CC BY
6
УДК 614.72:661.98]:613.1
К ВОПРОСУ о влиянии ПРИРОДНО-КЛИМАТИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА ЗАГРЯЗНЕНИЕ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА ОКИСЛАМИ АЗОТА
М. Т. Зенин, Н. Р. Косибород
Новосибирский филиал Научно-исследовательского института аэроклиматологии, Новосибирский научно-исследовательский санитарный институт
Рассматривается влияние физико-географических и метеорологических факторов на загрязнение атмосферного воздуха окислами азота в условиях пересеченной местности. Дается районирование территории города и его пригородов по степени загрязнения воздушного бассейна.
В 1962—1964 гг. на 13 стационарных пунктах проведено исследование загрязнения атмосферного воздуха города окислами азота при одновременных микроклиматических наблюдениях.
Пробы воздуха отбирались ежедневно (кроме выходных дней) в 7 и 18 часов по местному времени.
Принцип метода определения окислов азота был основан на реакции взаимодействия азотистой кислоты с сульфаниловой кислотой и а-наф-тиламином (М. В. Алексеева).
Рельеф местности в исследованном районе пересеченный, с амплитудой высот в радиусе 20 км до 400 м, а в границах города — до 160 м. Сочетание гор средней высоты с расположенной между ними слабо продуваемой долиной реки — основной природно-климатический фактор, способствующий образованию высоких концентраций вредных выбросов промышленных предприятий.
Город находится в зоне с континентальным климатом — умеренно теплым летом и холодной зимой.
По многолетним данным, на открытой окраине города господствующими ветрами являются южные (25%) и юго-западные (24%); штиль отмечается в 14% случаев. Примерно такое же соотношение в повторяемости господствующих ветров наблюдается на пунктах I, V и VI районов. В то же время во II, III и VII районах преобладают ветры юго-восточные и юго-западные, а в IV районе — западные и восточные. В большинстве пунктов I, III, IV, V и VI районов штили бывают в 14—24% случаев, а во II и VII районах — в 9—13% (см. рисунок). В значительной части города из-за рельефа, застройки и озеленения выявляется большая повторяемость слабых скоростей ветра. Так, средняя ско-
Зависимость концентрации окислов азота от метеорологических условий по районам города
Номер района (по рис. 2) и его средняя условная 1962 г. 1963 г.
Метеорологические элементы месяцы
высота (в м) XI XII I VII VIII IX
Атмосферное давление (в мм) Температура воздуха (в градусах) Осадки (в мм) Преобладающее направление ветра Скорость ветра (в м/сек) Штиль (%) Средняя концентрация окислов азота из разовых определений (ПДК 0,3 мг/м3) ГМС № 2—360 V—250 ГМС № 2—360 V—250 II, VI, VI1-250-360 III, IV, V—200—260 I —230 II -340 II1-245 IV —210 V —250 VI -240 VI1-265 ГМС № 1 —250 III, IV, V -200-260 ГМС № 1 —250 III, IV, V —200-260 I —230 II -340 III-245 IV—210 V —250 VI —240 VI1-265 747 759 -13,2 —13,0 46 36 Ю, Ю-В Ю-В, Ю-3 Ю, Ю-В В, Ю Ю, Ю-3 Ю, Ю-3, Ю-В, Ю-3 4.0 2.1 7 19 0,54 0,51 0,70 0,59 0,52 0,33 0,50 741 752 —13,1 —13,2 50 42 Ю, Ю-В Ю-В, Ю-3 Ю-В, Ю В, Ю Ю, Ю-3 Ю, Ю-В Ю-В, Ю-3 4,7 2,7 11 20 0,58 0,36 0,83 0,47 0,49 0,46 0,48 749 760 —14,7 —15,6 14 8 Ю, Ю-В Ю-В, Ю Ю-В, Ю В, С-В Ю, Ю-3 Ю, Ю-В Ю-В, Ю 3,1 1,5 24 27 0,31 0,15 0,31 0,25 0,27 0,24 0,32 734 744 18,3 18,6 102 120 С, С-В С-В, С С, С-В 2,2 1,3 31 25 0,34 0,55 735 746 14,7 15,4 74 90 Ю, В Ю-3, Ю-В 2,4 1,6 29 36 0,94 0,37 740 750 7,8 8,5 61 64 Ю-3, Ю-В Ю-3, Ю-В 2,5 1,5 25 27 0,45 0,38
рость ветра в центре города летом составляет 0,5—0,65, а зимой — 0,4—0,55 скорости ветра за те же периоды на гидрометеостанции (ГМС) № 1 (см. таблицу). Штиль и ветер до 2 м/сек в центре города составляет 37% (136 дней в году), а периоды с таким ветром нередко продолжаются непрерывно по 8—10 дней и более. Зимой часты инверсии.
