апшагай калаларыньщ физика-географиялык жагдайлары турл1 аймактарында байкалган ластанудын непзп ингредиенттерЫщ орташа жылдыц жене маусымдык мэндеп концентрацияларыныц статистикалык мацызы бар тенденциялары есепке алынды. Атмосферадагы кумныц, кумргп газдыц (302), ком1р кышкылыныц (СО), азоттыц (Ы02) мэлшерЫщ маусымдык; взгерю'| зерттелди Олардыц кецю™ бойынша кубылмалылыгы жене метеорологиялык жагдайлармен, ягни желдщ жылдамдыгы жэне оньщ багытымен, жердж жэне кетерщю инверсиялармен, жауын-шашын тэрт1б1мен, ауаньщ, туманныц жэне ¡рюилп калу жагдайларыныц байланысы зерттелд'1.

Жел мен жауын-шашынныц жылдык жене маусымдык силаттамаларыныц эмпиризмдк катарын пайдалана отырып, облыстардьщ метеорологиялык станциясы бойынша жел жылдамдыгыныц саны жэне олармен б1рге тэулк сагатыныц кеп жылдык езгер1с1 зерттел1п, аныкталган тренд'тер есептелЬ, багаланды. Атмосфераны оз1 тазалау шарты бойынша Алматы облысыньщ ОцтустТк-батыс болУктерТн аудандастыру жургЫл1п, осыныц непзЫде атмосфераны зиянды коспалардан тазалау жагдайлары эр турл1 10 аудан енпзмп, карта жасалды. Атмосфераньщ ертурл!' метеорологиялык потенциалынан туратын динамикасына талдау жасалды, ягни жай акырын согатын (0-1 м/с) желдщ кайталанды, ¿3м/с согатын желдщ кайталанды жэне ¿5мм жауын-шашын болган кундер. Регрессиялык, коррекциялык жэне автокоррекциялык, талдаулар непзшде олардыц уакытылы езгер1с1, циклдшИ зерттелдк

Жел, .жауын-шашын терт1б1 мен ауаньщ ластануы.денгейЫде белпленген зацдылык непзшде, Алматы облысы атмосферасынын ластануы жэне оны тазарту кез'шде климаттьщ параметрлерЫн езгерюшен бага бертедк

THE ROLE OF THE CLIMATE FACTORES IN THE PROCESS OF THE POLLUTION AND CLEANING OF THE ATMOSPHERE OF THE SOUTH-EAST PART OF ALMATY REGION

11.00.11 "Protection of the Environment and Efficient Using of the Natural Resources"

On the base of the information of the National Statistic Agency of the Economic and Commercial Ministry of the Republic Kazaksatan and )bservation data of Kazgidrometh are distinguished the base sources of the itmospheric pollution of the cities and settlements of the region, peculiarities >f its functions, dynamic of the numbers, and is analysed the structure of •ejections. Are calculated the statistic important tendencies in th^annual and ;eason average values of the concentration of the maine ingredients of the pollution, observed in different physical and geographical area conditions on he example of the Almaty city and Kapshagay town. Are researched the ;easons changes of the content in the atmosphere of dust, SO:, CO and NO:, s learned its spatial changeableness, connection with metheorologies :onditions - speed and district of the wind, ground and high inversions, jrecipitations rate, repetitions of air stagnations, fogs and others.

With using of the empirical rows of the annual and season :haracteristics of the wind and precipitations on the metheorologic stations of he region, is researched the changeableness of speed and the districts of the ,vind, number of precipitations and number of days with them, are calculated md evaluated revealed trends. Is made the division of the districts of the South-East part of Almaty region according of conditions of self-cleaning of he atmosphere, and on the base of that is made a map, which includes 10 iistricts with different possibility of atmosphere cleaning from the unhealthy idmixtures. Is analysed the dynamic of different composes of the Metheorological Potential of the Atmosphere (MPA)-repetition of the seek Mnd (0-lm/sec), wind & 3m/scc, and number of days with precipitations >5mm. On the base of regressive, correlative and autocorrelative analyses is researched its temporal changeableness, cycle.

On the base of assigned regulatory in the regime of wind, precipitations md pollution rate is given an evaluation of changeableness of clima params n the process of pollution and cleaning of the atmosphere of this area.