Синоптик   1 кат. ЦМС - Подольская Л.П.
Начальник ЛМЗАВ ЦМС - Стрежнева Е.Л.

Атмосферный воздух является самой важной жизнеобеспечивающей природной средой, а его загрязнение - мощный, постоянно действующий фактор воздействия на человека и окружающую среду. Уровень загрязнения атмосферного воздуха связан с воздействием на него загрязняющих веществ, поступающих от источников выбросов вредных веществ промышленных предприятий, выбросов автотранспорта, а также процессов жизнедеятельности человека. В Архангельске основными источниками загрязнения атмосферы являются предприятия целлюлозно-бумажной промышленности, теплоэнергетики, автомобильный, речной и железнодорожный транспорт.

Мониторинг загрязнения атмосферного воздуха в городе проводятся на 3-х стационарных постах Архангельского ЦГМС-Р.  Посты подразделяются на «городской фоновый», в жилых районах  (пост 5), «промышленный», вблизи предприятий (пост 6) и «авто» - вблизи автомагистралей с интенсивным движением транспорта (пост 4). На этих постах ведутся  наблюдения за содержанием диоксида серы, диоксида и оксида  азота, оксида углерода, взвешенных веществ, бенз(а)пирена и специфических веществ (сероводорода, сероуглерода,  формальдегида и метилмеркаптана).

На содержание загрязняющих веществ в атмосферном воздухе в значительной степени оказывают влияние метеорологические условия, а именно: скорость и направление ветра, стратификация атмосферы (устойчивая, неустойчивая, безразличная), выпадение сильных осадков, туманы.

Так, ветер способствует переносу примесей от источников на жилые кварталы города, а при расположении группы предприятий в одном районе (ТЭЦ, ОАО «Соломбальский ЦБК», асфальтобетонный завод) происходит наложение выбросов от всех источников и перенос их на город северо-западным ветром. При наличии этого направления ветра и  приподнятой инверсии, расположенной над источником на высоте до 500 м, концентрации загрязняющих веществ в городе могут увеличиваться в 3-5 раз. Сила ветра также  существенно влияет на перенос и рассеивание примесей. Особенно это относится к ветрам со скоростью 0-1 м/с и  4-6 м/с. Это связано с наличием двух групп источников выбросов: высоких и низких.

Термическая устойчивость атмосферы, определяющая вертикальное перемешивание воздушных масс, как и скорость ветра, различным образом влияет на формирование уровня загрязнения от высоких и низких источников, нагретых и холодных.  На рост концентраций загрязняющих веществ существенно влияет наличие инверсионных слоев. Так, максимальные концентрации наблюдаются при штиле и приземной инверсии, а минимальные . при отсутствии инверсионных слоев, когда создаются условия хорошего перемешивания воздушной массы.

При устойчивой стратификации (положительная вертикальная разность температур) загрязнение воздуха в городе уменьшается с усилением скорости ветра.

При неустойчивой стратификации (отрицательная вертикальная разность температур) максимум  загрязнения отмечается при скоростях ветра, близких к опасным для различных групп источников.

Накопление примесей в атмосфере усиливается в условиях тумана. В туманах происходит поглощение примесей каплями, наблюдается эффект аккумуляции примесей из выше- и нижележащих слоев. За счет создания значительных градиентов концентраций (вне капель) происходит перенос примесей из окружающего пространства в область тумана. В связи с этим суммарная концентрация примесей возрастает. Значительную опасность представляет расположение над туманом факелов дыма, которые под воздействием указанного эффекта распространяются в приземный слой воздуха.

Установлена также зависимость загрязнения воздуха в городе от синоптической ситуации. Синоптическая ситуация характеризуется в общем виде сложным комплексом метеорологических параметров и отражает многообразие процессов, происходящих в атмосфере.

Повышенный уровень загрязнения воздуха в городе чаще всего отмечается в центральной области стационарного антициклона и на оси малоподвижного гребня. Особенно, когда эти ситуации сохраняются 2-3 дня. Повышенные концентрации могут наблюдаться в малоградиентном барическом поле, а также в теплых секторах циклонов при отсутствии там сильного ветра и интенсивных осадков.

