Помощь в написании студенческих работ
Антистрессовый сервис

Исследование переноса и трансформации диоксида азота в приземном слое городской атмосферы трассовым спектрально-оптическим методом

Диссертация: Исследование переноса и трансформации диоксида азота в приземном слое городской атмосферы трассовым спектрально-оптическим методом
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Выявленная и сформулированная в данной работе проблема контроля приподнятых слоев городской атмосферы нуждается в скорейшем разрешении. Для мониторинга загрязнения приподнятых слоев требуется внедрить разработанные спектрально-оптические трассовые методы в систему контроля качества городского воздуха. Для детальной проверки и уточнения существующих моделей переноса примесей в конкретных городских… Читать ещё >

Исследование переноса и трансформации диоксида азота в приземном слое городской атмосферы трассовым спектрально-оптическим методом (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Содержание

  • Введение
  • Глава 1. Обзор литературы
    • 1. 1. Проблемы мониторинга городской атмосферы
    • 1. 2. Методы контроля атмосферного воздуха применяемые в системе экомониторинга
    • 1. 3. Физико-химические процессы трансформации примесей в атмосфере, определяющие содержание N02 в атмосфере города
    • 1. 4. Перенос пассивной примеси в приземном слое атмосферы
  • Глава 2. Методика проведения экспериментов
    • 2. 1. Методика трассовых измерений концентрации диоксида азота
    • 2. 2. Методика измерений концентрации диоксида азота в атмосфере при сильном рассеянном свете
    • 2. 3. Методика измерений концентрации озона
    • 2. 4. Методика измерения концентрации трассовым методом
    • 2. 5. Методика измерений диоксида азота и диоксида серы на наземном пункте
    • 2. 6. Методика измерения метеопараметров
  • Глава 3. Исследование динамики изменений концентрации диоксида азота в городской атмосфере
    • 3. 1. Анализ суточного хода концентрации диоксида азота
    • 3. 2. Анализ динамики кратковременных изменений концентрации диоксида азота
  • Глава. Результаты синхронного измерения концентраций диоксида азота и озона
  • Глава 5. Исследования вертикального профиля концентраций диоксида азота и диоксида серы в приземном слое городской атмосферы
    • 5. 1. Результаты синхронных измерений концентраций атмосферных примесей на наземной станции и трассовым методом
    • 5. 2. Результаты исследования вертикального профиля концентрации диоксида азота трассовым методом
    • 5. 3. Анализ временной изменчивости концентраций на разных уровнях
  • Выводы

Одной из актуальных проблем современности является проблема охраны окружающей среды. В настоящее время загрязнение атмосферы, особенно в городах, достигло угрожающего уровня. Ежедневно в атмосферу города Москвы предприятиями энергетики, промышленности и автотранспортом выбрасывается несколько тысяч тонн вредных веществ. В связи с этим особенно остро встает вопрос об охране воздушного бассейна города.

К сожалению, применяемые в системе экомониторинга городской атмосферы методы обладают малой точностью и низким быстродействием" отсутствует контроль за вертикальным профилем концентрций загрязнителей в пределах высоты застройки. Необходимо разработать и внедрить методы обеспечивающие оперативное получение репрезентативных данных о загрязнении всей толщи городской атмосферы.

Одним из наиболее вредных компонентов выбросов ТЭЦ и автотранспорта является диоксид азота (ЬЮ2). Он не только сам оказывает пагубное влияние на здоровье человека, но и вступает в химические реакции с другими веществами, образуя еще более опасные соединения. Он является предшественником пероксиацетилнитрата (ПАН) [3], а также ЮЮз — одного из основных компонентов кислотных дождей. Наименее изученными до сегодняшнего дня остаются вопросы влияния химических трансформаций на изменения во времени концентраций вредных веществ, в частности в системе ЫОх — Оз. Существющие модельные расчеты поведения этой системы, включающие в себя значительное количество реакций не дают представления о реальном поведении компонентов в конкретных условиях. В связи с этим актуальной задачей является обнаружение универсальных закономерностей переноса и трансформации этих активно взаимодействующих веществ. Поэтому необходимо проводить синхронные измерения временного хода их концентраций с высоким временным разрешением и высокой репрезентативностью.

