Моделирование локальных условий рассеивания загрязнителей в городской застройке

Тасейко, Ольга Викторовна

Системный анализ, управление и обработка информации (по отраслям)

автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Моделирование локальных условий рассеивания загрязнителей в городской застройке

кандидата физико-математических наук: Тасейко, Ольга Викторовна
город: Красноярск
год: 2005
специальность ВАК РФ: 05.13.01

Диссертация по информатике, вычислительной технике и управлению на тему «Моделирование локальных условий рассеивания загрязнителей в городской застройке»

Автореферат диссертации по теме "Моделирование локальных условий рассеивания загрязнителей в городской застройке"

На правах рукописи

ТАСЕЙКО Ольга Викторовна

МОДЕЛИРОВАНИЕ ЛОКАЛЬНЫХ УСЛОВИЙ РАССЕИВАНИЯ ЗАГРЯЗНИТЕЛЕЙ В ГОРОДСКОЙ ЗАСТРОЙКЕ

05.13.01 Системный анализ, управление и обработка информации (экология) 05.13.18 Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Красноярск 2005

Работа выполнена на кафедре физики Сибирского Государственного Технологического Университета

Научные руководители:

доктор физико-математических наук, профессор

Юрий Владимирович Захаров

доктор биологических наук Владислав Григорьевич Суховольский

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор

Рем Григорьевич Хлебопрос

канд. физико-математических наук Олег Васильевич Адмаев

Ведущая организация:

Институт вычислительного моделирования СО РАН (г. Красноярск)

Защита состоится « 28 » сентября 2005 г. в 16 часов на заседании диссертационного совета К 212.253.01 по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук в Сибирском Государственном Технологическом Университете (660049, Красноярск, пр. Мира, 82, СибГТУ)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СибГТУ Автореферат разослан августа 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, к.т.н.

С.В.Ушанов

^яч

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В настоящее время одной из актуальных проблем в мире является задача управления качеством атмосферного воздуха в городах. Проблема эта связана с интенсивным развитием промышленности и транспорта, которые приводят к усилению антропогенной нагрузки на наземные экосистемы и человека. Основой современных систем управления качеством атмосферного воздуха являются данные наблюдений, получаемых со стационарной сети и передвижных станций контроля. Параллельно с этим развиваются методы моделирования распространения загрязнителей от различных источников в условиях городской застройки. Математические модели, которые объединяют знания о выбросах и рассеянии загрязнителей в атмосфере, являются необходимыми инструментами для управления качеством атмосферного воздуха.

Существующие в настоящее время модели атмосферной диффузии, описывающие перенос и рассеяние примесей в атмосфере города, не могут быть использованы для оперативного прогноза уровней загрязнения, поскольку требуют значительных затрат времени на выполнение расчетов.

Для решения задачи локального прогноза загрязнения воздуха на территории города требуется разработка полуэмпирических моделей, использующих различные параметризации аэрографических и микроклиматических особенностей территории и метеорологических параметров.

Целью работы являлось исследование закономерностей рассеяния атмосферных загрязнителей в условиях городской застройки и разработка математической модели рассеяния.

Основные задачи работы:

1. Параметризация процессов переноса загрязнителей в условиях городской застройки.

2. Разработка количественных показателей, характеризующих проницаемость городской территории относительно набегающего ветрового потока.

3. Построение математической модели рассеяния загрязнителей от низких источников в условиях городской застройки и верификация построенной модели с данными натурных наблюдений.

4. Выполнение с помощью построенной модели и моделей, используемых в мировой практике для оценки загрязнения воздуха в городских каньонах, численных расчетов для г. Красноярска.

Научная новизна работы:

• На основе симметрийных представлений предложена классификация типов городской застройки.

• Предложены параметрические соотношения для горизонтального и вертикального потока загрязнителей, вызываемых ветровым и температурным воздействием.

••ос национальная библиотека

• Разработана оригинальная полуэмпирическая математическая модель для оценки уровней загрязнения в городской застройке на автомагистралях и на различных расстояниях от них.

• Показано, что учет плотности застройки и проницаемости территории при моделировании рассеяния загрязнителей позволяет получить результаты, хорошо согласующиеся с данными натурных наблюдений.

Практическая значимость работы состоит в разработке модели, которая даст возможность оценивать состояние воздушного бассейна примаги-стральных территорий.

Личный вклад автора: участие в постановке задачи, построение и анализ представленной в работе модели, проведение численных экспериментов. Настоящая работа является итогом исследований, выполненных автором в 2001-2005 гг.

Положения, выносимые на защиту:

1. Описание процессов распространения примеси в условиях городской за стройки включает в себя учет таких параметров, как высота и плотность расположения зданий, проницаемость территории.

2. Предложенные соотношения, характеризующие температурные и механические эффекты, позволяют адекватно оценивать интенсивность вертикального и горизонтального переноса загрязнителей.

3. Разработанная полуэмпирическая модель корректно описывает перенос и рассеяние потока загрязнителей в городской застройке на автомагистрали и при удалении от нее.

4. Интенсивность очищения атмосферы на городской территории определяется, с одной стороны, скоростью набегающего ветрового потока, а, с другой стороны, свойствами территории, возмущающей ветровой поток.

Публикации. По результатам работы имеется 19 публикаций. Список 10 основных публикаций приводится в конце автореферата.

Апробация работы. Результаты работ докладывались на международных, российских и региональных научных конференциях и симпозиумах: «Уровень жизни населения Красноярского края: проблемы, пути их решения» (Красноярск 2001), «Физика окружающей среды» (Томск 2002), «Моделирование неравновесных систем» (Красноярск 2002), «Непрерывное экологическое образование и экологические проблемы Красноярского края» (Красноярск 2003), «Гомеостаз и экстремальные состояния организма» (Красноярск 2003), «Достижения науки и техники - развитию сибирских регионов» (Красноярск 2003), «Вычислительно-информационные технологии для наук об окружающей среде. С1ТЕ8-2003» (Томск 2003), «Современные методы математического моделирования природных и антропогенных катастроф» (Красноярск 2003), «Аэрозоли Сибири» (Томск 2003), «Лесной и химический комплексы - проблемы и решения» (Красноярск 2004), «Е]ч1У1ЯОМ18 -2004» (Томск 2004), «Вычислительно-информационные технологии для наук об окружающей среде. С1ТЕВ-2005» (Новосибирск 2005).

На разных этапах работа была поддержана грантами: Индивидуальные гранты (стипендии) Красноярского краевого фонда науки на 2002, 2004, 2005 гг., грант ККФН-РФФИ «Енисей 2005» №05-05-97709.

Диссертация состоит из введения, шести глав и выводов. Работа содержит 26 таблиц, 20 рисунков, библиография включает 136 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Глава 1. Моделирование распространения загрязнителей. В обзорной главе рассмотрены различные подходы к моделированию загрязнения воздушного бассейна, используемые в настоящее время в мировой практике. Дана общая классификация моделей рассеяния загрязнителей для городской среды. Для каждого класса моделей показаны достоинства и недостатки их в применении к задаче рассеяния атмосферных загрязнителей на территории города. Обсуждаются основные характеристики, которые необходимо учитывать в задачах моделирования локального загрязнения воздуха на территории города.

Глава 2. Полуэмпирическая модель рассеяния атмосферных загрязнителей. В данной главе получены основные соотношения, описывающие рассеяние загрязнителей от автомагистралей в городских каньонах. Эти соотношения являются основой для разрабатываемой автором модели.

2.1. Параметры рассеяния примесей в условиях городской застройки. Моделирование рассеяния атмосферных загрязнителей в городских каньонах неизбежно связано с моделированием ветровых потоков. Скорость ветра оказывает значительное влияние на локальные рассевающие факторы и, следовательно, на структуру полей концентраций. Это связано с тем, что между скоростью ветра и концентрациями поллютантов существует весьма четкая обратная корреляция, в основе которой лежит разбавление газов воздушными массами. Описание структуры ветровых потоков с использованием стандартных подходов, основанных на решении уравнения турбулентной диффузии, в городской застройке достаточно сложно. Это связано с недостаточным качеством входных данных, сложностью определения характеристик турбулентности в условиях города, длительностью выполнения расчетов. Поэтому необходимо развивать упрощенное описание процессов переноса и рассеяния загрязнителей ветровыми потоками в городской застройке.

В городском каньоне можно выделить горизонтальную и вертикальную составляющие турбулентного потока. Для описания вертикальной составляющей потока необходимо учитывать, что в приземной атмосфере в городском каньоне может наблюдаться термическая и динамическая турбулентность. Термическая турбулентность связана с конвективными движениями.

Основной причиной развития динамической турбулентности в приземном слое является деформация воздушного потока при его движении над шероховатой подстилающей поверхностью, причем, чем больше шероховатость, тем больше деформируется воздушный поток. Полные эффекты сопротивления турбулентному потоку, создаваемого различными препятствия-

ми, обычно параметризуются через длину шероховатости. Такая параметризация компактна и эффективна для многих приложений, но имеет свои ограничения. Во-первых, этот метод не дает информации о характеристиках потока между отдельными элементами застройки. Во-вторых, этот параметр определяется только в случае логарифмического профиля ветра над застройкой, а в других условиях определить размер параметра шероховатости однозначно довольно сложно (Krettenauer et at., 1992). Поэтому для характеристики сильно неоднородной территории, какой является городская застройка, в работе используется параметр сопротивления среды (городской застройки) Lc (аналогично подходу, использованному Belcher et al., 2003).

