Метод расчета и климатологического анализа характеристик атмосферы, определяющих перенос и рассеяние примеси тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.30, кандидат физико-математических наук Мханна Ааед Исмаил Назир

  • Мханна Ааед Исмаил Назир
  • кандидат физико-математических науккандидат физико-математических наук
  • 2009, Санкт-Петербург
  • Специальность ВАК РФ25.00.30
  • Количество страниц 129
Мханна Ааед Исмаил Назир. Метод расчета и климатологического анализа характеристик атмосферы, определяющих перенос и рассеяние примеси: дис. кандидат физико-математических наук: 25.00.30 - Метеорология, климатология, агрометеорология. Санкт-Петербург. 2009. 129 с.

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Мханна Ааед Исмаил Назир

СОКРАЩЕНИЯ.

ВВЕДЕНИЕ.

1 ОСНОВНЫЕ ПРОБЛЕМЫ И МЕТОДЫ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА АТМОСФЕРЫ.!.!.

1.1 Особенности загрязнения атмосферы Восточного Средиземноморья.

1.2 Роль метеорологических факторов в переносе и рассеивании примесей в атмосфере.

1.3 Основные закономерности рассеивания примесей в атмосфере.

1.4 Категории устойчивости атмосферы Пэскуилла-Гиффорда.

1.5 Общие понятия о неблагоприятных метеорологических условиях.

1.6 Потенциал загрязнения атмосферы.

2 МЕТОД РАСЧЕТА ВЕРТИКАЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ АТМОСФЕРНОГО ПОГРАНИЧНОГО СЛОЯ ПРИМЕНИТЕЛЬНО К РАСЧЕТУ ХАРАКТЕРИСТИК РАССЕИВАЮЩИХ СПОСОБНОСТЕЙ АТМОСФЕРЫ.

2.1 Постановка вопроса.

2.2 Исходные уравнения.

2.3 Модель суточных колебаний.

2.4 Апробация метода для различных регионов.

2.5 Метод расчета категорий устойчивости атмосферы по данным стандартных гидрометеорологических измерений и его верификация.

2.6 Обобщение метода на случай учета синоптического фона и температуры морской поверхности.

2.7 Экспериментальная проверка метода.

3 ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННОЙ ИЗМЕНЧИВОСТИ РАССЕИВАЮЩИХ СПОСОБНОСТЕЙ АТМОСФЕРЫ ПРИМЕНИТЕЛЬНО К ВОСТОЧНОМУ СРЕДИЗЕМНОМОРЬЮ.

3.1 Постановка проблемы.

3.2 Анализ исходных данных.

3.3 Данные реанализа атмосферных процессов.

3.4 Программное обеспечение.

3.5 Общий статистический анализ результатов расчета климатических характеристик.

3.5.1 Характеристики инверсий температуры воздуха.

3.5.2 Категории устойчивости.

3.6 Пространственный анализ.

Рекомендованный список диссертаций по специальности «Метеорология, климатология, агрометеорология», 25.00.30 шифр ВАК

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Метод расчета и климатологического анализа характеристик атмосферы, определяющих перенос и рассеяние примеси»

Актуальность работы. В развивающихся странах за последние десятилетия достигнут существенный прогресс в развитии промышленности и энергетики. Это ставит их перед теми же проблемами в области охраны окружающей среды, что и развитые в промышленном отношении страны Европы и Северной Америки.

Между тем, в этих регионах практически полностью отсутствуют систематические исследования в области изучения рассеивающих способностей атмосферы. Вышеизложенное приводит к необходимости поиска способов получения достоверных оценок рассеивающих свойств атмосферы на основании косвенной, но единственно доступной на настоящий момент информации — стандартных метеорологических наблюдений и аэросиноптических данных, что оказывается возможным с использованием методов математического моделирования.

Целью работы является проведение комплекса расчетов основных параметров, определяющих рассеивающие свойства атмосферы применительно к такому интенсивно развивающемуся региону, как Восточное Средиземноморье, их статистическое обобщение и построение набора климатических карт этих параметров.

