ИЗВЕСТИЯ РАИ. СЕРИЯ ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ, 2007, № 6, с. 94-96
== РЕГИОНАЛЬНЫЕ ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ =
УДК 551.510.42
ГЕОГРАФИЯ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА АТМОСФЕРНЫХ ОСАДКОВ
НА КАВКАЗЕ
© 2007 г. Г. С. Гуния*, Л. 3. Цквитинидзе**
*Институт гидрометеорологии АИ Грузии **Служба гидрометеорологии и мониторинга окружающей среды Грузии Поступила в редакцию 14.06.2005 г.
В статье приводятся результаты исследования зависимостей величины минерализации осадков и массы вымываемых минеральных веществ от количества выпадающих атмосферных осадков (дождя и снега) в различных районах Кавказа.
Введение. Одна из важных характеристик загрязнения атмосферы аэрозольной составляющей -уровень минерализации атмосферных осадков (дождя и снега), выпадающих на поверхность Земли. Известно, что степень минерализации атмосферных осадков определяется концентрацией и физико-химическими свойствами частиц аэрозолей, как захваченных облачными каплями в процессе перемешивания воздушных масс, так и являющихся ядрами конденсаций облачных капель. Таким образом, по минерализации можно судить о вкладе естественных и промышленных аэрозолей в загрязнение атмосферы и подстилающей поверхности, а также об их макромасштабных переносах.
1. Зависимость уровня минерализации от количества выпадающих осадков. Как следует из публикаций [3, 4], факт убывания минерализации с увеличением количества выпадающих осадков не должен вызывать сомнения. Однако исследования [1, 6, 7] показали, что такое утверждение в ряде случае ошибочно, и однозначный ответ на этот вопрос представляется неверным. Обусловлено это, прежде всего, тем, что химические особенности атмосферных осадков часто определяются составом перенесенных на большие расстояния примесей. Их источниками могут быть как природные, так и промышленные аэрозоли, физико-химические свойства которых весьма сложны, а вклад в загрязнение атмосферы все увеличивается нарастающими темпами.
Немаловажное значение при этом имеют и метеорологические процессы, влияющие не только на количество, характер и распределение атмосферных осадков, но и на скорость и направление переноса воздушных масс [1, 3]. В результате концентрации природа и поведение частиц аэрозолей в атмосфере не остаются постоянными. Значительно меняются также и их интегральные характеристики в атмосферном столбе, и географическое распределение. Все это обусловливает существенную изменчивость химического состава атмосферных осадков. При этом концентрации основных веществ, определяющих минерализацию осадков, ко-
леблются в достаточно широких пределах от одной пробы к другой даже внутри одного района.
Для кавказского региона вопрос осложняется еще и тем, что наблюдающееся здесь разнообразное сочетание форм рельефа - от высоких гор с вершинами, покрытыми вечными снегами, до приморских низменностей, межгорных равнин и плоскогорий, значительно преобразующих характеристики общей циркуляции атмосферы, - способствует выделению ряда резко отличающихся между собой климатических районов. Это накладывает своеобразный отпечаток на условия формирования атмосферных осадков и уровень их минерализации в каждом конкретном районе Кавказа.
Поэтому, используя статистические методы анализа взаимосвязи двух случайных переменных [2], была предпринята попытка установления зависимости между величинами минерализации и количеством выпадающих осадков. При этом в качестве предиктора была принята среднемесячная сумма осадков - Х0(10-3 м), а предиктанда -соответственно осредненная концентрация суммы ионов - X/ (10-3 кг/м3).
В табл. 1 даны результаты упомянутого анализа для ряда пунктов исследуемого региона.
В данной таблице приведены, последовательно: пункты отбора проб осадков; число пар параллельных наблюдений за количеством осадков и концентрациями суммы ионов - п; их средние квадратичные отклонения соответственно - с0 и сх; величины разброса точек относительно линии регрессии -схю, оценивающие степень несогласованности линии регрессии и наблюденных значений; коэффициенты корреляции и регрессии - г0Х/ и 6ао.
При этом в первых строках для каждого пункта даны значения указанных параметров, относящихся к статистическому анализу зависимости годового хода многолетних среднемесячных сумм осадков и соответствующих им концентраций суммы ионов с семилетним осреднением, а в следующих -ряд произвольно взятых пар единичных параллельных наблюдений рассматриваемых величин.
ГЕОГРАФИЯ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА АТМОСФЕРНЫХ ОСАДКОВ НА КАВКАЗЕ
95
Из табл. 1 видно, что для пунктов, расположенных в районах Колхидской низменности, вблизи морских курортных городов Сухуми и Чаква, а также у Тбилиси и Цимлянска, судя по отрицательным значениям коэффициентов корреляции, отмечается обратно пропорциональная зависимость между количеством осадков и их минерализацией.
Соотношения этих параметров в районах высокогорья (Гудаури - поселок на Крестовом перевале, около 2200 м над ур. м., Абастумани - горный курорт, 1500 м над ур. м., Красносельск - поселок у оз. Севан на высоте 1865 м над ур. м.) существенно отличаются от указанного, и их зависимости имеют прямо противоположный характер.
Однако в соответствии с выполненным дисперсионным анализом оценки значимости указанных коэффициентов корреляции можно заключить, что значения го2/ для рассматриваемых пунктов, за исключением Тбилиси, несущественны и могли возникнуть случайно. Вместе с этим, результаты статистической проверки согласия критерием Пирсона позволяют утверждать, что исследуемая зависимость для Тбилиси с го2/ = -0.72 несущественно отличается от нормального распределения и может быть выражена уравнением:
2/ = 51.9 - 0.342о, (1)
где 2/ и 2о - соответственно значения многолетних среднемесячных сумм ионов и осадков.
