Главная
страница 1
Введение

Перечень сокращений, условных обозначений, символов, единиц измерений и терминов


ВВ - вредные вещества;
ЗВ - загрязняющие вещества;
УК ТЭЦ - Усть-Каменогорская теплоэлектростанция;
УКТС - Усть-Каменогорские тепловые сети;
ГЭС - гидроэлектростанция;
МВТ - мегаватт;
СЦК - свинцово-цинковый комбинат;
ЦГМ - центр гидрометеорологии;
ПДК - предельно допустимые концентрации (среднесуточные);
т/м - телевизионная мачта;
АТ-850 - карта абсолютной топографии изобарической поверхности 850 мбар;
АТ-500 - карта абсолютной топографии изобарической поверхности 500 мбар;
ОТ----- - карта относительной топографии изобарической поверхности 500
мбар над поверхностью 1000 мбар; ПВФЗ - планетарная высотная фронтальная зона.
ВВЕДЕНИЕ
Вопросы изменения климата принадлежат к числу тех научных проблем, которыми с незапамятных времен интересуется человечество, и полное разрешение которых имеет большой теоретический интерес и огромное практическое значение.
В последние годы в связи с появлением сообщений о потеплении климата на всей планете интерес к данной проблеме возрос, а число публикаций заметно увеличилось. К настоящему времени появилось не мало работ, в которых содержится много ценных фактов и построен ряд научных гипотез [2, 6, 13, 18, 21, 23-25, 29, 34, 39-42, 44, 45 и др.]. Однако, из-за целого ряда технических трудностей, а также большой неоднозначности полученных результатов, недостаточной степени их точности и достоверности эта проблема все еще далека от полного понимания.
Глобальное изменение климата и, прежде всего, изменение температуры и осадков могут по-разному проявляться в конкретном регионе. В то же время именно региональное проявление изменения климата имеет наибольший практический интерес. Поэтому в данной работе рассматривается региональное проявление изменения климата на фоне естественной пространственно-временной изменчивости температуры и осадков.
Так как метеорологические наблюдения ведутся за каждым метеорологическим элементом в отдельности, то и изучение изменения климата производится путем исследования изменения отдельных метеорологических элементов, и лишь впоследствии данные иногда синтезируются. Поскольку наиболее существенными характеристиками климата являются количество тепла и влаги, а также их соотношение, обычно при исследовании изменения климата пользуются данными о температуре воздуха и об атмосферных осадках.
Имеется, однако, немало работ и в отношении других метеорологических элементов. Для Казахстана наблюдающееся изменение климата, отслеживание
6
тенденций и прогноз возможных последствий особенно актуальны, т.к. подавляющая часть сельскохозяйственной деятельности расположена в зоне рискованного земледелия. И поэтому сравнительно небольшое повышение температуры, сопровождающееся уменьшением количества осадков, может существенно снизить эффективность сельскохозяйственного производства и даже сдвинуть границы климатических зон. Согласно исследованиям [33, 38, 54], для равнинных районов Казахстана такая тенденция имеет место.
Особый интерес и тревогу представляет Восточный Казахстан. Его сердцевину составляет Казахстанский Алтай, где сосредоточены добыча и переработка руд цветных металлов. Соответственно, здесь сосредоточен и мощный энергетический потенциал, вспомогательные и сопутствующие производства. В результате в атмосферу выбрасывается большое количество разнообразных загрязняющих веществ. Ситуация осложняется тем, что в горных районах скорость ветра в среднем невелика, что не способствует рассеянию и выносу загрязняющих веществ из региона. Воздушные бассейны городов Казахстанского Алтая являются поэтому наиболее загрязненными в Казахстане. Изучение загрязнения, его динамики в регионе, а также оценка возможного влияния на концентрации и динамику загрязняющих веществ в связи с предстоящим изменением климата представляют и научный, и практический интерес.
