Экология/Экологические и метеорологические проблемы  больших городов и промышленных зон

Ремизов А.А., к.г.н Скороход А.И.

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Институт физики атмосферы им. А.М. Обухова. Россия

«Исследование влияния температурных инверсий на содержание газовых примесей над городом Москвой»

В результате хозяйственной деятельности в атмосферу попадает большое количество загрязняющих веществ. Наибольшее загрязнение наблюдается над крупными городами. Резкое возрастание концентрации загрязняющих веществ происходит при неблагоприятных метеорологических условиях, способствующих накоплению промышленных и автомобильных выбросов в нижних слоях атмосферы. К таким условиям относится температурная инверсия − повышение температуры воздуха с высотой в некотором слое атмосферы, вместо обычного её убывания. То есть, инверсия представляет собой задерживающий слой теплого воздуха, препятствующий рассеиванию примесей по вертикали.

В данной работе исследовалось влияние температурных инверсий на содержание газовых примесей в атмосфере над городом Москвой в условиях «экстремального» (июль-август 2010 г.) и «нормального» загрязнения (июль-август 2011 г). Данные по содержанию газовых примесей в атмосфере получены на экологической станции ИФА-МГУ при помощи автоматизированного измерительного комплекса ИФА РАН [1].

Период с июля по август 2010 г. характеризовался аномально высокими концентрациями газовых примесей над Москвой [2]. Для анализа было взято 37 инверсий за июль-август 2010 г. и 34 инверсии за июль-август 2011 г. Использовались инверсии с мощностью более 1°С.

Исследование показало, что в 2010 г. максимальное количество инверсий имело длительность от 9 до 12 часов, а в 2011 г. – от 6 до 9 часов. В обоих периодах большинство инверсий имели максимальную мощностью до 2°С и максимальную высоту от 300 до 400 метров. В «аномальном» 2010 г. в большей степени присутствовали инверсии с максимальной мощностью более 3°С.

Для выяснения вклада инверсий в прирост концентрации газовых примесей сравнивались относительные превышения средней концентрации за «экстремальный» и «нормальный» периоды, приведённые в табл.1.

Таблица 1

Относительное превышение средней концентрации газовых примесей во время инверсий в июле-августе 2010 г. и июле-августе 2011 г.

Период	Газовая примесь
	NO	NO2	CO	CO2	CH4	NMHC	SO2	O3
Июль-август 2010 г.	408,4%	136,7%	252,5%	11,7%	27,1%	158,3%	133,14%	47,06%
Июль-август 2011 г.	241,7%	65,9%	88,9%	6,1%	9,8%	49,6%	80,7%	5,7%

Из табл. 1 следует, что на увеличение концентрации газовых примесей влияют, как наличие инверсии, так и общий высокий уровень загрязнения.

Полученные результаты свидетельствуют, что температурные инверсии создают условия для накопления газовых примесей вблизи поверхности земли. Другие причины накопления газовых примесей - наличие более мощных источников примесей в период экстремального загрязнения.

Результаты наблюдений свидетельствуют о том, что температурные инверсии по-разному влияют на накопление различных газовых примесей у поверхности земли. Сильнее всего накапливаются под инверсией NO, NO₂, и CO; в меньшей степени - CO₂, CH₄ и O₃.

Сильнее всего накапливаются те примеси, которые имеют постоянно действующие источники в городе.

Примеси NO, NO₂, CO выбрасываются с разной интенсивностью в течение суток автотранспортом и промышленными предприятиями (антропогенные источники). Поскольку в атмосферу эти примеси выбрасываются постоянно (постоянно действующие источники в городе), поэтому они быстро накапливаются.

Примесь СО₂ имеет как антропогенные источники, но в большей степени биогенные источники – результат жизнедеятельности растений.

В меньшей степени накапливаются те примеси, которые не имеют постоянных источников. Например, источником метана CH₄ могут быть лесные пожары. То есть в основном эти источники находятся вне города.

Не очень понятно как интерпретировать поведение NMHC, так как это интегральный показатель и внутри него могут происходить изменение концентрации компонентов (кто-то из них может выбрасываться в большей степени, а кто-то в меньшей; кто-то может не генерироваться, а разрушаться).

Озон О₃ является химически активной примесью и под инверсией он начинает разрушаться, то есть концентрация его уменьшается.

Прослеживается рост концентрации всех примесей при увеличении продолжительности и мощности инверсий. Исключением является уменьшение превышения средней концентрации О₃ с увеличением продолжительности инверсий и, практически, её независимость от мощности по наблюдениям в июле-августе 2011 г.

Максимальная высота инверсии по-разному влияет на накопление примесей. С её увеличением накапливаются СН₄, SO₂ и О₃, в то время как превышение средней концентрации NO и CO₂ становится менее значительным. В «экстремальном» 2010 г. с ростом максимальной высоты инверсии наблюдалось накопление NO₂, СО, NMHC; а в «нормальном» 2011 г. превышение средней концентрации тех же примесей уменьшалось.

Литература:

1. Elansky N.F., Belikov I.B., Berezina E.V. et al. Atmospheric composition observations over Northern Eurasia using the mobile laboratory: TROICA experiment. Moscow: Agrospas, 2009. 73 p.

2. Н. Ф. Еланский и др. Газовые примеси в атмосфере над Москвой летом 2010г. Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2011. том 47. №6. с.729–738.