ИССЛЕДОВАНИЕ МЕЗОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ САМООЧИЩЕНИЯ ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ БАЙКАЛЬСКОЙ КОТЛОВИНЫ

⇐ ПредыдущаяСтр 56 из 68Следующая ⇒

Приведены некоторые результаты исследований ветрового режима Байкальской котловины как важнейшего фактора самоочищения атмосферы.

Ключевые слова: озеро Байкал, ветровой режим, самоочищение атмосферы.

P.A. Naidenov

THE STUDY MESOMETEOROLOGICAL PROCESSES OF SELF-PURIFICATION OF THE AIR ENVIRONMENT OF THE BAIKAL BASIN

Some results of studies of the wind regime of the Baikal basin as the most important factor of self-cleaning of the atmosphere are presented.

Keywords: Lake Baikal; wind; self-purification of the atmosphere.

Актуальность тематики работы обусловлена рядом факторов и прежде всего недостаточной изученностью особенностей природных процессов самоочищения воздушной среды территорий котловинного типа со сложным рельефом с учетом действия переменных внешних течений. Актуальность предлагаемого исследования многократно увеличивается в условиях роста антропогенных выбросов газовых и твердых загрязняющих веществ при ускоряющемся современном расширении промышленного и сельскохозяйственного производства. Эти вопросы тесно связаны с необходимостью своевременного принятия мер по охране природы в случае ухудшения экологической обстановки и возникновении критических ситуаций.

В рамках проведения исследования впервые исследуются скорости объемного взаимодействия котловинного воздуха с внешними потоками и статистические связи термодинамических характеристик, влияющих на механизмы самоочищения воздушной среды. Реалистичность результатов основана на использовании накопленных (архивных и справочных) данных метеорологических характеристик Байкальского региона и фонового воздействия внешних факторов. На основе обобщенного опыта исследований ветрового режима Байкальской котловины впервые предложена методика исследований и оценки механизмов очищения воздушной среды Байкальской котловины и их предельных возможностей в условиях максимумов антропогенной нагрузки.

Основной целью данного исследования является выявление особенностей и предельных возможностей природного механизма очищения воздушной среды Байкальской котловины от естественного и антропогенного загрязнения. Для этого необходимо оценить динамические характеристики действующих природных процессов очищения воздуха Байкальской котловины и их потенциал. Затем следует разработать методику исследований механизма очищения воздушной среды Байкальской котловины, используя накопленные (архивные и справочные) данные метеорологических характеристик региона и фонового воздействия внешних факторов. Также нужно построить физическую модель природного механизма, позволяющего количественно оценить фактический потенциал самоочищения воздуха котловины для определенных погодных и климатических условий.

Воздушная среда Байкальской котловины со всех окружена склонами гор. Исключением являются только район дельты Селенги, а также выходы долин крупных рек, таких как Баргузин, Верхняя Ангара и Ангара. С Северо-западной стороны вдоль озера тянутся склоны Приморского и Байкальского хребтов. На Юго-востоке это хребты Хамар-Дабан, Улан-Бургасы и Баргузинский. Такая форма рельефа позволяет сравнить Байкальскую котловину с вытянутым карьером, длина которого составляет около 650 км, средняя ширина – 40 км, а глубина, если считать от поверхности воды, от 500 метров до 1,5 километров.

Необходимость изучения метеорологический режима карьеров и, главным образом, особенности циркуляции воздуха в них вызвали к жизни новую отрасль прикладной метеорологии – микроклимат карьеров. Специалисты горного дела называют эту дисциплину аэрологией карьеров. Исследования в этой области ведутся разными группами специалистов примерно с 60-х годов двадцатого века. Основной движущей силой данных исследований является широкое развитие открытого способа добычи полезных ископаемых и вместе с тем необходимостью повышения производительности труда, безопасности работ, здоровье горнорабочих и многого другого.