Проблемой изменения климата в Казахстане занимался ряд авторов [33, 45, 46, 54], но это касалось в основном равнинной территории. Вопросы загрязнения воздушных бассейнов городов также постоянно изучаются. Однако, в процессе выполнения работы нам удалось собрать исключительно полные и систематизированные данные благодаря тому, что, помимо наблюдений основной сети, удалось провести несколько экспедиционных обследований, при которых были организованы дополнительные пункты отбора проб и метеорологические наблюдения, в том числе на высотах 60 и 100 м на телевизионной вышке, расположенной почти в центре города Усть-Каменогорска.
7
При изучении состояния загрязнения воздушного бассейна региона обнаружилась, однако, еще одна важная, требовавшая неотложного решения проблема. В условиях крупного промышленного города, когда выбросы в атмосферу осуществляют много предприятий, а структура и объем этих выбросов не до конца известны, трудно определить вклад выбросов отдельно взятого предприятия в уровень приземных концентраций ВВ в воздушном бассейне города. Существующие теоретические методы оценки вклада, в силу особенностей региона и неопределенности в объемах выбросов других предприятий, оказались неэффективными. Поэтому потребовалась разработка такого метода оценки вклада отдельно взятого предприятия в приземные концентрации ВВ, который бы базировался на полной информации о массах, составе выбросов определенного предприятия и данных о метеорологических условиях рассеяния ВВ в атмосфере, но который в наименьшей степени зависел бы от наличия информации о выбросах других предприятий. Это позволяло бы проверить эффективность тех или иных технологических решений по уменьшению выбросов ВВ, внедренных на предприятиях, через величину уменьшения приземных концентраций соответствующих ВВ - самое эффективное в экологическом понимании средство оценки.
Данная задача решена на примере Усть-Каменогорской ТЭЦ и других энергетических предприятий этого города, показана эффективность решения. Одновременно всесторонне изучена динамика концентраций загрязняющих веществ в самом Усть-Каменогорске, в том числе в зависимости от метеорологических условий и синоптической ситуации.
Актуальность темы. Она определяется востребованностью результатов различными отраслями хозяйственной деятельности: сельским хозяйством, энергетической и другими отраслями, где имеют место значительные выбросы в атмосферу, учреждениями охраны окружающей среды, городскими и государственными планирующими организациями.
8
Результаты содержащихся в диссертации исследований будут способствовать также расширению наших знаний в области физики атмосферы, охраны окружающей среды, горной метеорологии и климата.
Диссертация выполнена в Казахском научно-исследовательском институте мониторинга окружающей среды и климата (КазНИИМОСК) и на кафедре метеорологии Казахского национального университета им. аль-Фараби. Она является продолжением и развитием проводившихся при участии автора в КазНИИМОСК по международным грантам исследований по изменению климата в Казахстане. В диссертации также использованы результаты исследований автора по проблеме загрязнения окружающей среды Казахстанского Алтая, которые выполнялись в КазНИИМОСК и на кафедре метеорологии КазНУ им. аль-Фараби в рамках хоздоговорных работ.
Цель исследований. Изучить пространственно-временные тенденции изменения температуры и осадков над Восточным Казахстаном, уровень и динамику концентраций загрязняющих веществ в зависимости от метеоусловий и на этой основе сделать выводы об ожидаемом изменении климата, а под его влиянием - и об изменении загрязнения воздушного бассейна региона на период до 2060 года.
Для достижения цели требуется решение следующих задач:
- изучить временные тенденции изменения температуры воздуха и осадков для станций региона, а также тенденции временного хода разности температуры и осадков для пар станций «город» - «пригород»;
- оценить общий уровень загрязнения региона, дополнив или скорректировав данные на основе углубленного анализа работы основных источников выбросов;
- изучить пространственное распределение загрязняющих веществ в крупнейшем промышленном центре региона-Усть-Каменогорске, в том числе в зависимости от метеорологических условий и синоптической ситуации;
- дать рекомендации к прогнозу пространственного распределения уровней загрязнения в зависимости от направления ветра на высоте 100 м;
9
- разработать и предложить метод оценки вклада выбросов отдельно взятого предприятия в приземные концентрации загрязняющих веществ при условии, что данные выбросов других предприятий города неизвестны или малонадежны;
- выполнить совместный анализ тенденций изменения климата и концентраций загрязняющих веществ с целью прогноза их состояния и последствий на период до 2060 года.
