CC BY
13
Проф. Л. И. ЛОСЬ и Е. Н. ЛЕНСКАЯ (Саратов)
Напряжение солнечной радиации в связи с загрязнением атмосферного воздуха пылью
.и дымом
Из кафедры общей гигиены Саратовского медицинского института (зав.—проф. Л. И. Лось)
Сравнительное определение степени загрязнения атмосферного воздуха пылью и дымом в различных местах на елейного пункта возможно разными методами, в том числе и методом, основанным на измерении напряжения солнечной радиации.
Величина напряжения солнечной радиации, как известно, зависит от излучающей способности солнца, расстояния его от земли, угла падения солнечных лучей и массы атмосферы, проходимой солнечными лучами. На величину напряжения радиации в значительной степени влияет также прозрачность атмосферы (содержание в ней водяных паров, пыли, дыма).
При строго одновременном измерении радиации в двух или нескольких пунктах данной местности разница, получаемая в величинах радиации, будет зависеть лишь от прозрачности атмосферы. При этом из отдельных элементов, обусловливающих степень прозрачности, в данном случае имеют значение только пыль и дым, так как влажность в пунктах наблюдения, удаленных друг от друга на сравнительно небольшое расстояние, влияет на радиацию в одинаковой степени.
. Измерение напряжения солнечной радиации мы производили с помощью актинометра Михельсона-Калитина № 181 в Саратове в районе Медицинского института (Б. Казачья, № 112) с мая по сентябрь 1938 г. Ряд наблюдений сделан нами, кроме того, в районе Саргрэс (Гимназическая, 21) и на 5-й Дачной остановке (6—7 км в северозападном направлении от города).
Измерялись общая радиация а также радиация при крас-
ном стеклянном фильтре марки и желтом фильтре марки Од^. Фильтр С^!, согласно каталогу Шотта, пропускает радиацию от 525 т|л и далее в сторону более длинных волн, а —от 625 тр и далее. По разнице между общей радиацией и радиацией, измеренной через красный и желтый фильтры, вычислялась коротковолновая радиация, причем вводилась поправка на величину поглощения и отражения радиации по Гордову. Ре.;ультаты сопоставлялись нами с величинами напряжения радиации, полученными на 2-й Дачной остановке, в 2,5—3 км к северо-западу от города, актинометриче-ским сектором ВИЗХ1.
Переводный множитель актинометра № 181 проверялся нами время от времени (5 раз за период наблюдений) по компенсационному пиргелиометру Онгстрема и актинометру Михельсона-Калитина № 1553, находящимся в ВИЗХ. По актинометру № 155 5 нами были сверены красные и желтые фильтры актинометра № 181 и внесены соответствующие поправочные коэфициенты.
Всего за время с мая по сентябрь 1938 г. по Саратову было произведено 148 измерений напряжения радиации без фильтра и такое же количество измерений через желтый и красный фильтры.
1 Всесоюзный институт зернового хозяйства.
Напряжения радиации измерялись актинометром № 181 (так же, как и в актинометрическом секторе ВИЗХ на 2-й Дачной остановке актинометром № 1553) 6 раз в день при различных массах атмосферы, а именно при т = 2 и 1,5 —до полудня, в полдень и при т.— 1,5;2 и 4—после полудня (масса атмосферы, проходимая солнечными лучами при положении солнца в зените, принимается за единицу).
В период наблюдений (с мая по август включительно) напряжение общей радиации по Саратову колебалось для разных масс атмосферы в пределах от 0,649 до 1,383 кал в минуту на 1 см2 перпендикулярной поверхности. Для С^, получались значения от 0,600 до 1,117 кал, для от 0,502 до 0,901 кал. Для отдельных масс
атмосферы колебания напряжения радиации выражаются следующими цифрами:
Пределы колебаний напряжения солнечной радиации при разных массах
атмосферы
Масса атмосферы минимум 0 максимум среднее
2 (до полудня).............. 0,736 1,208 1,009
1,5 (до полудня)............. 0,859 1,308 1,131
1,048 1,383 1,246
1,5 (после полудня)........... 0,988 1,279 1,133
0,823 1,181 1,085
| 4 (после полудня)............ 0,649 0,855 0,774
Суточный ход радиации можно выразить кривой, вершина которой приходится на полдень, когда солнце занимает наивысшую точку и путь лучей в атмосфере является наиболее коротким. Чем дальше от полудня, тем величина радиации ниже. Это в одинаковой степени относится как к общей радиации, так и к и
Если сравнить между собой цифры напряжения радиации, полученные в различные месяцы, то оказывается, что наибольшие величины напряжения радиации были получены весной и в начале лета (май, июнь). Конец лета характеризовался более низкими цифрами радиации.
