Метеорологические процессы самоочищения атмосферы над озером Байкал
В представленном материале рассматриваются метеорологические процессы самоочищения атмосферы над озером Байкал. Здесь рассказывается об истории развития методов исследований в данной области метеорологии, а также о сегодняшнем положении дел. Изложены методы, используемые как в России, так и в зарубежных странах. Отмечен вклад отечественных и зарубежных деятелей науки. Особое внимание уделено вопросам самоочищения атмосферы на территориях со сложным рельефом. Исследование метеорологических процессов самоочищения атмосферы над оз. Байкал позволит выявить мезомасштабные особенности данной территории с точки зрения их влияния на экологическое состояние водоема.
Ключевые слова: Байкал, загрязнение атмосферы, самоочищение, мезомасштаб, скорость ветра.
Naidenov P.A.
In the presented material, meteorological processes of self-cleaning of the atmosphere over Lake Baikal are considered. It tells about the history of the development of research methods in this area of meteorology, as well as the current state of affairs. The methods used both in Russia and in foreign countries are described. The contribution of domestic and foreign scientists is noted. Particular attention is paid to issues of self-cleaning the atmosphere in areas with complex terrain. Investigation of meteorological processes of self-purification of the atmosphere over the lake Baikal will reveal the mesoscale features of this territory in terms of their impact on the ecological state of the reservoir.
Keywords: Baikal, atmospheric pollution, self-cleaning, mesoscale, wind speed.
Исследования мезометеорологических процессов самоочищения атмосферы начаты ещё в 1960 гг. в США, где в результате промышленной революции после второй мировой войны значительно увеличились выбросы вредных веществ, поступающих в атмосферу. Учёные начали делать попытки количественно оценить влияние климатических условий того или иного региона на атмосферное загрязнение. Цель состояла в том, чтобы заранее провести все необходимые природоохранные мероприятия и регулировать мощности предполагаемых выбросов вредных веществ в атмосферу промышленных центров. Следует отметить, что первоначально оценивали не коэффициент самоочищения, а коэффициент загрязнения атмосферного воздуха. Работа Нюмаера (Niemeyer L.E., 1960) была одной из первых опубликованных [1]. В ней под высоким потенциалом загрязнения атмосферы понималось сочетание таких условий, как низкий модуль скорости приземного ветра (<4 м/с), низкий модуль скорости на высоте 500 гПа (<12м/с), а также нисходящие потоки воздуха в течение 36 часов, которые способствуют длительному сохранению высоких уровней загрязнения в приземном слое атмосферы.
|
|
|
В СССР одним из первых исследователей влияния климата на загрязнение атмосферы считается Василий Васильевич Крючков и его труд под названием «Север. Природа и человек», изданный в 1979 г. [2]. По заданию АН СССР он проводил научную работу, направленную, прежде всего, на защиту природы крайнего Севера и его жителей. Учёный одним из первых выявил более интенсивное негативное воздействие промышленности на окружающую среду в западных и южных регионах страны по сравнению с северными районами. Метод Крючкова В.В. для оценки потенциала самоочищения атмосферы основан на определении среднего за год модуля скорости ветра, повторяемости штилей и годового количества атмосферных осадков.
|
|
|
В «Экологическом атласе бассейна озера Байкал», изданном в 2015 г. Институтом географии СО РАН, представлена карта условий самоочищения атмосферы, при составлении которой была использована методика В.В. Крючкова. Специалисты отмечают, что методика отличается простотой и в первом приближении может применяться для оценки метеорологического потенциала самоочищения атмосферы на качественном уровне. Однако недостатком данной методики является произвольность выбранных граничных условий, а также неполнота учёта метеорологических факторов, влияющих на процессы рассеивания и накопления примесей в атмосфере.
