CC BY
38
Интернет-журнал «Науковедение» ISSN 2223-5167 http ://naukovedenie.ru/ Том 7, №3 (2015) http ://naukovedenie. ru/index.php?p=vol7-3 URL статьи: http://naukovedenie.ru/PDF/152TVN315.pdf DOI: 10.15862/152TVN315 (http://dx.doi.org/10.15862/152TVN315)
УДК 551.510.41+551.510.42
Голубничий Артем Александрович
ФГБОУ ВПО «Хакасский государственный университет им. Н.Ф. Катанова»
Россия, Абакан1
Ассистент кафедры «Инженерной экологии и основ производства»
E-mail: artem@golubnichij.ru РИНЦ: http://elibrary.ru/author items.asp?authorid=683836
Чайкина Екатерина Александровна
ФГБОУ ВПО «Хакасский государственный университет им. Н.Ф. Катанова»
Россия, Абакан
Студентка кафедры «Инженерной экологии и основ производства»
E-mail: chaykina.1996@inbox.ru
Посезонные изменения среднесуточных значений концентраций монооксида углерода в г. Красноярске
за однолетний период
1 655017, Республика Хакасия, г. Абакан, ул. Ленина, д. 90
Аннотация. На основании данных подсистемы мониторинга атмосферного воздуха красноярского края полученных из шести автоматизированных постов наблюдения приводятся сведения о концентрации монооксида углерода в городе Красноярске и его окрестностях. Осуществляется анализ загрязнения территории за однолетний период по значениям среднесуточных концентраций CO. Анализируется сезонная специфичность концентраций оксида углерода. Так максимальные значения для большинства постов зафиксированы в зимний, а также в ранний весенний и поздний осенний периоды. Значения усредненных концентраций CO по отношению к концентрации верхней фоновой границы принятой нами за 0,25 мг/м3 на различных постах составят от 1,7 до 2,57 значений фона или от 0,14 до 0,21 значений ПДК. Вклад городских источников загрязнения окружающей среды в таком случае практически минимален по отношению к удаленным районам города, одним из которых и является солнечный микрорайон. При этом для постов расположенных ближе к центральной части города, с соответствующей типичной застройкой и других условий, явная сезонная природа загрязнения CO в полной мере имеет место быть. Представленные результаты свидетельствуют о наличии существенного вклада сезона года в уровень загрязнения CO. При этом важной определяющей может служить фоновая концентрация и показатели, влияющие на нее. Выделение постов по административно-территориальному признаку не всегда корректно с точки зрения определения показателей фона. Так фактическая концентрация в разных районах города составила от 0,28 до 0,43 значений условно установленного фона.
Ключевые слова: монооксид углерода; фоновые концентрации; сезонность загрязнения; мониторинг атмосферного воздуха; загрязнение воздуха; индекс загрязнения атмосферы; городские источники загрязнения.
Ссылка для цитирования этой статьи:
Голубничий А.А., Чайкина Е.А. Посезонные изменения среднесуточных значений концентраций монооксида углерода в г. Красноярске за однолетний период // Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» Том 7, №3 (2015) http://naukovedenie.ru/PDF/152TVN315.pdf (доступ свободный). Загл. с экрана. Яз. рус., англ. DOI: 10.15862/152TVN315
Введение
Монооксид углерода (CO) является одним из наиболее частых загрязнителей атмосферы. Несмотря на фактическое отсутствие CO в качестве вещества определяющего повышенное загрязнение атмосферы согласно «приоритетного списка» - городов с наибольшим уровнем загрязнения [1], данный показатель зачастую участвует в определение комплексного показателя состояния атмосферного воздуха - индекса загрязнения атмосферы по пяти приоритетным веществам (ИЗА-5) [2,3].
Существующие в настоящее время нормативы качества атмосферного воздуха, по содержанию угарного газа как у нас в России [4], так и, к примеру, установленные в США [5], значительно больше усредненных фоновых значений [6] в 17 и 250 раз соответственно, что, скорее всего, непосредственно связано с фактическими концентрациями CO, и лишь в отдаленной степени соответствуют уровню воздействия на организм.
По сезонам года наблюдается колебания концентраций CO, что связано с различными климатическими характеристиками (температурой воздуха, скоростью воздушных масс, атмосферным давлением, относительной влажностью воздуха).
Целью исследования является анализ загрязнения атмосферного воздуха города Красноярска монооксидом углерода за период с 01.04.2014 по 31.05.2015.
