Главная>
Актуальное интервью>
Ранее опубликованные интервью
В разделе «Актуальное интервью» Вы можете получить ответы на актуальные вопросы от главного синоптика Челябинского Гидрометеоцентра - начальника отдела метеопрогнозов Ячменевой Н.В.
17.10.08: Распределение инверсий и их влияние на уровень загрязнения атмосферного воздуха в г.Челябинске.
Атмосферный воздух - это источник дыхания человека, животных и растительности, сырье для процессов горения и синтеза химических веществ. В результате хозяйственной деятельности человека в атмосфере появляется большое количество загрязняющих веществ, наиболее значительные изменения качества атмосферного воздуха наблюдаются в крупных городах. Резкое возрастание концентраций загрязняющих веществ происходит в период возникновения неблагоприятных метеорологических условий, способствующих накоплению промышленных и автомобильных выбросов в нижних слоях атмосферы. К таким неблагоприятным условиям относится инверсия, представляющая собой задерживающий слой теплого воздуха, который препятствует рассеиванию примесей по вертикали. Возникают инверсии под воздействием радиационных и адвективных факторов, кроме того, рельеф местности, крупные водоемы и парки создают дополнительные условия для их образования.
Город Челябинск является одним из городов с развитой промышленностью, а особенности его географического расположения и рельефа местности влияют на интенсивность инверсий. На территории города располагается большой сосновый бор, несколько озер и водохранилище, что создает особые условия для переноса загрязняющих веществ и создания «острова тепла». Метеорологический и экологический мониторинг в Челябинске осуществляется городской метеостанцией и 8 стационарными постами наблюдения за загрязнением атмосферного воздуха (ПНЗ), аэрологическая станция отсутствует. По данным мониторинга уровень загрязнения атмосферного воздуха по городу Челябинску в последние годы высокий, в 2007 году наибольший вклад в загрязнение атмосферы вносили: бенз(а)пирен, формальдегид, взвешенные вещества, фторид водорода, диоксид азота. Проведенные в периоды неблагоприятных метеорологических условий наблюдения показали, что максимальные разовые концентрации достигали в городе: взвешенных веществ и оксида углерода - 4,2 ПДКмр, фенола - 3,7 ПДКмр, формальдегида - 2,3 ПДКмр, сероводорода - 2 ПДКмр, фторида водорода - 1,7 ПДКмр, аммиака - 1,6 ПДКмр, оксида азота -1,3 ПДКмр.
В 2006 году в Челябинске был установлен метеорологический температурный профилемер МТП-5, и впервые появилась возможность определения продолжительности и интенсивности инверсий с использованием инструментальных измерений. По данным профилемера в течение 2007 года в городе Челябинске было зафиксировано 243 дня с инверсиями, суммарной продолжительностью 3138 часов, что составляет 67% от общего количества дней в году, при этом статистической обработке подвергались инверсии любого типа. Чаще всего инверсии в Челябинске наблюдались в январе и феврале (24 и 28 дней), максимальная их продолжительность также приходится на эти месяцы (439-448 часов). Средняя продолжительность одной инверсии максимальна в зимние месяцы и составляет 15,7-18,7 часов, в теплое время года продолжительность инверсии сокращается в 1,5-2 раза и составляет 9.9-7.5 часа. Распределение количества инверсий и средняя их продолжительность представлены в таблице № 1 и на диаграмме.
Анализ времени образования и разрушения инверсий в холодный и теплый периоды показал, что в холодное время года инверсии формируются чаще (70%) в вечернее время, с 18 до 23 часов местного времени и разрушаются после 9 часов утра (77%). В теплый период время образования инверсий смещается на более позднее, подавляющее их большинство (87%) формируются в период с 21 до 03 часов, а разрушается раньше - с 06 до 12 часов (89%).
