Курс лекций «Основы экологии и охрана воздушного бассейна» Содержание (стр. 3 из 20)

Рисунок 1 Вертикальное распределение температуры в атмосфере:

I - тропопауза; II - стратопауза: III - мезопауза.

Потребность человека в воздухе: в состоянии покоя - 5-10 л/мин; при усилиях - около 30 л/мин; при больших усилиях - до 100 л/мин; в среднем за сутки около 15 кг.

Рисунок 2 Тепловой баланс атмосферы и земной поверхности (потоки радиации к кДж/(см²/год))

Таблица 1.2 - Средний газовый состав природной атмосферы

Основные газовые компоненты	В сухом воздухе			Во влажном воздухе
	% (по объему)	г*м-3	% (по массе)	% (по объему)	г*м-3	% (по массе)
Азот N2 Кислород O2 Вода H2O Аргон Ar Итого основные компоненты	78,09 20,94 ---- 0,93 99,96	895 274 ---- 15,2	75,54 23,13 ---- 1,28 99,95	75,65 20,29 3,12 0,9 99,96	867 265 23 14,7	74,08 22,64 1,97 1,26 99,95

Суммарное содержание прочих газовых составляющих - 0,04 - 0,05 %

2.2 Инверсия температуры

Инверсия температуры в атмосфере - метеорологическое состояние, заключающееся в росте температуры воздуха с высотой, вместо обычного для тропосферы убывания. Нормальное понижение температуры воздуха с высотой составляет примерно 0,5-0,6 °С на 100 м. Инверсия температуры может периодически наблюдаться на протяжении круглого года. Приземные инверсии температуры связаны с излучением земной поверхности. В теплую часть года они наблюдаются лишь в ясные тихие ночи в отсутствие облачности нижнего и среднего ярусов и сильного ветра. Мощность таких инверсий не велика, всего несколько десятков метров, а величина - несколько градусов.

В холодную часть года приземные инверсии температуры наблюдаются не только ночью, но и днем. Их мощность может достигать нескольких сот метров, а величина составляет 10 – 15 °С и более. Особенно интенсивны инверсии зимой, при наличии снежного покрова; в этом случае длительность инверсионного состояния достигает 5 - 7 суток.

Инверсия температуры в тропосфере сопровождается особым режимом влажности и ветра; обычный рост относительной влажности с высотой сменяется ее убыванием, а ветер изменяется с высотой скачкообразно.

Инверсия температуры препятствует развитию вертикальных токов воздуха и связанному с этим переносу водяного пара и ядер конденсации в более высокие слои. Хорошо развитая инверсия действует как преграда для восходящих течений, так как они задерживаются чрезвычайно устойчивым слоем более теплого воздуха. Различают следующие состояния устойчивости атмосферы, определяющие возможность развития неупорядоченных вертикальных движений воздуха:

· неустойчивое состояние, характеризуемое значительным падением температуры с высотой, при этом частица вещества, получившая начальную вертикальную скорость начинает двигаться с ускорением;

· особо устойчивое состояние, когда с высотой температура возрастает (инверсия), при этом частица, получившая начальную вертикальную скорость возвращается в свое исходное положение. Такое состояние препятствует развитию вертикальных движений воздуха;

· состояние безразличного равновесия, при котором градиент падения температуры с высотой равен критической величине, а частица, получившая начальный импульс, будет двигаться до тех пор, пока не исчерпает своей энергии.

Иногда температурные инверсии распространяются на большие площади земной поверхности. Область из распространения обычно совпадает с областью распространения антициклонов, которые возникают в зонах высоких барометрических давлений.

Метеорологическая обстановка, способствующая возникновению локальных загрязнений, обычно характеризуется штилем или слабым ветром у поверхности Земли, что сочетается с приземной инверсией.

