Способност за разсейване на замърсители

Качеството на Атмосферния Въздух (КАВ) се определя от две групи фактори: 1) от количеството на емисиите и начина на тяхното отделяне в атмосферата и 2) от географско-климатичните и инфраструктурни особености на района.   Принос за нарушаване на стандартите за КАВ дават  фактори и от двете групи.  Значението на фактори от втората група, в частност на метеорологичните такива, може и обикновенно е различен в различни райони.  Този факт е от значение, когато трябва да се оценяват усилията на дадена институция да подържа добро КАВ.  Една община например, може да полага по-големи усилия и прилага по-ефективни мерки за добро КАВ, отколкото друга община, но поради по-неблагоприятни метеорологични условия в първата, КАВ в нея да е по-лошо отколкото във втората община.  От тук и необходимостта да се отчитат метеорологичните условия, които определят способността за разсейване на атмосферни замърсители в  даден  район, което е предпоставка за справедлива оценка на усилията на дадена институция да подържа добро КАВ в подопечния й район.   Този въпрос е предмет на следващия анализ. Разгледана е ситуацията в Община Пловдив през 2013г.

 

Анализ на нарушенията на стандартите за КАВ в град Пловдив през 2013г.

В нормативната база са определени прагови стойности(ПС), които не трябва да бъдат превишавани от  часовите стойности на концентрациите на серен диоксид SO2 и азотен диоксид NO2 и от средноденонощните концентрации на фини прахови частици с диаметър по-малък от 10µm – ФПЧ10.  За 2013г нарушения на стандартите за SO2  и NO2   в гр. Пловдив не са регистрирани.  

Преобладаващият брой превишения на праговите стойности за ФПЧ10 се съпътства от наличие на неблагоприятен метеорологичен фактор – тихо време, устойчива стратификация, и/или отсъствие на валеж:    

  • 78.3%  от превишенията на ПС за ФПЧ10 в пункт Баня Старинна и  71.7%  в пункт Каменица са се случили в дните, когато е било на лице тихо време; само 8.4% от превишенията в пункт Баня Старинна и 8.7%  в пункт Каменица са се случили при скорост на вятъра над 2м/с.
  • 64.3% от случаите с превишения на ПС в пункт Баня Старинна и 48.6 % в пункт Каменица са се случили при устойчива стратификация (инверсия).  Само при 9.1% от дните с устойчива стратификация в пункт Баня Старинна и при 13.0%  от такива в пункт Каменица не е имало превишения на ПС за ФПЧ10.

Детайли от горепосочените изводи се дават в следващите таблици, а илюстрация на един от най-проблемните месеци – Януари и на един от най-малко проблемните – Юли се дава на следващите фигури.  По-надолу следват обяснения на някои изсползвани понятия – виж: дисперсионни xapактеристики , стратификация, роля на релефа, физико-географски фарактеристики на град Пловдив .

Метеорология и замърсяване с ФПЧ10 през Януари 2013

 

Метеорология и замърсяване с ФПЧ10 през Юли 2013

На графиките концентрациите на ФПЧ10 са намалени 20 пъти (при това мащабиране праговата средноденонощна стойност от 50 μ/m3  се изобразява като 2.5).  Очевидни са по-добрите метеорологични условия за разсейване на замърсители през Юли отколкото през Януари – през Юли не е имало нито един ден с преобладаваща устойчива стратификация (зелен стълб с отрицателна стойност), за разлика от големия брой дни с преобладаваща устойчива стратификация през Януари.  Средномесечната стойност на скоростта на вятъра е почти една и съща – 1.52m/s през Януари и 1.48m/s през Юли.

Не трябва да правим грешният извод, че само метеорологичните условия са причина за по-доброто КАВ през Юли.  През Юли, за разлика от Януари, няма емисии от битовото отопление.  Ролята на метеорологичните условия обаче не трябва и да се подценява - картината през Януари ясно демонстрира, че в дните с преобладаваща неустойчива стратификация и с по-високи стойности на скоростта на вятъра, средноденонощните концентрации на ФПЧ10 рязко намаляват.

Стойност на метеорологични характеристеки определящи дисперсията на замърсители в случаите, когато средноденонощните концентрации на ФПЧ10 превишават праговата стойност (ПС) от 50мкг/м3 и в случаите, когато  средноденонощните концентрации на ФПЧ10 са по-ниски от ПС

 

Дисперсионни xapактеристики

(характеристики на способността на атмосферата да разсейва отделените в нея замърсители)

 

Метеорологичните параметри, които определят дисперсията на замърсители в атмосферата са:

- скорост на вятъра,

- стратификация на атмосферата,

- валеж.

Тъй като се разглеждат средноденонощните концентрации на ФПЧ10, гореизброените параметри следва да се определят в денонощен аспект.  Средноденонощната стойност на вятъра и денонощната сума на валежите са подходящи за целта.  По-сложно стои въпросът със стратификацията.