Наши наблюдения подтверждаются данными Калитина, из которых видно, что максимум радиации для разных городов (Гель-синки, Варшава, Потсдам, Париж, а также ряд городов Союза— Слуцк, Якутск, Иркутск, Курск, Тбилиси, Самарканд) приходится на весенние месяцы —апрель, май и даже март и февраль. Объясняется это тем, что летом в воздухе накопляется"большое количество водяных паров, энергично поглощающих радиацию, и это поглощение постепенно с увеличением влажности начинает превалировать над приращением радиации за счет увеличения высоты стояния солнца. В результате летние цифры радиации оказываются ниже весенних. Действительно, если попытаться связать изменения напряжения радиации по Саратову с абсолютной влажностью, то можно видеть, что наибольшие величины напряжения радиации были получены именно тогда, когда наблюдалась минимальная за все время исследований влажность.
При сопоставлении величин напряжения радиации в городе и в районе ВИЗХ (рис. 1) выявлено, что в мае, июне и июле во всех без исключения случаях город дал более низкие цифры, чем ВИЗХ. Если величину напряжения радиации в ВИЗХ принять за 100%, то
т=2 до полудня
0.Д 9/у 1926278/^910 !ЗП 16 21241/^,5671026282/уШ3 4 79 1111 ?.1 <•
09_ у /77= 1.5 до полудня V V
0.8*- Уу П151926289^101319212^291/у„ 456791126281/уШ234 78 910111527¿8293.
Полдень
41=1.5 после полудн*
Щ 265/у!91016291/уц56 711261/ущ2310 31 о.Г- Щ 5/у, 91029303/у„Ь 6 79 25 26 29 30
/77= 4 после полудня
т~2 после полудня 0.7
0.в 13/у П 26 5/У19 10 293/щ6 7 9 252629 31 0.6х- 26/у 5/у, 6/уц72526 Рис. 1. Напряжение солнечной радиации в городе и в^районе^ВИЗХ
измеренная в то же время радиация в городе оказывается на 3,7— 8,9% ниже (средние цифры для отдельных масс атмосферы). Минимальное отклонение радиации в городе от соответствующих величин в ВИЗХ составляло 0,2%, но в некоторых случаях снижение радиации в городе доходило до 11,1, 15,5, 17,1 и даже 23,5% по сравнению с радиацией в ВИЗХ. Таким образом, по данным радиации, за май, июнь и июль воздух Саратова можно характеризовать как более загрязненный, чем в районе ВИЗХ, причем временами это
загрязнение оказывалось чрезвычайно интенсивным, резко снижающим напряжение солнечной радиации.
В противоположность маю, июню и июлю в августе для города и района ВИЗХ получались, за немногими лишь исключениями, близкие между собой величины радиации. В ряде же случаев (приблизительно в 30% всех определений, произведенных в августе) радиация в городе была даже выше, чем в ВИЗХ. Превышение это для разных масс атмосферы колебалось в пределах от 0,6 до 4,6%. Понижение прозрачности воздуха в районе ВИЗХ, очевидно, надо объяснить близостью железной дороги, значительно способствующей задымлению атмосферы, и очень большим количеством крайне неблагоустроенных проезжих дорог. Если в начале лета количество пыли, поднимающееся с этих дорог при движении по ним или ветре, было сравнительно невелико, то к августу, вследствие высокой температуры воздуха и почти полного отсутствия дождей, оно увеличилось настолько, что при малейшем ветерке с поверхности земли вздымалось целое облако пыли. В городе же, где улицы замощены и поливаются водой, даже дри самых неблагоприятных метеорологических условиях не могло образоваться столько пыли.
Правда, в городе имеется другой, весьма мощный источник загрязнения атмо.сферы, отсутствующий в ВИЗХ, —это дым промышленных предприятий. Однако к концу лета запыленность воздуха в районе ВИЗХ становится настолько интенсивной, что временами превосходит задымленность города. Это явление требует дальнейших наблюдений путем исследования запыленности и влажности воздуха.
Если в мае разница в напряжении радиации в районе ВИЗХ и в городе составляла в среднем для отдельных масс атмосферы 5,2— 7,3%, то в июне получились уже несколько меньшие средние цифры понижения радиации в городе—4,1 — 6,8%.'В июле разница между радиацией в городе и ВИЗХ выражалась в среднем уже только 3,8—4,6%. Наконец, в августе, когда ВИЗХ еще давал более высокие цифры радиации, чем город, это превышение составляло в среднем не более 2,3—3,8% (средние цифры при 2 т до полудня в июле и августе здесь не принимаются во 'внимание, так как они оказываются преувеличенными' вследствие резкого понижения радиации в городе 25/УП и 4/УШ, вызванного наличием над ним дымовой пелены).