Объект и методы исследования
В качестве исходных данных для исследования послужила информация из автоматизированных постов наблюдения подсистемы мониторинга атмосферного воздуха Красноярского края [7]. Подсистема мониторинга включает 6 автоматизированных постов, 5 из которых (рисунок 1) располагается в самом городе (мкр. Солнечный, мкр. Северный, мкр. Черемушки) и на территории непосредственно к нему прилегающей (д. Кубеково Емельяновского района, п. Березовка Березовского района), один пост располагается в г. Ачинске.
Рисунок 1. Расположение автоматизированных постов наблюдения (АПН) за состоянием атмосферного воздуха в г. Красноярске (составлено автором)
В исследовании в целях сравнения используются все 6 постов для оценки сезонных изменений концентраций монооксида углерода. Временной интервал исходных данных представлен значениями за период с 01.04.2014 по 31.05.2015, при этом для расчета послужил однолетний период, начиная с апреля 2014 г. по март 2015 г. включительно, сведения о загрязнении за апрель - май 2015 г. использовались в целях сравнения уровней зависимости изменений концентраций веществ по постам в разных годах.
Анализ динамики усредненных значений среднесуточных концентраций монооксида
углерода (показатель усреднения 1 месяц)
Для наглядности сравнение изменений концентраций проводилась путем наложение на график 3-х постов и сравнение за весь исследуемый период. В качестве критерия сравнения послужил административно-территориальный принцип расположения постов. При этом в первую группу сравнения попали посты расположенные непосредственно на территории города Красноярска (рисунок 2), а во вторую - посты, условно относящиеся к территории воздействия города, однако расположенные за его административными границами и пост города Ачинска (рисунок 3).
Рисунок 2. Изменение концентрации СО за период 01.04.2014 - 31.05.2015 по постам подсистемы мониторинга атмосферного воздуха Красноярского края расположенным в черте г. Красноярска (составлено автором)
Анализируя динамику посезонных концентраций СО по городским постам (рисунок 2), легко можно определить наиболее экологически неблагоприятные периоды года одновременным выявлением наиболее загрязненной части города.
По постам «Северный» и «Черемушки» наибольшие значения среднесуточных концентраций CO (при усреднении за месяц) наблюдается в зимний период. Ситуация по посту «Солнечный» имеет схожий вид, однако месяцем с наибольшими уровнями концентрации монооксида углерода послужил март 2015 г.
Такого рода, пусть и незначительные, но все же расхождения, с данными других исследователей, касаемо сезонности изменений концентрации CO [8,9] легко объясняются двумя факторами: размерностью данных и условной неоднородностью фона. Причем оба этих фактора неразрывно связаны.
Общий усредненный фон концентрации угарного газа колеблется от 0,1 до 0,25 мг/м3. Данный диапазон был выбран на основании сходимости данных ряда исследователей [8-10] и информации о глобальном мониторинге загрязнения представленных разными организациями [11].
При этом значения усредненных концентраций CO по отношению к концентрации верхней фоновой границы принятой нами за 0,25 мг/м3 на различных постах составят от 1,7 до 2,57 значений фона или от 0,14 до 0,21 значений ПДК. Очевидно, что вклад городских источников загрязнения окружающей среды в таком случае практически минимален по отношению к удаленным районам города, одним из которых и является «Солнечный» микрорайон. При этом для постов расположенных ближе к центральной части города, с соответствующей типичной застройкой и другими условиями, в полной мере прослеживается сезонная природа загрязнения CO (таблица 1).
Таблица
Средние значения концентраций СО по сезонам года по данным автоматизированных постов наблюдения подсистемы мониторинга атмосферного воздуха
Красноярского края, qср.с
Сезоны года Наименование постов
Черемушки Солнечный Северный Кубеково Березовка Ачинск
лето 0,367 0,355 0,427 0,200 0,240 0,392
осень 0,387 0,358 0,575 0,283 0,322 0,318
зима 0,634 0,480 1,010 0,473 0,607 0,332
весна 0,389 0,510 0,558 0,364 0,442 0,315
Типичным уровнем сезонных колебаний [8] является наибольшая концентрация загрязняющих веществ, в том числе и CO, в зимний период, меньшие и соразмерные друг друга значения концентраций для весеннего и осеннего периода и наименьшее значение концентраций в летний период. Данные зависимости в полной мере из всех шести постов наблюдения проявляются на постах «Черемушки», «Северный», «Кубеково», «Березовка».