Составные элементы городского каньона оказывают на средний поток два эффекта. Во-первых, эффективное сопротивление препятствий, связанное со снижением давления отдельных элементов, приводит к замедлению среднего потока. Во-вторых, изменение направления течения вокруг отдельных элементов может изменять энергию потока. Поэтому для расчета основного эффекта от воздействия препятствий в работе рассматривается поток, усредненный по пространству и времени. Параметры отдельных элементов городского каньона также усредняются по пространству. Эволюция потока вычисляется по изменению плотности элементов каньона, что позволяет избегать вычисления деталей трансформации потока вокруг отдельных элементов.

Эффективное сопротивление каньона замедляет поток внутри него и, следовательно, действует только в пределах части объема, окружающего каньон. Поэтому длина сопротивления каньона Lc определяется характеристиками каньонй, такими как среднее расстояние между зданиями и средняя ширина зданий. Изменение характеристик городских каньонов в различных районах города вызывает изменение длины сопротивления препятствия /,с. Так, увеличение плотности элементов застройки ведет к увеличению сопротивления каньона и, таким образом, к уменьшению Lc. При выходе потока из каньона на свободную территорию сила сопротивления каньона пропадает, следовательно, в потоке ниже высоты каньона возникает дисбаланс сил, и средняя горизонтальная составляющая потока увеличивается, приводя вследствие условия непрерывности к снижению средней вертикальной скорости. При достаточном удалении от каньона пограничный слой восстанавливает свои первоначальные профили.

Длина сопротивления каньона Lc представляет собой расстояние по направлению течения, требуемое каньону для снижения кинетической энергии частиц воздуха, и позволяет оценить расстояние для корректировки внешнего ветрового потока городским каньоном. Масштаб длины сопротивления зависит от расстояния между зданиями в каньоне и обратно пропорционален ширине строений и может быть получен из выражения (Belcher et al., 2003),

где gl. - среднее расстояние между зданиями в каньоне, Ье - средняя ширина зданий в каньоне.

Для оценки вертикальной компоненты скорости потока в данной работе учитываются термическая п>, и механическая м>т составляющие.

Величина вертикальных смещений частицы определяется начальным перегревом и температурной стратификацией. Поэтому вертикальная скорость частиц м/,, обусловленная конвективными движениями, может быть найдена из соотношения (Воронцов, 1966)

(2.2)

где 7*„' - температура выброса, Т0 - температура окружающего воздуха у земной поверхности, у и уа - фактический и адиабатический вертикальные градиенты температуры до высоты застройки, Т - средняя температура слоя, g -ускорение силы тяжести, кс - высота подъема примеси, / - время подъема примеси до высоты Ис.

Механическая составляющая вертикальной скорости вследствие выполнения условия непрерывности возникает в результате снижения горизонтальной скорости потока, обеспечиваемого препятствиями в виде городских каньонов, поэтому ее значение будет зависеть от характеристик окружающей территории. Механическая скорость м/т в работе определяется горизонтальной скоростью и, длиной перемешивания 1т и длиной сопротивления каньона Ьс(рис. 2.1). Длина перемешивания является фактически вертикальным размером вихря, и в пограничном слое атмосферы эта величина может расти до высоты 200-300 м. Но в городской застройке с достаточно высокой плотностью длина перемешивания корректируется параметрами каньона, и ее размер становится значительно меньше. Застройка с низкой плотностью и невысокими зданиями не может изменить структуру турбулентности и, следовательно, длину перемешивания.

иь

Рис. 2.1. Геометрия городских каньонов и характеристики ветрового потока

Для оценки параметров ветрового потока городской каньон общей длиной L представляется в виде массива элементов со средней высотой Л, средней шириной элемента Ъс и расстоянием между элементами gc (рис.2.1). Кроме того, каждый каньон характеризуется плотностью застройки Рв.

Для каньонов с высокой плотностью застройки длина перемешивания 1т определяется по формуле (Belcher et al., 2003): lm = d при z<d,

lm=k(z~d) приz>d, :<h (2.3)

где к=0.4 - постоянная Кармана, с1 - высота слоя вытеснения, которая в городском каньоне находится вблизи верхней границы (рис.2Л), и может быть определена по виду вертикального профиля скорости, 2 - вертикальная координата.

Для разреженных каньонов (где поверхностный сдвиг напряжения изменяется незначительно) используется стандартная модель длины перемешивания

1т~кг, г<И. (2.4)

Вертикальную скорость в городском каньоне можно определить как сумму скоростей, порождаемых термической (и>,) и динамической турбулентностью (и>т)

н> = м>, +— = и*, + (2.5)

Л1

где А/ - временной масштаб процесса, определяемый через параметр длины сопротивления каньона 1.с.

Замедление горизонтальной составляющей скорости потока за счет сопротивления каньона определяется коэффициентом А}- (Вак1апоу, 2002). В этом коэффициенте учтены такие параметры застройки, как высота и ширина зданий. В данной работе коэффициент преобразован к виду, учитывающему плотность застройки и проницаемость территории:

+ 0.5-С^-О-!;)-/»,•££, (2.6)

где Сл. и См коэффициенты сопротивления поверхности и застройки, Рв-плотность застройки, прилегающей к каньону, А, Ь - высота и ширина здания соответственно, 77 - проницаемость территории.

Суммирование в формуле (2.6) выполняется для всех строений на окружающей каньон территории. Значения констант СА = 0 003 и Сл = 0 6 определены с помощью экспериментов в аэродинамической трубе (КаирасЬ, 1994). Плотность застройки Рц определяется как отношение площади, занимаемой зданиями, к общей площади рассматриваемой территории. Параметр проницаемости территории предложен автором для оценки продуваемости городской застройки относительно набегающего ветрового потока. Проницаемость г] = т]{<р) является функцией угла <р между направлением на север и направлением среднего потока и зависит от типа и плотности застройки окружающей территории.

Горизонтальная скорость в каньоне пропорциональна скорости набегающего потока и зависит от коэффициента замедления К/

и»и,\1-К,), (2.7)

где {/* - скорость ветра над каньоном (рис. 2.1). Таким образом, горизонтальная составляющая скорости будет принимать различные значения в зависимости от направления <р

Таким образом, полученные автором выражения (2.5), (2.7) являются удобным для практического применения упрощением анизотропной структуры турбулентности в городской застройке.

2.2. Расчет концентрации примеси на автомагистрали. В данной работе в качестве источника загрязнения рассматривается автомагистраль.

Для определения концентрации примеси на автомагистрали представим городской каньон в виде некоторого объема, ограниченного шириной автомагистрали IV, длиной участка каньона Ь и высотой Н, характеризующей высоту отбора пробы. Введем предположение, что циркулирующие в каньоне загрязнители имеют равномерное распределение в этом объеме. Тогда в момент времени С в заданный объем поступит концентрация Х(1), зависящая от объема выбросов на автомагистрали. Объем выбросов от автомагистрали пропорционален интенсивности движения транспортного потока / и количеству примеси Цо, выбрасываемой одним автомобилем с единицы длины при фиксированной скорости его движения.

Скорость изменения концентрации пропорциональна разности в уровнях поступившей и рассеявшейся из заданного объема примеси. Таким образом, уровень загрязнения воздуха С' в городском каньоне фиксированной длины пропорционален интенсивности движения I и зависит от горизонтальной и вертикальной составляющих ветрового потока:

где Си - некоторый уровень загрязнения, называемый фоновым и присутствующий в воздухе даже при отсутствии выбросов от основных источников.

2.3. Оценка распределения загрязнителей при удалении от источника. Для описания процесса переноса атмосферных загрязнителей от линейного источника (автомагистрали) к рецептору в настоящей работе используется метод лагранжевых переменных, который заключается в получении статистических характеристик отдельных частиц воздуха. Состояние каждой частицы определяется ее координатой и скоростью. Эти характеристики в последовательные моменты времени определяются значениями случайного процесса /(/). Изменение положения частицы в пространстве рассматривается как проекция по горизонтальной составляющей, что позволяет считать процесс одномерным.

Процесс Л(г) характеризуется коэффициентами сноса а(л) и диффузии Ь(Л). Эти коэффициенты описывают процесс перемещения частиц от источника к рецептору. Функция сноса а{Х) определяется структурой турбулентности, параметризованной в данной работе через характеристики горизонтального и вертикального переноса потока.

Предполагается, что поведение частицы описывается стохастическим дифференциальным уравнением:

1-Яо

Ь-А1

(2.8)

IV ■(] - Рв) и-НА( + м>-Ь-А!+ Ь-Я

(2.9)

где n{l) - нормальный белый шум с нулевым средним и заданной дисперсией аг, /(т7,|) - функция, зависящая от проницаемости территории г] и вектора характеристик турбулентности £.

Процесс Л(/) является марковским, причем коэффициенты сноса а(Л) и диффузии ¿(А) для такого процесса равны:

а(Д)=/(т7,|) (2.10)

где - длина, на которую смещается частица за единицу времени.

Для получения распределения концентрации примеси при удалении от автомагистрали в предложенной в работе модели (далее TSM - town street model) используется уравнение Понтрягина, применяемое в теории марковских процессов для решения задачи достижения границ одномерным марковским процессом.

