научная статья по теме НЕДЕЛЬНАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ ПРИЗЕМНЫХ КОНЦЕНТРАЦИЙ CO В МОСКВЕ Геофизика

Текст научной статьи на тему «НЕДЕЛЬНАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ ПРИЗЕМНЫХ КОНЦЕНТРАЦИЙ CO В МОСКВЕ»

УДК 551.51

НЕДЕЛЬНАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ ПРИЗЕМНЫХ КОНЦЕНТРАЦИЙ CO В МОСКВЕ

© 2014 г. С. А. Ситнов, Т. Г. Адикс

Институт физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН 119017, г. Москва, Пыжевский пер., 3 E-mail: sitnov@ifaran.ru Поступила в редакцию 19.12.2012 г., после доработки 28.01.2013 г.

На основе данных наблюдений концентраций оксида углерода (СО) на трех постах ГПБУ "Мосэко-мониторинг" проведен анализ недельного цикла (НЦ) СО в приземном воздухе Москвы в 2004— 2007 гг. Во всех пунктах минимальные средние многолетние значения СО отмечаются в воскресенье. НЦ СО более четко проявляется в центре Москвы и менее четко при удалении от него. Исследована воспроизводимость НЦ СО от года к году, сезонная зависимость, особенности проявления в разное время суток, а также изменение в ходе недели суточного хода СО. Обсуждаются факторы, ответственные за особенности эволюции приземных концентраций СО в разных наблюдательных пунктах. Представлены распределения частот (повторяемостей) величин концентраций СО в будние и воскресные дни. Исследована регулярность проявления "эффекта выходного дня" в СО и проанализированы возможные причины сбоев НЦ. С привлечением теста Крускала—Уоллиса исследована статистическая значимость внутринедельных различий приземных содержаний СО.

Ключевые слова: оксид углерода, СО, недельный цикл, суточный ход, внутринедельные различия, тест Крускала—Уоллиса.

Б01: 10.7868/80002351514020114

ВВЕДЕНИЕ

Оксид углерода (СО) играет важную роль в тропосферной фотохимии [1]. В присутствии оксидов азота и солнечной радиации СО участвует в образовании тропосферного озона, а взаимодействие СО с гидроксилом регулирует окислительную способность атмосферы и ведет к образованию диоксида углерода — важного парникового газа атмосферы [2]. СО токсичен, попадая в кровь, он блокирует передачу кислорода тканям, нарушает работу сердечно-сосудистой системы и негативно влияет на обменные процессы [3].

Содержание СО в воздухе определяется как природными процессами — пожарами, окислением терпенов и метана, почвенной эмиссией, вулканами, так и антропогенными факторами [2, 4, 5]. В урбанизированных регионах существенный вклад в загрязнение воздуха оксидом углерода вносят автотранспорт, теплоэлектростанции, плавильное производство, предприятия нефтяной и газовой промышленности, бытовое газовое оборудование.

Интенсивность антропогенной эмиссии в рабочие дни в среднем выше, чем в выходные, поэтому уровень загрязнения воздуха может меняться в течение недели. Внутринедельные различия концентраций СО были выявлены в

приземном воздухе ряда крупных зарубежных городских агломераций [6—8]. В Москве впервые различия приземных концентраций СО в рабочие и выходные дни на примере суточных ходов были обнаружены в [9], затем в [10] и позднее — в [11, 12]. Результаты анализа среднесуточных значений приземной концентрации СО по данным ГПБУ " Мосэкомониторинг" в 2005 г. показали, что дни со вторника по четверг в Москве характеризуются повышенными содержаниями СО, а минимум его концентрации отмечается в воскресенье [13]. Сходные с [13] недельные циклы содержания СО в атмосферном столбе были получены в апреле—мае 2010 г. над европейской территорией России по данным спутникового прибора МОР1ТТ [14]. Вместе с тем в [15] было показано, что в период, включающий задымление столицы от лесных пожаров летом 2010 г., максимальные значения приземной концентрации СО отмечались в субботу, а минимальные — в среду. Таким образом, сведения о наличии регулярного недельного цикла (НЦ) СО в Москве с минимумом в воскресные дни в настоящее время не являются систематическими и однозначными.

Настоящая работа представляет результаты подробного исследования многолетнего НЦ СО в

Рис. 1. Посты ГПБУ "Мосэкомониторинг": 1 — Балчуг (Овчинниковская набережная, д. 8), 2 — Бирюлево (Востряковский проезд, д. 11) , 3 — Народное ополчение (ул. Народного Ополчения, д. 19) , данные наблюдений которых использовались для анализа. Жирная черная кривая — Московская кольцевая автомобильная дорога (МКАД).

трех пунктах Москвы с целью выявления общих черт и различий недельных вариаций СО в районах города с разным типом антропогенной нагрузки. Также приводятся результаты анализа статистической значимости внутринедельных различий СО. Полученные сведения могут быть использованы для уточнения методик статистического прогноза концентрации загрязнений в крупном городе, а также в задачах экологического моделирования.

БАЗА ДАННЫХ И ОСОБЕННОСТИ РАСПОЛОЖЕНИЯ ПУНКТОВ НАБЛЮДЕНИЙ

Использовались данные измерений приземных концентраций СО на трех постах автоматического контроля качества атмосферного воздуха ГПБУ "Мосэкомониторинг" — Балчуг, Бирюлево и Народное ополчение — полученные в 2004—2007 гг. Существенно, что анализируемый период характеризовался отсутствием крупных лесных пожаров в московском регионе. Концентрации СО на постах регистрировались с помощью электрохимических газоанализаторов К-100 с шагом 1 с и погрешностью единичного измерения ±20%. Далее первичные данные усреднялись по 20-ти минутным интервалам.

