ИССЛЕДОВАНИЕ ВАРИАЦИЙ МАССОВЫХ КОНЦЕНТРАЦИЙ САЖЕВОГО

ИССЛЕДОВАНИЕ ВАРИАЦИЙ МАССОВЫХ КОНЦЕНТРАЦИЙ САЖЕВОГО И СУБМИКРОННОГО АЭРОЗОЛЕЙ В ВОЗДУШНОМ БАССЕЙНЕ БОЛЬШОГО ГОРОДА (НА ПРИМЕРЕ МОСКВЫ)

Цель работы - экспериментальное исследование закономерностей временной и пространственной изменчивости массовой концентрации сажевого и субмикронного аэрозолей в воздушном бассейне большого города (на примере г. Москвы). АЭРОЗОЛИ – ДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ, СОСТОЯЩИЕ ИЗ ЖИДКИХ ИЛИ ТВЕРДЫХ ЧАСТИЦ, НАХОДЯЩИХСЯ ВО ВЗВЕШЕННОМ СОСТОЯНИИ В ГАЗОВОЙ СРЕДЕ (ОБЫЧНО В ВОЗДУХЕ). К АЭРОЗОЛЯМ ОТНОСЯТСЯ ДЫМЫ, ТУМАНЫ, ПЫЛИ, СМОГ И Т. Д. АЭРОЗОЛЬ ЯВЛЯЕТСЯ КОНЕЧНЫМ ПРОДУКТОМ НЕПРЕРЫВНОГО ПРОЦЕССА ВНУТРИАТМОСФЕРНОГО СИНТЕЗА ПРИМЕСЕЙ. ЭТО ОБСТОЯ- ТЕЛЬСТВО ОПРЕДЕЛЯЕТ АКТУАЛЬНОСТЬ ЕГО ИЗУЧЕНИЯ.

МИКРОСТРУКТУРА АТМОСФЕРНОГО АЭРОЗОЛЯ Дисперсный состав атмосферного аэрозоля можно рассматривать как сложную разнородную дисперсную структуру, которая в атмосфере компонируется из трех фракций (мод): üмикродисперсной (ядерной) – 0, 005 – 0, 03 мкм; üсубмикронной (аккумулятивной) – 0, 05 – 1 мкм; ü грубодисперсной – 1, 0 – 50, 0 мкм. Указанные пределы величин некритичны, моды обычно перекрываются в диапазонах по размеру.

ИСТОЧНИКИ АТМОСФЕРНОГО АЭРОЗОЛЯ Основными источниками аэрозолей являются поверхности морей, океанов и суши, извержения вулканов, жизнедеятельность растений, лесные и степные пожары, метеоритные потоки, химические и фотохимические реакции в атмосфере и в растительном покрове, а также источники, связанные с хозяйственной деятельностью человека. При этом появление атмосферных частиц происходит либо в результате поступления в атмосферу готовых частиц из так называемых первичных источников, либо частицы образуются непосредственно (in situ) в атмосфере в результате сложных физико-химических превращений типа «газ-частица» , то есть из вторичных источников.

СЕТЬ МОНИТОРИНГА ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОЗДУХА РОССИИ Количество городов с наблюдениями за загрязнением воздуха (1), в том числе на сети Росгидромета (2)

ПРИБОРЫ • Фотометр (Аеталометр) – прибор, использующийся для измерения массовой концентрации сажи в воздухе. • Нефелометр – прибор, использующийся для измерения массовой концентрации субмикронного аэрозоля.

СХЕМА ФОТОМЕТРА

НЕФЕЛОМЕТР ФИРМЫ GRIMM (1. 400)

Мсажи Дата Час мкг/м 3 Номер 01 -jan-06 1 0, 753 1 01 -jan-06 2 0, 667 2 01 -jan-06 3 0, 622 3 01 -jan-06 4 0, 582 4 01 -jan-06 5 0, 575 5 01 -jan-06 6 0, 431 6 01 -jan-06 7 0, 366 7 01 -jan-06 8 0, 334 8 01 -jan-06 9 0, 334 9 01 -jan-06 10 0, 404 10 01 -jan-06 11 0, 378 11 01 -jan-06 12 0, 455 12 01 -jan-06 13 0, 425 13 01 -jan-06 14 0, 383 14 01 -jan-06 15 0, 424 15 01 -jan-06 16 0, 513 16 01 -jan-06 17 0, 416 17 01 -jan-06 18 0, 475 18 01 -jan-06 19 0, 477 19 01 -jan-06 20 0, 438 20 01 -jan-06 21 0, 564 21 01 -jan-06 22 0, 629 22 01 -jan-06 23 0, 556 23 01 -jan-06 24 0, 490 24

Известно, что в городах России отмечается несколько типов хода загрязнения воздуха. Четкие черты сезонных изменений концентрации примеси обнаруживаются только по результатам многолетних наблюдений, когда случайные изменения, обусловленные условиями рассеяния или нарушением регулярных выбросов в отдельные годы, могут быть усреднены. В Лос-Анджелесе измерения содержания сажи велись в течение 24 лет (1959 -1982 гг. ) и всегда наблюдался выраженный сезонный ход концентрации сажи: в зимний период содержание сажи было больше, чем в летний. Зимний максимум характерен для крупных городов, поскольку он создается в результате повышенного сжигания топлива в зимний период и увеличения повторяемости неблагоприятных для рассеивания примесей метеорологических условий. В результате осреднения среднемесячных значений концентрации субмикронного аэрозоля за указанный период по месяцам получен сезонный ход концентрации субмикронного аэрозоля. Минимальные значения наблюдались в летний период и составляют 34, 554 мкг/м 3, максимальные – весной (70, 91 мкг/м 3). Они отличаются друг от друга примерно в 2 раза.