Для достижения поставленных целей в диссертационной работе были сформулированы следующие задачи:

• определить перечень параметров, характеризующих рассеивающие способности атмосферы исходя из сложившейся практики принятия управленческих решений в области природопользования;

• адаптировать разработанную ранее численную модель атмосферного пограничного слоя (АПС) к расчету характеристик рассеивания и осуществить ее верификацию;

• провести анализ доступных информационных ресурсов и сформировать архивы исходных данных для расчета в достаточном для статистического ^ и пространственного) анализа количестве;

• провести комплекс расчетов и построить климатические карты параметров, определяющих рассеивающие способности" атмосферы.

Методы исследования

Основные методы исследования — компьютерное моделирование с использованием численной модели АПС, а также статистический и пространственный анализ результатов.

Научная- новизна состоит в» том, что впервые на примере Восточного Средиземноморья проведен комплексный статистический анализ и построены климатические карты основных параметров, характеризующих рассеивающие способности атмосферы с использованием единственно доступных для этих целей архивов стандартных метеорологических и аэросиноптических данных.

Основные положения и результаты, выносимые на защиту:

1. Уточненный метод расчета характеристик рассеивающей способности атмосферы на основании стандартной метеорологической и аэросиноптической информации, а также результаты его верификации.

2. Результаты статистического анализа временной изменчивости характеристик рассеивающей способности атмосферы на различных территориях.

3. Климатические карты характеристик рассеивающей способности атмосферы для Восточного Средиземноморья.

Обоснованность и достоверность результатов подтверждаются строгой математической постановкой задачи о численном моделировании АПС, результатами верификации модели АПС, а также статистической обеспеченностью рассчитанных на основе архивов стандартной гидрометеорологической' информации статистических характеристик рассеивающей способности атмосферы. >

Теоретическая и практическая ценность диссертации состоит в разработке оригинальных методов, позволяющих лишь на основе стандартной гидрометеорологической информации рассчитывать характеристики рассеивающих способностей атмосферы и построить климатические карты такого рода характеристик применительно к интенсивно развивающемуся в промышленном отношении региону. Эти карты могут найти применение при-размещении новых промышленных производств, объектов традиционной и ядерной энергетики и элементов транспортной инфраструктуры. Апробация диссертационной работы

Основные результаты исследования, изложенные в диссертации, докладывались и обсуждались:

• на научных семинарах кафедры метеорологи, климатологии и охраны атмосферы Российского государственного гидрометеорологического университета (2003-2008 гг.);

• итоговых сессиях Ученого совета РГГМУ (2005,2006 гг.);

• на заседаниях Международной научной конференции "Экологические и гидрометеорологические проблемы больших городов и промышленных зон", СПб, РГГМУ (2005г.);

• на заседании международной конференции "Изменение климата и окружающая среда", СПб, РГГМУ, 06-09.12.2005 г.

Похожие диссертационные работы по специальности «Метеорология, климатология, агрометеорология», 25.00.30 шифр ВАК

Заключение диссертации по теме «Метеорология, климатология, агрометеорология», Мханна Ааед Исмаил Назир

В заключение сформулируем основные выводы из проделанной работы.

1. Проведено уточнение разработанной ранее численной модели^ атмосферного пограничного слоя применительно к расчету характеристик рассеивания атмосферы в направлении учета в модели трехмерного аэросиноптического фона, получаемого на основании данных реанализа атмосферных процессов.

2. Результаты верификации численной модели путем сопоставления с данными измерений на Останкинской телебашне позволили оценить точность расчета характеристик вертикальной структуры- поля температуры и скорости ветра, а также характеристик устойчивости атмосферы. Показано, что коэффициент корреляции между расчетными и измеренными значениями интегрального числа Ричардсона составляет величину 0.9, а вероятность точной оценки категории устойчивости - 80%.

3. Проведен комплексный статистический" анализ характеристик атмосферы, определяющих ее рассеивающие способности, который показал, что такого рода характеристики атмосферы имеют в регионе Восточного Средиземноморья выраженный суточный ход.

4. Проведен пространственный анализ и рассчитан комплект электронных климатических карт основных характеристик атмосферы, определяющих ее рассеивающие способности, на основании которых удалось выяснить закономерности пространственной изменчивости этих характеристик в изучаемом регионе.