В 1980 г. в Главной геофизической обсерватории им. Александра Ивановича Воейкова был разработан метод определения потенциала загрязнения атмосферы (ПЗА) [3]. Автором метода является Эмма Юрьевна Безуглая, которой в 2010 г. исполнилось 80 лет, однако она до сих пор ведёт активную научную деятельность. Суть метода сводится к сравнению исследуемого региона по среднему уровню загрязнения с некоторым условным регионом с минимальными выбросами. Чтобы воспользоваться методом, необходимы данные аэрологического зондирования, в основном, данные по температурным инверсиям.
|
|
|
Значения ПЗА и сегодня используются во всех нормативных документах для учёта климатических факторов при строительстве промышленных объектов, разработке территориальных комплексных схем охраны окружающей среды и решении других природоохранных задач. В тоже время, специалисты отмечают низкую разрешающую способность расчета ПЗА по территории, так как аэрологических станций очень мало. Поэтому отсутствует необходимая детализация для конкретной местности, что необходимо при размещении промышленных предприятий на вновь осваиваемых территориях. Кроме того, формулы для расчётов достаточно сложны. Следует отметить, что Иркутская область входить в перечень территорий с высоким потенциалом загрязнения атмосферы.
|
|
|
В 1989 г. сотрудник Сибирского регионального научно-исследовательского гидрометеорологического института Тамара Семёновна Селегей опубликовала работу, в которой был представлен метеорологический (или климатический) потенциал самоочищения атмосферы, где для расчёта использовалось всего 4 метеорологических параметра [4]. Учитывались факторы, способствующие загрязнению атмосферы (повторяемость слабого ветра 0-1 м/с, повторяемость дней с туманом) и факторы, способствующие рассеиванию примесей (повторяемость дней с осадками > 0,5 мм, и повторяемость сильного ветра > 6 м/с). Достоинством, без сомнения, является простота использования и наличие необходимых данных. Метод получил широкий отклик у специалистов, хотя, конечно, высказывались и определённые замечания.
Метод Т.С. Селегей неоднократно использовался разными исследователями для оценки самоочищающей способности атмосферы территории Иркутской области. В частности, в 2004 г. институт географии выпустил атлас «Иркутская область, экологические условия развития», в котором представлена карта климатического потенциала самоочищения атмосферы. Причём расчёты проводились для тёплого и холодного периодов года. Установлено, что в холодный период общей фоновой характеристикой является низкая способность к самоочищению, в тёплый период в целом картина не меняется, за исключением Иркутско-Черемховской равнины и побережья озера Байкал.
Объектом данного исследования является анализ мезометеорологических факторов самоочищения атмосферы над прибрежными территориями и акваторией оз. Байкал. Следует отметить, что на представленных в атласе «Иркутская область, экологические условия развития» картах сама акватория озера Байкал не затронута. Соответственно не указаны и характеристики самоочищения атмосферы оз. Байкал, что указывает на актуальность проводимых нами исследований. Основная сложность, во-первых, связана с недостатком метеорологических данных. Непосредственные наблюдения возможны только на кораблях и ледовых станциях. Эти данные необходимы для верификации модельных расчётов, а также методов исследования результатов спутникового зондирования, чем мы занимаемся сейчас.
В 1993 г. сотрудник лимнологического института О.С. Визенко оценил возможность самоочищения атмосферного воздуха над котловиной оз. Байкал и прилегающей к нему территории по методу Т.С. Селегей [5]. Он отметил, что метеорологические параметры, заложенные в формулу расчета МПСА, определены для высоты стандартного флюгера сети метеорологических станций и относятся к приземному слою воздуха с преобладанием конвективного перемешивания. Для территорий котловинного типа Байкала метод практически неприемлем, т.к. в таких орографических образованиях определяющую роль играет инверсионно стратифицированная атмосфера, которая блокирует конвективную циркуляцию. Инверсионное распределение температуры воздуха в котловине Байкала, усугубленное горным окружением озера, препятствует выносу загрязнений за пределы котловины и затрудняет самоочищение ее воздушного бассейна. Это вторая причина, почему на картах условий самоочищения акватория озера не затронута.