Фоновая концентрация CO, носит условный характер, как минимум из самого определения фоновой концентрации загрязняющего вещества как такового: «концентрация вещества ... загрязнение атмосферы в городе или другом населенном пункте, создаваемое другими источниками, исключая данный» [12]. Таким образом, фон предполагает временный не учет концентрации вещества по отношению к источнику или группе источников в целях последующего его определения. При этом условные фоновые значения для концентрации отдельных веществ в городах носят завышенный характер и не учитывают ряд факторов. Так фоновая концентрация CO составляет по регламентирующему документу [2] 0,5 ПДК для городов с численностью населения 250 тысяч человек (для городов с большей численностью населения ориентировочных фонов не установлено). Применение фона для расчетов согласно документа осуществляется при отсутствии постов системы мониторинга, при этом посты, расположенные на территории города, не всегда в полной мере могут характеризовать локальные очаги загрязнения, не учитывая такие критерии как плотность и тип застройки города, и ряд других важных на наш взгляд параметров.
Сравнение концентраций CO на постах подсистемы АПН административно -территориально не относящихся к городу Красноярску, проводилось ранее описанным способом (рисунок 3). Отличием стало лишь нанесение на график сведений о концентрациях CO в пределах г. Ачинска, территориально не относящегося к влиянию г. Красноярска, но представляющего также интерес с позиций определения сезонных колебаний концентрации ^ в Красноярском крае.
0.700
0.600
0.500
£
I 0.400 §
а
I—I
| 0.300
а
§
0.200
ОД 00
0.000
мар.14 май. 14 июн.14 авг!4 окт.14 ноя 14 янв 15 мар.15 апр.15 —Ф— Кубеково —■- Березовка —* Ачинск
Рисунок 3. Изменение концентрации СО за период 01.04.2014 - 31.05.2015 по постам подсистемы мониторинга атмосферного воздуха Красноярского края расположенным вне
черты г. Красноярска (составлено автором)
Анализируя динамику концентраций СО на постах: «Березовка» и «Кубеково», установили, что данные наиболее полно соответствуют типичным представлениям об изменении концентраций. В зависимости от времени года, определенная отдаленность объектов промышленности города Красноярска, способствует сходимости результатов со стандартными колебаниями значений в природной среде, о чем также свидетельствует и соразмерность значений концентрации с условным природным фоном. Средние значения концентраций в зимний период составляют 1,32 и 1,61 значений фона для постов «Кубеково» и «Березовка» соответственно.
Высокий, по отношению к зимним месяцам, уровень концентраций СО в летний период по данным поста «Ачинск» объясняется значительным количеством пожаров на близлежащей территории в июне-июле 2014 г. Значительная корреляционная связь между количеством пожаров и соответствующим уровнем повышения концентрации СО доказана
рядом исследователей [13-15]. Таким образом, пожары вносят значительный вклад в загрязнение исследуемой территории, что в свою очередь соответствует ранее (таблица) представленным данным.
Заключение
Представленные результаты свидетельствуют о наличии существенного вклада сезона года в уровень загрязнения CO. При этом важной определяющей может служить фоновая концентрация и показатели, влияющие на нее, однако само понятие фона, зачастую применяемое в нормативных документах привязано исключительно к текущей составляющей техногенных систем и не решает вопросов доведение значений CO до природных показателей. Выделение постов исключительно по административно-территориальному признаку не всегда корректно с точки зрения определения ориентировочных показателей фона, в связи с зачастую значительными различиями отдельных территорий города с позиций плотности и структуры застройки. Так фактическая концентрация в разных районах города составила от 0,28 до 0,43 значений условно установленного фона.
ЛИТЕРАТУРА
1. Государственный доклад «О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2013 году» (опубликовано Министерством природных ресурсов и экологии Российской федерации в 2014 году).
2. РД 52.04.186-89 «Руководство по контролю загрязнения атмосферы».
3. РД 52.04.667-2005 «Документы о состоянии загрязнения атмосферы в городах для информирования государственных органов, общественности и населения. Общие требования к разработке, построению, изложению и содержанию».
4. ГН 2.1.6.1338-03 Предельно-допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе.