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Мханна Ааед Исмаил Назир, 2009 год

1. Арабская Республика Египет. Справочник Текст. / Отв. ред. A.M. Васильев-М.: Наука, 1990.-355 с.

2. Основные климатические данные по странам ближнего- и- среднего: востока и' южной Азии? (1966 — 1975) Текст.: в 2 ч. 411 / Под; ред. Ю.С.Чернова;и^АЖ Староверовой.-М.:Гидрометеоиздат, 1981-133 с.

3. Детри, Ж.П1Атмосфера'Должна^быть,чистошТекст.;/Ж.Ш Детри-М.: Прогресс, 1973 .-379 с.

4. Сидоренко, Г.И. Гигиенические критерии максимально допустимой нагрузки Текст. / Г.И. Сидоренко, М.А. Пинигин // Всесторонний анализ окружающей природной среды: сб. работ.-Л.: Гидрометеоиздат,1975.-С. 119 — 128. '

5. Израэль, Ю:А. Допустимая антропогенная, нагрузка на окружающую природную среду Текст. / Ю.А. Израэль // Всесторонний анализ окружающейприродной среды: труды IIСоветско-американского симпозиума, Гонолулу,

6. Гавайи, 20 26 октября 1975 г.-Л.: Гидрометеоиздат, 1976.-С.12 - 19.

7. Лаклэр; Е. Экономические и социальные аспекты загрязнения атмосферы^ Текст. / Е. Лаклэр // Загрязнение атмосферного воздуха.-Женева: ВОЗ, 1963.

8. Air quality criteria for sulphur oxides Text.-Washington, D.C.:U.S. Department of Health, Education and Welfare, Jan. 1969.-P.178.

9. Air quality guidelines for particulate matter, ozone, nitrogen dioxide and sulfur dioxide: Global update 2005 Text.-Geneva: WHO, 2005.

10. Environmental; statistics in the Mediterranean countries Compendium 2005 Text.;—Istanbul: Turkish Ministry of Nature Protection, 2005.

11. Transportation emissions in Lebanon Text.: Extent and mitigation 2005—

12. Beirut: Lebanon Ministry of Nature Protection, 2005.

13. Качество воздуха // Офиц. сайт Палестинской' национальной автономии Электронный ресурс.; / Палестинский: стат. центр.-Рамалла-Режим доступа: www.pcbs.gov.ps.

14. Environmental: balance // World lunks Arab Reagion Electronic resource. / Ministry of education Sirya.-Damascus.-Point of access: www.pnic.gov.ps.

15. Статистические данные о выбросах загрязняющих веществ в атмосферу автомобилями // Офиц. сайт Палестинского ин-та стандарт. Электронный-ресурс. / PSI -Режим-доступа: www.pshgov.ps.

16. Monthly report от. .the.-, air/ quality in Egypt // The Environmental Information and Monitoring Program Electronic resource.?; 7 EIMP- Point of access: http://www.eeaa.gov.eg/eimp/index:html;

17. Эл Абси, Самир. Исследование влияния метеорологических условий на формирование режима загрязнения* большого города;: и его окрестностей Текст.: Магистерская диссертация / Самир Эл Абси.-СПб.: РП'МИ, 1995;102 с. ;.;■" ■.'. . . .

18. Schrenk, Н.Н. Air pollution in Donora. Epidemiology of unusual; smog episode of October 1948 Text. / H;H. Schrenk- USA: By Health Security. Agency, 1949.

19. Берлянд, М.Е. О расчете загрязнения атмосферы выбросами из дымовых труб электростанций Текст. / М.Е. Берлянд- Е.ЖЕенихович, Р.И Оникул // Труды ГГО -1964- Вып. 158.-С.З 21.

20. Оникул, Р.И:, Методика расчета загрязнения атмосферы выбросами промышленных предприятий и тепловых электростанций Текст. / Р.И: Оникул // Метеорологические аспекты загрязнения: атмосферы: сб. науч. работ.-Л.: Гидрометиздат, 1971.-С.70 81.

21. Берлянд, М.Е. К обобщению теории рассеивания промышленных выбросов в атмосферу Текст. / М.Е. Берлянд, Р.И. Оникул // Труды ГГО.— 1971.-Вып. 254.-С.З -38.