Сравнение напряжения радиации на 2-й и 5-й Дачных остановках выявило увеличение радиации на последней.
Всего на 5-й Дачной остановке было проведено 29 измерений напряжения радиации. Наблюдения показали, что напряжение радиации на 5-й Дачной остановке на 0,4—5,1% (в среднем на 2,7%) выше, чем в районе ВИЗХ. Таким образом, по мере удаления от города напряжение радиации увеличивается. Насколько же должна быть загрязнена атмосфера в городе, если здесь мы во всех случаях (за исключением нескольких дней в августе) получаем еще более низкие цифры радиации, чем в районе ВИЗХ.
К сожалению, за неимением второго актинометра мы не могли непосредственно сравнивать прозрачность атмосферы в городе и в пунктах, расположенных далеко за городом, где исключена возможность попадания в воздух различного рода промышленных и бытовых загрязнений. Поэтому за основу для суждения о степени загрязнения городского воздуха пылью и дымом мы должны принять данные актинометрическо'го сектора ВИЗХ, учитывая, однако, что этот район сам по себе в значительной мере подвержен загрязнению.
Наиболее резкое снижение радиации в городе по сравнению
даже с районом ВИЗХ отмечалось в те дни, когда город был окутан дымовой пеленой, что имело место 16 раз во время наблюдений. Последние, за исключением 2—3 случаев, совпали с днями, когда ветра совсем не было или сила его не превышала 1—2 баллов. Вследствие этого дым от промышленных предприятий рассеивался чрезвычайно медленно, задерживаясь над городом в виде более или менее густой пелены, что в сильной степени сказывалось на величине напряжения радиации. Если обычно в городе напряже-
Рис. 2. Напряжение общей и коротковолновой радиации в городе и в районе ВИЗХ при наличии дымовой пелены над городом
ние радиации оказывалось на 2—5% ниже, чем в ВИЗХ, то при дымовой пелене оно снижалось до 11 —15,5 и даже 22,2 23,5%, и лишь в отдельных случаях разница между напряжением радиации в „городе и ВИЗХ не выходила из обычных пределов. Интересно отметить, что те наблюдения, которые, несмотря на наличие ясно видимой дымовой пелены, дали понижение прозрачности в городе всего на 1,4—1,9%- относятся к августу. Повидимому, особые условия в августе в районе ВИЗХ, о которых было сказано выше, в отдельные моменты приобретали настолько существенное значение, что даже при сравнительно интенсивном задымлении города не удавалось отметить разницу в прозрачности атмосферы в городе и районе ВИЗХ (рис. 2).
Основываясь на приведенных данных, с достаточной ясностью характеризующих влияние, дыма на понижение напряжения радиации, можно предполагать, что в районе крупных промышленных
предприятий, где задымление воздуха очень велико, напряжение радиации должно быть значительно ниже, чем в других пунктах.
Однако произведенное нами некоторое количество измерений радиации в районе, расположенном недалеко от Саргрэс (на Гимназической ул., угол ул. Немреспублики, д. № 21), показало, что более или менее заметное понижение напряжения радиации в задымляемой атмосфере можно наблюдать только при благоприятном направлении ветра.
Несмотря на большое количество дыма, выбрасываемого электростанцией, понижение радиации вблизи Саргрэс по сравнению с ВИЗХ получилось не больше, чем для района Медицинского института (на 0,9—7,0%, в среднем 3,6%), так как ветер в дни наблюдений относил дым от Саргрэс в сторону, противоположную пункту наблюдения.
За время исследований (с 6/УН по 12/УП), по данным Саратовской метеорологической станции, ветры дули главным образом в северо-восточном, иногда восточном и в отдельных случаях в северном и северо-западном направлениях, тогда как Саргрэс расположена на юго-запад от наблюдательного пункта.
Переходя к результатам наблюдений за длинноволновой и коротковолновой радиацией в отдельности, следует прежде всего отметить, что колебания длинноволновой радиации (Og1 и Н§.2) почно-стью и во всех случаях повторяют колебания общей радиации. Все, что было сказано о ходе изменения общей радиации от весны к осени, а также о степени понижения общей радиации в городе при различном состоянии атмосферы, целиком можно отнести и к длинноволновой радиации, измеренной чер^з желтый и красный фильтры.
