Экология/ 6. Экологический мониторинг

К.г.н. Журавлев Г.Г.

Томский национальный исследовательский государственный университет, Россия

Динамика индекса загрязнения приземного слоя атмосферы г. Томска

Формирование загрязнения атмосферного воздуха в городах представляет собой сложный процесс, который плохо поддается моделированию из-за влияния большого числа влияющих факторов: постоянно меняющиеся выбросы промышленных предприятий и автотранспорта, метеорологические и физико-географические условия местности. Кроме этого существенное влияние на рассеивание примесей в условиях города оказывают высота застройки, ширина и направление улиц, зеленые массивы и водные объекты, которые образуют разные формы наземных препятствий воздушному потоку и приводят к возникновению особых метеорологических условий в городе. Также многие авторы отмечают влияние “острова тепла“, возникающего в городах, на распространение примесей в городах [Берлянд,1985; Сонькин,1991]. Уровень загрязнения атмосферы оценивается множеством различных показателей, в том числе и комплексных. В этих показателях в качестве предикторов могут выступать различные характеристики: объемы производства, численность населения, количество сжигаемого топлива, масса загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферный воздух, измеренные концентрации и т.п. В настоящее время разработано достаточно большое число методик, применяемых на практике. В системе контроля и наблюдений за загрязнением атмосферного воздуха Росгидромета применяется комплексный показатель – индекс загрязнения атмосферы (ИЗА), разработанный в ГГО им. А.И. Воейкова [Безуглая, 1984]:

где: Y_i – единичный (частный) индекс загрязнения для i-ого вещества;

q_cpi – среднегодовая фактическая концентрация i-ого вещества;

ПДК_cсi – среднесуточная ПДК для i-ого вещества;

m – количество измеренных примесей;

c_i - безразмерная константа приведения степени вредности i-ого вещества к вредности диоксида серы, зависящая от того, к какому классу опасности принадлежит загрязняющее вещество. Среднее значение c_i для групп веществ 4-х классов опасности принимается: для первого класса – 1,7; для второго – 1,3; третьего – 1,0; четвертого – 0,9.

Единичный Y_i используются для сравнения уровней загрязнения воздуха за разные интервалы времени в различных районах, по ним можно судить о приоритетности загрязняющих веществ. Комплексный ИЗА используют для тех же целей, а также для определения городов с высоким уровнем загрязнения атмосферного воздуха. Перечень наиболее загрязненных городов составляется на основе расчета ИЗА по пяти веществам (m=5, ИЗА₅), которым соответствуют наибольшие значения Y_i. В соответствии с существующими методами оценки среднегодового уровня, загрязнение считается низким, если ИЗА ниже 5, повышенным при ИЗА от 5 до 6, высоким при ИЗА от 7 до 13 и очень высоким при ИЗА равном или больше 14.

Материалом для исследования послужили данные наблюдений Томского Центра по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды за период с 2000 по 2011 годы на 6 постах наблюдения за загрязнением (ПНЗ): ПНЗ-2 (пл. Ленина), ПНЗ-5 (ул. Герцена 68а), ПНЗ-11 (ул. Пролетарская 8б), ПНЗ-12 (пос. Светлый), ПНЗ-13 (ул. Вершинина 17в) и ПНЗ-14 (ул. Лазо 5/1). Пост наблюдения ПНЗ-12 находится в пос. Светлый, в северном направлении от Томска. Для оценки вклада (приоритетности) различных примесей в ИЗА были рассчитаны их единичные индексы загрязнения. Расчет Y_i производился по каждому посту отдельно. В таблице приведены характеристики приоритетности загрязняющих веществ по каждому посту наблюдения.

Таблица - Вклад различных ингредиентов (%) в ИЗА в г. Томске.

ПНЗ	Загрязнители
	формальдегид	Пыль	SO2	CO	NO2	NO	фенол	сажа		HCl		Аммиак	Метанол
ПНЗ-2	74,2	4,8	0,1	5,2	9,3	3,3	2,0	1,1		-		-	-
ПНЗ-5	49,8	12,8	0,2	9,1	22,4	-	2,6	-		3,5		-	-
ПНЗ-11	66,7	7,5	0,2	8,4	10,8	4,1	-	2,3		-		-	-
ПНЗ-13	78,1	4,9	-	-	11,3	-	-	-		3,6		2,2	-
ПНЗ-14	62,7	4,0	0,2	12,4	18,2	-	-	-		-		2,6	-
Среднее	66,3	6,8	0,2	8,8	14,4	3,7	2,3	1,7		3,5		2,4	-
	пос. Светлый
ПНЗ-12	69,5	4,5	0,2	12,4	5,8	-	-	-	-		2,4			5,2