Особенно неблагоприятны условия, при которых нижняя граница инверсии располагается над источником загрязнения. Если при такой метеорологической обстановке в атмосферу интенсивно поступают вредные примеси, то может возникнуть зона опасных загрязнений, сохраняющаяся длительный период (от нескольких часов до нескольких суток). Повторяемость инверсии на европейской территории России составляет: 80-100% для районов Арктики, где она наибольшая, и 60 - 80% для всей остальной территории. Минимальная повторяемость инверсии отмечается в мае - июне.

Зависимость интенсивности турбулентного перемешивания над сушей от времени суток и года показана на рис.

Рисунок 3 Интенсивность турбулентного перемешивания над сушей

2.3 Глобальные загрязнения атмосферы.

Загрязнение атмосферы - результат выбросов загрязняющих веществ из различных источников. Причинно-следственные связи этого явления нужно искать в природе земной атмосферы. Так, загрязнения переносятся по воздуху от источников появления к местам их разрушающего воздействия; в атмосфере они могут претерпевать изменения, включая химические превращения одних загрязнений в другие, еще более опасные вещества.

Установившееся содержание загрязнений в воздухе (выбросы) определяет степень разрушающего воздействия на данный регион. Можно сказать, что степень загрязнения атмосферы зависит от числа и массы выбросов.

В общем плане концепция загрязнения атмосферы включает значительное число действий и явлений, ведущих к ухудшению исходного, природного качества ее. В более узком смысле, соответствующем концепции, согласованной в рамках стран, входящих в систему Комекон и ряда других, загрязнение атмосферы понимается как выброс твердых, жидких и газообразных загрязняющих веществ. Считается, что загрязняющие вещества - это те, которые оказывают отрицательное воздействие на окружающую среду либо непосредственно, после химических изменений в атмосфере, либо в сочетании с другими веществами.

В рамках Конвенции по обширным межгосударственным загрязнениям воздуха загрязнением атмосферы помимо выбросов в воздух материальных частиц считаются также приводящие к ущербу выбросы энергии. Следовательно, выбросы теплоты, шума, вибраций и излучений (не только радиоактивных, но и электромагнитных, таких как микроволновые, радарные, ультравысокочастотные, т.е. тех, которые испускаются высоковольтными линиями и т.д.) могут считаться видами загрязнения.

В таблице 1.3. дана классификация степеней загрязнения атмосферы и возникающих при этом проблем, в зависимости от высоты, расстояния и времени. Как видно, динамическое загрязнение атмосферы происходит главным образом в нижних слоях ее, а долговременные изменения вследствие загрязнений воздействуют на всю земную атмосферу.

Классификация загрязнения атмосферы

Проблема	Масштаб			Компетенция организаций
	по региону	по высоте	по времени
Глобальная	Глобальный	Атмосфера	10-летие	Международ ных
Континентальная	Континентальный	Стратосфера	Годы	Международ ных
Государственная	Государственный	Тропосфера	Месяцы	Государственных
Промышленного конгломерата	Обширный район	Недели
	Малая зона	Нижний слой до 500-1500 м
Города	Городской	Дни	Региональных
Локальная	Непосредственное окружение источника	Высота дымовой трубы	Часы	Региональных

Защита атмосферы включает комплекс технических и административных мер, прямо или косвенно направленных на прекращение или, по крайней мере, уменьшение возрастающего загрязнения атмосферы, являющегося следствием промышленного развития.

Придание исследованиям по защите атмосферы целенаправленного характера должно включать борьбу против ее загрязнения, особенно промышленного, а также от транспортных средств и других источников. Они не могут проводиться, например, только ради постановки задач, но должны указывать пути улучшения существующего положения. Таким образом, эта область исследований не может пассивно комментировать сложившуюся ситуацию и делать прогнозы, основывающиеся на данных самих "поставщиков загрязнений", она должна разрабатывать концепции, промежуточные и долговременные планы, а также конкретные программы, направленные на активное ограничение неблагоприятного хода событий, используя при этом кратковременную локальную тактику и долговременную общенациональную стратегию.