Для заданных коэффициентов сноса f(rjи диффузии нение примет вид:

^ = /fo. + , (2.11) dl дх 4 дх2

где pc(t,x)~ вероятность достижения частицей границы х-с. В условиях решаемой задачи для этого уравнения заданы начальные и граничные условия:

рХ0,^=0-, pc(t,0)=1, Pl{t,c)= 1.

Полученная при решении этого уравнения плотность вероятности рассматривается как концентрация (относительное число) частиц в точке х в момент времени I. Для получения реальной концентрации необходимо полученную вероятность умножить на величину концентрации примеси на автомагистрали в момент времени I.

Для оценки плотности вероятности определяется направление от источника на рецептор, поэтому при решении уравнения Понтрягина в каждом конкретном случае функция сноса f(rj(<p),£) будет принимать постоянное значение в зависимости от направления (р. Линейный источник, которым является автомагистраль, рассматривается как последовательность точечных источников. Концентрация для каждого точечного источника определяется аналогично концентрации на автомагистрали, но для единичной длины. От всех точечных источников рассчитывается распределение концентрации до заданного рецептора. Затем полученные концентрации суммируются для всей последовательности источников, определяя полный уровень концентрации примеси в рецепторе.

Глава 3. Типология застройки. В данной главе проведена типизация городской застройки Красноярска Для выделенных типов застройки оценена проницаемость территории относительно набегающего ветрового потока

3.1. Основные типы застройки г. Красноярска. Каждый тип городской застройки обладает своими аэрографическими свойствами, кроме того, в пределах даже одной городской застройки создается особый микроклимат Поэтому для оценки параметров модели необходимо исследовать характерные особенности различных типов застройки.

Для оценки проницаемости застройки относительно набегающего ветрового потока по аналогии с операциями симметрии в задачах структурного анализа кристаллических структур, использовался такой элемент симметрии конечных фигур, как ось симметрии.

На территории г. Красноярска была выделена изотропная застройка, застройка с осями симметрии второго и четвертого порядка (оси симметрии перпендикулярны плоскости чертежа). В изотропной застройке проницаемость постоянна и не зависит от направления набегающего потока. Территория с осью симметрии второго порядка характеризуется максимальным значением проницаемости вдоль одного направления, а территория с осью симметрии четвертого порядка - вдоль двух направлений.

С использованием классификации по типам симметрии и высоте зданий на территории Красноярска было выделено шесть основных типов градостроительных конфигураций, каждая из которых характеризуется определенной плотностью застройки (рис. 3.1).

Нгч

а --г" _t 1 J

säE-i?

Г1 пчр1 , п 0 -. -

".'"äf-üs fni

Кг-*0" l^fj t щ

> a J

III.

"ll'f. с

IV.

Г] П il

)U и и

Li L

ÜL

VI.

л А

0 ] {г

Рис.3 l. Планы типов застройки отдельных районов г. Красноярска, I. -тип застройки периметральный, пятиэтажный (ось симметрии 4-го порядка); II.

- тип застройки свободный, одноэтажный (изотропный тип); III. - тип застройки смешанный, девятиэтажный (изотропный тип); IV. - тип застройки продольно-поперечный, четырехэтажный (ось симметрии 2-го порядка); V. -тип застройки поперечный, девятиэтажный ( ось симметрии 2-го порядка); VI.

- тип застройки периметрально-продольный, четырехэтажный ( ось симметрии 4-го порядка)

Рассмотренные конфигурации встречается в различных частях города, что говорит о неоднородности градостроительной системы Красноярска. При этом такая их характеристика, как высота зданий, может значительно меняться в различных районах. Ширина автомагистралей, являющихся основным источником загрязнителей, также принимает различные значения в разных районах.

3.2. Оценка проницаемости различных типов застройки. Для каждого из шести типов застройки, рассмотренных на рисунке 3.1, была оценена проницаемость территории в зависимости от направления ветра, меняющегося от 0 до 180 градусов (рис.3.2). Характеристика проницаемости используется для оценки продуваемости городской застройки. Для определения проницаемости территории в выбранном направлении определялась площадь проекции на плоскость, перпендикулярную этому направлению. Расчет выполнялся для оцифрованного плана застройки г. Красноярска с помощью средств Мар1пй> V. 6.0.

0 30 I. О 15

I. 0 30 И.

ijlL DiiiiiiiilllÉ

а о оо--Щ"—«шил. ооо"

J> 0 60 120 180 О

| 0 30 IV.

0 15,

60 120 180 V.

о 00. - IILiiIILI.

120 180 u u0 60 120 180

0 30 0 15

..||1|||||||„

60 120 1:

направление ветрового потока, град

0 30 III.

0 15

0 00 .1.1-,.,

0 60

0 30 VI.

0 15 1

0 00'

0 60

lililí

Рис. 3.2. Проницаемость территорий с различными типами застройки (номерами отмечены типы застройки)

Проницаемость фактически является характеристикой эффективного сопротивления территории и принимает значения от 0 до 1. Значение 0 в некотором направлении соответствует тому, что вероятность адвекции примеси в этом направлении близка к 0, а 1 соответствует условиям, при которых поток в данном направлении не встречает никаких препятствий, то есть является фактически невозмущенным.

Такие значительные различия в проницаемости являются одной из причин неоднородности пространственно-временной структуры полей концентраций в условиях городской застройки. Как видно из рисунка 3.2, проницаемость любого типа застройки далека от своего возможного максимального значения 1, то есть городская застройка значительно трансформирует и замедляет воздушный поток, набегающий на город.

Глава 4. Влияние ветровых и температурных эффектов на рассеяние загрязнителей.

В данной главе для различных типов городской застройки г Красноярска оценен диапазон изменения входящих в модель параметров в зависимости от метеорологических условий

4.1. Расчет характеристик ветрового потока. Снижение горизонтальной скорости ветра и оценивалось по формуле (2.7) в каньонах различного типа (рис.4.1).

Рис.4.1. Снижение горизонтальной составляющей скорости ветра в зависимости от направления для различных типов застройки

направление потока град — VI

Скорость невозмущенного потока (У/, бралась равной 10 м/с. Каждый тип застройки характеризуется, кроме проницаемости территории, также высотой зданий Л и плотностью застройки рв. Каждый из этих факторов ведет к снижению горизонтальной скорости ветра, но степень их влияния различна. Наиболее слабо выражено влияние проницаемости территории т](<р), меняющейся в зависимости от направления движения потока ср. Гораздо большее влияние оказывают плотность застройки и высота зданий.

Поскольку в различных типах городской застройки при одинаковой скорости набегающего потока СД горизонтальная компонента и отличается, следовательно, и вертикальная компонента н>,„ будет отличаться (рис. 4.2).

Расчет проводился для различных скоростей невозмущенного потока £//,: 3, 5, 10 и 15 м/с. Соответствующие им значения горизонтальной составляющей находятся на уровне 2, 4, 8 и 12 м/с.

Рис. 4.2. Изме-

„ 14 ~~ нениединами-

--- ческой состав- - ляющей и>„ вертикальной ком__ поненты скорости при изменении скорости адвекции и в различных ти-

4 6 8 10 12 14 г

пах городской

скорость адвекции м/с

. V VI застроики

% 1 2

о 1 *

г* и 08 '

5 06 -

£ •А 04

Cl о 02

Наибольшие значения вертикальной скорости возникают в застройке III типа, приводящие к наибольшему замедлению потока. Максимальное значение 1 15 м/с достигается при скорости набегающего потока, равной 15м/с. Наименьшие значения вертикальной составляющей на застроенной территории при всех рассмотренных значениях (У/, наблюдаются в застройке II типа,

поскольку здесь маленькая высота зданий и незначительная плотность застройки, слабо возмущающие внешний поток.

Таким образом, зависимость механической компоненты вертикальной скорости ветра и<„, от скорости невозмущенного потока и, следовательно, от вертикальной скорости и, носит линейный характер.

В реальной ситуации в условиях городской застройки сопротивление элементов каньона воздействует как импульсное замедление частиц воздуха, поэтому значение динамической вертикальной скорости в отдельных точках, например, вблизи стен зданий, может быть намного выше, чем значения, показанные на рис. 4.2, и соизмеримо с горизонтальной скоростью. Но в модели ТБМ этот процесс рассматривается в приближении среднего потока. Следовательно, рассмотренные значения ц>т характеризуют среднюю для выделенного объема скорость.

4.2. Учет температурных эффектов. Термическая компонента вертикальной скорости и>, в модели Т8М зависит от температуры воздуха у поверхности земли Т0, температуры выброшенной частицы Т'а, средней температуры слоя Т и фактического градиента температуры у и адиабатического уа Адиабатический градиент температуры - величина постоянная, равная 0.98° С на 100 м.

Разность температур ЛТ = Тд - Т'0 фактически является перегревом воздуха в результате выброса нагретой примеси движущимся автомобильным потоком и зависит от интенсивности этого потока. Для определения этой величины, используя соотношения термодинамики, получим:

¿Г,(4.1) п-ср

где М - масса топлива, сжигаемого 1 автомобилем в каньоне, ¡7 - теплота, выделяемая при сжигании 1 кг топлива, п - количество молей газа в некотором объеме, ср - теплоемкость, I - интенсивность автомобильного потока, 0 - коэффициент полезного действия автомобиля.