В настоящее время разработано множество способов как интенсификации естественного проветривания воздушной среды карьеров, так и её принудительного продувания. Следует отметить работы специалистов горной промышленности: А.С. Морина, М.М. Конорева, А.А. Скочинского, В.С. Никитина, Н.В. Мельникова, В.В. Ржевского, К Н. Трубецкого. Значительный вклад в решение теоретических и практических вопросов проблемы искусственного проветривания карьеров внесли Ф.А. Абрамов, B.C. Азаров, А.А. Бакланов, В.И. Белоусов, П.В. Бересневич, Н.З. Битколов, М.В. Блонский, Я.З. Бухман, А.Д. Вассерман, А.А. Вершинин, О.С. Гершун, Ю.В. Гуль, Б.Я. Дробот, В.М. Дубенюк, В.И. Еремеев, В.В. Забелин, А.В. Зберовский, В.И. Звяга, И.И. Иванов, Г.В. Калабин, К В. Кочнев, В.И. Куликов, О Б. Левинский, С И. Луговский, Е.Г. Максимов, В.А. Михайлов, Е.Г. Морозов, П.И. Мустель, Г.Ф. Нестеренко, А.И. Павлов, Э.В. Парахонский, О.Ю. Ригина, В.А. Рогалев, С.М. Росляков, Б.А. Семененко, В.В. Силаев, В.И. Сытенков, К.З. Ушаков, Н.Г. Фатуев, С.С. Филатов, Б.Д. Чижов, П.Ч. Чудаков, Э.Я. Шмалько и многие другие [1].

В то же время силами специалистов ГГО им. Воейкова было проведено множество метеорологических экспедиций на карьеры. В ходе исследований были использованы всевозможные метеорологических методы, начиная от анализа традиционных наблюдений на метеостанциях и заканчивая шаропилотными и самолётными наблюдениями. Значительный вклад внесли П.А. Воронцов, Н.З. Битколов, В.И. Селицкая, И.И. Честная, Е.В. Петрова, Н.Ф. Белов, Л.В. Безлюдова, Л.А. Хандожко, Е.М. Егоров, И.И. Иванов, Н.С. Тюнякина, А.А. Кислицкий, Ф.М. Силин и многие другие [2].

Конечно, работа в этой области метеорологии ведётся и за рубежом. Особенно продвинулись учёные из США, Канады и Германии. Отечественные авторы чаще всего ссылаются на результаты исследований именно этих специалистов [3].

Очевидно, что в рамках исследования микроклимата карьеров была проведена большая работа. Однако, невозможно напрямую применить все эти наработке к воздушной среде Байкальской котловины. Выделим несколько причин:

1. Размеры исследуемого объекта во многом несоизмеримы. Обычно ширина рукотворных карьеров относится к их глубине, как два к одному, иногда достигается соотношение пять к одному. В Байкальской котловине те же соотношения порядка сорока к одному, если рассматривать поперечные сечения. Таким образом, по совокупности геометрических параметров, котловина не может быть отнесена к категории глубоких или сверхглубоких карьеров по классификации горного дела.

2. Склоны карьеров для добычи полезных ископаемых обычно имеют одинаковый уклон, лишены растительности и не имеют выходящих к ним долин. Склоны Байкальской котловины, напротив, имеют различную подстилающую поверхность, различный уклон, иногда переходящий в равнину, а также изрезаны долинами рек и ущельями

3. Воздушная среда Байкальской котловины расположена над огромной массой воды озера Байкал

4. Байкальской котловина имеет в длину около 650 км. и вытянута практически вдоль меридиана. Такое расположение способствует высокой контрастности климатических особенностей между северной и южной частью озера.

Все эти особенности оказывают большое влияние на особенности климата Байкальской котловины и, в частности, на её продуваемость. Очевидно, что процессы очищения атмосферы над Байкалом происходят только естественным образом, без привлечения организационных, технологических и технических средств, используемых в карьерах. Положительное или отрицательное влияние названных особенностей котловины ещё предстоит выяснить.

На рис. 1 представлены исследуемые профили рельефа Байкальской котловины. Кроме того, на рис. 1 указаны точки для которых имеются данные Реанализа Европейского центра среднесрочных прогнозов погоды. Исследуемый период с 1979 года по настоящее время.

Рис. 1. Исследуемые профили рельефа

В качестве физической модели Байкальской котловины для измерения объёмного расхода воздуха используется горизонтальный полуцилиндр переменного сечения с максимальной глубиной 3 км и длиной 650 км. Данная физическая модель с указанием площадей сечений представлена на рис. 2.

Рис. 2. Физическая модель Байкальской котловины

В табл. 1 приведены расчёты по расходу воздуха при продольном направлении ветра. Модули скорости по высоте здесь представлены в виде модельных эпюр для трёх случаев: 1, 5 и 10 м/с на высоте 10 м. Закон распределения логарифмический. Модельные эпюры скоростей представлены на рис. 2.