Одна из целей работы заключалась в разработке трассовых спектрально-оптических методов, позволяющих проводить в натурных условиях квазисинхронные измерения суточного хода концентраций Оз и N02 с высоким временным разрешением.

Другая цель состояла в том, чтобы с помощью разработанного метода провести квазисинхронные измерения суточного хода и пульсаций концентраций Ы02 и 03 и исследовать соотношения между их концентрациями в условиях приземного слоя городской атмосферы.

Следующей целью работы было проведение квазисинхронных измерений концентрации N02 на разных уровнях в пределах высоты застройки для проверки моделей переноса и трансформации примесей в условиях реальной городской застройки. Эти данные необходимы для корректировки этих моделей.

Кроме того стояла задача найти характеристики и временную изменчивость вертикального профиля концентрации диоксида азота. Исследование характеристик временного хода концентрации примеси на различных высотах в пределах застройки является важным и актуальным для повышения эффективности мониторинга городской атмосферы. Эти характеристики являются важными параметрами, определяющим необходимое быстродействие системы атмосферного мониторинга. Система контроля должна успевать отслеживать опасный рост концентрации, чтобы можно было своевременно принять меры по нормализации неблагоприятной ситуации повышенного загрязнения атмосферы.

В настоящей работе было произведено экспериментальное исследование распределения концентрации диоксида азота в атмосфере г. Москвы в окрестности ИНЭПХФ РАН (Ленинский пр., 38) в пределах высоты застройки соседних высотных зданий, и исследована динамика изменений концентраций. Измерения проводились с помощью дистанционного трассового спектрально-оптического метода. Этот метод позволяет получать информацию о распределении содержания вредной примеси в различных областях атмосферы, в том числе и на различных высотах и в недоступных для обычных методов зонах.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, заключения и списка цитируемой литературы. Большая часть глав состоит из параграфов.

Результаты работы показывают настоятельную необходимость определения вертикального распределения концентраций вредных примесей в загазованных районах города, в которых приподнятые слои атмосферы могут быть загрязнены значительно сильнее приземных и где концентрации примесей на уровне верхних этажей зданий могут доходить до опасных значений.

В заключении хочу выразить благодарность многим работникам МосЦГМС за плодотворное сотрудничество, особенно Ю. С. Осипову, А. В. Симкину и А. М. Белову. Считаю необходимым поблагодарить ряд сотрудников АО «Прима-М», в частности Е. И. Пупырева, за решение организационных вопросов. Неоценимую помощь в организации измерительной трассы оказали инженерно-технические работники гостицы «Орленок», особенно гл. инженер В. Е. Туманов, которые помогли установить зеркала и метеодатчики на высотном здании этой гостиницы. Хочу выразить благодарность своим научным руководителям — В. Н. Емохонову и.

А. А. Иванову — за постановку задач и внимание к работе, а также сотрудникам лаоратории 014 В. М. Башлыкову, Н. И. Масляевой, В. Г.

Опалеву, В. Л. Львову за ценные советы и поддержку в работе.

Заключение

.

Выявленная и сформулированная в данной работе проблема контроля приподнятых слоев городской атмосферы нуждается в скорейшем разрешении. Для мониторинга загрязнения приподнятых слоев требуется внедрить разработанные спектрально-оптические трассовые методы в систему контроля качества городского воздуха. Для детальной проверки и уточнения существующих моделей переноса примесей в конкретных городских условиях необходимо организовать и провести широкомасштабный эксперимент по исследованию полей концентраций загрязнителей в пределах высоты городской застройки и сопоставить результаты с модельными расчетами.