Что же касается коротковолновой радиации, то, согласно литературным данным, поглощение ее в атмосфере идет главным образом за счет пылевых и дымовых частичек. Отсюда следовало бы ожидать, что в запыленной и злдымленной атмосфере города процент уменьшения коротковолновой радиации должен быть гораздо выше, чем длинноволновой и общей радиации. Такие результаты были получены нами только в тех случаях, когда, вследствие наличия дымовой пелены над городом, отмечалась резкая разница в напряжении общей радиации в городе и районе ВИЗХ. Так, например, если 13/У1 при 2 т до полудня дымовая пелена понизила общую радиацию в городе по сравнению с ВИЗХ на 15,5% и длинноволновую (Е^, и на 13,8 и 13,1%, то для коротковолновой мы получили уже снижение на 20% (0—Кд«) и на 27,6% (0~Од,)-
Аналогичные результаты дали наблюдения, проведенные в. тот же день при 1,5 т, а также 5/У11 при 2 т, 3/УШ при 2 т и 4/УШ при 2 т (во всех этих случаях наблюдения производились до полудня). Особенно наглядные цифры получились 23/УП при 2 т до полудня, когда при уменьшении общей радиации на 23,5% и Нд2 и Од! на 17,8 и 16,7% коротковолновая радиация (0~-ОдО понизилась на 59,9%.
Однако в остальных наших наблюдениях, когда мы не получали резкой разницы в напряжении общей радиации в городе и ВИЗХ (даже при наличии дыма), указанной закономерности отметить не удалось. Очевидно, сравнение небольших величин напряжения коротковолновой радиации при малой разнице в напряжении общей радиации с помощью прибора Михельсона-Калитина, дающего до 1 % ошибки, не представляется возможным. Этот вопрос предполагается уточнить в дальнейшем при изучении влияния запыленности и задымлен-ности воздуха на ультрафиолетовую радиацию, определяемую фотохимическим методом.
Выводы
1. При сопоставлении величин напряжения радиации в городе и в районе ВИЗХ выявлено, что в мае, июне и июле во всех без исключения случаях город дал более низкие цифры радиации, чем ВИЗХ, причем понижение это как для так и для С^ и составляло в среднем 4—9% от величин напряжения радиации, полученных в ВИЗХ.
Таким образом, в мае, июне и июле прозрачность воздуха в городе была заметно ниже, чем в районе ВИЗХ.
2. В августе прозрачность воздуха в городе и ВИЗХ была почти одинаковой, а в ряде случаев воздух в городе оказался более прозрачным, чем в ВИЗХ.
Очевидно, при высокой температуре и отсутствии' атмосферных осадков в августе близость железной дороги и обилие весьма неблагоустроенных проезжих дорог способствовали повышению запыленности воздуха в районе ВИЗХ.
3. В районе 5-й Дачной остановки напряжение радиации оказалось на 0,4—5,1% выше, чем в районе ВИЗХ.
Таким образом, было отмечено, как правило, увеличение напряжения радиации по мере отдаления от города.
4. Наличие дыма в воздухе резко понижает величину напряжения радиации. В те дни, когда над городом во время наблюдений была отмечена дымовая пелена, уменьшение радиации в городе по сравнению с районом ВИЗХ составляло в среднем 11%, давая в отдельных случаях 22—23%- Влияние дыма на уменьшение напряжения радиации особенно отчетливо выявлялось в безветренную погоду, а также при ветре, не превышающем 1—2 баллов.
5. При интенсивной задымленности города, когда наблюдается резкое уменьшение общей радиации, коротковолновая радиация дает больший процент снижения, чем длинноволновая и общая. Следовательно, коротковолновая радиация в большей степени поглощается дымом, чем длинноволновая. При малой разнице в величинах общей радиации в городе и районе ВИЗХ проследить эту закономерность не удается, что, повидимому, связано с недостаточной чувствительностью актинометра Михельсона-Калитина к малым величинам радиации.
В заключение считаем своим долгом принести глубокую благодарность сотрудникам актинометрического сектора ВИЗХ В. Г. Каст-рову и Б. М. Гальперин и сотруднику кафедры физики Медицинского института А. Н. Карпову за консультацию и помощь при выполнении настоящей работы.
ЛИТЕРАТУРА
1. Березки н, Руководство по актинометрии, в. I, изд. Главсевморпути, Ленинград, 1937,—2. Г орд о в, Теоретическое исследование и методика применения актинометрических фильтров, «Журн. геофизики», т. VI, в. 1,1936.-3. Кали тин, Актинометрия на курортах, 1937,—4. Калитин, Основы физики атмосферы в применении к медицине,—5. Мамонтов и Ш и й к о, Факторы помутнения атмосферы по наблюдениям над радиацией в Ялте, «Метеорология и гидрология», № 3/4, 1935.
