1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Известия РАН. Физика атмосферы и океана
  4. T. 58, № 6, 2022

Известия РАН. Физика атмосферы и океана, 2022, T. 58, № 6, стр. 648-657

Влияние природно-климатических условий на значения вертикального коэффициента турбулентной диффузии для длительных периодов наблюдения

Н. К. Рыжакова a, Н. С. Рогова a, Е. А. Покровская a, *, К. А. Тайлашева a

a Национальный исследовательский Томский политехнический университет
634050 Томск, пр. Ленина, 30, Россия

* E-mail: pokrelena@tpu.ru

Поступила в редакцию 24.06.2022
После доработки 20.07.2022
Принята к публикации 11.08.2022

Аннотация

Диффузионно-конвективное уравнение переноса (К-теория) получила широкое распространение в качестве математической основы моделирования дисперсии загрязняющих веществ в атмосферном воздухе. Важным параметром этой модели является вертикальная компонента коэффициента турбулентной диффузии, описывающая перенос мелкодисперсных частиц в вертикальном направлении. Существующие модели вертикальной диффузии разработаны для небольших периодов наблюдения, когда состояние атмосферы можно считать стационарным. Влияние малых концентраций мелкодисперсных частиц на организм человека проявляется при длительном воздействии. В связи с этим основной интерес представляют моделирование дисперсных кривых, усредненных за большие временные промежутки. В работе представлены результаты оценок вертикальных коэффициентов диффузии для периодов наблюдения 2, 8 и 11 месяцев. Результаты получены с помощью полуэмпирического метода, основанного на регрессионном анализе измеренных горизонтальных профилей уровня загрязнения приземного слоя атмосферы выбросами крупных предприятий – угольной теплоэнергетической станции и алюминиевого завода. Для измерения профилей использован метод активного биомониторинга на высоте 1–2 метра. Проведен анализ полученных результатов в зависимости от средней скорости ветра и степени неоднородности поверхности исследованных территорий.

Ключевые слова: приземный слой атмосферы, диффузионно-конвективное уравнение переноса, вертикальный коэффициент турбулентной диффузии, метод мхов-трансплантатов, концентрации химических элементов в образцах мха, регрессионный анализ, атомно-эмиссионный анализ, нейтронно-активационный анализ

Список литературы

  1. Hofmann W. Modelling inhaled particle deposition in the human lung–A review // Journal of Aerosol Science. 2011. T. 42. № 10. C. 693–724.

  2. Luo P. et al. Size-dependent atmospheric deposition and inhalation exposure of particle-bound organophosphate flame retardants // Journal of hazardous materials. 2016. V. 301. P. 504–511.

  3. Sturm R. Modeling the deposition of bioaerosols with variable size and shape in the human respiratory tract–A review // Journal of Advanced Research. 2012. T. 3. № 4. C. 295–304.

  4. Tchounwou P.B., Yedjou C.G., Patlolla A.K., Sutton D.J. Heavy Metal Toxicity and the Environment // In Molecular, Clinical and Environmental Toxicology. 2012. P. 133–164.

  5. World Health Organization. Review of Evidence on Health Aspects of Air Pollution–REVIHAAP Project Technical Report // World Health Organization. 2013. P. 309.

  6. Мудрый И.В., Короленко Т.К. Тяжелые металлы в окружающей среде и их влияние на организм // Издание: врачебное дело. 2002. С. 32-37.

  7. Mandel A. et al. Setting threshold values of particle sizes for determination of the appropriate dispersion/deposition model during various atmospheric stability conditions //Atmospheric Environment. 2015. T. 105. C. 181–190.

  8. Viana M. et al. Partitioning of trace elements and metals between quasi-ultrafine, accumulation and coarse aerosols in indoor and outdoor air in schools // Atmospheric Environment. 2015. T. 106. C. 392–401.

  9. Chamecki M. An analytical model for dispersion of biological particles emitted from area sources: Inclusion of dispersion in the crosswind direction // Agricultural and forest meteorology. 2012. T. 157. C. 30–38.

  10. Zhang Y., Hu R., Zheng X. Large-scale coherent structures of suspended dust concentration in the neutral atmospheric surface layer: A large-eddy simulation study // Physics of Fluids. 2018. T. 30. № 4. C. 046 601.

  11. Moreira D.M. et al. A contribution to solve the atmospheric diffusion equation with eddy diffusivity depending on source distance // Atmospheric Environment. 2014. T. 83. C. 254–259.

  12. Берлянд М.Е. Прогноз и регулирование загрязнения атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1985. 272 с.

  13. Лайхтман Д.Л. Физика пограничного слоя атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1970. 342 с.

