|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИПМех РАН |
||
Влияние метеорологических условий на приземное содержание малых атмосферных газовдипломная работа (Магистр)
- Научный руководитель: Локощенко М.А.
- Автор: Богданович А.Ю.,
- Тип: Магистр
- Организация, в которой проходила защита: МГУ имени М.В. Ломоносова
- Год защиты: 2020
- Аннотация: Темой магистерской диссертации А.Ю.Богдановича явилось всесторонне исследование влияния различных метеорологических условий на уровни приземного загрязнения воздуха применительно к Москве и Бангалору. Насущность работы для нужд практики (прогнозов состояния воздушного бассейна крупных городов) очевидна, её результаты имеют как фундаментальное, так и прикладное научное значение. Материалами для работы А.Ю.Богдановича послужили данные измерений совместной Экологической станции ИФА РАН и Географического факультета МГУ, работавшей на территории Метеорологической обсерватории МГУ в продолжение 12 лет с 2002 по 2014 гг., а также действующего там же поста сети Мосэкомониторинг. К анализу были привлечены также данные станционных наблюдений и акустического зондирования атмосферы в Метеорологической обсерватории МГУ. В работе использован широкий набор методов статистического и, отчасти, синоптического анализа. Полученные А.Ю.Богдановичем результаты многообразны. Им исследовано влияние утренних приподнятых инверсий, а также долгоживущих приподнятых инверсий оседания на динамику приземного содержания озона и двуокиси азота. Антоном Юрьевичем, впервые на основе 12-летних выборок данных, построены и исследованы эмпирические функции содержания основных малых газов, а также углекислого газа, от основных метеорологических величин. Помимо этого, А.Ю.Богданович детально изучил влияние опасного метеорологического явления грозы на состав воздуха и ветровой режим, включая изменения в распределении содержания малых газов с высотой при грозах. Наконец, им осуществлён анализ условий загрязнения воздуха в условиях тропиков – в г. Бангалор (Индия). В результате проделанной работы была проанализирована динамика годового и суточного хода основных загрязняющих веществ в г. Москва по многолетним данным совместной Экологической станции ИФА РАН и МГУ в Метеорологической обсерватории МГУ за период 2002-2014 гг. По данным измерений приземного содержания примесей исследованы их зависимости от температуры воздуха, относительной влажности и скорости ветра в городе, найдена тесная связь их концентраций с метеорологическими условиями и явлениями. Так, в процессе работы был проведен тщательный анализ влияния утренних инерционный приподнятых инверсий и долгоживущих инверсий оседания, которые определялись по данным акустического локатора «ЭХО-1» в МО МГУ, на состав приземного воздуха в Москве. Отдельная интересная работа была проделана для выявления зависимостей содержания малых атмосферных газов в приземном слое воздуха крупного города от прохождения грозовых очагов. Кроме того, дополнительно выполнена задача по изучению особенностей влияния метеорологических условий на приземное загрязнение воздуха г. Бангалор (Индия) по данным 10 станций за период 2018 – январь 2020 гг. В результате работы получены следующие выводы: 1. Различия в концентрациях озона в интервале температуры воздуха от -10 до +15°C и двуокиси серы в интервале T от -15 до +32°C статистически незначимы с доверительной вероятностью p=0,95. Для CO2 характерно общее устойчивое понижение концентрации с ростом T, что, видимо, связано с годовым ходом CO2 (интенсивным фотосинтезом летом). При повышении T более +20°C отмечается уменьшение содержания NO и NO2, что связано с усилением их рассеивания при термической конвекции. Понижение Т вплоть до -18°C для NO, NO2 и до ещё более низких значений температуры для CO и SO2 приводит к достоверному повышению этих примесей вследствие влияния частых приземных инверсий, препятствующих рассеиванию выбросов низких источников, замедления окисления NO и CO, а также использования в отоплении при сильных морозах резервного топлива, что ведёт к