Метеорологические аспекты загрязнения атмосферы на территории Республики Татарстан

Актуальность проблемы. Хозяйственная деятельность человека, особенно в последние десятилетия, привела к загрязнению окружающей среды отходами производства. Воздушный бассейн, воды и почвы урбоэкосистем содержат загрязняющие вещества (ЗВ), концентрация которых часто превышает предельно допустимую (ПДК), что негативно отражается на здоровье населения. В последние десятилетия наблюдается рост отдельных нозологических форм болезней, который обусловлен загрязнением окружающей среды. Основная причина данных явлений — глобальный экологический кризис, вызванный парниковым эффектом, кислотными дождями, загрязнением планеты супертоксикантами, снижением концентрации озона в верхних слоях атмосферы и др. [49].

Глобальный экологический кризис обусловлен стихийным вмешательством человека в природные процессы. Он является следствием совокупности хозяйственной деятельности цивилизации и проявляется в изменении характеристик природной среды в масштабах планеты, поэтому представляет серьезную опасность для жизни на Земле.

В силу системного характера экосферы всякое воздействие со стороны человека на природную среду оборачивается ответным воздействием природы на общество. «История влияния человека на биосферу показывает, что технический прогресс постоянно увеличивает возможности воздействия на окружающую среду, создавая предпосылки для крупных экологических кризисов» [18]. «По закону отражения это негативное воздействие тем сильнее, чем существеннее было вмешательство со стороны человека» [20]. Поэтому эту проблему можно будет считать решенной только в случае минимизации отходов производства (выбросов, сбросов в окружающую среду), произведенных человечеством, до уровня, с которым природа Земли справится самостоятельно [49].

Решение глобальных экологических проблем невозможно без выявления законов взаимодействия общества и природной среды, что позволит составлять достоверные прогнозы развития системы «общество — человектехника — природная среда» и принимать своевременные меры с целью ликвидации или ослабления противоречий между обществом и природной средой. Поэтому в условиях глобального экологического кризиса особую актуальность приобретают вопросы управления качеством окружающей среды на основе эффективно действующих законов, нормативных документов и др.

Атмосферный воздух является одной из основных составляющих окружающей среды и для решения проблемы управления его качеством необходимо изучение процессов формирования уровня загрязнения и его изменения под влиянием метеорологических и гелиофизических факторов.

Цель и задачи исследования

Целью работы является:

1. Комплексная оценка уровня загрязнения атмосферы в промышленных центрах Республики Татарстан (РТ).

2. Изучение климатического режима метеорологических величин и явлений, определяющих рассеивание и накопление выбросов ЗВ на территории РТ.

3. Исследование влияния метеорологических величин и явлений, гелиофизических факторов на формирование уровня загрязнения атмосферы и распространенность болезней населения г. Казани.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Формирование базы данных о загрязнении атмосферного воздуха, метеорологических величинах и явлениях, гелиофизических факторах и распространенности болезней.

2. Выбор методологического подхода и программных средств для обработки исходных данных.

3. Изучение пространственно-временного распределения выбросов промышленных стационарных источников и автотранспорта, уровня загрязнения атмосферы, климатического режима метеорологических величин и явлений, гелиофизических факторов.

4. Выявление зависимости уровня загрязнения атмосферы г. Казани от величины выбросов ЗВ, метеорологических величин и явлений, гелиофизических факторов. Оценка величин ряда видов выбросов промышленных стационарных источников и автотранспорта, при которых уровень загрязнения атмосферы г. Казани будет соответствовать санитарно-гигиеническим нормам.

5. Выявление зависимостей распространенности болезней нервной системы и органов чувств, новообразований, органов дыхания, мочеполовой системы (МПС) населения г. Казани от уровня загрязнения атмосферы, величины выбросов ЗВ, метеорологических величин и явлений, гелиофизических факторов.