Из формулы (4.1) видно, что наибольшее влияние на значение разности температур оказывает изменение интенсивности движения.

Средняя скорость конвективных вертикальных движений чаще всего равна 1 - 2 м/с, но в отдельных случаях она может достигать 30 - 40 м/с (Воронцов, 1966). Развитие вертикальных движений обусловлено, с одной стороны, перегревом окружающего воздуха вследствие сжигания массы топлива потоком движущихся автомобилей, а с другой стороны, устойчивостью атмосферы, определяемой температурным градиентом. Следовательно, вертикальные движения должны иметь суточный и годовой ход. В зависимости от того, способствует или препятствует атмосфера развитию вертикальных движений, различают три типа устойчивости (или стратификации): устойчивое, равновесное и неустойчивое. Тип устойчивости атмосферы определяется из сравнения реального градиента температуры с адиабатическим.

Зависимость термической скорости от температуры окружающего воздуха обуславливает суточные и годовые изменения скорости ветра, но по-

скольку любой город является термически неоднородным, различные значения вертикальной скорости могут возникать в разных частях города в одно и тоже время.

Наибольший интерес в задаче рассеяния примесей от автомагистрали представляет исследование изменения скорости w, в зависимости от высоты до уровня 30 метров, соответствующего средней высоте зданий в самых глубоких каньонах на территории г. Красноярска. Расчет выполнялся для различных значений вертикального градиента температуры при фиксированном значении 7"о=20°С (рис. 4.3). На рис. 4.3 видно, что различия в скоростях ветра на уровне 3 м для всех значений градиентов незначительны, но на уровне 30 м эти различия усиливаются. Зависимость скорости от высоты носит линейный характер.

Рис. 4.3. Изменение вертикальной скорости ветра с высотой для различных градиентов температуры у (град, на 100 м)

вертикальная скорость, м/с

О-у =-4 ж-у =-2 г-у = 1 5 ш-у =2 5 ж-у =4

В атмосфере одновременно с восходящими потоками наблюдаются и компенсационные нисходящие потоки. При этом в целом по экспериментальным данным термические скорости нисходящих потоков значительно меньше скоростей восходящих потоков.

Согласно модельным расчетам, представленным на рис.4.3, отрицательные значения вертикальной скорости, характеризующие нисходящие потоки, появляются при положительных градиентах температуры. При снижении температуры окружающего воздуха рост скорости восходящих потоков с высотой будет усиливаться, а уровень возникновения нисходящих потоков возрастет вследствие увеличения разницы между температурами примеси и воздушной среды.

Глава 5. Организация численного моделирования рассеяния загрязнителей в условиях городской застройки на территории Красноярска. В данной главе рассмотрены различия в подготовке входных параметров для разработанной автором модели TSM и существующих моделей CALINE-4 и OSPM.

5.¡.Метеорологические параметры для моделей TSM, CALINE-4 и OSPM. Численное моделирование уровней загрязнения городской атмосферы на примере г. Красноярска выполнялось с помощью предложенной в работе модели TSM и известных моделей CALINE-4 (Benson, 1984) и OSPM (Hertel и др, 1989)

Уровень загрязнения атмосферного воздуха в городе при существующем объеме выбросов вредных веществ определяется, кроме локальных рассеивающих факторов отдельных территорий, еще и метеорологическими условиями. К основным метеопараметрам в условиях города относятся: скорость и направление ветра, характеристики инверсий, застойных ситуаций.

Такие параметры, как скорость ветра над каньоном, температура слоя, направление ветра - являются общими для всех моделей - TSM, CALINE-4 и OSPM.

В разработанной автором модели TSM дополнительно используются следующие параметры: стандартное отклонение направления ветра, градиент температуры, скорость ветра в застройке, термическая и механическая составляющие скорости ветра При этом характеристики ветрового потока являются расчетными и в значительной степени зависят от параметров застройки выделенной территории.

В модели CALINE-4 нет такой подробной детализации ветрового потока, как в модели TSM. Но в ней учитывается большее число общих для города метеорологических параметров: стандартное отклонение направления ветра, класс устойчивости и высота слоя перемешивания.

Класс устойчивости определяется по следующему набору параметров: значение температурного градиента, скорость ветра, облачность, степень инсоляции. Высота слоя перемешивания определяется как точка, где фактический градиент температуры пересекает сухоадиабатический, построенный от нормальной максимальной температуры поверхности для этого месяца (Бер-лянд, 1985). Высота слоя перемешивания является верхней границей слоя, в котором осуществляется интенсивный турбулентный обмен. До этой высоты загрязняющие вещества с поверхности переносятся путем конвекции.

Несколько -иные метеорологические параметры используются в качестве входных данных в модели OSPM: солнечная радиация, влажность, высота слоя перемешивания.

5.2. Характеристики застройки и параметры источников. Модели CALINE-4, OSPM и разрабатываемая автором модель TSM отличаются по задаваемым в качестве входных данных параметрам окружающей территории. В модели OSPM используются только ширина автомагистрали W и средняя высота прилегающих к ней зданий Я. В модели CALINE-4 используются ширина автомагистрали и параметр аэродинамической шероховатости z0, известный как длина шероховатости Давенпорта-Вейринга, принимающий на городской территории значение 400 см (Benson, 1992).

Модель TSM помимо ширины автомагистрали и средней высоты зданий использует параметр плотности застройки ря и проницаемость территории зависящую от направления ветра (рис. 3.2).

Для определения объемов выбросов от автотранспорта, используемых в модели TSM в качестве входного параметра, была адаптирована Европейская модель выбросов от автотранспорта COPERT. Объемы выбросов в модели COPERT определяются функциями, зависящими от скорости автомобиля. Эти функции основаны на анализе большого количества данных нескольких

европейских лабораторий по тестированию автомобилей. Концентрация СО, выбрасываемая одним автомобилем при движении по автомагистралям города, обычно изменяется в пределах от 19 до 27 г/км. Но на перекрестках и у светофоров, где движение автомобилей значительно замедляется, выброс от одного автомобиля может подняться до 70 г/км.

Глава 6. Сравнительный анализ моделей ТвМ, САЬШЕ-4 и ОБРМ с данными натурных наблюдений. В данной главе проведен численный расчет концентраций оксида углерода с использованием разработанной автором модели ТБМ и существующих моделей САЫЫЕ-4 и 055РМ. Результаты, полученные в численных экспериментах, сравниваются с данными натурных наблюдений, выполненных на территории г. Красноярска (Михайлюта, 2003, 2004).

6.1. Сравнение результатов расчетов по различным моделям. Расчет загрязнения городских автомагистралей по модели ОБРМ выполнялся с помощью программы \VinOSPM V.5.0.64, а по модели САЬШЕ-4 с помощью программы СЬ4 у.1.3.

Для оценки совместного влияния интенсивности движения автотранспорта и метеорологических параметров на результаты, получаемые по различным моделям, рассмотрим изменение концентраций при фиксированных параметрах окружающей территории, то есть в одном пункте в застройке VI типа, рассмотренной в главе 3.

2760 3240 4260 4380 4500 4560 5460 интенсивность, авт/ч TSM -е- CAI INE-4 OSPM -*- наблюдения

Из рис. 6.1 видно, что для всех значений интенсивности на выбранной территории все рассматриваемые модели дают хорошее сходство с экспериментальными данными.

Для городской территории важной является задача оценить уровни загрязнения не только на автомагистралях, но и во дворах жилых массивов (рис. 6.2).

Рис. 6.1. Изменение концентрации СО в зависимости от интенсивности и метеорологических условий

Рис. 6.2. Изменение концентраций СО при удалении от автомагистрали в застройке VI типа

О 25 50 70 100 150 200 расстояние от автомагистрали, м —•— ТБМ - • СЛЫЫЕ-4 о наблюдения

Из рис. 6.2 видно, что в застройке VI типа при удалении от автомагистрали на расстояние более 70 метров результаты, полученные по модели САЫЫЕ-4 и предложенной в работе модели Т8М, незначительно отличаются от экспериментальных данных. Но на самой автомагистрали и на небольшом расстоянии от нее (менее 70 метров) модель САЬПМЕ-4 дает более низкие значения по сравнению с экспериментом.

6.2. Влияние метеорологических условий на результаты моделирования. Для оценки влияния параметров застройки численные расчеты выполнялись для территорий с различными характеристиками. Так была выбрана территория с застройкой I типа (рис. 3.1).

Из выбранных для расчетов дней половина соответствует зимнему периоду, а половина летнему. Несмотря на разные сезоны, почти во все расчетные дни градиент температуры близок к сухоадиабатическому, поэтому температурная стратификация близка к безразличной. Скорость набегающего ветрового потока в застройке этого типа снижается в среднем на 23%. Высота слоя перемешивания в расчетные дни превышает 1 км.

Результаты расчетов в одном из пунктов застройки I типа, расположенном на автомагистрали, представлены на рис. 6.3.