22. Holzworth, G.C. Estimates of mean maximum, mixing depths in1 the contiguous United-States Text. / G.C. Holzworth // Mon. Wea. Rev.-1964-Vol.92, № 5.-P.17 19.

23. Fensterstoork, J. Thanksgiving , 1966. Air Pollution episode in the Eastern United States Text. / J: Fensterstoork-U.S. Department of Health, Education and Welfare;.Consumer Protection and Environmental Health Service, 1968.

24. Wolzworth, G.C. Glimatological aspects of the composition and pollution of the atmosphere Text. / G.C. Wolzworth // WMO Techn. Note-1974-№ 139.-P.43.

25. Берлянд, М.Е. Численное исследование атмосферной диффузшг при» нормальных и аномальных условиях стратификации Текст. / М.Е. Берлянд. Е.Л. Гениховвич. В.П. Ложкина, Р.И. Оникул // Тр. ГГО-1964.-Вып. 158-С.22-32.

26. Безуглая, Э.Ю. К определению потенциала загрязнения воздуха Текст. / Э.Ю. Безуглая // Тр. ГГО.-1968.-Вып. 234.-С.69 79.

27. Шевчук, И.А. Повторяемость метеорологических условий, способствующих увеличению загрязнения приземного слоя атмосферы в Новосибирске Текст. / И.А. Шевчук, Л.И. Введенская, Т.Г. Володкевич // Тр. Новосиб. Регион. ГМЦ.-1969.-Вып. 2.

28. Bryson, A. Air pollution Text. / A. Bryson, Е. Kutzbach // Assoc. Am. Geograph. Resource Pap.-1968.-№ 2.-P.62.

29. Holzworth, G.C. A study of air potential for the Western United States Text. / G.C. Holzworth // J. Appl. Met.-1962.-Vol. 1, № 3.

30. Сонькин, Л.Р. Синоптические условия формирования периодов высокого загрязнения воздуха в различных районах СССР Текст. / Л.Р. Сонькин //ТрудыГТО.-1979-Вып. 436.-С.49

31. Берлянд, М.Е. Современные проблемы атмосферной диффузии и загрязнения атмосферы Текст. / М.Е. Берлянд-Л.: Гидрометеоиздат,1975-448 с.

32. Царев, A.M. К вопросу о загрязнении воздуха при туманах Текст. / A.M. Царев // Тр. ГТО.-19721-Вып. 352.- С. 113 118:

33. Hanna, S.R. A simple dispersion model for the analysis of chemically reactive pollutants Text. / S.R. Hanna // Atmos. Environ.-1973.-Vor. 7, № 8 — P.803 817.

34. Hoagen-Smit, A.J. Ozone formation in photochemical oxidation of organic substances Text. / A.J. Hoagen-Smit, M.M. Fox // Ind. Eng. Chem-1956-Vol. 4.

35. Дмитриев, M.T. Механизм фотохимического загрязнения атмосферы городов Текст. / М.Т. Дмитриев, Н.А. Китросский, В. А. Попов // Метеорологические аспекты загрязнения атмосферы: сб. науч.работ—Л.: Гидрометеоиздат, 1971- С.295 309.

36. Дмитриев, М.Т., Соловьева Т.В., Китросский Н.А. О Физико-химическом механизме образования озона и фотооксидантов в атмосферном воздухе Текст. / Гигиена и санитария, 1971.-№ 10 — С.6 10.

37. Безуглая, Э.Ю. Метеорологический потенциал и климатические особенности загрязнения городов; Текст. / Э.Ю.-. Безуглая.-Л.: Гидрометеоиздат, 1980.-184 с.

38. Безуглая Э.Ю. Статистический метод оценки влияния! метеорологических условий на содержание примесей в атмосфере Текст. / Э:Ю. Безуглая , В.В. Клинго // Труды ГГО-1974.-Вып. 314 С.81 - 96.

39. Климатические характеристики условий распространения примесей в атмосфере. Справочное пособие Текст. /.-JI.: Гидрометеоиздат, 1983.-326 с.