В городе размещено несколько промышленных предприятий различного профиля (с высотой труб до 105 м), ежедневно выделяющих в атмосферу 25—27 т окислов азота. За время двухлетних исследований на окислы азота отобрано 7180 проб, из них от 96 до 99% результативных. Стабильность загрязнения атмосферы в течение всего периода характеризуется не только высоким процентом положительных проб, но и значительным (38%) числом проб с содержанием окислов азота, превышающим ПДК в радиусе до 8 км от источников выброса. Даже среднефоновые (средние по 13 пунктам города) концентрации, в 2—3 раза превышающие ПДК, наблюдались по 6 дней непрерывно (декабрь 1962 г.); максимальные разовые в 4—6 км от источников выброса в такие дни достигали 2,6 мг/м3.
По литературным данным, концентрации большинства газовых загрязнений в крупных промышленных районах со слабо пересеченной местностью возрастают с уменьшением скорости ветра, повышением атмосферного давления и понижением температуры воздуха (т. е. при устойчивой стратификации в приземном слое) и уменьшаются в областях низкого давления с большим барическим градиентом и увеличением количества выпавших атмосферных осадков.
Исследование загрязнения атмосферного воздуха окислами азота в отдельные месяцы 1962—1963 гг. в условиях пересеченной местности показало несколько иные результаты. Как видно из таблицы, декабрь 1962 г. в городе был сравнительно теплым, преобладала ветреная и облачная погода, осадков выпало в 2—3, а в некоторых пунктах в 4 раза больше многолетней нормы. На первый взгляд, при таких условиях циклонической погоды концентрации окислов азота в воздухе должны быть небольшими. В действительности же даже среднемесячные концентрации превысили ПДК над всей территорией города (на ближних пунктах в 2—3, а на дальних в 1,5 раза). При этом ближние пункты под факелом дыма оказывались в 40%, а дальние — только в 5% случаев. В январе 1963 г., наоборот, преобладала малооблачная антициклональная и более холодная погода. Среднее атмосферное давление в городе было выше многолетней нормы. Преобладающее направление ветра оставалось прежним (южное, юго-восточное и юго-западное), скорость его снизилась, количество штилей значительно возросло, осадков выпало мало. Казалось бы,
Розы ветров по районам города. / — за 1962—1963 гг.; 2 — многолетняя; 3 — повторяемость штилеЛ (в %); 4 — граница районов.
концентрации окислов азота в январе должны быть выше, чем в декабре. Полученные же результаты были противоположны ожидаемым: среднемесячная концентрация окислов азота в большинстве пунктов в январе снизилась в 1,5—2 раза, а в ближайшем к заводам районе (Центр, правый берег) —почти в 3 раза. Только в 7 км от заводов, в юго-восточном районе, среднемесячная концентрация снизилась незначительно, осталась выше ПДК и была наивысшей в городе. Характерно, что в пунктах, расположенных в долине реки и ближе к заводам, среднемесячная концентрация окислов азота в январе была ниже, чем в более удаленных и расположенных выше пунктах.
Причина необычных изменений концентрации окислов азота на пересеченной местности в первую очередь зависит от рельефа, способствующего возникновению микроклиматических условий по районам города и застою холодных масс воздуха в котловинах.
