Статья: Влияние синоптических условий на содержание загрязняющих веществ в атмосфере г. Белгорода

Белгородский государственный национальный исследовательский университет

Влияние синоптических условий на содержание загрязняющих веществ в атмосфере г. Белгорода

Талалай Т.О., Лебедева М.Г., Крымская О.В., Крымская А.А.

г. Белгород, Россия

Аннотация

Уровень загрязнения атмосферного воздуха в городах формируется под влиянием объемов выбросов стационарных и передвижных источников, рассеивающей способности атмосферы в конкретный период, физико-географических особенностей местности.

Современные климатические условия характеризуются тем, что неблагоприятные метеоусловия, способствующие накоплению примесей в атмосфере (НМУ) отмечаются в теплое время года - 68,9 % из них зафиксировано с апреля по август.

За исследуемый период (2009-2018 гг.) в изменении метеорологических характеристик, определяющих процесс накопления поллютантов в атмосфере города, отмечен лишь один статистически значимый тренд (на уровне 95 %), характеризующий уменьшение повторяемости слабых ветров.

В условиях антициклональной погоды при формировании НМУ в Белгороде были отмечены случаи превышения ПДКс.с. взвешенных веществ. 87 % случаев превышения ПДКс.с. зарегистрированы с апреля по октябрь, из них 29 % пришлись на октябрь.

Наибольшая концентрация взвешенных веществ зафиксирована в 2018 году - 1,39 ПДК. За этот же период в периоды НМУ в Белгороде было отмечено 45 случаев превышения ПДКс.с. диоксида азота. 82 % случаев превышения ПДКс.с. зарегистрированы с апреля по октябрь, из них 22 % пришлись на октябрь.

Наибольшая концентрация зафиксирована в 2014 г. - 1,31 ПДК. В дни НМУ концентрация аммиака по г. Белгороду в 2013-2015 гг. превысила ПДК в 8 случаях.

Наибольшая концентрация была отмечена в 2015 г. - 1,11 ПДК. В последующие годы превышений ПДК по аммиаку не отмечалось, причиной чего является закрытие завода лимонной кислоты. Для оценки влияния циклональных условий погоды на концентрации примесей загрязняющих веществ был проанализирован уровень загрязнения воздуха в Белгороде в дни с интенсивными осадками (> 10 мм за сутки).

Анализ статистических связей между концентрациями загрязняющих веществ и метеорологическими параметрами в период выпадения интенсивных осадков позволил выявить среднюю корреляционную зависимость между содержанием взвешенных веществ и направлением ветра (r = 0,55), слабую корреляцию между концентрацией оксида углерода и направлением ветра, коэффициент корреляции ( r = 0,48); высокая корреляционная связь с отрицательным значением прослеживается между скоростью ветра и аммиаком: коэффициент корреляции (r = -0,72).

Ключевые слова: загрязнение атмосферного воздуха, концентрация загрязняющих веществ, предельно допустимые концентрации (ПДК, ПДКсс), синоптические условия, неблагоприятные метеоусловия.

Abstract

Influence of synoptic conditions on the content of pollutants in the atmosphere of Belgorod

Tatiana O. Talalay, Maria G. Lebedeva, Olga V. Krymskaya, Anna A. Krymskaya. Belgorod National Research University, Belgorod, Russia

During the study period, in the change in meteorological characteristics that determine the process of accumulation of pollutants in the atmosphere of the city, only one statistically significant trend (at the 95 % confidence level ) was noted, characterizing a decrease in the frequency of weak winds.

For the study period (2009-2018) during the periods of unfavorable meteorological condition in Belgorod, there were cases of exceeding the maximum permissible concentration. suspended solids. 87 % of cases of exceeding MPC registered from April to October, of which 29 % were in October.

The highest concentration of suspended solids was recorded in 2018 - 1.39 MPC. During the same period, during the periods of NMU in Belgorod, 45 cases of exceeding the MPC were noted. nitrogen dioxide. In 82 % of cases of exceeding the maximum permissible concentration. registered from April to October, of which 22 % were in October.

The highest concentration was recorded in 2014 - 1.31 MPC. During the days of the, the concentration of ammonia in Belgorod in 2013-2015 exceeded the MPC in 8 cases. The highest concentration was recorded in 2015 - 1.11 MPC. In subsequent years, no excess of the maximum permissible concentration for ammonia was noted, the reason for which is the closure of the citric acid plant. To assess the effect of cyclonic weather conditions on the concentration of pollutant impurities, the level of air pollution in Belgorod was analyzed on days with intense precipitation (> 10 mm per day).

