Надточій Людмила Михайлівна Вплив метеорологічних умов на формування рівня забруднення атмосферного повітря в промислових містах України

Краткое описание

Надточій Людмила Михайлівна, науковий співробітник лабораторії моніторингу атмосферного повітря відділу моніторингу атмосфери, Український гідрометеорологічний інститут ДСНС та НАН України. Назва дисертації: «Вплив метеорологічних умов на формування рівня забруднення атмосферного повітря в промислових містах України». Шифр та назва спеціальності 11.00.09 метеорологія, кліматологія, агрометеорологія. Спецрада К 26.001.22 Київського національного університету імені Тараса Шевченка

Український гідрометеорологічний інститут
Державна служба України з надзвичайних ситуацій
Національна академія наук України
Київський національний університет імені Тараса Шевченка
Міністерство освіти і науки України
Кваліфікаційна наукова праця
на правах рукопису
НАДТОЧІЙ ЛЮДМИЛА МИХАЙЛІВНА
УДК: 551.510.4; 504.3.054; 504.064.36
ДИСЕРТАЦІЯ
ВПЛИВ МЕТЕОРОЛОГІЧНИХ УМОВ НА ФОРМУВАННЯ РІВНЯ
ЗАБРУДНЕННЯ АТМОСФЕРНОГО ПОВІТРЯ В ПРОМИСЛОВИХ
МІСТАХ УКРАЇНИ
11.00.09 – метеорологія, кліматологія, агрометеорологія
Подається на здобуття наукового ступеня кандидата географічних наук
Дисертація містить результати власних досліджень. Використання ідей,
результатів і текстів інших авторів мають посилання на відповідне джерело
____________________________/ Л.М.Надточій
Науковий керівник: Дворецька Ірина Віталіївна, кандидат географічних наук,
старший науковий співробітник
КИЇВ – 2020

ЗМІСТ
ПЕРЕЛІК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ………………………………………… 22
ВСТУП………………………………………………………………………… 23
РОЗДІЛ 1 ПРОБЛЕМАТИКА ДОСЛІДЖЕНЬ ЗАБРУДНЕННЯ
АТМОСФЕРНОГО ПОВІТРЯ………………………………………………… 30
1.1 Кількісні та якісні характеристики найбільш розповсюджених
забруднюючих речовин ……………………………………………………….

33
1.2 Основні напрямки дослідження рівнів забруднення атмосферного
повітря………………………………………………………………………… 35
1.2.1 Дослідження мінливості забруднюючих речовин різних часових
масштабів …………………………………………………………………….. 37
1.2.2 Сучасні уявлення про загальні механізми впливу
метеорологічних характеристик на динаміку забруднюючих речовин…. 39
1.3 Аналіз нормативних документів для оцінки якості атмосферного
повітря в Україні та країнах Європи…………………………………………. 43
Висновки до розділу 1…………………….…………………………………. 45
РОЗДІЛ 2 МАТЕРІАЛИ ТА МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕНЬ…………………… 47
2.1 Матеріали досліджень………………………………………………… 47
2.2 Методика обчислення сезонної та міжрічної мінливості
забруднюючих речовин.......................................................................................

50
2.3 Методика дослідження впливу метеорологічних характеристик на
концентрації домішок.......................................................................................... 56
Висновки до розділу 2……………………………………………………….. 61
РОЗДІЛ 3 ЧАСОВА МІНЛИВІСТЬ ЗАБРУДНЕННЯ АТМОСФЕРНОГО
ПОВІТРЯ У МІСТАХ УКРАЇНИ…………………………………………… 62
3.1 Сезонна динаміка концентрацій забруднюючих речовин у містах
України………………………………………………………………………… 62
3.1.1 Пил……………………………..……………………..……..… 63
20
3.1.2 Діоксид сірки…………………………………………………… 67
3.1.3 Оксид вуглецю……………………………….………………… 70
3.1.4 Діоксид азоту………………………………..…………………. 73
3.1.5 Формальдегід…………………………………………………… 77
3.2 Загальні зміни концентрацій домішок……………………………….. 80
3.3 Міжрічна мінливість забруднюючих речовин у містах України…… 92
3.3.1 Пил……………………………..……………………..……..…. 93
3.3.2 Діоксид сірки…………………………………………………… 98
3.3.3 Оксид вуглецю……………………………….………………… 102
3.3.4 Діоксид азоту………………………………..………………… 107
3.3.5 Формальдегід………………………………...………………… 110
3.3.6 Аналіз залишків концентрацій забруднюючих речовин….. 115
Висновки до розділу 3………………………………………………………… 117
РОЗДІЛ 4 ЗАЛЕЖНІСТЬ РІВНЯ ЗАБРУДНЕННЯ АТМОСФЕРНОГО
ПОВІТРЯ МІСТ УКРАЇНИ ВІД МЕТЕОРОЛОГІЧНИХ УМОВ…………… 120
4.1 Дослідження взаємозв’язку між концентраціями забруднюючих
речовин та метеорологічними умовами……………………………………… 122
4.1.1 Пил……………………………………………………………… 123
4.1.2 Діоксид сірки…………………………………………………… 128
4.1.3 Оксид вуглецю.………………………………………………… 131
4.1.4 Діоксид азоту ………………………………………………… 134
4.1.5 Формальдегід………………………………………………… 139
4.2. Просторово-часові особливості розподілу метеорологічного
потенціалу забруднення атмосфери та його складових…….………………. 141
4.3 Залежність концентрацій домішок від складових метеорологічного
потенціалу забруднення атмосфери ……………………………………....... 147
Висновки до розділу 4……………………………………………………….. 154
РОЗДІЛ 5 ВИДІЛЕННЯ ЗОН МОНІТОРИНГУ ЯКОСТІ
АТМОСФЕРНОГО ПОВІТРЯ НА ТЕРИТОРІЇ УКРАЇНИ З
21
УРАХУВАННЯМ ЧАСОВОЇ МІНЛИВОСТІ ЗАБРУДНЮЮЧИХ
РЕЧОВИН …………………………………………………………………….. 156
5.1 Oсобливості виділення зон моніторингу якості атмосферного
повітря на території України ………………….……………………………… 157
5.2 Результати дослідження рівнів забруднення повітря щодо порогів
оцінювання……..………………………….……………………………………
5.3 Практичне значення результатів дослідження…………………………
164
176
Висновки до розділу 5………………………………………………………… 178
ВИСНОВКИ……………………………………………………………………. 180
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ…………………………………….. 183
ДОДАТКИ……………………………………………………………………… 203