Таблица № 1
Распределение инверсий (число дней), суммарной продолжительности инверсий (час), средней продолжительности (час/день) по месяцам.
|
Месяц
|
I
|
II
|
III
|
IV
|
V
|
VI
|
VII
|
VIII
|
IX
|
X
|
XI
|
XII
|
Год
|
|
Кол-во инверсий
|
28
|
24
|
20
|
13
|
20
|
18
|
19
|
18
|
23
|
20
|
20
|
20
|
243
|
|
Продолж. инверсий
|
439
|
448
|
301
|
100
|
150
|
143
|
188
|
173
|
219
|
284
|
341
|
352
|
3138
|
|
Ср. продол
|
15,7
|
18,7
|
15,1
|
7,7
|
7,5
|
7,9
|
9,9
|
9,6
|
9,5
|
14,2
|
17
|
17,6
|
12,9
|
Для анализа влияния инверсии на уровень загрязнения в городе Челябинске были проанализированы данные с поста наблюдения за загрязнением атмосферного воздуха № 28, находящегося вблизи расположения профилемера (Таблица № 2), при этом для выявления зависимости рассматривались только дни с измеренными концентрациями загрязняющих веществ. К повышенным уровням концентраций относились случаи с превышениями среднесуточных концентраций оксида углерода, диоксида азота, диоксида серы, фенола более чем в 1.5 раза их среднесезонных значений.
Таблица № 2
Повторяемость дней с инверсиями и повышенным загрязнением воздуха по данным ПНЗ № 28 в 2007 г.
|
Месяц
|
I
|
II
|
III
|
IV
|
V
|
VI
|
VII
|
VIII
|
IX
|
X
|
XI
|
XII
|
Год
|
|
Кол-во дней с измерениями на ПНЗ №28
|
17
|
19
|
21
|
19
|
15
|
20
|
22
|
22
|
20
|
23
|
21
|
19
|
238
|
|
Кол-во дней с инверсией
|
16
|
16
|
14
|
9
|
10
|
15
|
14
|
15
|
16
|
16
|
15
|
17
|
173
|
|
Кол-во дней с превышением
|
8
|
9
|
14
|
13
|
7
|
13
|
16
|
4
|
10
|
17
|
17
|
12
|
140
|
|
Превышение без инверсии
|
-
|
1
|
4
|
5
|
3
|
2
|
5
|
2
|
3
|
4
|
4
|
1
|
34
|
|
Превышение с инверсией
|
8
|
8
|
10
|
8
|
4
|
11
|
11
|
2
|
7
|
13
|
13
|
11
|
106
|
Данные представленной таблицы показывают, что из 238 рассмотренных случаев превышение концентраций загрязняющих веществ наблюдалось 140 раз (59%), при этом 34 раза инверсии не отмечались, а в 106 случаях превышению сопутствовали инверсии, что в процентном соотношении составляет соответственно 24% и 76%, т.е. в дни с инверсиями, превышение концентраций загрязняющих веществ отмечается в 3 раза чаще. Всего за рассмотренный период отмечалось 173 дня с инверсиями, из них в 106 случаях отмечались превышения, что составляет 61%, в 67 случаях (39%) превышения не наблюдалось. Если рассмотреть отдельно теплые и холодные периоды, то превышение концентраций относительно одинаково: как в зимний период - 73 случая (52%), так и в летний - 67 случаев (48%). При наличии инверсии количество дней с превышением концентраций составило, в холодный период – 58 дней, в теплый – 48 дней, что в процентном соотношении составляет 79% и 72%. Помесячный анализ также показывает, что увеличение количества дней с повышенными концентрациями совпадает с ростом количества дней с инверсиями (Рис. 2). Для анализа зависимости влияния инверсий на повышение уровня концентраций загрязняющих веществ исследовались концентрации оксида углерода, диоксида азота, диоксида серы и фенола. Данные представлены в таблице № 3-4.