5. Голубничий, А.А. Изменение показателей «criteria pollutants» в законодательстве США / А.А. Голубничий, М.В. Замулина // Политика, государство и право. 2015. №1 [Электронный ресурс]. URL: http://politika.snauka.ru/2015/01/2254 (дата обращения: 22.06.2015).
6. Штабкин, Ю.А. Количественные оценки влияния климатически значимых источников атмосферного загрязнения на приземное содержание CO и CH4 в Северной Евразии: дис. ...канд. физ-мат. наук: 25.00.29. - Москва. - 2014. - 105 с.
7. Подсистема мониторинга загрязнения атмосферного воздуха [Электронный ресурс]: URL: http://krasecology.ru/Air (дата обращения: 22.06.2015).
8. Поберовский, А.В. Изменчивость общих содержаний климатически активных газов по наземным спектроскопическим измерениям с высоким разрешением / А.В. Поберовский, М.В. Макарова, А.В. Ракитин и др. // ДАН. 2010. Т. 432. №2. С. 257-259.
9. Кашин, Ф.В. Окись углерода в приземном воздухе (станция мониторинга Обнинск) / Ф.В. Кашин, Р.М. Акименко, В.Н. Арефьев и др. // Изв. РАН, ФАО,
2010. Т. 46. №1. С. 53-62.
10. Stremme, W. Using ground-based solar and lunar infrared spectroscopy to study the diurnal trend of carbon monoxide in the Mexico City boundary layer / W. Stremme, I. Ortega, M. Grutter // Atmos. Chem. Phys., 9, 8061-8078, 2009.
11. Environmental health criteria 213 Сarbon monoxide (second edition) World Health Organization Geneva, 1999.
12. ОНД 86, РД 52.04.212-86 Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий.
13. Yurganov, L.N. Satellite- and ground-based CO total column observations over 2010 Russian fires: accuracy of top-down estimates based on thermal IR satellite data / L. N. Yurganov, V. Rakitin, A. Dzhola at al. // Atmos. Chem. Phys., 11, 7925-7942,
2011, doi:10.5194/acp-11-7925-2011
14. Konovalov, I.B. Atmospheric impacts of the 2010 Russian wildfires: integrating modelling and measurements of an extreme air pollution episode in the Moscow region / I.B. Konovalov, M. Beekmann, I.N. Kuznetsova // Atmos. Chem. Phys. 2011. V. 11. P. 10031-10056.
15. Фокеева, Е.В. Исследование влияния пожаров в июле-августе 2010 года на загрязнение окисью углерода атмосферы Москвы и окрестностей, оценка эмиссий / Е.В. Фокеева, А.Н. Сафронов, В.С. Ракитин и др. // Изв. РАН, ФАО. 2011. Т. 47, №6, С. 1-18.
Рецензент: Шанина Елена Владимировна, зав. кафедрой «Инженерной экологии и основ производства», кандидат технических наук, Хакасский государственный университет им. Н.Ф. Катанова».
Golubnichiy Artem Aleksandrovich
Katanov Khakass State University Russia, Abakan E-mail: artem@golubnichij.ru
Chaykina Ekaterina Aleksandrovna
Katanov Khakass State University Russia, Abakan E-mail: chaykina.1996@inbox.ru
The seasonal changes of average daily values of the carbon monoxide concentrations in Krasnoyarsk for a one-year period
Abstract. Based on the data of the atmospheric air monitoring subsystem in the Krasnoyarsk region received from six automated observation posts the article presents information about the concentration of carbon monoxide in Krasnoyarsk and its suburbs. We are carrying out analysis of territory pollution for a one-year period using the values of the average daily concentrations of CO. The seasonal specificity of the carbon monoxide concentrations was analyzed. So the maximum values for the majority of posts were recorded in the winter and as well as in the early spring and late autumn periods. The values of CO average concentrations in relation to those of the upper background border that we have taken equal to 0.25 mg/m3 at the various posts account for from 1.7 to 2.57 of the background values or from 0.14 to 0.21 of the maximum permissible concentration values. The contribution of the urban sources of environmental pollution in this case is practically minimal in relation to the outlining areas of city, one of which is the sunny neighborhood. In addition, the obvious seasonal nature of CO pollution fully takes place for posts located closer to the center of the city, with the corresponding typical building and other conditions. The presented results are evidence of a significant contribution of the year season to the level of CO pollution. In such a case, the background concentration and indicators having an influence on it can serve as an important determinant. Allocation of posts on account of the administrative-territorial factor is not always correct in the context of defining background indicators. So the actual concentration in the different areas of city accounted for 0.28 - 0.43 of the values for the conventionally set up background.
