Введение
Одной из актуальных проблем современности является проблема охраны окружающей среды. В настоящее время загрязнение атмосферы , особенно в городах , достигло угрожающего уровня. Ежедневно в атмосферу города Москвы предприятиями энергетики, промышленности и автотранспортом выбрасывается несколько тысяч тонн вредных веществ . В связи с этим особенно остро встает вопрос об охране воздушного бассейна города.
К сожалению , применяемые в системе экомониторинга городской атмосферы методы обладают малой точностью и низким быстродействием, отсутствует контроль за вертикальным профилем концентрций загрязнителей в пределах высоты застройки. Необходимо разработать и внедрить методы обеспечивающие оперативное получение репрезентативных данных о загрязнении всей толщи городской атмосферы.
Одним из наиболее вредных компонентов выбросов ТЭЦ и автотранспорта является диоксид азота (К02). Он не только сам оказывает пагубное влияние на здоровье человека, но и вступает в химические реакции с другими веществами, образуя еще более опасные соединения. Он является предшественником
пероксиацетилнитрата(ПАН) [3], а также НЫОз - одного из основных компонентов кислотных дождей. Наименее изученными до сегодняшнего дня остаются вопросы влияния химических трансформаций на изменения во времени концентраций вредных веществ, в частности в системе ЫОх - 03. Существющие модельные расчеты поведения этой системы , включающие в себя значительное количество реакций не дают представления о реальном поведении компонентов в конкретных условиях. В связи с этим актуальной задачей является обнаружение универсальных закономерностей переноса и
3
трансформации этих активно взаимодействующих веществ. Поэтому необходимо проводить синхронные измерения временного хода их концентраций с высоким временным разрешением и высокой репрезентативностью.
Одна из целей работы заключалась в разработке трассовых спектрально-оптических методов, позволяющих проводить в натурных условиях квазисинхронные измерения суточного хода концентраций О* и N02 с высоким временным разрешением.
Другая цель состояла в том, чтобы с помощью разработанного метода провести квазисинхронные измерения суточного хода и пульсаций концентраций Ы02 и 03 и исследовать соотношения между их концентрациями в условиях приземного слоя городской атмосферы.
Следующей целью работы было проведение квазисинхронных измерений концентрации Ы02 на разных уровнях в пределах высоты застройки для проверки моделей переноса и трансформации примесей в условиях реальной городской застройки. Эти данные необходимы для корректировки этих моделей.
Кроме того стояла задача найти характеристики и временную изменчивость вертикального профиля концентрации диоксида азота. Исследование характеристик временного хода концентрации примеси на различных высотах в пределах застройки является важным и актуальным для повышения эффективности мониторинга городской атмосферы. Эти характеристики являются важными параметрами, определяющим необходимое быстродействие системы атмосферного мониторинга. Система контроля должна успевать отслеживать опасный рост концентрации, чтобы можно было своевременно принять меры по нормализации неблагоприятной ситуации повышенного загрязнения атмосферы.
4
В настоящей работе было произведено экспериментальное
исследование распределения концентрации диоксида азота в атмосфере
г.Москвы в окрестности ИНЭПХФ РАН (Ленинский пр.,38) в пределах
высоты застройки соседних высотных зданий, и исследована динамика
изменений концентраций. Измерения проводились с помощью
дистанционного трассового спектрально-оптического метода. Этот
метод позволяет получать информацию о распределении содержания
вредной примеси в различных областях атмосферы, в том числе и на
*
различных высотах и в недоступных для обычных методов зонах.
Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов , заключения и списка цитируемой литературы. Большая часть глав состоит из параграфов.
В первой главе дается обзор современных проблем экологического мониторинга атмосферы, методов контроля атмосферного воздуха, представлений о химических трансформациях диоксида азота и переносе пассивной примеси в приземном слое городской атмосферы.
Вторая глава посвящена описанию оригинальных экспериментальных методик измерения трассовым спектральнооптическим методом диоксида азота , озона и диоксиди серы, методик измерения диоксидов азота и серы на наземном пункте наблюдений и методикам измерения метеопараметров.
В третьей главе обсуждаются результаты исследования динамики изменений концентраций диоксида азота в приземном слое городской атмосферы. Проведен анализ суточного хода и динамики краковременных изменений.
Четвертая глава посвящена результатам синхронных измерений суточного хода концентраций 03 и N02. Даются соотношения между их концентрациями, степень скоррелированности суточных ходов.
5
Проанализированы причины , определяющие динамику взаимных изменений концентраций примесей диоксида азота и озона.
В пятой главе проанализированы результаты исследования вертикального профиля концентраций диоксида азота и озона. Обсуждаются результаты синхронных измерений концентраций ЪЮ2 и ЭОг на трассе и на приземном посту и трассовых исследований вертикального распределения диоксида азота в пределах высоты застройки.
Затем следуют выводы, заключение и список цитированной литературы.
6
ГЛАВА 1. Обзор литературы.
1.1. Проблемы мониторинга городской атмосферы.