Наибольший вклад в формирование ИЗА на всех городских постах вносит формальдегид, в среднем этот вклад составляет 66,3 %, эта особенность характерна для многих городов [Селегей, 2005] и связана с выбросами автотранспорта, составляющими примерно 77% для г. Томска. На втором месте диоксид азота – 14,4 %, на третьем месте – пыль 6,8 %, на четвертом – оксид углерода 8,8 %, на пятом – оксид азота – 3,7%, на шестом – хлористый водород 3,5 % и т.д. Вклад в формирование ИЗА различных ингредиентов на ПНЗ-12 (пос. Светлый) сохраняет те же пропорции, что и в черте города. Приоритетность загрязняющих веществ учитывалась при расчете ИЗА₅ по пяти (m=5) ингредиентам. На рисунке приведена динамика среднегодовых значений ИЗА₅ по постам наблюдения с 2000 по 2011 годы.

Анализ динамики среднегодовых ИЗА₅ показывает, что с 2000 года по 2005 наблюдалась тенденция к уменьшению ИЗА₅ на всех постах наблюдения, значения ИЗА₅ (средние по городу) уменьшились с 18,1 (очень высокий уровень загрязнения) до 7,9 (высокий уровень). Начиная с 2005 года, стала заметной тенденция к увеличению индекса загрязнения, в 2007 году среднее по городу значение ИЗА₅ составило 12 (высокий уровень). Этот рост продолжался недолго, начиная с 2008 года, началось плавное снижение ИЗА₅ вплоть до 2010 года. В 2011 году вновь наметилась тенденция к увеличению индекса загрязнения. До середины рассматриваемого периода наибольший ИЗА наблюдался на ПНЗ-2, максимальное значение среднегодового ИЗА₅ достигало величины 21,9 (2000 г.), минимальное значение – 10,3 (2010 г.). Это вызвано расположением ПНЗ на улице с интенсивным движением. Но с 2007 года наиболее высокий уровень ИЗА₅ наблюдается на ПНЗ-13. Динамика ИЗА₅ в пос. Светлый сохраняет те же тенденции, что и в городе Томске.

Индекс загрязнения (ИЗА₅) в 2011 году свидетельствует об очень высоком загрязнения атмосферы на постах ПНЗ-2 и ПНЗ-13 (соответственно 14,5 и 14,9). Высокие уровни индекса отмечены в пунктах ПНЗ-5 и ПНЗ-11 (значения 7,8 и 8,6). Повышенный уровень отмечен на ПНЗ-12 – 5,1 и низкий на ПНЗ-14 – 3,4.

Рисунок - Динамика среднегодовых значений ИЗА₅ в г. Томске

Ведущая роль формальдегида приводит к тому, что динамика ИЗА₅ практически соответствует динамике концентраций формальдегида. Коэффициенты корреляции между индексами ИЗА₅ и соответствующими концентрациями формальдегида имеют следующие значения: ПНЗ-2 – 0,73; ПНЗ-5 – 0,94; ПНЗ-11 – 0,99; ПНЗ-12 – 0,99; ПНЗ-13 – 0,96 и ПНЗ-14 – 0,94.

Также был исследован сезонный ход концентраций формальдегида по пунктам наблюдения. Среднемесячные концентрации формальдегида на всех постах практически синхронно повышались весной, достигали максимальных концентраций в летний период, когда отмечалась сухая, жаркая погода, осенью и зимой концентрации снижались, достигая минимума в самые холодные месяцы года.

Литература

1. Берлянд М.Е. Прогноз и регулирование загрязнения атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1985. 272 с.

2. Сонькин Л.Р. Синоптико-статистический анализ и краткосрочный прогноз загрязнения атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1991. 224 с.

3. Безуглая Э.Ю. К оценке метеорологических условий загрязнения атмосферы / Безуглая Э.Ю., Завадская Е.К., Зражевский И.М., Нестерова М.Ю. // Труды ГГО. 1984. Вып. 479. С. 87–98.

4. Заридзе Д.Г. Загрязнение атмосферного воздуха и заболеваемость городского населения раком легких / Заридзе Д.Г., Земляная Г.М. // Санитария и гигиена. 1990. № 12. С.4–7.

5. Селегей Т.С. Формирование уровня загрязнения атмосферного воздуха в городах Сибири. Новосибирск: Наука, 2005. 248 с.