Для проверки достоверности формулы (1), используя материалы наблюдений в Тбилиси, включающие ряды, осредненные за два независимых 10-летних периода, были проведены оценки отклонений между рассчитанными по данной формуле и наблюденными значениями суммы ионов, результаты которых даны в табл. 2.
В рассматриваемой таблице последовательно приведены годовой ход многолетнего среднемесячного значения суммы осадков; соответствующие им значения наблюденных сумм ионов - 2/н и их расчетных величин - 2/Р, а также относительные отклонения между последними величинами, рассчитанные по нижеприведенной формуле
2/тг - 2 ь
Таблица 1. Результаты статистического анализа зависимости величин суммы ионов от количества осадков
А =
2н
х 100%.
(2)
Пункты
Статистические характеристики
отоора проб п °2Ю г02г Ь21 о
Сухуми 12 37.0 2.9 2.7 -0.36 -0.03
» 43 55.6 7.3 7.1 -0.23 -0.03
Чаква 12 86.0 3.4 3.0 -0.51 -0.02
» 41 132.9 6.8 6.2 -0.39 -0.02
Тбилиси 12 21.0 9.9 6.7 -0.72 -0.34
» 30 23.1 20.5 17.7 -0.45 -0.40
Гудаури 12 39.7 3.6 3.4 0.19 0.02
» 38 66.9 7.1 9.4 0.19 0.02
Абастумани 12 24.7 7.8 0.01
Красносельск 12 25.0 8.3 0.02
Цимлянск 12 10.1 17.1 -0.35
Таблица 2. Величины отклонений между наблюденными и расчетными значениями среднемесячных концентраций суммы ионов в осадках, выпадающих в Тбилиси
2о 2гн 2гР А, % 2о 2гн 2гР А, %
46.8 33.7 360 6.8 21.2 43.8 447 2.1
51.2 33.5 34.5 3.0 44.5 46.1 36.8 20.2
59.4 29.7 31.7 6.7 41.7 40.9 37.7 7.8
72.6 26.8 27.2 1.5 58.0 56.9 32.2 43.4
96.6 24.6 19.1 22.4 69.9 35.3 28.1 20.4
65.6 28.4 29.6 4.2 78.5 35.7 25.2 29.4
70.8 25.7 27.8 8.2 41.8 42.6 37.7 11.5
55.3 33.2 33.1 0.3 43.7 27.6 37.0 34.1
45.9 45.2 36.3 19.7 33.8 38.5 40.4 4.9
27.5 35.0 42.4 21.7 47.8 34.4 35.6 3.5
37.8 26.7 39.0 46.1 42.7 41.8 37.4 10.5
20.4 59.3 45.0 24.1 18.6 44.9 45.6 1.6
Как видно из рассматриваемой таблицы, отклонения между наблюденными и расчетными значениями суммы ионов в среднем составляют 15%. Это позволяет утверждать о возможности использования в первом приближении формулы (1) в прогностических целях для расчета среднемесячных величин концентраций суммы ионов в Тбилиси по соответствующим значениям количества выпадающих атмосферных осадков.
Рассматриваемый вопрос также представляет значительный интерес и с целью исследования взаимосвязи между величинами минеральных веществ, приходящих с осадками на Земную поверхность, и количеством выпадающих атмосферных осадков.
Для этого, используя данные расчетов количества минеральных веществ, выпадающих с осадками на подстилающую поверхность в различных районах Кавказа [5], рассчитаны статистические характеристики для оценки исследуемых связей между указанными переменными величинами, представленными в табл. 3.
В ней последовательно даны: п - число осреднен-ных по всей исследуемой территории анализируемых пар среднегодовых величин, вымываемых на подстилающую поверхность рассматриваемых минеральных веществ - т (10-3 кг/м2) и соответствующей им суммы осадков - 20 (10-3 м); от и а2 - средние квадратичные отклонения, соответствующие этим параметрам; г2 т - коэффициенты корреляции; ¥г - оценки значимости величин коэффициентов корреляции; от2 - оценки согласованности линии регрессии и наблюденных значений.
Из табл. 3 видно, что между данными параметрами существует хорошая взаимосвязь с коэффициентами корреляции, имеющими высокую значимость.
96
ГУНИЯ, ЦКВИТИНИДЗЕ
Таблица 3. Оценки взаимосвязи средних величин вымываемых из атмосферы минеральных веществ и осадков, выпадающих на территории Кавказа
Ионы
Статистические характеристики
примесей n м XO XO rXoM Fr °м Xo
so2- 10 8.3 1270 3.67 810.0 0.70 7.69 2.61
Cl- - 3.0 - 2.38 - 0.82 16.30 1.36
HCO3 - 8.3 - 3.35 - 0.80 14.22 2.01
Na+ — 1.8 - 1.15 - 0.81 15.53 0.67
Xi — 28.5 - 12.63 - 0.87 25.25 6.19
Xi x 10-3 (кг/м3) - 26.1 - 8.12 - -0.71 8.07 5.77
Кроме того, заслуживают внимания и результаты расчетов оценки взаимосвязи осредненных по всей рассматриваемой территории среднегодовых величин концентраций суммы ионов в осадках и количества выпадающих осадков, представленные в последней строке данной таблицы. Как видно, в отличие от рассмотренного выше в данном случае отмечается четко выраженная обратно пропорциональная зависимость между данными параметрами.
Таким образом, можно заключить, что в целом на исследуемой территории с уве
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.