26 1102 15 04 03

23 06 03 24 06 03 дата

12 10 03 24 05 04

Рис. 6.3. Изменение концентраций СО при изменении метеорологических условий на автомагистрали в застройке I типа

Ш тем ■ СА1.1ЫЕ-4 □ ОБРМ □ наблюдения

Поскольку расчеты для рис. 6.3 проводились при почти неменяющейся интенсивности движения автомобилей, изменения в уровнях концентраций

вызваны исключительно влиянием метеорологических условий. Наибольшие отличия при всех метеорологических условиях дает модель ОБРМ. Это можно объяснить неполным учетом локальных характеристик турбулентности, определяемых городской застройкой. В модели ОБРМ ведется учет части поллютантов, рециркулирующей по каньону. Но в рассматриваемом пункте здания имеют небольшую высоту по сравнению с шириной улицы, и плотность их расположения составляет 20%. Это приводит к рассеиванию рециркулирующей части загрязнителей, что не принимается во внимание в модели ОБРМ.

Модель САЫЫЕ-4 дает наибольшие расхождения с результатами измерений при незначительных средних уровнях загрязнения. Это объясняется тем, что состояние атмосферы параметризуется через класс устойчивости, градаций которого недостаточно для характеристики всех возможных состояний.

6.3. Влияние характеристик территории на результаты моделирования. Для оценки влияния параметров застройки была выбрана территория с застройкой II и IV типов.

Расчеты для этой территории выполнялись только для одного дня - 20 мая 2004г. Значение градиента температуры в этот день свидетельствует о том, что стратификация атмосферы близка к безразличной, что обычно приводит к высоким уровням загрязнения. Высота слоя перемешивания незначительна и равна минимальному значению, которое можно получить при использовании данных радиозондирования, выполняемого в г. Красноярске.

Снижение горизонтальной составляющей скорости набегающего потока согласно расчетам, выполненным по модели ТБМ, для всех пунктов наблюдения отличается мало и составляет около 20%. Это объясняется более низкой плотностью застройки. Само значение горизонтальной скорости в застройке невысоко - около 3 м/с, что приводит к застою воздуха на этой территории.

-5 16

Рис. 6.4. Изменение концентраций СО при изменении параметров за-

3 12

Шш-П

стройки и интенсивности

1560

3900

4980

интенсивность движения автомобилей, авт/ч ширина автомагистрали, м / высота строений, м

В ТЯМ ■ CAI.INF.-4 □ ОБРМ □ наблюдения

15/15

40/30

движения автомобилей

Результаты расчета представлены на рисунке 6.4. Для такой неоднородной по параметрам застройки территории модели САЫЫЕ-4 и 08РМ дают самые плохие результаты Для модели ОБРМ более характерно завыше-

ние рассчитанных концентраций по сравнению с измеренными (почти в 2 раза), а для модели САЬГЫЕ-4 - занижение (до 4-х раз). Разрабатываемая в работе модель ТБМ дает в этой ситуации наилучшие результаты.

6.4. Оценка влияния интенсивности движения на степень снижения концентрации при удалении от автомагистрали. Численное моделирование для территории с застройкой V типа выполнялось для двух зимних дней 2004г. Первый из указанных в таблице дней характеризуется высокой для этого сезона температурой и сильной скоростью ветра, в то время как второй день - очень холодный со слабым ветром. Это обеспечивает во второй день наблюдения в каньоне условия, близкие к штилю. Градиент температуры в первом случае говорит о безразличной температурной стратификации атмосферы, а во втором - об устойчивой, поэтому термическая компонента вертикальной скорости для второго дня в 3 раза выше, чем для первого.

На рис. 6.5 - 6.6 показано снижение концентрации оксида углерода при удалении от автомагистрали.

О 15 25 45 55

расстояние от автомагистрали м

—•— ТвМ " • САШте-^ 0 наблюдения

Рис. 6.5. Изменение концентрации СО при удалении от автомагистрали шириной 25 м и интенсивностью движения 2400 авт./ч

5 10 15 20 30 50 расстояние отаятомагистрали, ы

Рис.6.6. Изменение концентрации СО при удалении от автомагистрали шириной 15 м и интенсивностью движения 1020 авт./ч

При незначительном удалении от автомагистрали модель САЬГЫЕ-4 показывает значения ниже измеренных, а модель Т8М - выше, при увеличении расстояния эти различия сглаживаются. В целом модель САЫЫЕ-4 не позволяет получить значительное снижение концентраций при удалении от источника, а в застройке расчетные значения отличаются незначительно от измеренных только за счет занижения концентраций непосредственно на автомагистрали.

В целом в задаче распространения загрязнителей при удалении от автомагистрали результаты, полученные по модели ТБМ, лучше согласуются с данными наблюдений по сравнению с моделями САЬГЫЕ-4 и ОБРМ.

6.5. Совместное влияние характеристик территории и параметров источника. Для исследования зависимости результатов, получаемых по различным моделям, был выполнен расчет для одной метеорологической ситуации в пунктах, расположенных в различных районах города. Невысокая скорость ветра, достигающая в застройке 3 м/с, и градиент температуры, свиде-

тельствующий о слабоустойчивой температурной стратификации, позволяют отнести этот день к неблагоприятным с точки зрения рассеяния примеси.

Графическое представление результатов численных расчетов и измеренных данных представлено на рис. 6.7. Наилучшее сходство с экспериментальными данными все модели показывают в пункте 2. Этот пункт имеет плотность застройки - 20%. В пункте 5 плотность застройки выше, и модель CALINE-4 здесь уже дает результат выше измеренного на 31%, в то время как модель OSPM - на 58%.

Рис. 6.7. Изменение концентраций СО при изменении параметров застройки и интенсивности движения автомобилей

15/15 I 25/15 I 25/10 15/15 50/15 I

интенсивность движения автомобилей, авт /ч ширина автомагистралей, м / высота строений, м В TSM ■ CALINE-4 □ OSPM □ наблюдения

Пункт 1 также характеризуется высокой плотностью застройки - 30%, что приводит к значительному снижению скорости ветра. Поскольку этот эффект не учитывается в моделях CALINE-4 и OSPM, то значения, рассчитанные по этим моделям, отличаются от данных наблюдений на 68% и 150% соответственно.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Оценка локальных условий рассеяния для различных районов г. Красноярска показала, что при моделировании процессов переноса примеси в условиях городской застройки необходимо учитывать такие параметры, как высота и плотность расположения зданий, проницаемость территории.

2. При описании структуры турбулентного потока в городских каньонах необходимо учитывать термическую составляющую, определяемую перегревом окружающего воздуха вследствие сжигания массы топлива потоком движущихся автомобилей и температурным градиентом, характеризующим устойчивость атмосферы.

3. На основе представлений о градостроительной организации урбанизированных территорий (плотность застройки, проницаемость территории) и деформации воздушного потока в городской застройке разработана полуэмпирическая математическая модель для оценки загрязнения воздуха в условиях города на автомагистралях и при удалении от них. Верификация предложенной модели по данным натурных наблюдений на передвижной лаборатории, выполненных на территории г. Красноярска при различных метеоро-

логических ситуациях, показала хорошее согласие рассчитанных по модели и измеренных концентраций оксида углерода.

4. Сравнение результатов численных расчетов по предложенной в работе модели и по различным моделям, используемым в мировой практике для оценки загрязнения воздуха в городских каньонах, с данными натурных наблюдений, показало, что в предложенной в работе модели более эффективно учитываются характеристики аэрографически неоднородной территории.

СПИСОК ОСНОВНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Тасейко, О.В. Качество воздушной среды Красноярска: наблюдение, проблемы оценки и прогноза / О.В. Тасейко, C.B. Михайлюта // Материалы Всероссийской научно-практической конференции. Достижения науки и техники - развитию сибирских регионов. Красноярск, 3-6 июн. 2003 г. -Красноярск. ИПЦ КГТУ, 2003. - С. 260-262.

2. Тасейко, О.В Моделирование загрязнения атмосферы методом функций отклика / О В. Тасейко // Тезисы докладов IX международного симпозиума Гомеостаз и экстремальные состояния организма. Красноярск, 19-23 мая. 2003 г. - Красноярск: Город, 2003. - С. 148.

3. Захаров, Ю.В. Техногенное загрязнение атмосферы, моделирование и идентификация источников / Ю.В. Захаров, C.B. Михайлюта, В.Г. Сухо-вольский, О.В. Тасейко // Труды VII Всероссийской научной конференции с участием иностранных ученых. Современные методы математического моделирования природных и антропогенных катастроф. Красноярск, 13-17 окт. 2003 г. - Красноярск: ИВМ СО РАН, 2003. - С.124-125.

4. Тасейко, О.В. Особенности рассеяния загрязнителей в условиях городской застройки / О.В. Тасейко, C.B. Михайлюта // Тезисы докладов. X рабочая группа. Аэрозоли Сибири. Томск, 25-28 ноября. 2003 г. - Томск: Изд-во Института оптики атмосферы СО РАН, 2003. - С.36.

5. Тасейко, О.В. Моделирование рассеяния загрязнителей в атмосфере города методом функций отклика / О.В. Тасейко, C.B. Михайлюта // Доклады Томского гос. ун-та систем управления и радиоэлектроники. Автоматизированные системы обработки информации, управления и проектирования. - Томск: ТГУ, 2004. - Т. 1(9). - С. 40-45.

6. Тасейко, О.В. Исследование динамики загрязнения атмосферы в условиях Красноярска / О.В. Тасейко, C.B. Михайлюта, В.А. Шлычков, A.A. Леже-нин // Труды Всероссийской научно-практической конференции. Лесной и химический комплексы - проблемы и решения. Красноярск, 12-14 мая. 2004 г. - Красноярск: СибГТУ, 2004. - С.230-234.