Научная новизна работы состоит в том, что впервые:
- выявлены и оценены временные линейные тренды температуры воздуха и осадков для 22-х станций региона, а также интегральные тренды разностей температуры и осадков «город» - «пригород»;
- получены скорректированные оценки объемов выбросов загрязняющих веществ предприятиями региона. Найдена пространственно-временная зависимость приземных концентраций загрязняющих веществ от метеорологических условий. Установлена связь между направлением ветра на высоте 100 м и синоптическими условиями, определяющими этот ветер, на этой основе даны рекомендации к прогнозу;
- предложен метод оценки вклада выбросов отдельно взятого предприятия в приземные концентрации загрязняющих веществ. В качестве характеристики условий диссипации в атмосфере предложено использовать величины концентраций известного загрязняющего вещества, масса выбросов которого достоверно известна, в данном случае - хлора;
- оценены возможные экономические издержки в различных областях хозяйственной деятельности на перспективу до 2060 г., обусловленные наблюдающимся изменением климата. Оценены также ожидаемые изменения в загрязнении воздушного бассейна региона.
Перечисленные выше вопросы и выносятся на защиту.
Достоверность полученных результатов подтверждается большим объемом исходных данных статистических выборок, применяемыми методами обработки и анализа, получившими широкое признание, а также хорошим
10
согласованием полученных результатов с теоретическими положениями по проблеме.
Методика исследований. Исследования выполнялись с использованием широко применяющихся и признанных в современной физике атмосферы статистических методов, картографическом и графическом методах, использовался также специфический, получивший широкое применение в метеорологии, комплексный аэросиноптический метод анализа.
Анализ всех результатов базируется на теории атмосферной циркуляции, теории атмосферной диффузии, мезометеорологии и термодинамике атмосферы.
Предмет защиты. На защиту выносятся следующие положения:
- оценка величины тенденций изменения температуры воздуха и осадков в регионе, их сезонные особенности, а также связь между ними;
- значения интегральных разностей температуры и осадков «город» -«пригород» и вывод о том, что эти разности не позволяют выделять антропогенную составляющую. Однако они эффективны при оценке синхронности или несинхронности временных тенденций температуры и осадков в двух точках наблюдений;
- величины скорректированных объемов выбросов загрязняющих веществ в регионе;
- пространственное распределение загрязняющих веществ в воздушном бассейне Усть-Каменогорска, динамика годового хода концентраций загрязняющих веществ в Усть-Каменогорске и их зависимость от метеоусловий, в том числе по данным наблюдений на высотах 60 и 100 м на телемачте;
- пространственно-временное распределение загрязняющих веществ в зависимости от направления ветра на высоте 100 м и аэросиноптических условий в регионе, даны рекомендации к прогнозу соответствующих ситуаций;
- метод оценки вклада выбросов отдельно взятого предприятия на приземные концентрации загрязняющих веществ и способ учета условий
11
атмосферной диссипации примесей через концентрации ингредиента -трассера, выбросы которого достоверно известны. В данном случае в качестве трассера взяты выбросы хлора;
- прогноз ожидаемых экономических последствий изменения климата и изменения концентраций загрязняющих веществ в регионе к 2060 г.
Исходные материалы исследований. При выполнении работы использованы данные наблюдений метеорологических станций региона за весь период наблюдений, но не менее чем за 50 лет, также Бюллетени Гидрометцентра СССР (России) за последние 20 лет, синоптические карты, включая карты барической топографии за период с 1994 по 2002 г.; данные о выбросах предприятий региона за период с 1992 по 2000 г., представленные Восточно-Казахстанским управлением по охране окружающей среды, данные о концентрациях загрязняющих веществ в городах региона по данным Восточно-Казахстанского ЦГМ за период с 1993 по 2000 г., а также все данные о выбросах и режимах работы котлов Усть-Каменогорской и Согринской ТЭЦ, Усть-Каменогорских тепловых сетей за 1994 - 1998 гг.; результаты экспедиционных учащенных наблюдений за концентрациями ЗВ в Усть-Каменогорске, включая наблюдения на телемачте в период с 1994 по 1996 гг.