В 1987 г. немецким исследователем Григорьяном (Grigorjan A.W.) был предложен расчет ПЗА для районов со сложной орографией местности, основанный на данных радиационного баланса или градиентных температурных измерений и скорости ветра [6]. Однако метод не получил широкого признания, т.к. непригоден для использования в оперативной работе из-за сложности расчетов, входящих в него параметров и отсутствия необходимых данных.
Из последних исследований необходимо отметить работы Латышевой И.В., Ахтиманкиной А.В. и др. В 2009 г. в совместной работе Латышевой И.В. и Синюкович В.Н. [7] были исследованы основные характеристики гидрометеорологического режима на южном побережье оз. Байкал, оценены тенденции их изменения в связи с глобальными и региональными колебаниями климата. В частности, было замечено, что потепление климата в последние годы положительным образом сказывается на самоочищающей способности атмосферы, хотя и в незначительной степени.
В работах лимнологического института следует выделить статью Оболкина В.А., Потёмкина В.Л., Макухина В.Л. и других. Авторы исследуют перенос примесей, выработанных Иркутскими и Ангарскими ТЭЦ до истока р. Ангары и далее к Восточному берегу Байкала, а также атмосферный перенос в обратном направлении. Специалисты отмечают весьма сложную структуру метеорологических процессов, которые могут как способствовать, так и препятствовать накоплению и переносу примесей в атмосфере над Байкалом.
Таким образом, неоднородность рельефа, сложная структура метеорологических процессов, недостаточность оперативных данных и происходящие изменения климата – это факторы, осложняющие проведение нашего исследования. Для получения более достоверной оценки мезометеорологических особенностей самоочищения атмосферы над оз. Байкал в настоящее время нами проводится комплексный анализ данных: Реанализа Европейского центра среднесрочных прогнозов погоды (по мнению многих специалистов это наилучший из существующих реанализов); спутникового зондирования; оперативных гидрометеорологических наблюдений, которые мною систематизированы и внедрены в оперативную практику; данные наблюдений на кораблях и ледовых станциях Лимнологического института СО РАН.
Список использованной литературы
1. Niemeyer L.E. Forecastinq Air Pollution Potential / L.E. Niemeyer // Mon: Wea. Rev. – 1960 – Vol. 88. – Р.88 – 96.
2. Крючков В.В. Природа и человек. – М.: Наука, 1979. – 62 с.
3. Безуглая Э.М. Метеорологический потенциал и климатические особенности загрязнения воздуха городов. – Л.: Гидрометеоздат, – 1980. – 184 с.
4. Селегей Т.С., Юрченко И.П. Потенциал рассеивающей способности атмосферы // География и природные ресурсы. – 1990. – № 2. – С.132–137.
5. Визенко О.С. Потенциал рассеивающей способности атмосферы Прибайкалья / О.С. Визенко // География и природные ресурсы. – Новосибирск: Академическое издательство «Гео», 1993. – № 1. – С. 64–67.
6. Grigorjan A.W. Untersuchunq des Verunreiniqunqspotentials Zeitschrift fur Meteoroloqie. – 1987. – Bd 37, Ht 4. – 131 р.
7. Латышева И.В. Современные особенности гидрометеорологического режима южного побережья оз. Байкал / И.В. Латышева, В.Н. Синюкович, Е.В. Чумакова // Известия Иркутского государственного университета. Серия «Науки о Земле». – Иркутск: Изд-во Иркутского государственного университета, 2009. – Т.2, №2. – С. 117–133.
Информация об авторе
Найденов Павел Андреевич – старший преподаватель, кафедра метеорологии и охраны атмосферы географического факультета, Иркутский государственный университет, г. Иркутск; e-mail: pavel_one@rambler.ru.
Author
Naidenov Pavel Andreevich – Senior Lecturer, Department of Meteorology and Atmosphere Protection, Geographical Faculty, Irkutsk State University, Irkutsk; e-mail: pavel_one@rambler.ru.
УДК 551.576(235.223)
Ошоров А.М., Шутукова Т.Б.
Дата добавления: 2019-01-14; просмотров: 387; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!