Таблица № 3
Зависимость влияния инверсии на загрязняющие вещества по данным ПНЗ № 28 в 2007г.
|
Загрязняющее вещество
|
Оксид углерода
|
Диоксид азота
|
Диоксид серы
|
Фенол
|
|
Кол-во дней с превышением
|
27
|
63
|
78
|
48
|
|
Превышение с инверсией (дни/%)
|
23/85
|
51/81
|
61/78
|
39/81
|
|
Превышение без инверсии (дни/%)
|
4/15
|
12/19
|
17/22
|
9/19
|
Наиболее часто из рассмотренных загрязняющих веществ повышались концентрации диоксида серы - 78 случаев, из них в 61 случае отмечалась инверсия, что составляет 78%
(Таблица № 4). Неблагоприятное влияние инверсии прослеживается и на других концентрациях, так по оксиду углерода, диоксиду азота и фенолу превышения при инверсиях составляют 85,78 и 81% соответственно. Наибольшее влияние инверсия оказывает на повышение концентраций оксида углерода: несмотря на то, что их превышений отмечалось меньше (27 случаев) по сравнению с другими, однако процент влияния инверсий отмечается максимальный – 85%. Таким образом, повторяемость повышенных концентраций загрязняющих веществ при наличии инверсии в 3-5 раз больше, чем при ее отсутствии.
Таблица № 4
Данные по превышению загрязняющих веществ ПНЗ № 28 в г. Челябинске за 2007 г.
|
Месяц
|
I
|
II
|
III
|
IV
|
V
|
VI
|
VII
|
VIII
|
IX
|
X
|
XI
|
XII
|
|
Оксид углерода
|
|
|
Кол-во дней с превышен.
|
0
|
0
|
1
|
0
|
0
|
6
|
9
|
0
|
0
|
7
|
3
|
1
|
|
Превышение с инвер.
|
0
|
0
|
1
|
0
|
0
|
5
|
8
|
0
|
0
|
5
|
3
|
1
|
|
Превышение без инвер.
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
1
|
1
|
0
|
0
|
2
|
0
|
0
|
|
Диоксид азота
|
|
|
Кол-во дней с превышен.
|
3
|
4
|
7
|
5
|
2
|
2
|
10
|
3
|
4
|
6
|
10
|
7
|
|
Превышение с инвер.
|
3
|
4
|
7
|
4
|
1
|
2
|
6
|
2
|
2
|
4
|
9
|
7
|
|
Превышение без инвер.
|
0
|
0
|
0
|
1
|
1
|
0
|
4
|
1
|
2
|
2
|
1
|
0
|
|
Диоксид серы
|
|
|
Кол-во дней с превышен.
|
2
|
8
|
8
|
2
|
5
|
10
|
10
|
2
|
4
|
5
|
13
|
9
|
|
Превышение с инвер.
|
2
|
7
|
6
|
1
|
3
|
8
|
8
|
1
|
2
|
4
|
11
|
8
|
|
Превышение без инвер.
|
0
|
1
|
2
|
1
|
2
|
2
|
2
|
1
|
2
|
1
|
2
|
1
|
|
Фенол
|
|
|
Кол-во дней с превышен.
|
3
|
1
|
5
|
10
|
1
|
2
|
6
|
0
|
3
|
8
|
5
|
4
|
|
Превышение с инвер.
|
3
|
1
|
3
|
7
|
1
|
2
|
6
|
0
|
3
|
6
|
3
|
4
|
|
Превышение без инвер.
|
0
|
0
|
2
|
3
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
2
|
2
|
0
|
Превышение оксида углерода наблюдалось в дни с инверсией в разные месяцы от 71 до 100% случаев, без инверсии 11-29% от общего количества дней с превышением, диоксида азота: с инверсией 50-100%, без инверсии 10-50%, диоксида серы: с инверсией 50-100%, без инверсии 12-50%, фенола: с инверсией 71-100%, без инверсии 0-40%.
Таким образом, проведенный анализ показал, что наличие инверсии оказывало значительное влияние на уровень загрязнения атмосферного воздуха ПНЗ № 28.
