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

Correlation matrix between pollutant concentrations and meteorological parameters during the AWC period

Исходные данные: средняя концентрация загрязняющих веществ ^_ср.), влажность воздуха (среднесуточные данные), температура воздуха (°С, среднесуточные данные), направление ветра (в градусах), скорость ветра (мА, среднесуточные данные). Корреляционная матрица состоит из 8 переменных: A - взвешенные вещества (пыль); B - диоксид азота; C - оксид углерода; D - аммиак; E - влажность воздуха; F - температура воздуха; G - направление ветра; H - скорость ветра.

Значения коэффициентов корреляции 0,2 < г <0,5 (по модулю) свидетельствуют о слабой корреляции, при 0,5 < г <0,7 - о средней и о высокой корреляции между переменными - при 0,7 < г < 0,9.

Корреляционная матрица указывает на значимость связей между такими веществами, как диоксид азота и оксид углерода. Выбросы данных веществ обусловлены выбросами автотранспорта.

Средняя корреляция наблюдается между взвешенными веществами и диоксидом азота, что объясняется тем, что на концентрацию взвешенных веществ в воздухе влияет не только автотранспорт, но и другие источники.

Слабая отрицательная корреляция наблюдается между диоксидом азота и температурой воздуха, что является следствием не только увеличения объемов выбросов за счет работы котельных и ТЭЦ в холодное время года, но и ослаблением вертикального переноса примесей за счет приподнятых инверсий.

Слабая положительная корреляция наблюдается между влажностью воздуха и концентрациями диоксида азота и оксида углерода. Чаще всего рост концентраций этих веществ связан с ростом повторяемости туманов в холодное время года. 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). Выборка данных о днях с осадками различной интенсивности по городу Белгороду представлена в табл. 3.

Таблица 3 /Table 3

Число дней с осадками > 10 мм за сутки в Белгороде за 2013-2018 гг. Number of days with precipitation > 10 mm per day in Belgorod in 2013 -2018

Концентрация взвешенных веществ в дни с интенсивными осадками за 2013-2018 гг. по городу Белгороду превысила уровень ПДКс.с. лишь однажды - в августе 2016 г.

За период 2013-2018 гг. концентрация диоксида азота в период выпадения интенсивных осадков (66 дней) превысила уровень предельно допустимой концентрации в 11 случаях, в 45,5 % случаев это наблюдалось с ноября по март, в то время как в периоды

НМУ превышение ПДКсс. диоксида азота приходилось на холодную половину года лишь в 18 % случаев.

Концентрация оксида углерода в период выпадения осадков в 2013-2018 гг. не превысила уровень ПДК.

Концентрация аммиака в период осадков в 2013-2014 гг. превысила уровень ПДК 2 раза, в дальнейшем превышений не наблюдалось.

В целом, на всех исследуемых постах по наблюдению за загрязнением атмосферного воздуха в городе Белгороде, увеличение концентрации взвешенных веществ наблюдается в весенне-летний период, что отражает совместное влияние природных и антропогенных источников пыления.

Наибольшая концентрация взвешенных веществ (в долях ПДК - 1,08 мг/м³) отмечена на ПНЗ № 3 (ул. Б. Хмельницкого, 79) - за счет дополнительного вклада автотранстпорта в формирование уровня загрязнения атмосферы.

Также на ПНЗ № 3 загрязнение оксидом углерода и диоксидом азота выше, чем на остальных постах. Но концентрации оксида углерода не превышают уровень ПДКс.с.

Концентрация диоксида азота на ПНЗ № 3 в летний период больше, чем в остальные сезоны, составляет - 1,17 ПДК, в осенний, весенний и зимний период также превышает 1 ПДК. На остальных исследуемых постах превышений по диоксиду азота не выявлено. Причиной относительного увеличения концентраций в данной точке города является также увеличение транспортных потоков в теплое время года.

Загрязнение диоксидом серы по городу в целом очень низкое и равно 0,14 ПДК.

Содержание аммиака в городе в различные сезоны примерно одинаково на всех постах города и его средняя концентрация ^ср) за год, в целом по городу, не превышает уровень ПДК. Снижение концентрации аммиака в 2000-е годы связанно с закрытием в городе завода по производству лимонной кислоты.

Для расчёта коэффициента корреляции между концентрациями загрязняющих веществ и метеопараметрами в период выпадения осадков была построена корреляционная матрица с девятью переменными [Крюкова, 2015].

Таблица 4 /Table 4

Корреляционная матрица между концентрациями загрязняющих веществ и метеопараметрами в период выпадения осадков Correlation matrix between pollutant concentrations and meteorological parameters during the period of precipitation

В табл. 4 представлены коэффициенты корреляции между концентрациями загрязняющих веществ в условиях сильных осадков и метеопараметрами.