Список литературы

ВИСНОВКИ
У дисертації отримано нові науково обґрунтовані результати, що в
сукупності вирішують важливе наукове завдання – встановлення
закономірностей впливу метеорологічних величин на формування рівнів
забруднення атмосферного повітря в сучасних умовах промислового
навантаження у містах України.
1. Встановлено, що сезонна мінливість забруднюючих речовин у
промислово навантажених містах України виражена слабо, проте може
проявлятися в окремі періоди, зумовлюючи коливання рівнів забруднення на
10–40%. Посиленню сезонності концентрацій пилу та NO2 сприяє
інтенсифікація вологого осадження через збільшення повторюваності
туманів, SO2 та СО – через зміни надходження ЗР від стаціонарних джерел
викидів.
2. Для промислових міст України характерні як позитивні, так і негативні
тренди концентрацій ЗР, що узгоджуються з динамікою обсягів викидів для
пилу, СО та NO2, а також характеризуються меншою узгодженістю для SO2 і
HCHO. Виявлено, що негативні тренди зумовлені зменшенням обсягів
викидів у містах з визначальною роллю стаціонарних джерел.
3. Міжрічна мінливість забруднюючих речовин в атмосфері міст
характеризується наявністю квазіперіодичних коливань, що призводять до
коливання вмісту забруднюючих речовин до 20–60% від середніх значень.
Основні періоди міжрічних коливань складають 6.1–6.3, 4.0–5.2 та 2.0–3.7
років, та зумовлені переважно змінами метеорологічних характеристик, що
визначають умови накопичення та розсіювання домішок в атмосфері. Зміни
вологості повітря є визначальними для міжрічних варіацій вмісту пилу, SO2 і
NO2; вітру – для SO2 та CO; температури повітря – для CO і HCHO.
4. У промислово навантажених містах України вплив вітрових
характеристик на формування рівня забруднення є визначальним, проте
характеризується локальним проявом залежно від розташування джерел
181
емісії. Встановлено, що в середньому, зміна швидкості вітру до 2 м/с
призводить до змін концентрацій забруднюючих речовин на 30–45%.
5. Вплив характеристик вологості проявляється як індикатор вологого
осадження для пилу, SO2 та NO2, зумовлюючи зміни концентрацій в
середньому на 10–30 %. Температура повітря визначає швидкість перебігу
хімічних реакцій для більш реактивних домішок та на 15–35% визначає зміни
їх вмісту в атмосфері. Атмосферний тиск впливає опосередковано і, є
хорошим індикатором синоптичних умов, які через хмарність визначають
надходження сонячної радіації до земної поверхні, посилюючи фотохімічний
розклад СО, NO2 та HCHO.
6. Середні багаторічні значення МПЗА для території України варіюють в
межах від 0.4 до 3.8. Виявлено залежність складових МПЗА від ряду умов,
що часто роблять його непридатним для використання. Найбільші похибки
вносять повторюваність вітру зі швидкістю 0–1м/с та туманів як процесу
накопичення ЗР, а вітру зі швидкістю > 6 м/с як процесу розсіювання.
Неврахування взаємного розташування постів спостережень та джерел емісії,
залежно від домішки, призводять до неузгодженості МПЗА більш ніж у 60%
міст. Лише у 3% досліджених міст збільшення повторюваності туманів
узгоджується із процесами накопичення ЗР, так як тумани є відображенням
одного із процесів вологого осадження.
7. Враховуючи рекомендації нормативних документів ЄС виділено 62
зони моніторингу якості атмосферного повітря, які в подальшому можуть
використовуватись для створення планів управління якістю повітря на
місцевому та регіональному рівнях. Для досягнення економічного ефекту
запропонований варіант виділення 14 зон моніторингу якості повітря на
території України, що дозволяє оцінювати якість атмосферного повітря на
національному рівні.
8. Проведено класифікацію рівнів забруднення атмосферного повітря за
виділеними зонами. Виявлено, що найбільше перевищень верхнього порогу
оцінювання, згідно зі стандартами ЄС та стандартами України,
182
спостерігається для NO2, що свідчить про необхідність проведення
фіксованих вимірювань. Для SO2, Pb та Cd визначено, що можливе
зменшення фіксованих вимірювань, за умови використання додаткових
методів оцінювання під час створення планів управління якістю повітря.
9. Отримані результати можуть бути застосовані для розробки планів
заходів щодо покращення якості атмосферного повітря та удосконалення
системи моніторингу, планування розвитку міст та розміщенні нових об’єктів
промисловості. Встановлені закономірності можуть бути використані для
створення статистичних прогностичних моделей вмісту забруднюючих
речовин, для верифікації та перевірки схем дисперсійного та хімікометеорологічного моделювання