росту SO2. При экстремально высокой Т наблюдается резкий рост O3 вследствие как более интенсивной конвекции (притока O3 из средней тропосферы), так и усиления фотохимического образования этого газа при больших значениях УФ радиации. Рост CO при T > 27°C является опосредованным и связан не с температурой воздуха как таковой, а с явлением дымной мглы при пожарах во время аномальной жары 2010 и 2002 гг. 2. Зависимости NO, NO2 и CO от скорости ветра качественно сходны с гиперболами (функциями обратной пропорциональности при положительном значении коэффициента). Они характеризуются нелинейным уменьшением содержания этих примесей с ростом V и асимптотическим приближением к нижнему пределу при некотором пороговом значении V (для NO и CO – 5-6 м/с). Для SO2 как продукта выбросов высоких источников функция немонотонная: отмечен максимум при V от 1 до 2 м/с. Концентрация O3, напротив, обычно растёт с ростом V вследствие усиления перемешивания и замещения городского воздуха сельским. В целом, накоплению примесей из низких источников способствуют условия штиля или слабого ветра, а озона – сильный ветер. 3. В целом, с ростом относительной влажности воздуха концентрация O3 уменьшается, остальных примесей – растёт; в этом опосредованно проявляется влияние Т. Однако, в случае с CO при достижении F = 50-60% дальнейшего увеличения концентрации примеси не происходит. Также, при очень высокой F (>70% для NO2 и >80% для SO2) содержание обеих примесей уменьшается, поскольку выпадающие осадки служат их стоком. 4. По данным поста Мосэкомониторинга в МГУ, приземное содержание озона при разрушении инерционных приподнятых инверсий утром в среднем растёт, а двуокиси азота и окиси углерода (продуктов выбросов низких источников) уменьшается. Рост приземного озона начинается с отрывом утренней инверсии от поверхности и началом её подъёма, но ускоряется при её разрушении. При этом максимум в значении первой производной О3 (ускорение роста) в среднем отмечается в течение первых 40 мин после момента разрушения инверсии, что доказывает существенную роль динамических процессов в динамике озона (его притока из вышележащих слоёв). Для NO2, напротив, момент разрушения инверсии связан с началом устойчивого уменьшения приземного содержания вследствие рассеивания. 5. Впервые по многолетним данным проведён анализ влияния долгоживущих приподнятых инверсий на динамику малых газов в приземном слое атмосферы. В условиях долгоживущих приподнятых инверсий (продолжительностью 20 ч и более) в нижнем 800-метровом слое воздуха не выявлено статистически достоверных изменений в приземном содержании ни озона, ни двуокиси азота. Возможным объяснением служит влияние других факторов (например, усиление или ослабление ветра, выпадение осадков), а также ослабление влияния приподнятых инверсий при большой высоте их основания и малой мощности. 6. Статистически достоверных изменений в составе приземного воздуха (в приземном содержании O3, NO и NO2) при сильных грозах не выявлено. Лишь по данным Экологической станции в МО МГУ после начала особо сильных гроз отмечен слабый максимум O3 – впрочем, незначимый. Общее уменьшение приземного содержания O3 и рост NO2 в течение первых 4 часов после начала гроз любой интенсивности отражают более частое их наблюдения вечером и средний суточный ход данных малых газов в это время суток. Анализ ветрового режима показал, что прохождение гроз связано с общим усилением ветра в течение первых 30 мин после их начала вследствие их общей причины – развития особо мощных грозовых облаков Cb. 7. Значительное воздействие особенностей климатических условий на приземное содержание малых атмосферных газов прослеживается в г. Бангалор (Индия). Так, в условиях летнего муссона в приземном слое города выявлено статистически значимое уменьшение содержания основных примесей на большинстве станций. Сделать однозначные выводы о зависимостях приземного содержания примесей от температуры воздуха в Бангалоре сложно в связи с малым диапазоном измерений.
- Добавил в систему: Локощенко Михаил Александрович