Сочетания определенных синоптических условий и метеорологических факторов приводят к формированию аномально высокого уровня загрязнения воздуха. Это редко встречающиеся  случаи (1-2) в год, когда концентрации загрязняющих веществ в атмосферном воздухе превышают ПДК в 10 раз и более.

Так, в течение 2006 года в г.Архангельске отмечалось 6 случаев экстремально высокого уровня загрязнения атмосферного воздуха (ЭВУЗВ), при значениях интегрального показателя загрязнения параметра Р>=0,40.

Наиболее продолжительные периоды ЭВУЗВ в городе наблюдались: с 28 февраля по 3 марта; с 9 по 10 и с 13 по 14 марта 2006 г. Интегральный показатель загрязнения воздуха . параметр Р достигал значений 0,42-0,68, в основном,  за счет примесей: NO₂, CO, NO, формальдегид, которые поступали в атмосферу с выбросами городской ТЭЦ, автотранспорта и  мелких  котельных.

Увеличение уровня загрязнения воздуха в марте происходило в малоградиентном  барическом поле повышенного давления. Архангельск находился между двумя антициклонами: малоподвижным антициклоном над Скандинавией и отрогом антициклона над  Западной Сибирью. Активные процессы, связанные с перемещением циклонов, происходили над севером Баренцева моря и в центральных районах России.

Дополнительными неблагоприятными факторами были: туман, штиль, приземная инверсия. В отдельные дни периода ЭВУЗВ в приземном слое наблюдался  фактор переноса на город неблагоприятными северными, северо-западными ветрами выбросов от предприятий северного промузла. Все случаи ЭВУЗВ были предусмотрены прогнозами с использованием разработанной в ГУ «Архангельский ЦГМС-Р» статистической схемы прогноза ЭВУЗВ.

Для разработки схемы прогноза экстремально высокого уровня загрязнения воздуха использовались аэросиноптические материалы и данные наблюдений за загрязнением атмосферного воздуха на 3-х постах г.Архангельска  за период 2000-2004 гг.

К экстремально высокому уровню загрязнения воздуха в городе относились случаи со значениями параметра Р>=0,40, а  также случаи с Р>=0,35, имеющими место в течение двух суток и более.

На первом этапе работы по всему ряду наблюдений отбирались случаи со значениями Р>=0,25. Такие случаи высокого загрязнения имели повторяемость в Архангельске (9-12)%. Далее изучались синоптические ситуации, которые отмечались при выбранных случаях высокого уровня загрязнения воздуха (ВУЗВ) и ЭВУЗВ, они уточнялись  и отбирались по всему использованному ряду.

Всего за четырехлетний период было отобрано 175 случаев высокого и экстремально высокого загрязнения воздуха. Следует отметить, что синоптические ситуации, обуславливающие ЭВУЗВ в г.Архангельске, аналогичны синоптическим ситуациям, характерным для Европейской территории России.

На следующем этапе работы для каждого случая ЭВУЗВ рассчитывался комплексный синоптический предиктор (SnK) и устанавливалось значение параметра Р на период составления прогноза (Р').

Комплексный синоптический предиктор рассчитывался с учетом текущей, предыдущей синоптической ситуации, преобразования синоптических процессов, а также местных условий, способствующих увеличению уровня загрязнения воздуха в городе. Для г.Архангельска дополнительно учитывалось влияние неблагоприятного северо-западного направления ветра со стороны промышленной зоны на центр города.

С использованием двух предикторов: SnK и Р' была разработана статистическая схема прогноза ЭВУЗВ по методу графической регрессии (рис.1 ). На схеме выделена зона ЭВУЗВ со значениями Р>=0,35.

Рис.1 Статическая схема прогноза ЭВУЗВ по методу графической регрессии.

С использованием прогностической схемы было составлено 7 прогнозов ЭВУЗВ, из которых оправдалось 5, также был предсказан один случай ЭВУЗВ со значением Р>0,40. Таким образом, оправдываемость прогнозов составила 71%.