Корреляционная матрица состоит из 9 переменных: A - взвешенные вещества (пыль); B - диоксид азота; C - оксид углерода; D - аммиак; E - влажность воздуха; F - температура воздуха; G - направление ветра; H - скорость ветра; I - количество осадков.

Между диоксидом азота и оксидом углерода существует высокая корреляция, средняя корреляция наблюдается между взвешенными веществами и оксидом углерода, что может свидетельствовать о едином источнике выбросов (в нашем случае сказывается влияние автотранспорта), либо о сходных метеорологических условиях, влияющих на рассеивание этих примесей.

Высокая корреляционная связь со знаком минус отмечена между скоростью ветра и концентрацией аммиака, что связано с тем, что основной источник этого загрязнителя был расположен на территории города, а при слабых скоростях ветра приземные концентрации увеличиваются.

Средняя положительная корреляционная связь отмечена между концентрациями взвешенных веществ и направлением ветра.

Слабая отрицательная корреляция отмечена между концентрациями диоксида азота и оксида углерода и скоростью ветра, что отражает влияние застойных явлений на рост приземных концентраций.

Заключение

Впервые изучены изменения содержания загрязняющих веществ в атмосфере города Белгорода в различных синоптических условиях как способствующих накоплению поллютантов, так и в условиях «вымывания» примесей осадками.

За период 20132018 гг. было исследовано 103 случая неблагоприятных метеорологических условий и 66 случаев с интенсивными (> 10 мм в сутки) осадками.

Современные аэроклиматические условия региона характеризуются тем, что неблагоприятные метеоусловия, способствующие накоплению примесей в атмосфере (НМУ), преимущественно формируются в условиях антициклональной погоды и чаще отмечаются в теплое время года - 68,9 % из них фиксирируются 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 период неблагоприятных метеоусловий был отмечен 31 случай превышения ПДКс.с. взвешенных веществ и 45 случаев превышения ПДКс.с. диоксида азота. 87 % случаев превышения ПДКс.с. взвешенных веществ зарегистрированы с апреля по октябрь, из них 29 % пришлись на октябрь.

Наибольшая концентрация взвешенных веществ зафиксирована в 2018 г. - 1,39 ПДК. 82 % случаев превышения ПДКс.с. диоксида азота зарегистрированы с апреля по октябрь, из них 22 % пришлись на октябрь. Наибольшая концентрация зафиксирована в 2014 г. - 1,31 ПДК.

За аналогичный временной период во время выпадения интенсивных осадков из 66 дней в одном случае зафиксировано превышение уровня ПДКс.с. взвешенных веществ и 11 случаев превышения ПДКс.с. диоксида азота, что связано с интенсивностью транспортных потоков. В дни с НМУ превышение ПДКс.с. диоксида азота наблюдается в четыре раза чаще, чем в дни с существенными осадками.

Анализ статистических связей между концентрациями загрязняющих веществ и метеорологическими параметрами в период НМУ (такими как скорость ветра, температура и влажность воздуха) позволил выявить лишь слабую корреляцию, что связано, на наш взгляд, с тем, что на уровень загрязнения влияет не отдельная метеорологическая характеристика, а комплекс этих характеристик, определяющих синоптическую ситуацию.

Результаты исследования могут служить основой для разработки практических рекомендаций по осуществлению региональной эколого-экономической политики для снижения уровня загрязнения атмосферы как в период неблагоприятных метеорологических условий, способствующих накоплению примесей в приземном слое воздуха, так и в условиях вымывания поллютантов при циклональной погоде.

Библиография

Список источников

1. Ежегодник состояния загрязнения атмосферы в городах на территории России за 2018 год. Эл. ресурс. URL: http ://voeikovmgo.ru/ images/stories/ publications/2019/ ejegodnik_ zagr_ atm_2018 +.pdf (дата обр.: 18 дек. 2020).

2. Исаев А.А. 1988. Статистика в метеорологии и климатологии. М., Московский государственный университет, 248 с.

3. Исаев А.А. 2001. Экологическая климатология. М., Научный мир, 458 с.

4. Кобышева Н.В., Стадник В.В., Клюева М.В., Пигольцина Г.Б., Акентьева Е.М., Галюк Л.П., Разова Е.Н., Семенов Ю.А. 2008. Руководство по специализированному климатологическому обслуживанию экономики. Электронный ресурс. URL: http://voeikovmgo.ru/ download /publikacii/2008/Rukovodstvo.pdf (дата обращения: 10 декабря 2020).

5. Корнилов А.Г., Петин А.Н., Петина В.И., Чендев Ю.Г. 2018. Географический атлас Белгородской области: природа, общество, хозяйство. Белгород, КОНСТАНТА, 200 с.

6. Климатические характеристики условий распространения примесей в атмосфере. 1983. Ленинград, Гидрометеоиздат, 328 с.

7. Крюкова С.В. 2015. Контроль загрязнения природной среды: анализ данных загрязнения. СПб., РГГМУ, 46 с.