Показать весь текст

Список литературы

  1. Проблемы экологии Москвы. Под ред. Пупырева Е. И., Москва, Гидрометеоиздат, 1992.
  2. В.Г. Колошников и др. Разработка методов контроля азотосодержащих примесей в атмосфере с помощью перестраиваемых полупроводниковых лазеров. Троицк, ИСАИ СССР, Отчет по НИР, квх. 1 139−872, 1987, с. 9−11.
  3. Дж., Калверт Ж., Демерджиан К. Свободнорадикальные реакции при образовании фотохимического смога./ред.Прайор У. Свободные радикалы в биологии. Сб.статей.М."Мир". 1979.Т.2., с. 178−201.
  4. Руководство по контролю загрязнения атмосферы РД52.04.18 689
  5. Е.А. Санитарно-химический контроль воздушной среды- Справочник//Л.- Химия. 1978. 336с.
  6. Ф.Я., Егоров В. И., Озон, окислы азота и серы в нижней атмосфере.Л. Гидрометеоиздат, 1986, с, 8−17- 24−31.
  7. С.Батчер, Р.Чарлсон. Введение в химию атмосферы. М."Мир", 1977. с.133−151.
  8. S.R. Kawa, R. Pearson. Ozone badgets from the dynamics and chemistry of marine stratocumuls experiment.//Journal of geophysical research. l 989, Vol, 94, ND7, P. 9,847−9,859.
  9. Ю.А.Израэль, И. М. Назаров, Ш. Д. Фридман. Мониторинг трансграничного переноса загрязняющих воздух веществ.-Л.- Гидрометеоиздат, 1987.
  10. И.М. Назаров, А. Н. Николаев, Ш. Д. Фридман. Основы дистанционных методов мониторинга загрязнения природной среды. -Л.-Гидрометеоиздат, 1983.
  11. А.А.Шашков. Интегральные спекстроскопические методики определения С02, СО, СН4, N20- порядок проведения измерений и алгоритмы обработки. Труды ГГО, 1985, вып.496, с.23−49,
  12. Э.А. Чаянова, М. К. Шайнов. Корреляционные масс-спектрометры для исследования малых газовых составляющих атмосферы (обзорная информация). Обнинск, 1984, вып. 2.
  13. Piatt U., Perner D. Simultaneous measurement of atmospheric CH2 O3, and N02 by differential optical absorption.// Journal of geophysical research. 1979, Vol.84, N. C10, p.6329.
  14. Piatt U., Perner D. Direct measurements of atmospheric CH2, O3, HN02, O3, N02 and S02 by differential optical absorption in the near UV.// Journal of geophysical research.1980, Vol.85, N. C12, p.7453−7458.
  15. Проспект фирмы: Opsis: (Швеция), MED ATA AB, S-102−53, Stokholm, Sweden.
  16. Дж.А. Экспертные оценки кинетических данных для применения в исследованиях по атмосферному моделированию//Успехи химии. 1990. Т.59. С.1627−1653.
  17. R., Baulch D.L., Сох R.A. et al. Evaluated kinetic and photochemical data for atmospheric chemistry: Supplementlll //J.Phys.Chem.Ref.Data.l989.V.18.P.881−1096.
  18. Seifeld J.H. Ozone air quality models: a critical review//JAPCA.1988.V.38.P.616−645.
  19. Lin J.A., and Seinfeld J.H. Compaptative analysis of chemical reaction mechanisms for photochemicalsmog//Atmos.Anviron.l985.V.19.P.437−464.
  20. Gery M.W., Whitten G.Z., Killus J.P. et al. A photochemical kinetics mechanisms for urban and regional scale computer modeling//J.Geophys.Res.l989.V.10.P. 12 925−12 956.
  21. Dodge M.C. A comparison of three photochemical oxidant mechanisms//J.Geophys.Res, 1989.V.94.P, 5121−5136,
  22. Stochwell W.R., Middleton P., Chang J.S. et al. The second generation regional acid deposition model chemical mechanism for regional air quality modeling//J.Geophys.Res, 1990.V.95.P.16 343−16 368.
  23. Trainer M., Buhr M.P., Cuiran C.M. et al. Observations and modeling of the reactive nitrogen photochemistry at a rural site//J.Geophys.Res. 1991. V.96.P.3045−3063.