Более подробно характеристика используемого материала дается по тексту при его использовании.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, заключения и списка литературы. Общий объем работы - 179 страниц машинописного текста, в том числе 20 рисунков, 28 таблиц, 5 приложений, список литературы представлен 100 наименованиями.
12
1 .ФИЗИКО-ГОГРАФИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ РЕГИОНА. ХАРАКТЕРИСТИКА
ИСПОЛЬЗУЕМОГО МАТЕРИАЛА
1.1. Краткое физико-географическое описание региона
Регион расположен на северо-востоке республики (рис. 1.1) в бассейне верхнего Иртыша, занимая казахстанскую часть Алтая, Зайсанскую котловину, хребты Саур и Тарбагатай. На востоке он граничит с Китайской Народной республикой, на юго-западе и западе - - с Павлодарской областью, на севере -с Алтайским краем [7].
,
КАЗАХСТАН
¦ ¦...
Рис.1.1. Положение Восточно-Казахстанского региона.
Рельеф местности характеризуется наличием гор, предгорий, плато, равнин и котловин. Большая часть территории региона имеет характер горной страны. Почти все правобережье Иртыша занято горной системой Алтая. Казахстанский
13
Алтай делится на три района: 1) западные отроги Центрального Алтая. 2) Южный Алтай и 3) Калбинский хребет.
Западные отроги Центрального Алтая занимают всю северо-восточную часть региона. Самыми северными на границе с Россией являются Тигирецкие и Коргонские белки. Южнее протягиваются хребты Холзун и Листвяга. За ними идут Катунские белки с высшей точкой Алтая - г. Белухой (4506 м), северные склоны которой находятся в Алтайском крае России, а южные - в пределах Казахстана. На ее южном склоне лежит Большой Берельский ледник.
Южный Алтай начинается от горного узла Табын-Богдо-Ола западнее плоскогорья Укок. Он представляет собой горную систему, включающую в себя несколько хребтов, плоскогорий и межгорных впадин.
Характерными чертами строения гор Алтая являются ступенчатость и плосковершинность горных хребтов, наличие межгорных котловин (Орловская, Бобровская, Верхне-Калбинская степь и др.).
Продолжением Южного Алтая на запад, за рекой Иртыш, являются Калбинские горы. Наиболее высокой точкой является гора Сары-Шоку. Калбинские горы имеют вид приподнятой глыбы с плоской и волнистой вершиной. С юго-запада горы как бы обрезаны долиной р. Чар.
Зайсанская котловина разделяет системы гор Алтая и Саур-Тарбагатая. Она представляет собой межгорную впадину, в центре которой находится озеро Зайсан. Оно лежит на абсолютной высоте 380—400 м. Поверхность котловины в основном равнинная, лишь кое-где выступают отдельные возвышенности. На левобережье Иртыша разнообразие вносят бугристые и барханные пески. У подножия гор образуются рыхлые наносы.
Южная окраина Зайсанской котловины замыкается горной системой Саура и Тарбагатая, которые располагаются вдоль границ Китая и Казахстана. Хребет Саур более высок, высшая точка его - г. Музтау - имеет высоту 3816 м. На запад он понижается и переходит в хребет Манрак (г. Шорбас - 2053 м), который почти достигает озера Зайсан. В районе Музтау имеются ледники. Неширокой Чиликтинской долиной Саур отделен от Тарбагатая.
14
Тарбагатай в пределы региона заходит своей восточной частью и представляет собой ряд глыб, приподнятых на разную высоту. Вершины их плоские, без оледенения.
Главной водной артерией региона является р. Иртыш (в верховьях - Черный Иртыш).
На территории региона насчитывается около 10000 водотоков. Наиболее крупные из них р. Уба - 278 км, р. Бухтарма - 336 км, р. Курчум - 230 км и р. Иртыш в пределах области 504 км (от оз. Зайсан). После окончания строительства Бухтарминской ГЭС оз. Зайсан стало частью обширного Бухтарминского водохранилища, сохранив в то же время все признаки озера.
