Зависимость загрязнения от условий выбросов, застройки и рельефа

Итак среди городских загрязнителей выделяются три основных типа источников: высокие с горячими выбросами, высокие с холодными выброса­ми и низкие (Таб. 2). Для высоких источников с горячими (теплыми) выбросами характерными факторами способствующими загрязнению являются: высота слоя перемешивания меньше 500 м, но больше эффективной высоты источника; ско­рость ветра на высоте источника, близкая к опасной скорости вет­ра; наличие тумана; скорость ветра больше 2 м/с (при определенных направлениях имеет место наложение выбросов от группы источников в сочетании со скоростью близкой к опасной).

Для высоких источников с холодными выбросами — это нали­чие тумана и штиль, а для низких источников выбросов — сочета­ние штиля и приземной инверсии, когда теплый воздух опускает­ся на холодную землю.

Изложенное выше касалось условий распространения примесей над свободной от препятствий территории. Городская территория характеризуется наличием как относительно свободных пространств, так и объектов соизмеримых даже с высотой высоких источников. С точки зрения условий аэрации (задачей аэрации занимается раздел метеорологии- городская (градостроительная) климатология см. Коваленко, Орлова, 1993), в городе различают территории с плотной застройкой и свободной. При свободной застройке в наветренной и подветренной стороне отдельно стоящих зданий образуются циркуляции со слабым воздухообменом с окружающим воздухом. Средняя скорость ветра здесь так же ниже составляя 60%-70% от скорости U в пригороде.. В зависимости от соотношения ширины L и высоты здания Z характерные горизонтальные размеры циркуляций варьируют от 4 до 6 высот зданий.

При этом различают два типа циркуляций связанные обтеканием потока воздуха препятствий. Когда ширина здания L вдоль потока воздуха больше примерно трех высот здания (L > 2,5Z), возникают три независимые зоны циркуляции примеси. Располагаясь перед зданием, на крыше, и за зданием в этих зонах накапливаются примеси от наземных (2 м) и низких источников (высота до 10 м) таких как автотранспорт, приводя к значительному повышению концентраций примеси в жилой зоне. Когда L< 2,5 Z, условия накопление примеси перед зданием, практически те же, а за зданием возникает одна общая с высотной циркуляция. Высота такой зоны почти в два раза выше, чем в первом случае и средние концентрации примеси от низких источников в таких условиях могут быть несколько ниже (ширина ее также в среднем увеличивается). Однако такая циркуляция может накапливать примеси с высот до 1,8 Z. Например, обычная десятиэтажка эффективна в этом смысле при наличии средних источников (высота 10-50м). Дом в 20 этажей, «опасен» и при высоких источниках (>50 м). В подветренной зоне циркуляций обоих типов выделяется область непосредственно расположенная за зданием, где наблюдается затишье ветра, так называемая зона ветровой тени, длина l которой меняется от l= Z при L/Z=2,5 до l=4Z, при L/Z=14

В обоих примерах свободной застройки приземная циркуляционная зона успевает сформироваться. Когда здания стоят близко на расстоянии менее 4Z, т.е. застройка плотная, приземные зоны циркуляций не возникают, но обмен пространства между зданиями с окружающим воздухом наверху еще более затруднен. Например при промежутках между домами <1,5Z образуются зоны практически полного штиля, способствующих тому что участки вдоль автомагистралей застроенных с обоих сторон высотными домами являются одними из самых неблагополучных мест в городе. В оценках концентрации загрязняющих веществ, дороги с многоэтажной застройкой с двух сторон приравниваются по условиям загрязнения к автомагистралям.

В качестве оценки аэрации приземного воздуха можно ввести коэффициент ослабления аэрации Ка, определяемый как отношение концентрации примесей в приземном воздухе к концентрации примеси у устья постоянно действующего низкого источника. В заветренных и единых зонах, т.е. на улицах с односторонней застройкой Ка=0, 3-0,6. Коэффициент ослабления аэрации на улицах с плотной двухсторонней застройкой в два –три раза больше близок к единице. Следует учитывать, что уменьшение скорости ветра у земли и увеличение влажности увеличивают концентрацию примеси. Например, концентрация С угарного газа связана с интенсивностью движения транспорта N (автомобиль/час) и фоновой концентрацией Сф в городе, может быть рассчитана как С= (Сф+0,01NK_T) Км Ка, где Кт средневзвешенная степень токсичности бензиновых двигателей в транспортном потоке, удельный вес легкового автомобиля равен 1, грузового 2,5, автобуса 3,7. Коэффициент Км учитывает метеоусловия: при влажности 70% и скорости ветра 6 м/с Км =1, а при ветре 1 м/с, Км=2,7. Как мы видели, условия застройки сами могут привести к уменьшению скорости ветра у земли, и при ослабленной аэрации Ка=1 концентрации загрязняющих веществ на закрытых с обоих сторон участков дороги могут возрасти в 5-6 раз по отношению к обычным улицам. Стоит отметить, что в местах остановки, светофоров, перекрестков, где автомобили работают на пониженных оборотах концентрация угарного газа в среднем 3 раза выше на участках дорог с относительно большей скоростью движения.