Научная новизна работы заключается в следующем:

— исследована многолетняя изменчивость уровня загрязнения атмосферы в промышленных центрах РТ;

— получены характеристики многолетнего режима метеорологических величин и явлений, гелиофизических факторов, а также комплексных метеорологических величин, которые определяют рассеивание и накопление выбросов ЗВ. Выявлены основные климатические закономерности их режима на территории РТ и подготовлен соответствующий картографический материал;

— исследована зависимость среднего годового уровня загрязнения атмосферы, распространенности болезней населения г. Казани от величины выбросов ЗВ, метеорологических величин и явлений, гелиофизических факторов;

— впервые получены зависимости средних годовых значений уровня загрязнения атмосферы и распространенности болезней населения г. Казани от выбросов ЗВ, метеорологических величин и явлений, гелиофизических факторов;

— впервые для г. Казани получена оценка значений величины ряда видов выбросов промышленных стационарных источников и автотранспорта, при которых уровень загрязнения атмосферы будет соответствовать санитарно-гигиеническим нормам.

На защиту выносятся:

— особенности многолетней изменчивости уровня загрязнения атмосферы в крупных промышленных центрах РТ;

— климатическая характеристика и особенности режима метеорологических величин и явлений, определяющих рассеивание и накопление выбросов ЗВ на территории РТ;

— результаты исследования зависимости уровня загрязнения атмосферы и распространенности болезней населения г. Казани от величины выбросов ЗВ, метеорологических величин и явлений, гелиофизических факторов;

— результаты оценки значений величин ряда видов выбросов промышленных стационарных источников и автотранспорта, при которых уровень загрязнения атмосферы г. Казани будет соответствовать санитарно-гигиеническим нормам.

Практическая ценность работы. Результаты, полученные в работе, имеют важное народно-хозяйственное и социальное значение и могут быть использованы при решении проблем управления уровнем загрязнения атмосферы и планирования профилактических мероприятий с целью снижения распространенности болезней, в части решения вопросов:

— перспективной оценки состояния загрязнения атмосферы городов и районов РТ;

— районирования территории РТ по уровню загрязнения атмосферы и метеорологическим условиям рассеивания и накопления выбросов ЗВ;

— планирования размещения предприятий на территории РТ;

— составления программ поэтапного снижения загрязнения атмосферы и оценки эффективности природоохранных мероприятий;

— оценки вклада отдельного источника эмиссии и предприятия в целом в загрязнение урбоэкосистемы при различных метеорологических условиях рассеивания выбросов ЗВ веществ и выбора газоочистного оборудования;

— комплексной оценки влияния выбросов ЗВ, метеорологических величин и явлений, гелиофизических факторов на распространенность болезней населения;

— планирования профилактических мероприятий с целью снижения распространенности болезней нервной системы и органов чувств, новообразований, органов дыхания, МПС;

— определения перспектив развития и планирования системы мониторинга атмосферы на территории РТ.

Тематика работы соответствует выполнению основных задач, возложенных на Министерство охраны окружающей среды и природных ресурсов Республики Татарстан. Результаты исследования в настоящее время используются в практической деятельности Министерства охраны окружающей среды и природных ресурсов Республики Татарстан и Экологического фонда Республики Татарстан. Результаты работы использованы при составлении Государственных докладов «Состояние окружающей природной среды в Республике Татарстан «(1992;1998 гг.) Личный вклад автора. Основные результаты получены автором лично в процессе работы над плановыми и инициативными темами. Автором собран имеющийся материал о загрязнении атмосферы, метеорологических величинах и явлениях, гелиофизических факторах, оказывающих влияние на накопление и рассеивание выбросов ЗВ. Создана база данных на технических носителях. Выполнена первичная обработка и анализ информации о многолетней изменчивости различных видов выбросов ЗВ, уровне загрязнения атмосферы, распространенности болезней населения г. Казани и режиме климатических характеристик, определяющих накопление и рассеивание выбросов ЗВ на территории РТ. Выявлены зависимости уровня загрязнения атмосферы и распространенности болезней от величины выбросов ЗВ, метеорологических величин и явлений, гелиофизических факторов. Получена оценка величин ряда видов выбросов ЗВ, при достижении которых уровень загрязнения атмосферы г. Казани будет соответствовать санитарно-гигиеническим нормам.

Апробация работы. Основные результаты выполненных исследований докладывались на международных конференциях «Экологические проблемы бассейнов крупных рек» (Тольятти, 1993 г.), «Общепланетарные проблемы.