Для проведение мероприятий по улучшению состояния окружающей среды и для принятия экстренных мер в аварийных случаях необходима информация о распределении и временном ходе опасных примесей в городской атмосфере. Существующая городская сеть постов контроля качества воздуха Московского центра по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (МосЦГМС) имеет слишком малую плотность, а применяемые на постах методы анализа обладают низким быстродействием. Поэтому получаемая информация отстает от фактического состояния объектов в их развитии, а из-за сложной динамики установления концентраций опасных загрязнений в атмосфере трудно прогнозировать уровни загрязнений даже на близких расстояниях от постов.
Задача службы контроля атмосферы состоит в измерении и поддержании в допустимых пределах концентраций вредных веществ в атмосфере. Для успешного решения этой задачи необходимо вовремя зафиксировать опасную концентрацию загрязнителя и принять меры против ее дальнейшего роста. Основным недостатком действующей сети наблюдений за состоянием загрязнения атмосферы является ее неоперативность. Запаздывание получения результата измерения от момента отбора проб составляет в среднем 5-6 часов [ 1 ]
В существующей системе контроля городской атмосферы измерения концентраций загрязнителей осуществляют днем в так называемые синоптические сроки, а именно в 9-00, в 12-00, в 15-00 и в 18-00. Таким образом, интервал между измерениями N02 составляет 3 часа. В то же время , по данным [2] , показатель изменчивости концентрации диоксида азота составляет примерно ± 1 час . В
7
качестве этого показателя использована величина С'^сЮЛЙ, где С- концентрация, а I - время. Это означает, что концентрация ЫОз может измениться на величину, равную самой себе за 1 час. Необходимо получать информацию о концентрации загрязнителей с временным разрешением не хуже 1 часа, чтобы отследить динамику изменения концентрации загрянителя в атмосфере города.
Большой интерес для экомониторинга атмосферы представляет изменение концентрации диоксида азота в течение суток, так называемый суточный ход. При отсутствии влияния антропогенных источников загрязнения этот ход хорошо выражен [2], причем максимальная концентрация регистрируется днем, а минимальная -ночью. В этом случае характер суточной изменчивости концентрации И02, а также других веществ таких, как озон, диоксид серы, оксид азота, обусловлен внутрисуточной динамикой слоя перемешивания и слоя ночной температурной инверсии. Для данной работы интересен вопрос суточной изменчивости концентрации Ы02 в урбанизированных районах. Для условий городской атмосферы максимальные концентрации примесей регистрируются в утренние и вечерние часы (в так называемые часы пик).
Максимумы, наблюдаемые на графиках суточного хода концентраций диоксида азота и других антропогенных примесей в урбанизированных районах, могут быть обусловлены как изменчивостью интенсивности источников первичного загрязнения атмосферы (промышленность, автотранспорт) в течение суток, так и изменением интенсивности конвективного турбулентного обмена масс воздуха в течение суток.
При постоянной мощности промышленных выбросов дневное усиление турбулентного обмена между приземным слоем и вышележащими слоями приводит к уменьшению концентрации
8
первичного загрязнения приземного слоя атмосферы в это время суток. Этот эффект приводит к появлению минимума на графике суточного хода концентрации диоксида азота.
Источником загрязнения приземного слоя вредными примесями, в том числе И02, является автотранспорт, интенсивность движения которого, как правило, максимальна в утренние и вечерние часы пик.
Известно, что диоксид азота вместе с озоном в результате фотохимических реакций в городской атмосфере могут приводить к образованию еще более токсичных вторичных антропогенных примесей, такие как, например, пероксиацетилнитрат (ПАН)[3]. Для правильной оценки и прогнозирования загрязненности городской атмосферы необходимо изучение этих процессов.
Существующая система контроля чистоты атмосферы ориентирована в основном на измерение и поддержание в пределах установленных норм концентраций загрязнителей на высоте 1,5-2.м. согласно применяемому “Руководству по контролю загрязнения атмосферы РД 52.04.186-89” [4] и не учитывает существование вертикального профиля концентраций загрязнителей в пределах высоты многоэтажной городской застройки . Из-за этого результаты анализа качества воздуха на наземных пунктах измерения во многих случаях не отражают степени загрязненности атмосферы на уровнях верхних этажей зданий. Вопрос о вертикальном профиле концентраций в системе экомониторинга городской атмосферы решается на основе теоретических моделей, исходя из данных, полученных на приземных пунктах измерений. Эти модели нуждаются в экспериментальном обосновании в условиях многоэтажной городской застройки.
Существенного повышения эффективности системы экомониторинга городской атмосферы можно добиться путем внедрения трассовых спектрально-оптических методов, которые были
9
использованы в данной работе. Эти методы позволяют оперативно “в режиме реального времени” измерять с высокой точностью концентрации многих примесей в атмосфере, обладают высокой репрезентативностью и позволяют успешно решать задачи мониторинга приподнятых слоев воздуха.
- Київ+380960830922