 В периоды неблагоприятных метеорологических условий, сопровождающихся увеличением концентраций загрязняющих веществ в атмосферном воздухе до значений, превышающих санитарные нормы, сотрудниками лаборатории мониторинга загрязнения атмосферного воздуха (ЛМЗАВ) проводились наблюдения за концентрациями выбрасываемых примесей под факелами предприятий. 

По контракту с комитетом по экологии администрации Архангельской области  в период с 7 ноября по 15 декабря  2006 года были проведены работы по определению концентраций загрязняющих  веществ в атмосферном воздухе гг.Архангельск, Новодвинск и Северодвинск под факелами крупных промышленных предприятий. Для этих предприятий было составлено 5 предупреждений о неблагоприятных метеорологических условиях (НМУ), в соответствии с которыми проводились подфакельные наблюдения для различных групп источников выбросов. Целью данной работы было определение  максимальных концентраций загрязняющих веществ, которые создавались в различных районах города в результате влияния  выбросов  предприятия  при направленном переносе факела . Отбор проб производился  под факелами следующих предприятий: ОАО «Архангельский ЦБК», ОАО «Соломбальский ЦБК», ОАО «АГК» Архангельская ТЭЦ, ОАО «АГК» Северодвинская ТЭЦ-2, ФГУП МП «Звездочка», ФГУП ПО «Севмашпредприятие», ОАО «Лесозавод .3», «Архангельский морской торговый порт».

В атмосферном воздухе под факелами целлюлозно-бумажных комбинатов отбирались пробы на содержание взвешенных веществ, диоксида серы, окислов азота, оксида углерода, метилмеркаптана, сероводорода и бенз(а)пирена. Под факелами предприятий  топливно-энергетического и лесного комплексов - на взвешенные вещества, диоксид серы, окислы азота, оксид углерода, формальдегид, бенз(а)пирен. Анализ отобранных проб выполнялся с соответствии с методиками «Руководства по контролю загрязнения атмосферы» РД 52.04.186-89, включенными в Федеральный перечень методик выполнения измерений, допущенных к применению при выполнении работ в области мониторинга загрязнения окружающей природной среды.

 Места отбора проб  при подфакельных наблюдениях выбирались на разных расстояниях от конкретного источника загрязнения с учетом закономерностей распространения загрязняющих веществ в атмосфере. Всего отобрано и проанализировано 369 проб воздуха и выполнено 480 определений. Для обеспечения достоверности результатов в лаборатории мониторинга загрязнения атмосферного воздуха ЦМС Архангельского ЦГМС-Р ежемесячно проводился внутрилабораторный контроль на все вышеуказанные ингредиенты.

Данные «подфакельных» наблюдений в периоды НМУ показали, что превышение предельно-допустимых концентраций (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе (сероводород, метилмеркаптан, диоксид азота, бенз(а)пирен) наблюдались только от высоких и средних источников крупных предприятий: ОАО «Соломбальский ЦБК», ОАО «Архангельский ЦБК», АГК «Архангельская ТЭЦ». Это происходило в связи с наложением выбросов от источников и их целенаправленном переносе северными ветрами на жилые районы городов. Что касается результатов «подфакельных» наблюдений от низких источников выбросов, то превышений ПДК почти не наблюдалось из-за непродолжительности периодов НМУ для низких источников и отсутствия фактора накопления примесей в приземном слое атмосферы.

Для получения более четких представлений о структуре полей концентраций вредных примесей в городских условиях  при НМУ необходим детальный статистический анализ. В связи  с этим  в 2007 году планируется  продолжить проведение подфакельных  наблюдений с тем, чтобы на каждом расстоянии от источника было не менее 50 измерений каждого вещества. Планируется  также расширить наблюдения в части номенклатуры контролируемых химических веществ. Это позволит оперативно выявлять опасные уровни загрязнения окружающей среды, оценивать эффективность осуществляемых природоохранных мероприятий, предоставлять объективную информацию о состоянии окружающей среды . Новый уровень контроля загрязнения атмосферного воздуха в периоды НМУ даст возможность органам надзора получать более качественную доказательную базу при нарушении воздухоохранного законодательства.