В. В. Орлова отмечает, что в Западной Сибири в начале зимы (ноябрь — декабрь) мощный антициклон только устанавливается и для этого периода характерна частая циклоническая деятельность с умеренными и сильными ветрами и частыми осадками. Во второй половине зимы (январь — февраль) преобладает холодная антициклональная погода со слабой ветровой деятельностью и малым количеством осадков, а периоды с потеплением, связанные с прохождением циклонов в это время года, кратковременны. Известно, что в условиях пересеченного рельефа слабые ветры способствуют образованию местных инверсий, высота и мощность которых определяются по данным температурного зондирования. В пункте исследования аэрологические наблюдения велись только за ветром на высотах, поэтому конкретные данные о повторяемости и мощности инверсий отсутствуют. По сведениям аэроклиматического справочника СССР и 3. П. Коженковой, в южных районах Западной Сибири повторяемость утренних приземных инверсий и изо-термий в ноябре — декабре достигает 60—70%, а в январе — феврале — 91—93% общего числа случаев наблюдений. При этом высота нижней границы инверсий уменьшается одновременно с падением температуры.
Указанные выводы о частой повторяемости зимних инверсий подтверждаются анализом разности температур на двух гидрометеостанциях (условная высота ГМС № 1 —250 м, ГМС № 2 — 360 м, расстояние между ними 12 км).
Так, в утренние часы в декабре 1962 г. температура на ГМС № 2 в 50% случаев была на 3—4°, а в январе 1963 г. на 5—7° и даже на 10° теплее, чем на ГМС № 1.
Как показывают аэрологические наблюдения за ветром, нижняя граница слоя с ослабленной скоростью его (в условиях пересеченной местности, как правило, эта граница совпадает с началом инверсии или изотермии) в ноябре — декабре 1962 г. в большинстве случаев находилась на высоте 300—400 м над поверхностью земли.
На том же примерно уровне была и верхняя граница распространения дыма. По этим причинам выбросы промышленных предприятий в начале зимы концентрировались в приземном 300-метровом слое над всем городом.
В январе — феврале 1963 г., с установлением антициклона и понижением температуры, слой с ослабленными скоростями ветра понизился до поверхности земли и пункты города, располагающиеся на уровне труб (в инверсионном факеле дыма), загрязнялись больше, чем территории города, находившиеся в долине реки и подвергавшиеся загрязнению неорганизованными выбросами.
Случаи влияния метеорологических условий на распространение окислов азота в декабре и январе характерны для всего холодного времени года. Таким образом, высокие концентрации промышленных выбросов зимой при пересеченном рельефе зависят от температурного
режима и глубины слоя перемешивания, обусловливающих повторяемость, высоту и мощность инверсий.
Влияние наземного ветра на концентрацию промышленных выбросов, в том числе и «опасных скоростей ветра», зимой носит второстепенный характер.
В теплый период года из-за интенсивного турбулентного обмена устойчивые слабые ветры оказывают основное влияние на перенос и распространение промышленных выбросов по районам города. В июле и августе 1963 г. наблюдалась слабая ветровая деятельность (см. таблицу), причем в июле преобладали северные и северо-восточные ветры, вызвавшие высокие концентрации выбросов в юго-восточном районе, а в августе — южные, юго-западные и юго-восточные ветры, давшие очень большие концентрации на правом берегу в центре города.
Сопоставляя данные таблицы с положением районов города и источниками выбросов мы нашли, что концентрации окислов азота летом в основном зависят от направления ветра в слое распространения дыма и меньше от других метеорологических элементов.
Максимальные разовые концентрации окислов азота и других ингредиентов в атмосферном воздухе в каждом пункте во все времена года наблюдались под факелом дыма при ветре со скоростью 2—4 м/сек и на 20—30% меньше при штиле. Наибольшие среднефоновые концентрации в целом по городу в отдельные дни, сезоны и за год обнаружены при штиле, а второй, меньший, максимум наблюдался также при ветре со скоростью 2—4 м/сек.
Таким образом, для примесей в атмосфере в исследуемом районе «опасной скоростью ветра» (М. Е. Берлянд и соавторы) в отдельных пунктах следует считать 2—4 м/сек, а в целом по городу — штиль.