Поскольку реки региона имеют преимущественно снеговое питание, вода в них в период половодья маломинерализована, в межень минерализация увеличивается. По химическому составу воды, в основном, гидрокарбонатно-кальциевые-от неясно до резко выраженного характера в течение года и пригодна для всех видов бытового и сельскохозяйственного водоснабжения, полива полей и технических нужд [67].
Почвенный покров региона разнообразен. В равнинной части на севере распространены черноземы и темно-каштановые почвы, на юге - светло-каштановые и бурые. В характере распределения почвенного покрова гор ясно выражена вертикальная поясность. У подножия гор Южного Алтая и Саура преимущественно горные темно-каштановые почвы. Они имеют отчетливо выраженный гумусовый горизонт мощностью 35-40 см. Содержание гумуса в них 3.5-4.5% [1,7]
У подножия Тарбагатая и Калбинских гор - светло-каштановые почвы. Выше, на высоте 600-800 м над ур. м., они сменяются темно-каштановыми почвами.
До высоты 500-700 м на севере и 800-1500 м на юге идет пояс горных черноземов. Эти почвы имеют мощный гумусовый горизонт в 60-70 см и содержат гумуса 6-10 %.
Третий пояс - горных серых лесных и дерново-подзолистых почв -
15
расположен на высоте 800-2000 м на севере, на хребте Саур - на высоте 1650-2300 м. Механический состав их глинистый и тяжелосуглинистый. Мощность гумусового горизонта составляет 30-40 см, содержание гумуса-4-6 %, цвет - коричневый или коричневато-серый. В горно-подзолистых почвах гумусовый горизонт не выражен, почва имеет палево-серый цвет.
Четвертый пояс - горно-луговые почвы, которые начинаются с высоты около 2000 м. По внешнему облику эти почвы напоминают горные черноземы. Мощность гумусового горизонта составляет 60-70 см, содержание гумуса достигает 20-25%, а на глубине 10-15 см снижается до 6-7%. Выше 2000 м идут каменные россыпи, дальше - ледники.
На севере Зайсанской котловины развиты бурые пустынно-степные почвы. На западе - светло-каштановые почвы на суглинистых отложениях, чередующиеся с пятнами солонцов и солончаков. На восточном и южном побережьях озера распространены обширные массивы бугристых и бугристо-грядовых песков. В дельтах рек выражены лугово-болотные почвы [1,7].
Растительный покров отличается большим разнообразием и подчинен как широтной, так и вертикальной зональности.
Предгорные равнины северо-западной части региона характеризуются преобладанием ковыльно-разнотравных степей. На левобережье Иртыша, в предгорьях Калбинских гор развиты ковыльно-типчаковые степи.
В горных районах региона растительный покров распределен следующим образом: горно-степной пояс на высоте от 400 до 800 м на севере, от 600 до 1300 м - на юге. Здесь почти все распахано, за исключением крутосклонных участков, где произрастает разнотравно-ковыльная и кустарниковая растительность. Кустарники - таволожка, шиповник, жимолость, акация, боярышник - образуют заросли по логам и склонам гор; по долинам рек растут ива, шиповник, черемуха, калина, смородина, переплетенные хмелем и ежевикой.
На высоте от 800 до 1700 м на севере и до 2300 м на юге идет лесной пояс. Сначала произрастают лиственные леса, состоящие из березы бородавчатой,
16
осины, изредка - тополя. Потом они сменяются хвойными, состоящими из лиственницы, пихты, ели с примесью сосны, а еще выше - кедра. На свободных полянах развиты большетравные луга, состоящие из ржи, овсеца пушистого, тимофеевки степной, костра безостого и др.
Выше лесного пояса развиты субальпийские и альпийские луга. Здесь встречаются кобрезиевые, ожиковые, манжетковые луга, с участием горечавки, астры, лютиков, примул и др. Луга эти используются под летние пастбища.
