Краткосрочный прогноз концентрации угарного газа в атмосфере Московской агломерации

• Автор: Ревокатова, Анастасия Петровна
• Шифр специальности: 25.00.30
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 184 с. : ил.

Содержание:
Введение
1. Глава 1. Загрязнение атмосферного воздуха в городах
1.1. Источники загрязнения атмосферы
1.1.1. Антропогенные эмиссии газообразных веществ и аэрозолей в атмосферу
1.1.2. Основные загрязняющие вещества в атмосфере городов и их влияние на здоровье человека
1.1.3. Особенности временной изменчивости и пространственного распределения концентрации примесей в городах
1.1.4. Содержание угарного газа в атмосфере
1.1.5. Способы оценки эмиссий загрязняющих веществ. Базы данных
1.1.6. Спутниковая информация
1.1.7. Обратное моделирование
1.2. Загрязнение атмосферы Московской агломерации
1.3. Атмосферная химия городов
1.3.1. Газофазные и жидкофазные реакции
1.3.2. Физическая и химическая трансформация аэрозолей
1.3.3. Опасные явления загрязнения атмосферы
2. Глава 2. Моделирование распространения и трансформации химических веществ в атмосфере
2.1. Подходы к моделированию переноса примеси в атмосфере
2.2. Химико-транспортные модели в мире
2.2.1. История и развитие
2.2.2. «Он-лайн» и «офф-лайн» подходы
2.2.3. Химические модули в моделях
2.2.4. Аэрозоли
2.2.5. Входная информация
2.2.6. Использование ХТМ в мировой практике
2.3. Модельная система COSMO-Ru7-ART
2.3.1. Метеорологическая модель COSMO
2.3.2. ART - блок химических и физических трансформаций газов и аэрозолей
2.3.3. Использование COSMO-Ru7-ART в Гидрометцентре России
3. Глава 3. Эмиссии загрязняющих веществ
3.1. Расчет эмиссий
3.1.1. Обработка данных измерений концентрации угарного газа
3.1.2. Оценка высоты слоя перемешивания
3.2. Анализ величин эмиссий угарного газа, определенных описанным методом
3.2.1. Пространственно-временная структура
3.2.2. Сравнение полученных эмиссий с данными TNO
4. Глава 4. Реализация метода прогноза концентрации угарного газа на территории Москвы
4.1. Прогноз пространственно-временного распределения концентрации СО по данным COSMO-Ru7-ART с использованием эмиссий, полученных из разных источников
4.1.1. 9-12 августа
4.1.2. 22-25 февраля
4.1.3. 19-22 апреля
4.1.4. 29 ноября - 2 декабря
4.2. Статистические характеристики качества прогноза
Заключение
Список использованной литературы

Введение
Постоянно растущие темпы загрязнения атмосферы городов - основной среды проживания миллиардов людей, делают крайне важной для современной метеорологии задачу прогноза загрязнения воздуха в городах и городских агломерациях.
Краткосрочный пространственно детализированный прогноз
распределения загрязняющих веществ в атмосфере должен решаться в рамках общей проблемы прогноза погоды. Совместный прогноз трех типов погоды: собственно погоды, химического состава воздуха (концентрации опасных газовых и аэрозольных соединений) и экологического воздействия, включающего оценку степени воздействия химических соединений, в том числе пыльцы и других аллергенов, на здоровье и самочувствие населения [А1ара1у еТ а1., 2012] основан на использовании химико-транспортной модели (ХТМ), в которой концентрация вещества определяется совокупным действием адвекции и диффузии, химических реакций, вымыванием и сухим осаждением веществ, а также их эмиссией с подстилающей поверхности. Последний фактор самый проблемный с практической точки зрения, так как в условиях множественного действия точечных источников он не может быть надежно определен. Необходимость преодоления этого препятствия стимулировала развитие в мировой практике косвенного подхода к оценке эмиссий, который не способен обеспечить надежных результатов в краткосрочном прогнозе.
В качестве входных данных для работы ХТМ обычно используются базы данных инвентаризаций выбросов, в которых оценка эмиссии загрязняющих веществ базируется на косвенных данных: информации о плотности населения, распределения автодорог, структуре промышленного сектора и другой информации. Такие данные обычно носят «климатологический» характер, то есть

при использовании их в прогностических целях считается, что в каждый конкретный день и час эмиссии повторяют особенности, наблюдавшиеся в прошлые годы. Подобные инвентаризации выбросов - единственная информация об эмиссиях загрязняющих веществ, имеющая достаточное для работы химикотранспортных моделей разрешение. Другие доступные данные о выбросах, такие как расчеты эмиссий от промышленных предприятий и транспорта, основанные на специальных методиках, публикуемые в ежегодниках по выбросам [Ежегодник выбросов, 2008], приводятся для каждого субъекта или для отдельного предприятия в целом за год, поэтому их невозможно использовать в ХТМ, которые требуют данные об эмиссиях с ежечасным (иногда, более грубым) разрешением в узлах дискретной сетки. Информации о мощности площадного источника - сегмента городской территории, не существует, и нет даже теоретической возможности ее получения для условий мегаполиса Актуальность работы
Недостаточная точность имеющихся данных об эмиссиях и необходимость задания актуальных значений выбросов для прогноза, обуславливает актуальность разработки метода расчета эмиссий загрязняющих веществ на основании реальных данных измерений.
В ХТМ прогноз концентрации веществ осуществляется путем решения уравнения диффузии численными методами в узлах дискретной сетки. При этом концентрация вещества в каждый момент времени является функцией от его источника. В данной работе делается попытка оценить мощность этого источника, то есть из информации о характеристиках атмосферы (данные метеорологической мезомасштабной модели С08М0-Яи7) и содержания в ней химических соединений (данные сети ГПУ «Мосэкомониторинг») отфильтровывается эмиссионная составляющая. Подобное усвоение данных измерений позволяет получить детализированное на территории города поле эмиссий, которое характеризуется максимальной приближенностью к реальным условиям формирования выбросов в конкретный день, оперативностью получения

Рис. 1.8. Средние для территории России выбросы угарного газа по данным разных инвентаризаций, кг/м2сек.
Из рис. 1.8. видно, что наблюдается заметный тренд снижения выбросов СО в атмосферу в среднем по России. Это может быть связано с переходом экономики на более высокий уровень, а так же с улучшением качества автомобильного топлива, неполное сгорание которого является мощнейшим антропогенным источником СО в атмосфере. Сравнение баз данных по выбросам показывает значительные отличия эмиссий по данным ЕОСА11у4.2 и ЕМЕР в 1979-1993 гг. Начиная 1993 г. согласование данных увеличивается и расхождение уже не так велико. В период 2002-2004 гг. средние по территории России эмиссии по данным ЕМЕР и ТМО практически совпадают. Пространственное распределение эмиссий СО за 2006 год по данным разных инвентаризаций приведено на рис. 1.9. Видно что, в целом, все инвентаризции выбросов отражают пространственные особенности распределения источников СО. На территории России и Скандинавского полуострова хорошо заметны города и другие локальные источники выбросов, а в остальных Европейских странах (за исключением Испании) из-за густоты сети автодорог и высокой плотности населения, отдельные источники сливаются в одну общую зону с выбросами 5*10' 10 кг/м2*сек и выше. Различия в инвентаризация выбросов особенно заметны в малозаселенных районах, например на севере Европейской территории России и в