Мсбм, мкг/м 3 Время Зима Весна Лето Осень 1 51, 621 62, 524 44, 973 45, 627 2 51, 333 62, 932 45, 400 45, 967 3 51, 144 63, 433 45, 898 45, 365 4 50, 613 62, 914 46, 299 44, 850 50, 019 63, 442 47, 683 44, 011 6 50, 662 63, 852 48, 474 44, 239 7 51, 692 66, 288 48, 548 45, 460 8 52, 497 69, 924 48, 159 46, 261 9 54, 953 70, 910 46, 632 47, 187 10 57, 979 70, 251 45, 113 49, 380 11 61, 173 65, 032 40, 845 50, 949 12 61, 337 61, 612 38, 331 49, 392 13 61, 260 57, 399 36, 253 48, 967 14 58, 943 53, 860 35, 564 48, 926 15 56, 520 53, 483 35, 067 49, 356 16 55, 532 52, 383 34, 554 49, 226 17 54, 718 53, 542 34, 769 48, 792 18 54, 361 52, 380 34, 884 48, 563 19 53, 741 52, 185 34, 618 47, 251 20 52, 912 52, 496 35, 178 47, 448 21 52, 842 53, 227 36, 091 47, 208 22 52, 822 56, 167 37, 628 46, 503 23 51, 954 58, 755 40, 912 46, 258 24 51, 735 61, 330 44, 036 45, 670

Для построения графиков сезонного хода исходные данные преобразовывались следующим образом: 1. Вычислялись среднечасовые значения за весь расчетный период. Для этого суммировались измерения за 1 час в сутках. Полученную сумму делили на количество измерений. Получали среднечасовое значение. 2. Далее вычислялось среднее значение за первый час в сутках (по всему рассматриваемому периоду), за второй и так далее. Получали среднесуточные значения. 3. Делали разбивку по сезонам и строили соответствующие Графики с использованием Microsoft Excel.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ 1. Построены следующие графики: 1. Среднечасовые изменения содержания сажи в воздушном бассейне города Москвы за период: 18 января – 31 мая 2005 года. 2. Среднечасовые изменения содержания сажи в воздушном бассейне города Москвы за период: 1 января – 30 апреля 2006 года. 3. Среднечасовые изменения содержания субмикронного аэрозоля в воздушном бассейне города Москвы за период: 23 декабря 2006 – 5 февраля 2007 года (построены подобные графики и для всех остальных периодов). 4. Сезонные изменения содержания сажи в воздушном бассейне города Москвы (зима-весна 2005 -2006 гг. ) 5. Сезонные изменения содержания сажи в воздушном бассейне города Москвы (18 января-31 мая 2005 г. ). 6. Сезонные изменения содержания сажи в воздушном бассейне города Москвы (1 января – 30 апреля 2006 г. ). 7. Сезонные изменения содержания субмикронного аэрозоля в воздушном бассейне города Москвы за период с 18 января 2005 года по 22 марта 2007 года. 8. Сезонные изменения содержания субмикронного аэрозоля в воздушном бассейне города Москвы в 2005 году.

9. Сезонные изменения содержания субмикронного аэрозоля в воздушном бассейне города Москвы в 2006 -2007 гг. 10. Гистограмма суточного хода содержания субмикронного аэрозоля в воздушном бассейне города Москвы за период: 18 января 2005 года – 22 марта 2007 года. 2. Кроме того, созданы базы данных, включающие в себя все данные и расчеты по указанным периодам. Вычисления и размещение данных проводилось с использованием Microsoft Excel. Были написаны макросы (с использованием Microsoft Visual Basic) для некоторой автоматизации производимых вычислений и расчетов. 3. Выявлен сезонный ход концентрации сажевого аэрозоля, характеризующийся: -для 2005 года – зимним максимумом (2, 552 мкг/м 3); весенним минимумом (1, 199 мкг/м 3); -для 2006 года – зимним максимумом (4, 273 мкг/м 3); весенним минимумом (1, 816 мкг/м 3). 4. Выявлен сезонный ход концентрации субмикронного аэрозоля, характеризующийся: -для 2005 года – зимним максимумом (75, 486 мкг/м 3); летним минимумом (34, 554 мкг/м 3); -для 2006 -2007 гг. – весенним максимумом (85, 570 мкг/м 3); осенним минимумом (45, 153 мкг/м 3) (летние данные отсутствуют).

5. Выполнен анализ статистического распределения концентрации сажевого и субмикронного аэрозолей в различные сезоны по данным круглосуточных измерений. 6. В перспективе предполагается изучение зависимости колебаний содержания сажевого и субмикронного аэрозолей в воздушном бассейне крупного города (на примере города Москвы) в зависимости от погодных условий, скорости ветра, атмосферного давления, количества машин и т. д.