The analysis of statistical relationships between the concentrations of pollutants and meteorological parameters during the period of intense precipitation made it possible to reveal the average correlation between the content of suspended solids and the direction of the wind (r = 0.55), a weak correlation between the concentration of carbon monoxide and the direction of the wind, the correlation coefficient (r = 0.48); a high correlation with a negative value is traced between wind speed and ammonia: the correlation coefficient (r = -0.72).

Key words: air pollution, concentration of pollutants, maximum permissible concentrations, synoptic conditions, unfavorable meteorological condition.

Введение

Изучение влияния синоптических условий на концентрацию загрязняющих веществ в атмосфере позволяет прогнозировать экологическую ситуацию в городе, что необходимо для формирования комфортной среды проживания. Особенно это важно для городов, где на сравнительно небольшой площади концентрируется население, большое количество автотранспорта и предприятий [Исаев, 2001; Аджиев и др., 2017; Географический атлас..., 2018].

Климат Белгорода характеризуется умеренной континентальностью: жарким летом и сравнительно холодной зимой. Особенности климатических условий региона позволяют оценить потенциал загрязнения атмосферы города как умеренный, что означает, что в разные периоды года здесь создаются примерно одинаковые условия как для рассеивания, так и для накопления примесей в приземном слое воздуха [Безуглая, 1980; Безуглая и др., 2013; Крымская и др., 2016; Лебедева и др., 2017].

Уровень загрязнения атмосферного воздуха в городах формируется под влиянием объемов выбросов стационарных и передвижных источников, рассеивающей способности атмосферы, особенностей рельефа, наличия древесной растительности, водных объектов. При постоянных параметрах выбросов решающее значение для роста приземных концентраций примесей играют метеорологические условия. В периоды неблагоприятных условий для рассеивания примесей происходит рост концентраций загрязняющих веществ [Климатические характеристики., 1983; Безуглая, Смирнова, 2008; Акимов и др., 2011].

Целью данной работы является оценка вклада метеорологических условий и характерных синоптических ситуаций в формирование уровня загрязнения атмосферного воздуха Белгорода.

Объекты и методы исследования

Сеть мониторинга загрязнения атмосферного воздуха в городе Белгороде представлена четырьмя стационарными постами: ПНЗ № 3, ПНЗ № 6, ПНЗ № 7, ПНЗ № 8 (ПОСТ №3 - «Автомагистральный», пр. Богдана Хмельницкого 79; ПОСТ №6 - «Жилой», ул. Шершнева 2; ПОСТ №7 - «Жилой», ул. Мокроусова 6; ПОСТ №8 - «Промышленный», ул. Макаренко 18) (см. рисунок).

Стационарные посты наблюдений за загрязнением атмосферного воздуха на территории города Белгорода Stations of air pollution on the territory of the city of Belgorod

Основными источниками загрязнения атмосферы Белгорода являются ЗАО «Белгородский цемент», ОАО «Белгородасбестоцемент», ОАО «Стройматериалы», а также автомобильный и железнодорожный транспорт. Предприятия расположены в основном на западной и восточной окраинах города. Время сохранения примесей в атмосфере зависит от множества факторов, доминирующее значение среди которых принадлежит метеорологическим условиям.

Уровень концентрации примесей определяется такими аэросиноптическими условиями, как приземные инверсии (повторяемость, мощность и интенсивность), ветровой режим (повторяемость скоростей и застойных явлений), высота слоя перемешивания, продолжительность туманов, наличие или отсутствие осадков [Климатические характеристики..., 1983; Лебедева, Крымская, 2003]. В отдельные периоды, неблагоприятные для рассеяния выбросов, концентрации вредных веществ могут резко возрасти относительно среднего или фонового городского загрязнения.

Исходная база ежедневных данных по содержанию загрязняющих веществ в атмосфере города представлена Белгородской лабораторией по мониторингу загрязнения атмосферы. В основу работы положены метеорологические характеристики суточной размерности станции Белгород АМСГ № 5063660. загрязнение аммиак атмосфера белгород

Достоверность результатов работы обеспечена использованием данных официальной государственной статистики, современных методов геоинформационного моделирования и картографирования, реализованных лицензионными программными средствами.