Обнаружено также, что на концентрацию примесей заметно влияют в одном из пунктов не только метеорологические факторы, но и река шириной 300—400 м летом и 600 м при максимальном уровне. Так, в IV районе города в пункте в 130 м от реки уровень ингредиентов в теплое время года при западных, юго-западных ветрах и штиле был на 20—30% ниже, чем в остальных районах города. По материалам исследователей, заметное уменьшение концентрации наблюдается над водоемом и, наоборот, увеличение — при переходе на берег (В. П. Ложкина) .
Указанный в нашем примере пункт располагался вблизи водоема, и большая часть загрязненного воздуха поступала к нему, проходя над рекой.
В пунктах правого берега, в 300—500 м от реки, куда факелы дыма доходили почти при перпендикулярном пересечении водоема, повышенные концентрации примесей объясняются не влиянием водоема (река слишком узка), а близостью пунктов к промышленным предприятиям и большой повторяемостью опасных для этого района южных и юго-западных ветров.
ч
Выводы
1. Кроме технологических и градостроительных факторов, содержание окислов азота в атмосферном воздухе на пересеченной местности Западной Сибири зависит от комплекса местных физико-географических и микроклиматических условий территории города и его пригородов.
2. В холодное полугодие отмечается наибольшая зависимость от температуры воздуха в районах города, обусловливающей наличие инверсий и изотермий, а также их высоту.
В теплый период и в меньшей степени в остальное время года имеют значение направление и скорость ветра от поверхности земли до
высоты 500 м, а также мощность и высота слоя с ослабленной скоростью ветра.
Сказывается также высота труб заводов, удаленность и высота пункта наблюдений относительно источников выброса, при этом высота пункта во многих случаях в указанных выше условиях являлась более важным фактором, чем высота труб и удаленность пункта.
ЛИТЕРАТУРА
Алексеева М. В. Определение атмосферных загрязнений. М., 1959. — Аэроклиматический справочник СССР, В. 4. Западная и Центральная части Сибири. М., 1957.
Поступила 27/ХП 1966 г.
EFFECT OF UNFAVORABLE CLIMATIC FACTORS ON ATMOSPHERIC POLLUTION
WITH NITROUS OXIDES
M. T. Zenin, N. R. Kosiborod
The paper deals with the findings of a complex investigation of the effect produced by physical, geographic and meteorologic factors on the atmospheric pollution with nitrous oxides under conditions of a mountainous region. Definite urban and rural districts are classed in accordance with the degree of atmospheric pollution.
УДК 614.72:668.74]:661.728
О ЗАГРЯЗНЕНИИ ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ 3,4-БЕНЭПИРЕНОМ В РАЙОНЕ РАСПОЛОЖЕНИЯ ЛЕСОХИМИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА
Кандидаты мед. наук Н. Н. Скворцова, С. Н. Кимина Институт общей и коммунальной гигиены им. А. Н. Сысина АМН СССР, Москва
Изучено загрязнение атмосферного воздуха в районе лесохимического предприятия по пиролизу древесины лиственных пород. Установлено, что предприятие такого рода, несмотря на замкнутый технологический цикл, служит источником выделения в атмосферу 3,4-бенз-пирена, смолистых веществ и фенола.
Необходимо установление для подобного производства санитар-но-защитной зоны шириной не менее 1000 м и усовершенствование технологической аппаратуры.
*
Установлено, что ряд производств, использующих в технологическом процессе пиролитическую переработку органического сырья (угля, нефти, сланцев и др.) или потребляющих продукты пиролиза (пек, смолы и др.), может выделять в атмосферный воздух высокоактивный канцерогенный углеводород 3,4-бензпирен (С. Н. Кимина; С. Н. Кимина и В. М. Поляков; П. П. Дикун и И. И. Никберг; Л. М. Шабад и П. П. Ди-кун; Н. Я- Янышева с соавторами).
Что касается производств по пиролизу древесины, то сведений о наличии в выбросах канцерогенных веществ мы не нашли в литературе, хотя технология сухой перегонки древесины указывает на возможность образования и выделения в атмосферный воздух такого рода агентов.