  14. Панин Г.Н., Бернхофер Х. Параметризация турбулентных потоков над неоднородными ландшафтами // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2008. Т. 44. № 6. С. 755–772.

  15. Ryzhakova N.K., Borisenko A.L., Babicheva V.O. Use of moss biomonitors for turbulent transport coefficient estimation for industrial emissions. Atmospheric Pollution Research, 2017, V. 8(5), p. 997–1004.

  16. Długosz-Lisiecka M., Wróbel J. (2014) Use of moss and lichen species to identify 210 Po-contaminated regions. Environmental Science: Processes & Impacts 16(12): 2729–2733.

  17. Motyka O. et al. Moss biomonitoring and air pollution modelling on a regional scale: delayed reflection of industrial pollution in moss in a heavily polluted region? // Environmental Science and Pollution Research. 2020. T. 27. № 26. C. 569–578.

  18. Urošević M.A. et al. Urban background of air pollution: Evaluation through moss bag biomonitoring of trace elements in Botanical garden // Urban Forestry & Urban Greening. 2017. T. 25. C. 10–19.

  19. Gecheva G. Atmospheric Pollution Assessment with Mosses in Bulgaria // Journal of BioScience and Biotechnology. 2016. T. 5. № 2. C. 125–128.

  20. Zhou X. et al. Using moss to assess airborne heavy metal pollution in Taizhou, China // International journal of environmental research and public health. 2017. T. 14. № 4. C. 430.

  21. Bajraktari N., Morina I., Demaku S. Assessing the presence of heavy metals in the area of glloogoc (Kosovo) by using Mosses as a bioindicator for heavy metals // Journal of Ecological Engineering. 2019. T. 20. № 6.

  22. Godzik B. Use of Bioindication Methods in National, Regional and Local Monitoring in Poland—Changes in the Air Pollution Level over Several Decades // Atmosphere. 2020. T. 11. № 2. C. 143.

  23. Barandovski L. et al. Atmospheric heavy metal deposition in north macedonia from 2002 to 2010 studied by moss biomonitoring technique // Atmosphere. 2020. T. 11. № 9. C. 929.

  24. Kapusta P., Godzik B. Temporal and Cross-Regional Variability in the Level of Air Pollution in Poland—A Study Using Moss as a Bioindicator // Atmosphere. 2020. T. 11. № 2. C. 157.

  25. Derrien M.M. et al. Toward environmental justice in civic science: Youth performance and experience measuring air pollution using moss as a bio-indicator in industrial-adjacent neighborhoods // International Journal of Environmental Research and Public Health. 2020. T. 17. № 19. C. 72–78.

  26. Svozilíková Krakovská A. et al. Analysis of Spatial Data from Moss Biomonitoring in Czech–Polish Border // Atmosphere. 2020. T. 11. № 11. C. 1237.

  27. Stafilov T. et al. Atmospheric Mercury Deposition in Macedonia from 2002 to 2015 Determined Using the Moss Biomonitoring Technique // Atmosphere. 2020. T. 11. № 12. C. 1379.

  28. Betsou C. et al. First-Time Source Apportionment Analysis of Deposited Particulate Matter from a Moss Biomonitoring Study in Northern Greece // Atmosphere. 2021. T. 12. № 2. C. 208.

  29. Świsłowski P., Ziembik Z., Rajfur M. Air Quality during New Year’s Eve: A Biomonitoring Study with Moss // Atmosphere. 2021. T. 12. № 8. C. 975.

  30. Paçarizi M. et al. Estimation of Elements’ Concentration in Air in Kosovo through Mosses as Biomonitors // Atmosphere. 2021. T. 12. № 4. C. 415.

  31. Rogova N., Ryzhakova N., Gusvitskii K., Eruntsov V. Studying the influence of seasonal conditions and period of exposure on trace element concentrations in the moss-transplant Pylaisia polyantha // Environmental Monitoring and Assessment . 2021. V. 193, I. 4. P. 168–177.

  32. Borisenko A.L., Ryzhakova N.K., Rogova N.S. Mosses as indicators of urban environmental pollution: Examples of pylaisia polyantha (HEDW.) BSG from West Siberia // Mosses: Ecology, Life Cycle and Significance. 2018. P. 27–57.

  33. Рыжакова Н.К., Покровская Е.А., Бабичева В.О. Оценка вертикального коэффициента турбулентной диффузии выбросов промышленных предприятий// Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2015 . Т. 51. № 4.

  34. https://www.gismeteo.ru/diary/4690/2010/10/.

  35. https://www.gismeteo.ru/diary/4674/2010/10.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Известия РАН. Физика атмосферы и океана

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал