Файл: Крюкова С.В. Контроль загрязнения природной среды анализ данных загрязнения. Лабораторный практикум.pdf

Скачать файл (2,50Мб)

Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 28.02.2019

Просмотров: 1762

Скачиваний: 9

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

Лабораторная работа №2

Исследование влияния метеорологических параметров на

концентрацию загрязняющих веществ на территории

Санкт-Петербурга

Общие сведения

Время сохранения примесей в атмосфере зависит от множества

факторов, доминирующее значение среди которых принадлежит метео-
рологическим условиям. Под влиянием этих факторов при постоянных
выбросах вредных веществ уровень загрязнения приземного слоя воз-
духа может колебаться в очень широких пределах. Метеоусловия так-
же оказывают существенное влияние на перенос и рассеивание приме-
сей в атмосфере. Наибольшее влияние оказывает режим ветра и тем-
пературы (температурная стратификация), осадки, туманы, солнечная
радиация.

Ветер может оказывать различное влияние на процесс рассеивания

примесей в зависимости от типа источника и характеристики выбросов.
Если отходящие газы перегреты относительно окружающего воздуха, то
они обладают начальной высотой подъёма. В связи с этим вблизи ис-
точника создается поле вертикальных скоростей, способствующих подъ-
ёму факела и уносу примесей вверх. Этот подъём обусловливает умень-
шение концентраций примесей у земли. Эта концентрация убывает и
при очень сильных ветрах, однако это происходит за счёт быстрого пе-
реноса примесей в горизонтальном направлении. При низких или хо-
лодных источниках выбросов повышенный уровень загрязнения возду-
ха наблюдается при слабых ветрах (v = 0-1 м/с) вследствие скопления
примесей в приземном слое. Прямое влияние на загрязнение воздуха в
городе оказывает направление ветра. Существенное увеличение кон-
центрации примеси наблюдается тогда, когда преобладают ветры со
стороны промышленных объектов.

Инверсия температуры в атмосфере – повышение температуры

воздуха с высотой вместо обычного для тропосферы её убывания. Ин-
версии температуры встречаются у земной поверхности (приземные ин-
версии) и в свободной атмосфере. Приземные инверсии температуры ча-
ще всего образуются в безветренные ночи (зимой иногда и днём) в ре-
зультате интенсивного излучения тепла земной поверхностью, что при-

водит к охлаждению как её самой, так и прилегающего слоя воздуха.
Толщина приземных инверсий составляет десятки – сотни метров. Уве-
личение температуры в инверсионном слое колеблется от десятых до-
лей градусов до 15 – 20°C и более.

Инверсии температуры являются задерживающими слоями в ат-

мосфере; они препятствуют развитию вертикальных движений воздуха,
вследствие чего под ними накапливаются водяной пар, пыль, ядра кон-
денсации. Это благоприятствует образованию слоев дымки, тумана. Для
состояния атмосферы в городах наибольшую опасность представляет
приземная инверсия в сочетании со слабыми ветрами, т.е. ситуация
“застоя воздуха”.

Наиболее высокие концентрации загрязнений наблюдаются при низ-

кой температуре. Область распространения зимних инверсий совпадает
с областью распространения антициклонов, поэтому при антицикло-
нической погоде обычно наблюдаются высокие концентрации дыма.

Влажность также способствует увеличению концентраций загряз-

нений в атмосферном воздухе. Капли тумана поглощают примесь, при-
чём не только вблизи подстилающей поверхности, но и из вышележащих,
наиболее загрязненных слоев воздуха. Вследствие этого концентрация при-
месей сильно возрастает в слое тумана и уменьшается над ним. Раство-
рение сернистого газа в каплях приводит к образованию серной кислоты.

Осадки очищают воздух от примесей. После длительных интенсив-

ных осадков высокие концентрации примесей в атмосфере практически
не наблюдаются.

Солнечная радиация обусловливает фотохимические реакции в ат-

мосфере с образованием различных вторичных продуктов, обладающих
часто более токсичными свойствами, чем вещества, поступающие от
источников выбросов.

Цель работы

Исследовать динамику суточного изменения основных метеопара-

метров и их влияние на концентрацию примесей в Санкт-Петербурге
на станции наблюдения №4 в разные времена года.

Исходные данные

Вариант работы тот же, что в работе №1.

Задание

1. Построить графики суточного хода метеорологических парамет-

ров за заданные дни.

2. Сопоставить полученные данные с результатами, полученными

в лабораторной работе №1 и проанализировать их, определить какой
метеорологический параметр оказывает наибольшее влияние на заг-
рязнение воздуха.

3. Определить наличие температурной инверсии (см. Приложение

2) и её влияние на концентрацию ЗВ.

4. Построить графики распределения температуры с высотой в слу-

чае наличия температурной инверсии. А также в отчёт необходимо вста-
вить фрагмент таблицы данных зондирования.

4. По результатам лабораторных работ №1 и №2 представляется

один отчёт.

Лабораторная работа №3

Корреляционный анализ концентраций загрязняющих

веществ и метеопараметров на территории

Санкт-Петербурга

Общие сведения

Корреляционный анализ – это проверка гипотез о связях между

переменными с использованием коэффициентов корреляции. Коэффи-
циент корреляции – количественная мера совместной изменчивости
двух переменных.

Основное назначение корреляционного анализа – выявление кор-

реляционной связи между двумя или более изучаемыми переменными.
Корреляционная связь это совместное согласованное изменение двух изу-
чаемых характеристик. Наглядное представление о характере вероят-
ностной связи даёт диаграмма рассеивания (рис. 2) – математическая
диаграмма, изображающая значения двух переменных в виде точек
на декартовой плоскости.

Рис. 2. Примеры диаграмм рассеивания и соответствующих

коэффициентов корреляции r

Значения коэффициентов корреляции r изменяются в диапазоне от

–1 до +1. Отрицательная корреляция – корреляция, при которой уве-
личение одной переменной связано с уменьшением другой перемен-
ной; положительная корреляция – корреляция, при которой увеличение
одной переменной связано с увеличением другой переменной. После
проведения расчётов отбираются только наиболее сильные корреляции,
которые в дальнейшем интерпретируются (пример, см. табл. 3).

Корреляционная матрица. Если необходимо рассчитать коэффи-

циенты корреляции для нескольких переменных (больше двух) во всех
сочетаниях друг с другом, то набор получившихся коэффициентов кор-
реляции можно оформить в виде матрицы, которая называется кор-
реляционной.

Например, для четырех переменных A, B, C, D – 16 коэффициентов

корреляции собираются в корреляционную матрицу:

Если при r = 0 статистическая связь отсутствует, то при |r| = 1 ста-

тистическая связь максимальна. Для промежуточных значений r может
характеризовать как отсутствие связи, так и её значительную величину.
Чтобы это определить однозначно, необходимо выполнить проверку
коэффициента корреляции на значимость.

Для этого сформулируем нулевую гипотезу H

: r = 0 и альтер-

нативную H

: r  0.

Для проверки этой гипотезы выбирается критерий Стьюдента, вы-

борочное значение которого рассчитывается по формуле (1):

Значение коэффициента корреляции r

до 0,2
до 0,5
до 0,7
до 0,9

свыше 0,9

Интерпретация

очень слабая корреляция

слабая корреляция