При проведении аналитического обзора динамики среднемесячного модуля скорости ветра за период с 1979 по 2017 годы выявлено следующее:

1. Практически во все месяцы графики среднемесячного модуля скорости ветра на высотах свыше полутора километров показывают тенденции к изменению. На высотах от 10 метров до полутора километров величина и знак тенденций показывают изменение, которое зависит как от обозреваемого месяца, так и от района Байкальской котловины. На высоте 2 метра от поверхности модули скорости практически не испытывают изменения за наблюдаемый период.

Таблица 1

Расчёты по расходу воздуха при продольном направлении ветра

	Модуль скорости на высоте 10 м (м/с)	1	5	10
Площади сечений (км²)	Средние модули скорости эпюр (м/с)	1,68	8,41	16,83
121,5	Расходы через каждое сечение (км³)	0,20	1,02	2,04
93,5		0,16	0,79	1,57
110		0,19	0,93	1,85
167,4		0,28	1,41	2,82
131,1		0,22	1,10	2,21
78,3		0,13	0,66	1,32
Средняя площадь сечений (км²)	Средний расход воздуха (км³)	0,20	0,98	1,97
117,0
Объём котловины общий (км³)	Расход воздуха через котловину за сутки (км³)	17005	85024	170049
76028	Количество обновлений воздушной среды Байкальской котловины за сутки	0,22	1,12	2,24

2. В зимний период (декабрь-февраль) на высоте свыше полутора километров наблюдается переход тенденций от отрицательной в декабре и январе к положительной в феврале. На высотах от 10 метров до полутора километров незначительная отрицательная тенденция наблюдается только в январе в средней части Байкальской котловины.

3. В весенний период (март-май) наблюдается общее снижение модуля скорости на всех высотах. В марте проявляется различие между северной частью Байкальской котловины, где тенденции на повышение модуля скорости на высотах от 10 метров сохраняются, и южной частью котловины, где тенденция на всех высотах практически нейтральна. При этом распределение модулей скорости по высоте схоже с зимним периодом. Далее в апреле и мае модуль скорости, а также тенденции снижаются

4. В летний период (июнь-август) обзор данных подтверждает результаты более ранних исследований Н. В. Савиновой, которые показали, что данных период характеризуется на Байкале наиболее низкими модулями скорости по всему высотному профилю. Наиболее слабыми ветрами характеризуется июль. В данный период по всей котловине устанавливается наиболее спокойный климат

5. В осенний период (сентябрь-ноябрь) синоптическая обстановка на Байкале меняется. Модули скорости ветра на высоте растут. Проявляется различие в скорости между приземным и более высокими слоями. При этом тенденции в данный период отрицательные по всей территории Байкальской котловины

Таким образом, анализируя данные Реанализа, можно проследить сезонный ход модуля скорости ветра, показанный ранее в работах Казанцевой, Тараканова, Савиновой и других. Однако факт, что динамика модуля скорости ветра над территорией Байкальской котловины на высотах от 10 метров и выше на протяжении наблюдаемого периода показывает изменение как в большую, так и в меньшую сторону, является научной новизной, ранее не упоминавшейся.

Список использованной литературы:

1. Морин А.С. Обоснование технологии трубопроводного проветривания глубоких карьеров. Диссертационная работа на соискание учёной степени доктора технических наук. Красноярск – 2011 г. 211 с.

2. Конорев М.М. Искусственная вентиляция и пылегазоподавление в атмосфере карьеров. Диссертационная работа на соискание учёной степени доктора технических наук. Екатеринбург – 1999 г. 364 с.

3. Метеорологический режим карьеров. Труды Главной Геофизической обсерватории им. Воейкова. Выпуск 270. Ленинград – 1970. 172 с.

Информация об авторе: Найденов Павел Андреевич – ст. преподаватель, кафедра метеорологии и охраны атмосферы, Иркутский государственный университет, г. Иркутск; e-mail: pavelnaidenov@geogr.isu.ru.

Author: Naidenov Pavel Andreevich – senior lecturer, department of meteorology and atmosphere protection, Irkutsk state university, Irkutsk; e-mail: mail: pavelnaidenov@geogr.isu.ru.

УДК 551.515

С.А. Гаращук, И.В. Латышева

Дата добавления: 2019-01-14; просмотров: 236; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 51 52 53 54 555657 58 59 60 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!