Разработка программы для обработки метеорологических условий и анализа их влияния на уровень загрязнения приземного атмосферного воздуха

Я.А. Ромашевская
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «МАТИ - Российский государственный технологический университет имени К.Э. Циолковского»,
г. Москва

Целью работы являлось создание программы для автоматизированной обработки статистических данных метеорологических факторов рассеивания (накопления) примесей, влияющих на уровень загрязнения приземного атмосферного слоя.

В основе программы лежит методика, которая включает: расчет разностей скоростей и температур на разных высотах и нормирующих коэффициентов и определение профилей температуры и сдвигов ветра. По профилю температуры можно говорить о наличии температурной инверсии, которая препятствует вертикальным перемещениям воздуха и способствует накоплению примесей, или её отсутствии. Сдвиги скорости характеризуют динамический фактор рассеивания: если сдвиг отрицательный, то динамический фактор слабый и не способствует рассеиванию; если сдвиг положительный, то наблюдается динамическая неустойчивость, которая, особенно в сочетании с горизонтальным переносом(V>5 м/с), приводит к рассеиванию примесей; если на графике сдвигов имеют место локальные максимумы, то можно сказать о наличии струйного течения нижнего уровня (СТНУ), которое приводит к усилению динамической турбулентности. При СТНУ уровень загрязнения, обусловленный приземными (наземными) источниками, понижается, т.е. происходит очищение за счет обмена или притока воздуха из вышележащих слоев. Если источник загрязнений высотный (т.е. есть струя = шлейф загрязнений), то при формировании СТНУ за счет увеличения обмена с вышележащим слоем концентрация загрязнений повышается.

Программа написана в среде визуального программирования Turbo Delphi Explorer 2006 и позволяет проводить анализ данных, полученных с метеорологических вышек, оборудованных автоматизированными датчиками измерения температуры и влажности воздуха, скорости и направления ветра, которые фиксируют данные с шагом в 1 час. Для этого программа проводит выборку данных, полученных от метеорологических станций за интересующий период времени и производит анализ по следующим величинам: температуры, скорости и направления ветра на различных высотах, сдвиги скорости ветра и профили температур, нормированные на 100 м; величины и повторяемости непрерывной продолжительности отрицательных и положительных сдвигов скоростей. Полученные результаты экспортируется в электронные таблицы формата Microsoft Excel 2003-2010, в которых далее строятся розы ветров, графики распределения сдвигов скоростей и температур, которые в дальнейшем необходимы для анализа и прогнозирования влияния метеорологических факторов на уровень загрязнения приземного атмосферного слоя.

В рамках проводимых исследований с помощью разработанной программы был произведен анализ данных за 2008-2010 гг, полученных с Обнинской высотной метеомачты (ВММ-301), которая не имеет аналогов в РФ и странах СНГ, отличается оснащённостью и комплексностью измеряемых параметров, в том числе метеорологических.

Проведенные с помощью разработанной программы показали следующие результаты:

1. Максимальная повторяемость отрицательных сдвигов ветра составила: в 2008 г. – 13 ч (4 мая с 1:00 до 13:00); в 2009 г. – 25 ч (с 8 марта 11:00 до 9 марта 11:00), это сопровождалось образованием СТНУ 8 марта в 08:00,16:00,19:00,21:00 и 9 марта в 09:00, 12:00 и 18:00; в 2010 г. – 15 ч (29 ноября с 1:00 до 15:00), это сопровождалось образованием СТНУ в 05:00 и 09:00.

2. Общая продолжительность отрицательных сдвигов приблизительно равна: в 2008 – 800 ч; в 2009 г. – 1000 ч; в 2010 г. – 930 ч.

3. Максимальное количество отрицательных сдвигов приходится: в 2008 г. – на весну (350 ч); в 2009 г. – на лето (445 ч); в 2010 г. – на лето и осень (по 290 ч).

4. Минимальное количество отрицательных сдвигов приходится: в 2008 г. – на зиму и лето (по 130 ч); в 2009 г. – на зиму (около 60 ч); в 2010 г. – на зиму (150 ч).

5. СТНУ встречались чаще всего: в 2008г. – зимой (с 08:00 до 09:00, с 21:00 до 22:00), весной (с 08:00 до 10:00, с 22:00 до 00:00), летом (с 08:00 до 10:00, с 23:00 до 00:00), осенью (с 09:00 до 10:00, с 22:00 до 00:00);в 2009г. – зимой (с 11:00 до 12:00, с 22:00 до 00:00), весной (с 09:00 до 11:00, с 23:00 до 03:00), летом (с 09:00 до 10:00, 23:00, 02:00), осенью (с 10:00 до 11:00, с 00:00 до 02:00); в 2010г. – зимой (с 06:00 до 07:00, с 20:00 до 21:00), весной (с 08:00 до 09:00, с 00:00 до 02:00), летом (с 08:00 до 10:00, с 22:00 до 01:00), осенью (с 11:00 до 12:00, с 22:00 до 02 :00).

По результатам проведенного анализа были сделаны следующие выводы: поскольку отрицательные сдвиги способствуют накоплению загрязнений в приземном слое атмосферы, то приземный воздух был наиболее загрязнен примесями весной 2008 г., летом 2009 г., летом и осенью 2010 г., исключая часы существования и формирования СТНУ, т.к. струйные течения нижнего уровня (СТНУ) приводят к усилению динамической турбулентности воздушного потока и рассеиванию загрязнений в приземном слое атмосферы

Список литературы

1. Фаронов, В.В. Delphi 4.Учебный курс.- М.: «Нолидж», 1998.-464 с., ил.

2. http://typhoon-tower.obninsk.org/ru/index.htm.

3. Тарасов В.В., Тихонова И.О., Кручинина Н.Е. Мониторинг атмосферного воздуха; учеб. пособие. – М.: ФОРУМ:ИНФА –М, 2007.- 128с.  

Назад к списку