7. Тасейко, О.В. Моделирование загрязнения воздуха выбросами от автотранспорта в условиях городской застройки / О.В. Тасейко, C.B. Михайлюта // Тезисы докладов. Международная конференция по измерениям, моделированию и информационным системам для изучения окружающей среды ENV1ROMIS-2004 - Томск- Изд-во Томский ЦНТИ, 2004. - С.74.

8 Тасейко, О.В Микроклиматические различия на территории Красноярска / О.В. Тасейко, C.B. Михайлюта // Тезисы докладов. Международная конференция по измерениям, моделированию и информационным системам для изучения окружающей среды ENVIROMIS-2004. - Томск: Изд-во Томский ЦНТИ, 2004. - С.84.

9. Тасейко, О.В. Моделирование пространственного распределения загрязнителей от автотранспорта в условиях городской застройки / О.В. Тасейко, C.B. Михайлюта // География и природные ресурсы. - 2004. - Специальный выпуск. - С. 180-185.

10. Тасейко, О.В. Моделирование рассеяния примесей в условиях городской застройки / О.В. Тасейко, C.B. Михайлюта / Тезисы докладов. Международная конференция по вычислительно-информационным технологиям для наук об окружающей среде CITES-2005. Новосибирск 13-23 марта 2005г. - Томск: Изд-во Томского ЦНТИ, 2003. - С.70.

Подписана в печать И 08 2005г Печать па ризографе Печ 2,4 i Тираж 150 экз Отпечатано с оригинал-макета в типографии ООО «ДиалогСибирь». 660049, Красноярск, пр Мира ЗД. оф ЗДЗ

»15001

РНБ Русский фонд

2006-4 12124

Оглавление автор диссертации — кандидата физико-математических наук Тасейко, Ольга Викторовна

ВВЕДЕНИЕ.

МОДЕЛИРОВАНИЕ РАСПРОСТРАНЕНИЯ загрязнителей

1.1. Типы моделей рассеяния загрязнителей.

1.2. Модели атмосферной диффузии.

1.2.1. Параметры моделей атмосферной диффузии.

1.2.2. Статистические модели диффузии.

1.2.3. Способы замыкания уравнений.

1.2.4. Численные методы решения уравнений диффузии.

1.3. Модели рассеяния выбросов от автотранспорта.

1.3.1. Особенности автотранспортного загрязнения.

1.3.2. Гауссовы модели для линейного источника.

1.3.3. Сравнения моделей рассеяния с экспериментальными данными.

1.3.4. Модели городских каньонов.

1.3.5. Характеристики ветровых потоков в городских каньонах.

1.4. Статистические методы моделирования.

1.4.1. Ограничения статистических методов моделирования.

1.4.2. Регрессионные модели прогноза загрязнения воздуха в городе.

1.4.3. Российские модели рассеяния загрязнителей в условиях города.

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 1.

ГЛАВА 2. ПОЛУЭМПИРИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ РАССЕЯНИЯ АТМОСФЕРНЫХ ЗАГРЯЗНИТЕЛЕЙ

2.1. Параметры рассеяния примеси в условиях городской ^ застройки.

2.2. Расчет концентрации примеси на автомагистрали.

2.3. Оценка распределения загрязнителей при удалении от ^ источника

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 2.

ГЛАВА 3. ТИПОЛОГИЯ ЗАСТРОЙКИ

3.1. Основные типы застройки г. Красноярска.

3.2. Оценка проницаемости различных типов застройки.

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 3.

ВЛИЯНИЕ ВЕТРОВЫХ И ТЕМПЕРАТУРНЫХ ЭФФЕКТОВ НА РАССЕЯНИЯ ЗАГРЯЗНИТЕЛЕЙ

4.1. Расчет характеристик ветрового потока.

4.1.1. Влияние городской застройки на снижение скорости ветра

4.1.2. Динамическая составляющая скорости ветра.

4.2. Учет температурных эффектов.

4.2.1. Перегрев воздуха на автомагистрали.

4.2.2. Вертикальные движения воздуха в городском каньоне.

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 4.

ОРГАНИЗАЦИЯ ЧИСЛЕННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

ГЛАВА 5. РАССЕЯНИЯ ЗАГРЯЗНИТЕЛЕЙ В УСЛОВИЯХ ГОРОДСКОЙ ЗАСТРОЙКИ НА ТЕРРИТОРИИ КРАСНОЯРСКА

5.1 Метеорологические параметры для моделей TSM, CALINEи OSPM.

5.2. Характеристики застройки и параметры источников.

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 5.

ГЛАВА 6. СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ МОДЕЛЕЙ TSM, CALINE-4 И OSPM С ДАННЫМИ НАТУРНЫХ НАБЛЮДЕНИЙ

6.1. Сравнение результатов расчетов по различным моделям.

6.2. Влияние метеорологических условия на результаты моделирования.

6.3. Влияние характеристик территории на результаты моделирования.

6.4. Оценка влияния интенсивности движения на степень снижения концентрации при удалении от автомагистрали.

6.5. Совместное влияние характеристик территории и параметров источника.

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 6.

ВЫВОДЫ.

Введение 2005 год, диссертация по информатике, вычислительной технике и управлению, Тасейко, Ольга Викторовна

Изучение качества воздуха на городской территории показывает, что здоровье людей подвержено влиянию загрязнителей, выбрасываемых различными источниками, либо образующихся в результате химических реакций между выхлопными газами и атмосферой. Это приводит к необходимости достаточно быстро получать практические решения о выбросах и соответствующих им уровнях загрязнения. Оценка состояния воздушного бассейна ведется по двум направлениям: натурные наблюдения и математическое моделирование. Наиболее эффективным методом решения этой задачи является совместное использование техники измерений и моделей, описывающих распространение примесей. Математические модели, которые объединяют знания о выбросах и рассеянии загрязнителей в атмосфере, являются необходимыми инструментами не только для оценки существующих уровней загрязнения, но также для прогноза, например, будущих трендов качества воздуха или для определения стратегий сокращения выбросов.

Развитие атмосферных моделей осуществляется главным образом по двум направлениям. Первое состоит в разработке теории атмосферной диффузии. Модели основываются на описании физических и химических процессов: расчет выбросов, атмосферной адвекции и рассеяния, химической трансформации и осаждения. Это направление является более универсальным, поскольку позволяет исследовать распространение примесей от источников различного типа при разных характеристиках среды. Другое направление связано в основном с эмпирико-статистическим анализом распространения загрязняющих веществ в атмосфере и с использованием для этой цели интерполяционных моделей большей частью гауссовского типа.

Многие существующие в настоящее время модели атмосферной диффузии, описывающие перенос и рассеяние примесей в атмосфере города, не могут быть использованы для оперативного прогноза уровней загрязнения, поскольку требуют значительных затрат времени на выполнение расчетов.

Проведенные исследования показывают, что статистические модели, основанные например, на анализе временных рядов, имеют значительные ограничения для применения в задачах моделирования загрязнения воздуха в случаях, когда основным источником являются выбросы от автотранспорта. Достоинством этих схем является разработанность формального аппарата, относительная простота реализации, возможность эффективности использования в рамках систем автоматизированного контроля загрязнения атмосферы. Но поскольку в таких моделях используют результаты измерений в определенных типах каньонов, то они оказываются под влиянием локальных условий рассеяния. Поэтому оправдываемость разрабатываемых таким образом моделей не достаточно высокая.

Кроме того, большинство моделей, позволяющих оценивать качество воздуха в городской среде, используют значительные пространственные и временные усреднения. На любой достаточно обширной территории (занимаемой, например, большим городом) существуют естественные микроклиматические различия между отдельными районами. Подобные различия значительно усиливаются в условиях сложного рельефа и большого разнообразия функционирующей градостроительной системы, что приводит к значительной неоднородности пространственно-временной структуры полей концентраций. Поэтому существенные пространственно-временные усреднения приводят к сужению области применения моделей.

Основные задачи работы:

1. Параметризация процессов переноса загрязнителей в условиях городской застройки.

Научная новизна работы:

• На основе симметрийных представлений предложена классификация типов городской застройки.

Практическая значимость работы состоит в разработке модели, которая даст возможность оценивать состояние воздушного бассейна примагистраль-ных территорий.

Положения, выносимые на защиту;

Публикации. По результатам работы опубликовано 19 печатных работ, в том числе статьи в журналах «География и природные ресурсы», «Вычислительные технологии», «Экология и промышленность России».

Поддержка: индивидуальные гранты (стипендии) Красноярского краевого фонда науки на 2002, 2004 и 2005 гг., грант ККФН-РФФИ «Енисей 2005» №05-0597709.

Апробация работы: Результаты работы докладывались на следующих конференциях и семинарах:

Международных: Третья международная школа — семинар «Физика окружающей среды» (Томск, 2002), «Enviromis 2002» (Томск, 2002), XI международный симпозиум «Гомеостаз и экстремальные состояния организма» (Красноярск, 2003), Международная конференция и школа молодых ученых «Вычислительно-информационные технологии для наук об окружающей среды, CITES 2003» (Томск, 2003), Международная конференция по измерениям, моделированию и информационным системам для изучения окружающей среды «ENVIROMIS — 2004» (Томск, 2004), «Вычислительно-информационные технологии для наук об окружающей среде CITES-2005» (Новосибирск 2005).