Выше альпийских лугов расположены каменные россыпи и участки горной тундры. Еще выше идут снега и ледники.
В Калбинских горах и Тарбагатае у подножия развиты сухие степи и почти совсем не выражен лесной пояс.
В Зайсанской котловине развиты полынные и полынно-солянковые пустынные степи.
В пойме Иртыша растут березово-осиново-тополевые леса, кустарниковые заросли и заливные луга.
1.2. Характеристика используемого материала и методы его обработки
Для анализа временных рядов температуры и осадков были выбраны 11 метеостанций, расположенных примерно равномерно по территории, и у которых ряды наблюдений превышали 50 лет.
Представляло также интерес попытаться выделить антропогенную составляющую в трендах температуры и осадков, как это сделано в ряде работ [6, 10, 23, 34, 39, 49, 57, 54]. Для этого были взяты пары станций "город-пригород". Для выполнения таких исследований были выбраны два крупных города Семипалатинск и Усть-Каменогорск, в которых имеются станции с рядом наблюдений, превышающим 50 лет. Вблизи каждого из этих городов в радиусе от 30 до 120 км было выбрано по несколько метеостанций в соответствии с понятием "пригорода" с рядом наблюдений тоже не менее 50
17
лет. При выборе станций стремились к тому, чтобы станции были расположены равномерно во всех направлениях от "города" и отражали все многообразие орографии.
Для изучения изменения термического режима за длительный период принято применять какой-либо вариант метода сглаживания данных [2, 4, 5, 13, 14, 23, 24, 43, 49, 60]. Цель метода сглаживания состоит в том, чтобы погасить колебания сравнительно коротких периодов, которые нас в данном случае не интересуют, и тем самым более отчетливо выявить изменения длительного характера. Для целей выявления изменения климата наиболее целесообразным является сглаживание путем образования так называемых скользящих средних.
Гармонический анализ является наиболее обычным типом анализа, применяющегося для исследования периодического хода метеорологических параметров. Такой анализ помогает понять физическую сущность периодических флуктуации. Следующим этапом после выделения и анализа регулярных колебаний временного ряда является исключение последних, т. е. вычитание их из данных так, чтобы можно было проанализировать оставшийся временной ряд.
Остаток временного ряда после исключения из первоначального ряда регулярных колебаний называется непериодическим временным рядом. По сути, это временной тренд данного метеорологического параметра. Для выявления длиннопериодных и вековых изменений температуры и осадков приходится выделять именно тренды. В простейшем случае тренд можно принять линейным. Тогда прямая, выражающая этот тренд, может быть подобрана с помощью метода наименьших квадратов.
Из всех методов наиболее широкое применение при изучении изменения климата в настоящее время получил метод выделения и анализа трендов [43, 49]. В нашем исследовании тоже применен этот метод.
Оценка значимости выявленных трендов определялась существующими объективными статистическими методами, в т.ч. с помощью критериев Фишера и Стьюдента [14, 43, 49 и др].

Список литературы


Смотрите также:
Перечень сокращений, условных обозначений, символов, единиц измерений и терминов
152.11kb.
1 стр.
Перечень условных обозначений, символов и терминов 7
666.09kb.
4 стр.
Перечень сокращений и условных обозначений
388.71kb.
1 стр.
Перечень условных сокращений
650.03kb.
3 стр.
Типовые формулировки и условные обозначения
36.99kb.
1 стр.
К проблеме перевода сокращений
66.54kb.
1 стр.
Правила выполнения условных обозначений rock graphic documentation. Symbol representation rules Дата введения 1980-01-01
465.18kb.
3 стр.
Краткий словарь терминов и сокращений
49.09kb.
1 стр.
Перевод единиц измерений
21.06kb.
1 стр.
Тематика занятий по военной топографии
83.55kb.
1 стр.
Краткий словарь терминов и сокращений 108
10.6kb.
1 стр.
Они устанавливают, что в случае подобного нарушения со стороны юридического лица размер штрафа составит 2000 6000 условных единиц. Кроме того, оно лишится права работать в соответствующей области в течение трех лет
12.53kb.
1 стр.