Показател за стратификацията в приземния слой на атмосферата, който се изчислява от регулярно наблюдавани метеорологични величии е т.н. параметър (или класове) на устойчивост.  Той е въведен именно с цел оценяване разсейването на замърсителите и има различни варианти.  Един от най-широко изсползваните е параметър на Паскуил (Pasq), който приема следните значения:

Pasq =   6    или   A       - максимално неустойчива стратификация

Pasq =  5.5   или   A-B

Pasq =     5   или   B

Pasq =  4.5   или   B-C

Pasq =    4    или   C

Pasq =  3.5   или   C-D

Pasq =     3   или   D     - неутрална стратификация

Pasq =     2   или   E

Pasq =    1   или   F       - максимално  устойчива стратификация,

При  устойчивата стратификация (инверсия),  т.е при Pasq = 1 и 2, замърсителите не се изнасят във височина и достигат високи стойности в ниските слове на атмосферата.  Неустойчивата стратификация блягоприятства дифузията на замърсителите,  в частност, издигането им във височина.  Обичайно, стратификацията е устойчива нощем и неустойчива през деня и усреднената стойност ще клони към неутрална стратификация,  което не отразява реалните условия за разпространение на зъмърсителите в атмосферата.  В настоящия анализ, като среден за денонощието показател за стратификацията на атмосферата  се приема  броя часове с неустойчива стратификация минус брой часове с устойчива стратификация; за простота тази разлика се означава по-надолу като „стратификация”. Отрицателните стойности означават преобладаваща през денонощието устойчива стратификация,  положителните - преобладаваща неустойчива стратификация.

 

Стратификация

Земната повърхност излъчва топлинна (инфрачервена, дълговълнова) радиация, което при отсъствие на слънчева радиация нощно време води до охлаждане на повърхността.  Като следствие, ниските слоеве на въздуха, които са в непосредствена близост до земната повърхност се охлаждат и температурата им става по-ниска от температурата на по-високите слоеве. Така се стига до инверсия – устойчива стратификация, при която по-тежкият студен въздух е долу, под  по-лекия топъл въздух, при което вертикалните движения в атмосферата се потискат от Архимедовата сила.    В следствие на това, отделените във въздуха замърсители не могат да се изнасят във височина, задържат се и достигат високи концентрации в приземния слой, обитаван от хората.  С изгрева на Слънцето започва постепенно разрушаване на инверсията, което продължава различно време в зависимост от синоптичните условия.  В редица случаи инверсията може да се задържи дни наред.

 

Роля на релефа

При наклонен терен, тежкият студен въздух се свлича надолу по склона, което е известо като локална планинско-долинна циркулация (планински бриз, долинна бриза, падащ вятър).  В случай на коритовидна релефна форма, стичащият се студен въздух заема „дъното на коритото”, измествайки над себе си  по-лекия топъл въздух, т.е. формира се инверсия.   По такъв начин, в котловините, инверсиите са по-чести, по-продължителни и по-силно изразени.

Релефът влияе на дисперсията на замърсителите и чрез деформацията в полето на фоновия  вятър.  Коритовидните релефни форми благоприятсват блокирането на въздушните маси.  Явление е известно като стагнация.  То се случва и над равнинен терен, но наличието на затворени теренни форми го прави много по често и по-силно изразено.  Получава се така, че на и над нивото на планинския хребет има добре изразен въздушен пренос, докато въздушната маса под това ниво остава блокирана. Емитираните в нея замърсители се натрупват без да могат да се изнесат от котловината.   Честото повторение на явлението стагнация, в климатичен аспект, се проявява в ниски стойности на скоростта на вятъра и в често наличие на безветрие (вятър по-слаб от 1 м/с).

 

Физико-географски фарактеристики на град Пловдив

Град Пловдив се намира в Горнотракийската низина, затворена от трите географски посоки между планински масиви и възвишения, т.е. налице е коритовидна морфоструктура, в „дъното” на която е разположен градът.  Тази даденост има съществено негативно отражение върху разсейването на отделяните в атмосферата замърсители, което се реализира посредством описаните по-горе механизми.  Скоростта на вятъра в гр. Пловдив е по-ниска от тази в повечето големи градове на България, а инверсиите са по-чести, по-продължителни и по-силно изразени.  Казаното се потвърждава от метеорологичните наблюдения в района.

Средна годишна скорост на вятъра в големите градове на България

 

Пловдив

София

Варна

Бургас

Ст.Загора

Русе

Плевен

Скорост м/с

1.8

2.6

3.5

3.4

1.4

2.3

1.9

По Климатичен справочник на България,  том  4 – Вятър, София, 1982

Пряко измерване на инверсиите се извършва чрез вертикални сондажи на атмосферата, каквито  в България се извършват само в София,  или чрез съпоставяне на температурата на въздуха долу в равнината с температурата на по-високо место, например по склона на планината.  За района на Пловдив разполагаме с представително изследване по втория метод., резултатите от което са резюмирани в таблицата по – долу.

 

Брой дни с инверсии в западната част на Тракийската равнина

месец

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

год

брой

23.0

19.6

20.6

25.8

24.8

23.8

28.2

28.0

28.0

27.4

21.6

23.0

294

По Христов, П., 1974, „Температурни инверсии над западната част на Тракийската равнина” , Извeстия на Института по хидрология и метеорология, том  XXIII, 241-255.

 

Оказва се, че средногодишно инверсии в Пловдив се наблюдават през 294 дни в годината. Обичайната продължителност на инверсиите е няколко дни; през студения период до 10 и повече, което води до акумулиране на отделяните във въздуха замърсители.  За сравнение, средногодишния брой на дни със инверсии, регистрирани в София по същия метод са 170-200, т.е. с около 100 дни по-малък.