10 исследования Земли" (Казань, 1993 г.), международном симпозиуме «Методы и средства мониторинга состояния окружающей среды МСОС — 95» (Санкт-Петербург, 1995 г.), международной научно-практической конференции «Регион и география» (Пермь, 1995 г.), Всероссийских научных конференциях «Современная география и окружающая среда» (Казань, 1996 г.), «Экоаналитика — 96» (Краснодар, 1996 г.), «Современные методы подготовки специалистов и совершенствование систем и средств наземного обеспечения авиации» (Воронеж, 1997 г.), «Атмосфера и здоровье человека» (Санкт-Петербург, 1998 г.), научной конференции «Динамика и взаимодействие природных и социальных сфер земли» (Казань, 1998 г.), «Окружающая среда и здоровье» (Казань, 1996 г.), Республиканских научных конференциях «Актуальные экологические проблемы Республики Татарстан» (Казань, 1995 г., 1997 г.), научно-практической конференции Поволжского региона «Окружающая среда и здоровье населения» (Казань, 1999 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано свыше 40 работ, в числе которых две коллективные монографии.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы, включающего 102 наименования. Объем работы 146 страниц, 69 рисунков и 13 таблиц.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Проведены исследования уровня загрязнения атмосферы в промышленных центрах РТособенностей климатического режима метеорологических величин и явлений, определяющих рассеивание и накопление выбросов ЗВ на территории РТвлияния выбросов ЗВ, метеорологических величин и явлений, гелиофизических факторов на формирование уровня загрязнения атмосферы и распространенность болезней населения г. Казани. Основные результаты выполненной работы следующие:

1. Изучено загрязнение атмосферы в крупных промышленных центрах РТ. Показано, что загрязнение атмосферы г. Казани оксидами азота в основном определяется выбросами предприятий теплоэнергетического комплекса, а оксидом углерода — выбросами автотранспорта. Выявлено, что уровень загрязнения атмосферы г. Казани характеризуется в основном как пониженный, а г. Н. Челны как высокий. Установлено, что основной вклад в загрязнение атмосферы г. Казани вносят формальдегид, диоксид азота, бенз (а)пирен и оксид азота, а г. Н. Челны — формальдегид, диоксид азота и пыль. Установлено, что средняя годовая изменчивость уровня загрязнения атмосферы г. Казани имеет чётко выраженный годовой ход с максимумом в мае и минимумом в августе и октябре. В мае-июне уровень загрязнения атмосферы характеризуется как повышенный, а в остальной период года — как пониженный.

2. Исследована годовая изменчивость в атмосфере г. Казани значений концентраций ЗВ, обладающих суммацией негативного действия на здоровье человека. За рассмотренный период лишь суммации диоксида серы и фенола не превышали санитарно-гигиенически норм, По остальным суммациям ЗВ наблюдается превышение санитарногигиенических норм в 1 — 4 раза. Максимальные превышения наблюдаются в мае, а минимальные в августеоктябре. Показано, что уровень загрязнения атмосферы в гг. Казани, и Н. Челны не соответствует санитарно-гигиеническим нормам. Изучен климатический режим метеорологических величин и явлений, определяющих рассеивание и накопление выбросов ЗВ на территории РТ. Выявлена зависимость между повторяемостями приземных инверсий, застоев и слабого ветра. Для каждой из рассмотренных метеорологических величин и явлений построены карты-схемы. Выявлены основные климатические особенности их режима на территории РТ.

3. Впервые установлена зависимость между величинами ПЗА и Кт для территории РТ. Получены значения величин Кт, соответствующие низкому, умеренному, повышенному ПЗА. Проведено районирование территории РТ по климатическому режиму величин ПЗА и Кт, построены карты-схемы. Показано, что максимальная изменчивость значений ПЗА и Кт на территории РТ составляет 25−26%, что говорит о большом влиянии метеорологических условий на процессы рассеивания и накопления выбросов ЗВ.

4. Впервые определена зависимость между величинами ПЗА, Кт и Показано, что полученные уравнения регрессии можно использовать для составления фонового прогноза уровня загрязнения атмосферы на территории РТ.