При переносе примесей в районы плотной застройки или в усло­виях сложного рельефа в сочетании с скоростью ветра близкой к опасной, концентрации загрязнителей могут повышаться в несколь­ко раз. Поэтому результаты метеорологических наблюдений при измерении кон­центраций примесей в отдельных районах города анализируются с целью выявления особенностей метеорологических условий по срав­нению с результатами наблюдений на выбранной основной ме­теостанции (для той которой разработаны локальная методика прогноза метеоусловий). При этом сравниваются: скорость ветра (отношение скоростей воздушных потоков); температура (разность в градусах); влажность (разность в процентах); направление ветра (отклонение в градусах); количество осадков (разность в миллиметрах). В ряде случаев могут быть использованы данные специальных наблюде­ний (актинометрических, градиентных, теплобалансовых, микро­метеорологических и др.).

5.3 Инерционность загрязнения. Синоптические условия формирования загрязнения воздуха.

Степень загрязнения города Р₂ зависит от его значения Р₁ в предыдущий день и определяется тенденцией к сохранению атмосферы, определяющих уровень концентраций. К одной из неблагоприятных синоптических ситуаций относится центральная область стационарного антициклона и ось малоподвижного гребня. Повышенный уровень отмечается когда ситуация сохраняется в течении двух и более дней, смещение же антициклонов и гребней не ведет к формированию высоких Р₂. Высокий уровень наблюдается в антициклонах с адвекцией тепла на высотах, что способствует его углублению. Рост концентраций наблюдается преимущественно в теплых частях антициклона.

Выявлены синоптические процессы, ведущие к высоким уровням загрязнения: малоградиентные барические поля с устойчивой барической седловиной, антициклоническая кривизна изобар; теплая воздушная масса; адвекция тепла в атмосфере. Эти ситуации сводятся к трем типам неблагоприятных синоптических ситуаций, определяющих погоду в городе не менее трех дней: 1) малоподвижный антициклона и гребень (кроме ультраполярных вторжений, рис 3 а), 2) малоградиентное барического поля, без скоростей выше 6 м/с (рис 3 б); и 3) периферии антициклона, без сильных градиентов давления. Для Урала и ЕТС это западная и северо-западная периферии (рис 3 в и е) на юге ЕТС южная (3 г) для Восточной Сибири и Дальнего Востока (3д) восточная периферия антициклона. По данным (5) повторяемость периодов с высоким уровнем загрязнения в ситуациях 1,2 и 3 составляет 80, 70 и 80%, соответственно. Аномально высокое загрязнение, т.е. при 2% повторяемости параметра Р, в городах Урала и ЕТС обычно сопутствует ситуация с малоподвижным гребнем направленным со стороны сибирского максимума зимой (ситуация, похожая на 3 в и 3е только с более вытянутыми к востоку изобарами). Летом аномальные случаи загрязнения обычно наблюдается в центральных областях малоподвижных слабых антициклонов.

Выборка ситуаций для анализа случаев высокого и аномально высокого загрязнения должна составлять не менее 10 лет и является необходимой и долговременной задачей исследований в каждом конкретном городе. Например в 1999-2000 году в Челябинске к сильному загрязнению весной и летом вели ветра северной составляющей, антициклоны в холодный период года, инверсии со слабым ветром и гребни в переходные сезоны. Повторяемость же как ветров, так и антициклональных условий может изменятся из года в год, ведя к существенному различию в количестве НМУ. Так в 2001 году количество НМУ возросло до 138 случаев по сравнению с обычными 30-40 случаями за год.

Таблица 5. Неблагоприятные метеорологические ситуации в 1999-2000 году.

НМУ в Челябинске, 1999-2000	Зима(8)	Весна(15)	Лето(29)	Осень(9)	всего
Ветра неблагоприятных направлений				-
Антициклон и его периферии			-
Гребень и его периферии
Инверсия, слабый ветер

Дата добавления: 2014-01-07