Результаты и их обсуждение

Оценивая среднегодовые концентрации основных загрязняющих веществ в атмосфере Белгорода за период 2009-2018 гг., следует отметить, что превышение ПДКсс было отмечено только по диоксиду азота на ПНЗ № 3. ПНЗ № 3 - «автомобильный», по сравнению с другими постами города наиболее подвержен загрязнению диоксидом азота. Среднесезонные значения концентраций указанного вещества находились в пределах 1,1 - 1,2 ПДК. В табл. 1 представлены обобщенные за 10-летний период метеопараметры, влияющие на процесс накопления и/или рассеяния примесей в атмосфере города Белгорода [Фондовые материалы., 2020].

Таблица 1 /Table 1

Метеорологические характеристики, определяющие процессы накопления и рассеяния примесей в городе Белгороде с 2009 по 2018 гг. Meteorological characteristics that determine the processes of accumulation and dispersion of impurities in Belgorod from 2009 to 2018

За исследуемый период в изменении метеорологических характеристик, определяющих процесс накопления поллютантов в атмосфере города, отмечен лишь один статистически значимый тренд (на уровне 95 %), характеризующий уменьшение повторяемости слабых ветров.

Отрицательный тренд отмечен и в повторяемости туманов, но статистически он не значим. Обе тенденции указывают на улучшение способности атмосферы к рассеиванию примесей, наблюдающееся в последнем десятилетии [Крымская и др., 2016].

В холодный период неблагоприятные метеоусловия, способствующие накоплению примесей в атмосфере (НМУ), чаще отмечаются при распространении на ЦЧР отрога Сибирского антициклона или гребня Азорского антициклона, а также в теплом секторе южного циклона; медленном перемещении по территории северо-западных антициклонов, в западной и юго-западной периферии которых создаются НМУ; в антициклонах, сформированных в арктическом воздухе и сместившихся на ЦЧР, в которых образуются мощные инверсии в нижнем слое воздуха.

В теплый период НМУ формируются в антициклонах, сформированных в теплой воздушной массе, а также в стационарных антициклонах, либо при северо-западных и западных антициклональных вторжениях [Лебедева, Крымская, 2003].

Синоптиками Белгородского ЦГМС - филиала ФГБУ «Центрально-Черноземное УГМС» за период 2013-2018 гг. было спрогнозировано 103 случая неблагоприятных метеорологических условий (НМУ): в 2013 и 2014 гг. - 14 случаев, в 2015 году - 6 случаев, в 2016 г. - 17 случаев, в 2017 г. - 24 случая, в 2018 г. - 28 случаев НМУ. Чаще всего НМУ отмечались в теплое время года - 68,9 % из них зафиксировано с апреля по август, 14,5 % - в октябре.

За исследуемый период в периоды НМУ в Белгороде был отмечен 31 случай превышения ПДКс.с. взвешенных веществ. 87 % случаев превышения зарегистрированы с апреля по октябрь, из них 29 % пришлись на октябрь. Наибольшая концентрация ВВ зафиксирована в 2018 г. - 1,39 ПДК [РД 52.04.667-2005..., 2006; Ежегодник состояния ..., 2019].

За этот же период в периоды НМУ в Белгороде было отмечено 45 случаев превышения ПДКс.с. диоксида азота. В 82 % случаев превышения ПДКс.с. зарегистрированы с апреля по октябрь, из них 22 % пришлись на октябрь. Наибольшая концентрация зафиксирована в 2014 г. - 1,31 ПДК.

Концентрация оксида углерода (СО) в целом по городу в 2013-2018 гг., в период НМУ, не превышала допустимый уровень ПДК.

В дни НМУ концентрация аммиака по г. Белгороду в 2013-2015 гг. превысила ПДК в 8 случаях. Наибольшая концентрация была отмечена в 2015 г. - 1,11 ПДК. В последующие годы превышений ПДК по аммиаку не отмечалось, причиной чего является закрытие завода лимонной кислоты.

Для расчёта коэффициента корреляции [Исаев, 1988, Кобышева и др., 2008, Крюкова, 2015] между концентрациями загрязняющих веществ в периоды неблагоприятных метеоусловий, способствующих накоплению примесей и метеопараметрами, была построена корреляционная матрица [х] с восьмью переменными (табл. 2).

Таблица 2/ Table 2

Корреляционная матрица между концентрациями загрязняющих веществ и метеопараметрами в период НМУ