Положение наблюдательных пунктов в границах города показано на рис. 1. Пункт Балчуг рас-

положен в центре города, на набережной Водоотводного канала Москвы-реки. На расстоянии около 220 м к северу от пункта находится ГЭС-1. Наблюдения СО в данном пункте отражают загрязнение воздуха, обусловленное преимущественно выбросами легкового автотранспорта. Пункт Бирюлево находится в 20 км к югу от пункта Балчуг, на расстоянии около 250 м от Московской кольцевой автомобильной дороги (МКАД). Вблизи пункта находится промзона "Бирюлево" с высоким уровнем воздействия на окружающую среду. Проезд автотранспорта на объекты промзоны осуществляется по улице, где расположен пункт наблюдений, причем движение по ней — одностороннее, в сторону центра. Указанная улица является основным съездом с МКАД в Москву большегрузных трейлеров с федеральной трассы "Дон". На расстоянии 350 м от пункта наблюдения находится одна из крупнейших теплоэлектроцентралей г. Москвы ТЭЦ-26. Уровень СО в данном пункте отражает смешанное антропогенное загрязнение воздуха, обусловленное совокупными выбросами автотранспорта (легкового и грузового), ТЭЦ и промышленных предприятий. Пункт Народное ополчение находится в 10 км к северо-западу от пункта Балчуг и в 25 км от пункта Бирюлево, на пересечении трех загруженных автомагистралей. На расстоянии 1.7 км к востоко-северо-востоку от пункта находится ТЭЦ-16. Локальные концентрации СО в Народном ополчении отражают смешанное антропогенное загрязнение воздуха легковым и грузовым автотранспортом и в меньшей степени ТЭЦ.

Для анализа сопутствующих метеорологических условий привлекались данные наблюдений метеорологической станции Балчуг (www.rp5.ru), находящейся в непосредственной близости от одноименного поста и аэрологической станции Долгопрудная, находящейся в северном пригороде Москвы (http:\\weather.uwyo.edu).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ Многолетний недельный цикл СО

На рис. 2а, 2в, 2д представлены ящичковые диаграммы (box and whisker plots) среднесуточных величин концентраций СО, наблюдавшихся в разные дни недели в трех измерительных пунктах в период 2004—2007 гг. Диаграммы свидетельствуют, что распределения наблюдаемых концентраций СО существенно отличаются от нормальных. Во всех трех пунктах медианные статистики распределений сходным образом меняются в течение недели - наибольшие значения медиан, а также 25% и 75% квартилей отмечаются со вторника по пятницу, а наименьшие — в воскресенье. При этом распределения СО в пунктах Балчуг и Народное ополчение характеризуются соответственно наименьшими и наибольшими межквар-

СО, мг/м3 8 6 4 2 0

пн вт ср чт пт сб вс пн

Балчуг

пн вт ср чт пт сб вс пн

(в)

СО, мг/м3

8 6 4 2

пн вт ср чт пт сб вс пн

Бирюлево 1.8

(г)

пн вт ср чт пт сб вс пн

СО, мг/м3

8 6 4 2

0

(д)

Народное ополчение 1.8

(е)

_|_I_I_I_I_I_I_1_

пн вт ср чт пт сб вс пн День недели

пн вт ср чт пт сб вс пн День недели

Рис. 2. Многолетний недельный цикл приземных концентраций СО в трех пунктах в 2004—2007 гг.: слева — ящичковые диаграммы величин, наблюдавшихся в разные дни недели, справа — изменения в ходе недели средних (черная кривая с символами, вертикальными отрезками показаны стандартные отклонения средних) и медианных значений (серая кривая). Пунктиром на б) показано изменение мод частотных распределений концентраций СО в ходе недели в п. Балчуг. Символами + отмечены выбросы.

тильными интервалами. На рис. 2б, 2г, 2е для каждого из дней недели приведены средние значения концентраций СО и оценки их разброса (±ст). Для сравнения на рисунках представлены также медианы соответствующих распределений концентраций СО, а на рис. 2б (Балчуг) в качестве иллюстрации приведен также недельный цикл моды распределения. Во всех пунктах для каждого из дней недели медианные значения СО на 10—15% меньше соответствующих средних значений. В

свою очередь модальные значения СО в Балчуге в любой из дней меньше соответствующих медианных значений. В различные дни недели эта разница меняется от 1 до 15%.

Абсолютные минимумы средних и медианных значений СО во всех трех пунктах (и мод в Балчуге) приходятся на воскресенье, при этом рост СО отмечается с воскресенья по вторник, а убыль — с четверга по воскресенье. Из-за трудоемкости расчетов медиан и мод далее будет рассматриваться в

0

Таблица 1. Размах недельных сигналов СО АСО (%), рассчитанный по формуле (1) по данным отдельных лет, сезонов и времени суток

Категория Группа Балчуг Бирюлево Народное ополчение

2004 35 14 5

Год 2005 38 8 13

2006 31 19 22

2007 23 17 28

Зима 36 3 15

Сезон Весна Лето 28 28 29 12 26 9

Осень 36 14 13

Ночь -35 (сб)/—17 (вс) -6 (сб)/-2 (вс) -15 (сб)/-7 (вс)

Время суток Утро День 40 50 33 14 35 17

Вечер 40 9 15

Примечание. Жирным шрифтом выделены величины Асо недельных циклов, характеризующихся значимыми внутринедель-ными различиями (см. табл. 2).

основном внутренедельная эволюция средних значений концентраций СО. Оценки амплитуд НЦ СО, полученные на основе расчетов средних и медианных значений близки

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.

Показать целиком