  24. Fitzjarrald D.R. and Lenschow D.H. Mean concentration and flux profiles for chemically reactive species in die atmospheric surface layer//Atmos .Environ .1983.V.17.P.2505−2512.
  25. Tsai W.5 Gohen Y., Sakugawa H. et al. Hydrogen peroxide levels in Los Angeles: A screening-level evaluation//Atmos.Environ. 1991. V.25B.P.67−78.
  26. McRae G.J., Geodin W.R. and Seinfeld J.M. Development of a second generation mathematical model for urban air pollution. I. Model formulation//Atmos.Environ.l982.V.16.P.679−696.
  27. Shetter R.E., Stedman D.H., and West D.H. The N0/N02/03 photostatioanary state in Claremont, California//J.Air Pollut. Control Assoc. 1983. V.33.P.212−214.
  28. Parrish D.D., Trainer M., Williams E.J. et al. Measurement of the N02 -03 photostationary state at Niwot Ridg, Colorado//! Geophys. Res. 1986. V.91.P.5361−5370.
  29. DeMore W.B., Molina M.J., Saunder S.P. et al. Chemical kinetics and photochemical data for use in stratospheric modeling//Jet Propal.Lab., Pasadena, Calif. 1987.
  30. Atkinson R. Gas-phase tropospheric chemistry of organiccompounds: A review// Atmos.Environ. 1990. V.24A.P. 1−41.
  31. Trainer M., Williams E.J., Parrish D.D. et al. Models and observations of the impact of natural hydrocarbons on rural ozone//Nature, 1987. N329.P.705−707.
  32. Ю.М., Звенигородский С. Г., Розенштейн В. Б. Химия радикалов ОН и НО2 в земной атмосфере//Успехи химии. 1990.Т.59.С. 1601−1626.
  33. Air quality criteria for ozone and other photochemicaloxidants//EPA.Research Triangle Park.NC.1984.
  34. Silman S., Logan J.A., and Wofsy S.C. The sensitivity ofozone to nitrogen oxides and hydrocarbons in regional ozone episodes//J.Geophys.Res. 1990. V.95.P. 1837−1851.
  35. Colbeck E. and Harrison R.M. The friquency and causes of elavated concentrations of ozone at ground level ar rural sites in north-west England//Atmos.Environ.l985.V.19.P. 1577−1587.
  36. Janach E. Surface ozone: trend details, seasonal variations, and interpratation//J.Geophys.Res. 1989. V.94 .P. 18 289−18 295.
  37. Low P. S., Davies T.D. et al. Trends in surface ozone at Hohenpeissenberg and Arkona//J.Geophys.Res.l990.V.95.P.22 441−22 453.
  38. Атмосферная турбулентность и моделирование рассеяния примесей, под ред. Ф.Т. М. Ньистадта и X. Ван Допа. Л. Гидрометеоиздат, 1985.
  39. G., Baumann К., Droscher F. Оэ and N02 -measurments in forest and urban areas.- Ozone in the atmosphere//Proc.Quadr.ozone symp. Gottingen, 1988/Ed. A.Deepak.Hampton. 1989 .P. 502−507.
  40. Bower J.S., Broughton G.F.J., Dando M.T. et al. Surface ozone concentration in the U.K. in 1987−1988//Atmos.Environ. 1989.V.23.P.2003−2016.
  41. .Д., Микушев М. К., Панченко М. В. и др. Особенности прохождения фотохимических процессов в воздухе промышленных центров/Юптика атмосферы. 1991 .Т.4.С.995−10 005.
  42. Е.А., Еланский Н. Ф. Измерение приземной концентрации озона и окислов азота в г.Москве//Изв.РАН.Физика атмосферы и океана. 1993.Т.29.С.346−352.
  43. А.Е. Численные методы в задачах физики атмосферы и охраны окружающей среды//Под ред. Пененко В. В. Новосибирск.1985.С.59.
  44. С.Д., Селиханович В. В., Гершензон Ю. М. и др. Исследования гетерогенной гибели озона на материалах, типичных для аэрозольных частиц атмосферы//Химическая физика. 1990.Т.9.С. 1099−1010.
  45. Х.Окабе. Фотохимия малых молекул. М. «Мир"1981, с.280−291.
  46. Rosen В. Spectroscopic data relative to diatomic molecules. 1970.p.423.