Для исследования влияния инверсий на загрязнение в целом по городу использовался комплексный параметр загрязнения воздуха Р, показывающий превышение фактического уровня загрязнения над среднесезонным, более чем в 1.5 раза на всех постах. К повышенным уровням концентраций относились случаи с параметром Р более 0,25. Анализ показывает, что в 2007 году из 295 дней с имеющимися наблюдениями за уровнем загрязнения атмосферного воздуха отмечалось 28 дней с повышенным параметром загрязнения, из них в 26 случаях отмечалась инверсия, что составляет 93% от общего числа превышений. Максимальное количество дней с повышенными концентрациями отмечалось в июле.
Таблица № 5
Повторяемость дней с инверсиями и повышенным загрязнением воздуха в целом по городу в 2007 г.
|
Месяц
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
8
|
9
|
10
|
11
|
12
|
Год
|
|
Кол-во дней с измерениями
|
20
|
24
|
26
|
24
|
25
|
24
|
26
|
26
|
25
|
27
|
25
|
23
|
295
|
|
Кол-во дней с превышением
|
1
|
1
|
3
|
4
|
-
|
3
|
8
|
-
|
-
|
3
|
3
|
2
|
28
|
|
Превышение без инвер.
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
1
|
1
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
2
|
|
Превышение с инвер.
|
1
|
1
|
3
|
4
|
-
|
2
|
7
|
-
|
-
|
3
|
3
|
2
|
26
|
Еще более наглядно прослеживается зависимость на диаграмме (Рис. 3). Лишь в двух случаях повышенного загрязнения инверсии не зафиксированы, однако в эти дни по техническим причинам показания профилемера отсутствуют. Учитывая синоптическую ситуацию в обоих случаях (гребень и заполняющийся циклон), а также адвекцию тепла на высоте, можно предположить, что в слое земля – 925 гПа в ночное время присутствовала инверсия или изотермия меньшей вертикальной протяженности. Таким образом, тенденция роста атмосферного загрязнения при инверсиях повторяется и при анализе концентраций поста, расположенного в районе профилемера, и при анализе комплексного показателя загрязнения в целом по городу. При этом зависимость комплексного показателя загрязнения от наличия инверсий еще более очевидная, что можно объяснить тем, что пост № 28 расположен в относительно чистом районе города.
Наиболее высокое и продолжительное загрязнение воздуха в г. Челябинске в течение 2007 года отмечалось 2-4 июля. Анализ метеорологических условий, повлекших повышение концентраций загрязняющих веществ, показал, что в течение продолжительного времени (28 июня - 4 июля) г. Челябинск находился в зоне малоградиентного поля повышенного давления. Ночью и днем наблюдалась теплая погода без осадков с северо-западным ветром 0-5 м/с, на высоте 600-700 м также преобладал слабый ветер северного направления. В ночные и утренние часы в приземном слое отмечались инверсии продолжительностью 9-11 часов (Рис. 4). Фактический комплексный показатель загрязнения воздуха составил за 30 июня 0,31, 2 июля - 0,36, 3 июля 0,34, 4 июля 0,32. Анализ данных мониторинга показал, что максимальное превышение концентраций (более максимально-разовой ПДК) наблюдалось 2-4 июля по оксиду углерода, фториду водорода, формальдегиду на трех ПНЗ. Концентрации оксида углерода, диоксида азота и серы превышали среднесезонные значения практически во всех районах города. 5 июля давление понизилось, днем прошел сильный дождь, инверсия разрушилась, и параметр понизился до 0,20.
Таким образом, в результате анализа данных мониторинга атмосферного воздуха и показаний метеорологического температурного профилемера за 2007 год можно сделать следующие выводы:
· В 2007 году в Челябинске отмечалось повышенное количество дней с инверсией (66%) от общего количества дней в году.
· В 61% при инверсиях отмечалось повышение концентраций загрязняющих веществ.
· Повторяемость повышенных концентраций загрязняющих веществ, при наличии инверсии была в 3-5 раз больше, чем при ее отсутствии.
· Тенденция роста концентраций загрязняющих веществ в районе расположения профилемера и комплексного показателя загрязнения в целом по городу совпадают.
«назад» |