Всероссийских: Пятый всероссийский семинар «Моделирование неравновесных систем-2002» (Красноярск, 2002), Всероссийская научно-практическая конференция «Достижения науки и техники — развитию сибирских регионов» (Красноярск, 2003), VII Всероссийская научная конференция с участием иностранных ученых «Современные методы математического моделирования природных и антропогенных катастроф» (Красноярск, 2003), X рабочая группа «Аэрозоли Сибири» (Томск, 2003), Всероссийская научно-практическая конференция «Лесной и химический комплексы — проблемы и решения» (Красноярск, 2004).

Краевых: 8-я межрегиональная научно-методическая конференция «Непрерывное экологическое образование и экологические проблемы Красноярского края» (Красноярск, 2003).

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, выводов и списка цитируемой литературы, изложена на 125 страницах, включает 20 рисунков и 26 таблиц; библиография — 140 наименований.

Заключение диссертация на тему "Моделирование локальных условий рассеивания загрязнителей в городской застройке"

ВЫВОДЫ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Предложенная в работе модель рассеяния загрязнителей от низких источников TSM (Town Streets Model) предназначена для получения количественных характеристик концентраций загрязнителей в локальном масштабе, способных оказывать неблагоприятное воздействие на здоровье населения. При построении модели TSM ставилась задача по описанию рассеивания примесей, выбрасываемых автомобильным транспортом в городских каньонах различных конфигураций. Особенностью разработанной модели является учет таких параметров, как плотность застройки, проницаемость территории.

Применение модели для описания загрязнителей в город застройке на территории Красноярска позволило выявить особенности территории, влияющие на загрязнение атмосферного воздуха. Так при планировании транспортных потоков на территории города необходимо учитывать тот факт, что увеличение ширины автомагистрали на 10 м приводит к увеличению концентрации загрязнителей в воздухе прилежащей территории в два раза. При проектировании застройки территории необходимо учитывать проницаемость относительно господствующих для данной территории ветровых потоков, определяющих направление переноса загрязнителей и интенсивность очищения воздуха на этой территории.

Модель TSM может быть использована для целого ряда задач, имеющих не только научную, но и практическую ценность. Например, для определения вклада различных низких источников в суммарные концентрации. Кроме того, модель позволяет прогнозировать изменение концентраций загрязнителей во времени, если известно изменение метеорологических параметров, используемых в модели, в течение этого периода времени. Одной из важнейших практических задач, решаемых с помощью модели TSM, является оценка вредного воздействия и экспозиции на население. Другой задачей является расчет сани-тарно-защитных зон строящихся автомагистралей, автостоянок и АЗС в условиях городской застройки.

Автор выражает глубочайшую признательность своим Учителям - профессору Юрию Владимировичу Захарову и профессору Владиславу Григорьевичу Суховольскому.

Автор благодарен С.В. Михайлюте и А.А. Леженину за сотрудничество, помощь в проведении наблюдений и поддержку на всех этапах работы.

Библиография Тасейко, Ольга Викторовна, диссертация по теме Системный анализ, управление и обработка информации (по отраслям)

1. Вызова, Н.Л. Экспериментальные исследования атмосферной диффузии и расчеты рассеяния примеси / Н.Л. Вызова, Е.К. Гаргер, В.Н. Иванов. — Л. : Гидрометеоиздат, 1991. - 278 с.

2. Мониторинг качества атмосферного воздуха для оценки здоровья человека // Региональные публикации ВОЗ, Европейская серия. 2001. - № 85. — 293 с.

3. Бусингер, Дж.А. Основные понятия и уравнения / Дж.А. Бусингер // Атмосферная турбулентность и моделирование распространения примесей. — Л.: Гидрометеоиздат, 1985.-Гл. 1.-С. 18-50.

4. Берлянд, М.Е. Современные проблемы атмосферной диффузии и загрязнения атмосферы / М.Е. Берлянд. — Л.: Гидрометеоиздат, 1975. — 448 с.

5. Taylor, G. I. Diffusion by continuous movements / G.I. Taylor // Proc. London Math. Sic.-1921.-Vol. 20.-P. 196-202.

6. Gifford, F.A. A simultaneous Lagraigian-Eulerian turbulence experiment / F.A. Gifford // Mon. Weather Review. 1955. - Vol. 83. - P. 293 - 301.

7. Хей, Дж.С. Диффузия от непрерывного источника в зависимости от спектра имасштаба турбулентности / Дж.С. Хей, Ф. Паскуил // Атмосферная диффузия и загрязнение воздуха. М.: Гидрометеоиздат, 1962. - С. 362 - 404.

8. Hanna, S.R. Some statistics of Lagrangian and Eulerian wind fluctuation / S.R. Hanna // Applied Meteorology 1978. - Vol. 18. - P. 518 - 525.

9. Lamb, R.G. The effect of release height on material dispersion in the convective planetary boundary layer / R.G. Lamb // Preprint vol. AMS Fourth Symposium on Turbulence, Diffusion and Air Pollution, 1979. Reno: N. V., 1979. - P. 123 -145.

10. Reid, J. D. Markov chain simulations of vertical dispersions in the neutral surfacelayer for surface and elevated release / J.D. Reid // Boundary-Layer Meteorology. 1979.-Vol. 16.-P. 3-22.

11. Hanna, S. R. Effects of release height on cry and crz in daytime conditions / S.R.

12. Hanna // Proceedings of Eleventh NATO-CCMS Internat. Tech. Meet, on Air

13. Poll. Modelling and its Applications, Science Policy Programming, Prime Minister's Office, Wetenschapsstraat 8, Rue de la Science, 1040 Brussels, Belgium, 1980. Brussels: Prime Minister's Office, 1980. P. 198 - 215.

14. Пановский, Г.А. Планетарный пограничный слой. Динамика погоды / Г.А. Пановский. Л.: Гидрометеоиздат, 1988. - 448 с.

15. Вингаард, Дж.К. Моделирование пограничного слоя / Дж.К. Вингаард // Атмосферная турбулентность и моделирование распространения примесей. -JL: Гидрометеоиздат, 1985. Гл. 3. - С. 83 - 125.

16. Монин, А. С. Статистическая гидромеханика / А.С. Монин, A.M. Яглом. — М.: Наука, 1965.-Ч. 1.-640 с.

17. Ханна, С.Р. Применение исследований в области турбулентной диффузии длямоделирования загрязнения воздуха / С.Р. Ханна // Атмосферная турбулентность и моделирование распространения примесей. — JL: Гидрометеоиздат, 1985. Гл. 7. - С. 281-315.

18. Браун, Р.А. Моделирование планетарного пограничного слоя / Р.А. Браун.

19. Л.: Гидрометеоиздат, 1978. 150 с.

20. Арраго, Л.Р. К вопросу о распространении тяжелой однородной примеси извысотного источника / Л.Р. Арраго, М.Е. Швец // Труды ЛГМИ. 1963. — Вып. 15.-С. 11 -27.

21. Берлянд, М.Е. Численное решение уравнений турбулентной диффузии и расчет загрязнения атмосферы вблизи промышленных предприятий / М.Е. Берлянд // Труды ГГО. 1963. - Вып. 138. - С. 3 - 17.

22. Берлянд, М.Е. Особенности диффузии тяжелой примеси в атмосфере / М.Е. Берлянд // Труды ГГО. 1964. - Вып. 158. - С. 33 - 40.

23. Берлянд, М.Е. Некоторые актуальные вопросы исследования атмосферной диффузии / М.Е. Берлянд // Труды ГГО. 1965. - Вып. 172. - С. 3 - 22.

24. Берлянд, М.Е. Прогноз и регулирование загрязнения атмосферы / М. Е. Берлянд JL: Гидрометеоиздат, 1985. - 272 с.

25. Anthes, R.A. Development of hydrodynamic models suitable for air pollution and other meso-meteorological studies / R.A. Anthes, T.T. Warner // Mon. Weather Review. 1978. - Vol. 106. - P. 1045 - 1078.

26. Старченко, A.B. Численное моделирование локальных атмосферных процессов / A.B. Старченко // Вычислительная гидродинамика. — Томск: Изд-во Том.ун-та, 1999. С. 43 - 50.

27. Старченко, А.В. Численная модель для оперативного контроля уровня загрязнения городского воздуха / А.В. Старченко, Д.А. Беликов // Оптика атмосферы и океана. 2003. - № 7. - С. 657 - 665.

28. Старченко, А.В. Моделирование переноса примеси в однородном атмосферном пограничном слое / А.В. Старченко // Труды междунар. конф. EN-VIROMIS-2000. Томск: Изд-во Томского ЦНТИ, 2000. -С. 11- 82.

29. Albrecht, F. Untersuchungen der vertikalen Luftzirculation in der Grosstadt / F. Albrecht // Met. Zt. 1933. - V. 50. - P. 93 - 98.

30. Petersen, W. User's guide for HIWAY-2, a highway air pollution model. EPA-600/8-80-018 / W. Petersen. North California: EPA, 1980. - 69 p.

31. Benson, P. CALINE4 — a dispersion model for predicting air pollutant concentrations near roadways. FHWA/CA/TL-84/15 / P. Benson. Sacramento, CA, California Department of Transportation, 1984. - 45 p.

32. Benson, P.A review of the development and application of CALINE3 and 4 models / P.A. Benson // Atmospheric Environment. 1992. - V. 26B:3. - P. 379 -390.