  47. Kleinman L., Lee Y., Springston S.R., Nunnermacher L., Zhou X., Broun R., Hallock K., Klotz P., Leahy D., Lee J., Newman L. Ozone formation at a rural site in the southeastern U.S.// Journal of geophysical research. 1994. Vol.99,N.D2,p.3469−3482.
  48. M.E. Прогноз и регулирование загрязнения атмосферы. Л. Гидрометеоиздат, 1985.
  49. М.Е. Берлянд. Современные проблемы атмосферной диффузии и загрязнение атмосферы.Л. Гидрометеоиздат, 1975.
  50. Н.Л. Вызова, Е. К. Гаргер, В. Н. Иванов. Экспериментальные исследования атмосферной диффузии и расчеты рассеяния примеси. Л. Гидрометеоиздат, 1991.
  51. Н.Л. Вызова. Рассеяние примеси в приземном слое атмосферы. М. Гидрометеоиздат, 1974.
  52. В.Б. Киселев. О горизонтальном переносе примеси внутри городской застройки. Труды ГГО, вып 467, стр 36−41.
  53. Н.С. Буренин, Б. Б. Горошко, В. И. Кириллова. Вертикальное рапределение двуокиси азота, сернистого газа и окиси углерода в жизнедеятельном слое атмосферы. / Труды ГТО, вып. 467, с.60−69.
  54. В.П. Об особенностях вертикального распределения примесей в Москве.// Тр. Центральной высотной гидрометеорологической обсерватории. 1976. Вып.8, с.79−88.
  55. В.М., Вахтель A.B., Масляева Н. И., Иванов A.A. «Исследование содержания Оз и оценка концентрации радикалов R02 в атмосфере г.Москвы» //Физические взаимодействия в химически реагирующих системах.Междувед.сб.МФТИ. 1993.с.98−107.
  56. В.М., Вахтель A.B., Масляева Н. И., Иванов A.A. «Исследование суточных изменений концентраций N02 и Оз ватмосфере г.Москвы трассовым спектрально-оптическимметодом."//Известия АН. Физика атмосферы и океана. 1994. Т. ЗО, N.1, с.53−58.
  57. А. А., Башлыков В. М., Вахтель А. В., Опалев В. Г. Отчет ИНЭПХФ РАН «Разработка методики применения дистанционного трассового спектрально-оптического газоанализатора для контроля городской атмосферы». Инв. 2321−014−1994/50, Москва, 1994 г.
  58. И.В.Самохвалов, Ю. Д. Копытин, И. И. Ипполитов и др. Лазерное зондирование тропосферы и подстилающей поверхности. -Новосибирск- Наука, 1987.
  59. Аналитическая лазерная спектроскопия. Под ред. Н.Оменетто. М.- Мир, 1982.
  60. Molina L.T. and Molina M.J. Absolute absorption cross section of ozone in the 185-nm to 350-nm wavelength range.//Journal of geophysical research. 1986. Vol.91,N.D13,p. 14 501−14 508.
  61. Hasson V. and Nicholls R.W. Absolute spectral absorption measurements on molecular oxygen from 2640−1920 A.:l.Herzberg-l bands (2640−2430 A)//Journal of physics B.:Atjv.Molec. Phys. 1971, Vol.4,N. 12, p. 1778−1788.
  62. Herzberg G. Forbidden transitions in diatomic molecules// Can.J.Phys.l952.Vol.30,N.2,p. 185−210.
  63. Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работникови инженеров. М.:Наука, 1984.с.831.
  64. В.М., Иванов А. А. Спектроскопические измерения N02 в атмосфере г.Москвы// Известия РАН. Физика атмосферы и океана.1993, Т.29, N.1, с.6−11.
  65. Е.И. Пустыльник. Статистические методы анализа и обработки наблюдений. М. «Наука», 1968 г., сЛ 52−155.
  66. Tsai W., Cohen Y., Sakugawa Н. et al. Hydrogen peroxide levels in Los Angeles: A screening-level evaluation// Atmospheric environment. 1991. Vol.25B., N.l., p.67−78.
  67. Лазерные абсорбционные методы анализа микроконцентраций газов, под ред. В. М. Колобашкина и А. И. Попова. М.- Энергоатомиздат, 1984.
  68. Colbeck I., Harrison R.M. The frequency and causes of elevated concentrations of ozone at ground at rural sites in north-west England// Atmospheric environment.!985.VoI.19,N.10., p. l577−1587.
Заполнить форму текущей работой

Сессия? Спокойно!