Keywords: carbon monoxide; background concentrations; seasonality of pollution; atmospheric air monitoring; air pollution; atmosphere pollution index; urban sources of pollution.
REFERENCES
1. Gosudarstvennyy doklad «O sostoyanii i ob okhrane okruzhayushchey sredy Rossiyskoy Federatsii v 2013 godu» (opublikovano Ministerstvom prirodnykh resursov i ekologii Rossiyskoy federatsii v 2014 godu).
2. RD 52.04.186-89 «Rukovodstvo po kontrolyu zagryazneniya atmosfery».
3. RD 52.04.667-2005 «Dokumenty o sostoyanii zagryazneniya atmosfery v gorodakh dlya informirovaniya gosudarstvennykh organov, obshchestvennosti i naseleniya. Obshchie trebovaniya k razrabotke, postroeniyu, izlozheniyu i soderzhaniyu».
4. GN 2.1.6.1338-03 Predel'no-dopustimye kontsentratsii (PDK) zagryaznyayushchikh veshchestv v atmosfernom vozdukhe.
5. Golubnichiy, A.A. Izmenenie pokazateley «criteria pollutants» v zakonodatel'stve SShA / A.A. Golubnichiy, M.V. Zamulina // Politika, gosudarstvo i pravo. 2015. №1 [Elektronnyy resurs]. URL: http://politika.snauka.ru/2015/01/2254 (data obrashcheniya: 22.06.2015).
6. Shtabkin, Yu.A. Kolichestvennye otsenki vliyaniya klimaticheski znachimykh istochnikov atmosfernogo zagryazneniya na prizemnoe soderzhanie CO i CH4 v Severnoy Evrazii: dis. ...kand. fiz-mat. nauk: 25.00.29. - Moskva. - 2014. - 105 s.
7. Podsistema monitoringa zagryazneniya atmosfernogo vozdukha [Elektronnyy resurs]: URL: http://krasecology.ru/Air (data obrashcheniya: 22.06.2015).
8. Poberovskiy, A.V. Izmenchivost' obshchikh soderzhaniy klimaticheski aktivnykh gazov po nazemnym spektroskopicheskim izmereniyam s vysokim razresheniem / A.V. Poberovskiy, M.V. Makarova, A.V. Rakitin i dr. // DAN. 2010. T. 432. №2. S. 257-259.
9. Kashin, F.V. Okis' ugleroda v prizemnom vozdukhe (stantsiya monitoringa Obninsk) / F.V. Kashin, R.M. Akimenko, V.N. Arefev i dr. // Izv. RAN, FAO, 2010. T. 46. №1. S. 53-62.
10. Stremme, W. Using ground-based solar and lunar infrared spectroscopy to study the diurnal trend of carbon monoxide in the Mexico City boundary layer / W. Stremme, I. Ortega, M. Grutter // Atmos. Chem. Phys., 9, 8061-8078, 2009.
11. Environmental health criteria 213 Sarbon monoxide (second edition) World Health Organization Geneva, 1999.
12. OND 86, RD 52.04.212-86 Metodika rascheta kontsentratsiy v atmosfernom vozdukhe vrednykh veshchestv, soderzhashchikhsya v vybrosakh predpriyatiy.
13. Yurganov, L.N. Satellite- and ground-based CO total column observations over 2010 Russian fires: accuracy of top-down estimates based on thermal IR satellite data / L. N. Yurganov, V. Rakitin, A. Dzhola at al. // Atmos. Chem. Phys., 11, 7925-7942, 2011, doi:10.5194/acp-11-7925-2011
14. Konovalov, I.B. Atmospheric impacts of the 2010 Russian wildfires: integrating modelling and measurements of an extreme air pollution episode in the Moscow region / I.B. Konovalov, M. Beekmann, I.N. Kuznetsova // Atmos. Chem. Phys. 2011. V. 11. P. 10031-10056.
15. Fokeeva, E.V. Issledovanie vliyaniya pozharov v iyule-avguste 2010 goda na zagryaznenie okis'yu ugleroda atmosfery Moskvy i okrestnostey, otsenka emissiy / E.V. Fokeeva, A.N. Safronov, V.S. Rakitin i dr. // Izv. RAN, FAO. 2011. T. 47, №6, S. 1-18.