40. Лайхтман, Д.Л. Динамическая: метеорология Текст. / Д.Л. Лайхтман.-Л.: Гидрометеоиздат, 1976. •42 0рленко, Л.Р. Строение планетарного пограничного слоя атмосферы Текст.;/ .ШР; Орленко:-Л ^Гидрометеоиздат, 1979::

41. Гаврилов, А.С. ZONE: следующий шаг Текст. / А.С. Гаврилов-СПб.:Изд. АО «ДЕЙТА», 1995.-32 с.-( Сер. "Библиотека пользователя ЭПК "ZONE").

42. Гаврилов, А.С. Интеллектуальная; геоинформационная система Текст. / А.С. Гаврилов // Бюллетень ГИС ассоциации.-1998.-Вып. 1(13).-С.58-59.

43. Гаврилов, А.С. Методика- расчета выбросов; в атмосферу загрязняющих; веществ автотранспортом на городских магистралях Текст. / А.С. Гаврилов.-М., 1996.-22 с.

44. Лайхтман, Д.Л. Физика пограничного слоя атмосферы Текст. / Д.Л. Лайхтман-Л.: Гидрометеоиздат, 1970

45. Матвеев, Л.Т. Курс общей метеорологии. Физика атмосферы Текст. / Л.Т. Матвеев.-Л.: Гидрометеоиздат, 1984.-751 с

46. Атмосферная турбулентность и моделирование распространения примесей Текст. / Под ред. Ф.Т.М. Ньистадт, Х.Ван Доп.-Л.: Гидрометеоиздат, 1985.-350.-(Пер. с англ.)

47. Лайхтман, Д.Л. Физика пограничного слоя атмосферы Текст. / Д.Л. Лайхтман-Л.: Гидрометеоиздат, 1970.-341 с.

48. Бин, Б.Р: Радиометеорология Текст. / Б.Р. Бин, Е.Дж. Даттон.-Л.: Гидрометеоиздат, 1971.-361 с.-(Пер.с англ.)

49. Гутман, Л.Н. Введение в нелинейную- теорию мезометеорологических процессов Текст. / Л.Н. Гутман—Л.: Гидрометеоиздат, 1969.-293 с.

50. Гаврилов, А.С. Математическое моделирование мезометеорологических процессов Текст. / А.С.Гаврилов.-Л.: ЛПИ, 1988.— 96 с.

51. Гаврилов, А.С. О влиянии радиации на режим приземного слоя атмосферы Текст. / А.С. Гаврилов, Д.Л. Лайхтман // Изв. АН СССР. Сер. ФАО.-1973—Т. 9.-С.27 33.

52. Гаврилов, А.С. Нестационарная задача о строении пограничного слоя атмосферы с учетом радиационного теплообмена Текст. / А.С. Гаврилов, Л.Н. Гутман, В.Н. Лыкосов // Труды Зап.-Сиб. РНИГМИ.-1974.-Вып.П.-С.35 48.

53. Экологический программный комплекс для ПЭВМ Текст. / Под ред.

54. A.С.Гаврилов.-СПб.: Гидрометеоиздат, 1992.-300 с.

55. Вызова, H.JI. Экспериментальные исследования атмосферной диффузии и расчеты рассеяния примеси Текст. / H.JI. Вызова, Е.К. Гаргер,

56. B.Н. Иванов—Л.:Гидрометеоиздат, 1991.-274 с

57. Гаврилов, А.С. Прогноз и климатологический анализ характеристик атмосферы, определяющих рассеяние антропогенных загрязнений Текст. / А.С. Гаврилов, А. Мханна, Р. Алтлули // Естественные и технические науки — М., 2008.-№ 6 .-С.221 -225.

58. Вагер, Б.Г. Сплайны при решении прикладных задач метеорологии и гидрологии Текст. / Б.Г. Вагер, Н.К. Серков.-Л.: Гидрометеоиздат, 1987159 с.

59. Bilgen S. Spline boundary element solution of dielectric scattering problems Text. / S. Bilgen, A Wexder- Ankara, Turkey: Department of Management, Middle East Technical University.

Обратите внимание, представленные выше научные тексты размещены для ознакомления и получены посредством распознавания оригинальных текстов диссертаций (OCR). В связи с чем, в них могут содержаться ошибки, связанные с несовершенством алгоритмов распознавания. В PDF файлах диссертаций и авторефератов, которые мы доставляем, подобных ошибок нет.