33. Chock, D.P. A simple line-source model for dispersion near roadway / D.P. Chock // Atmospheric Environment. 1978. - V. 12. - P. 823 - 829.

34. Luhar, A. General Finite Line Source Model for Vehicular Pollution Dispersion / A. Luhar, R.A. Patil // Atmospheric Environment. 1989. - V. 23. - C. 555 -562.

35. Kono, H. A micro-scale dispersion model for motor vehicle exhaust gas in urban area OMG VOLUME-SOURCE model / H. Kono, S. Ito // Atmospheric Environment. - 1990. - V. 24B:2. - P. 243 - 251.

36. Eskridge, R. ROADWAY A numerical model for predicting air pollutants near highways - user's guide / R. Eskridge, J. Catalano // EPA-68-02-4106, U.S. Environmental Protection Agency, Research Triangle Park, North California. - 1987. — 125 p.

37. Seinfield, J.H. Atmospheric chemistry and physics of air pollution. New York: John Wiley & Sons, 1986. - 738 p.

38. Csanady, G. T. Crosswind Shear Effects on Atmospheric Diffusion / G.T. Csanady // Atmospheric Environment 1972. - V. 6. - P. 221 - 232.

39. A dispersion modelling system for urban air pollution / A. Karppinen and oth.. -Helsinki: FMI Publications on Air Quality, 1996. 30 p.

40. Dabberdt W.F. Guidelines for Air Quality Maintenance Planning and Analysis / W.F. Dabberdt, R.C. Sandys // Evaluating Indirect Sources, EPA-450/4/78-001, Research Triangle Park, NC. 1979. - Vol. 9.-123 p.

41. Harkonen, J. Comparison of model predictions and measurements near a major road in an urban area / J. Harkonen, J. Walden, J. Kukkonen // International Journal of Environment and Pollution. 1997. - V. 8. - №. 3-6. - P. 761 - 768.

42. Kukkonen, J. Evaluation of the dispersion model CAR-FMI against data from measurement campaign near a major road / J. Kukkonen, J. Harkonen, J. Walden, A. Karppinen, K. Lusa // Atmospheric Environment. — 2001. — V. 35. № 5. — P. 949 - 960.

43. Бояршинов, М.Г. Модели переноса и рассеяния примесей в растительном массиве / М.Г. Бояршинов. Пермь: Перм. гос. тех. ун-т, 2000. — 141 с.

44. Kunzelman P. Automobile Exhaust Emissions Modal Analysis Model. EPA-460/3-74-005. Ann Arbor. MI / P. Kunzelman, H.T. McAdams, C.J. Domke, M. Williams. EPA, 1974. - 201 p.

45. Dabberdt, W.E. Dispersion modelling at urban intersection / W.E. Dabberdt, W.G. Noydysh, M. Schorling, F. Yang, O. Holinskij // Sci. Total Environ. 1995. -Vol. 169.-P. 93-102.

46. Claggett, M. Carbon monoxide near an urban intersection / M. Claggett, E. Shrock, K.E. Noll // Atmospheric Environment. 1981. - V. 15. - P. 1633 -1642.

47. Nevell, G.F. Applications of Queuing Theory / G.F. Nevell. — Kluwer Academic Publishers, 1982.- 190 p.

48. Schattanek, G. EPA User's Guide to CAL3QHC A modelling methodology for predicting Pollutant concentrations near roadway intersections / G. Schattanek, E. Kahng, T. Stratou, T.N. Braverman. - USEPA, 1990. - 243 p.

49. Qin, Y. Dispersion of Vehicular Emission in Street Canyon. Guaugzhou City, South China (PRC) / Y. Qin, S.C. Kot // Atmospheric Environment. 1993. - V. 27B. -№ 3. - P. 283-291.

50. Johnson, W.B. An urban diffusion simulation model for carbon monoxide / W.B. Johnson, F.L. Ludwig, W.E. Dabberdt, R.J. Allen. JAPCA, 1973. - Vol. 23. - P. 490-498.

51. Yamartino, R.J. Development and evaluation of simple models for flow, turbulence and pollutant concentration fields within in urban area street canyon / R.J. Yamartino, G. Wiegand // Atmospheric Environment. — 1986. V. 35. - P. 2137 — 2156.

52. Eerens, H.C. The CAR model: The Dutch method to determine city street air quality / H.C. Eerens, C.J. Sliggers, K.D. Hout // Atmospheric Environment. — 1993. V. 27B. - № 4. - P. 389 - 399.

53. Hertel, O. Modelling from traffic in a street canyon. Evaluation of data and model development. DMU Luft A-129 / O. Hertel, R. Berkowicz. Roskilde: National Environmental Research Institute, 1989. — 77 p.

54. Hertel, O. Modelling N02 Concentrations in a Street Canyon. DMU Luft-A131 / O. Hertel, R. Berkowicz. Roskilde: National Environmental Research Institute, 1989.-31 p.

55. Hertel, O. Operational Street Pollution Model (OSPM). Evaluation of the Model on Data from St. Olavs Street in Oslo. DMU Luft-A135 / O. Hertel, R. Berkowicz. — Roskilde: National Environmental Research Institute, 1989. — 39 p.

56. Ludwig, F.L. Evaluation of the APRAC-1A urban diffusion model for carbon monoxide. Final Report, Coordinating Research Council contract CAPA-3-68 (169., NTIS № PD 210819 / F.L. Ludwig, W.F. Dabberdt. Coordinating Research Council, 1972.-P. 1-69.

57. Dabberdt, W.F. Validation and applications of urban diffusion model for vehicular emissions / W.F. Dabberdt, F.L. Ludwig, W.B. Johnson // Atmospheric Environment. 1973. - Vol. 7. - P. 603 - 618.

58. Benesh, F. Carbon monoxide hot spot guidelines // User's manual for intersec-tion-midblock model. EPA-450/3-78-037, 1978. - Vol. 5. - 45 p.

59. Sievers, U. A microscale urban climate model / U. Sievers, W.G. Zdunkowski // Beitr. Phys. Atmosph. 1986. - Vol. 59. - P. 1 - 20.

60. Moriguchi, Y. Numerical and experimental simulation of vehicle exhaust gas dispersion for complex urban roadways and their surroundings / Y. Moriguchi, K. Uehara // Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodinamics. 1993. -Vol. 46-47.-P. 689-695.

61. Lee, I.Y. Parameterization of the pollutant and dispersion in urban street canyons // I.Y. Lee, H.M. Park. 1994. - Vol. 28. - P. 2343 - 2349.

62. Kamenetsky, E. Model of air flow and air pollution concentration in urban canyons (research note) / E. Kamenetsky, N. Vieru // Boundary-Layer Meteorology. — 1995. Vol. 73. - P. 203 - 206.

63. Schluenzen, K.H. Mesoscale modelling in complex terrain — an overview on the German non-hydrostatic models / K.H. Schluenzen // Contr. Atmosph. Phys. — 1994. Vol. 67. - P. 243 - 253.

64. Rodi, W. Introduction to the numerical simulation approaches in wind engineering // Wind Climate in Cities. Kluwer Academic Publishers, 1995. - P. 633 -647.

65. Jonson, G.T. A numerical study of dispersion of passive scalars in city canyon / G.T. Jonson, L.J. Hunter // Boundary-Layer Meteorology. — 1995. — Vol. 75. — P. 235-262.

66. Mestayer, P.G. Climatology of cities, diffusion and transport of pollutants in atmospheric Mesoscale flow fields / P.G. Mestayer, S. Anquetin Kluwer Academic Publishers, 1994. - 116 p.

67. Van den Hout, K.D. Development of two models for the dispersion of air pollution by traffic: the TNO-traffic model and the CAR-model (in Dutch), MT-TNO, report R88/192 / K.D. van den Hout, H.P. Baars. The Netherland, Delft, 1988. -192 p.

68. Van den Hout, K.D. The dispersion of traffic emissions: th effect of recirculation near buildings and the influence of trees (in Dutch), MT-TNO, report R88/447 / K.D. van den Hout, N.J. Duijm. The Netherland, Delft, 1988. - 447 p.

69. Van den Hout, K.D. Effects of building and trees on air pollution by road traffic / K.D. van den Hout, H.P. Baars, N.J. Duijm // Proceedings of 8th World Clean Air Congress, Amsterdam. Amsterdam: Elsevier, 1989. - P. 32 - 41.

70. Berkowicz, R. Using measurements of air pollution in streets for evaluation of urban air quality meteorological analysis and model calculations / R. Berkowicz, F. Palmgren, O. Hertel // Sci. Total Environ. - 1996. Vol. 189/190. - P. 259 -265.

71. Nakamura, Y. Wind, temperature and stability conditions in an E-W oriented canyon / Y. Nakamura, T.R. Оке // Atmospheric Environment. — 1988. Vol. 22. - P. 2691-2700.

72. Sini, J.F. Pollutant dispersion and thermal effects in urban street canyons / J.F. Sini, S. Anqueton, P.G. Mestayer // Atmospheric Environment. 1996. - Vol. 30. -P. 2659-2677.

73. Rotach, M.W. Profiles of turbulence statistics in and above an urban street canyon / M.W. Rotach // Atmospheric Environment. 1995. - Vol. 29. - P. 1473 - 1486.

74. Kennedy, I.M. Wind tunnel modelling of carbon monoxide dispersal in city streets / I.M. Kennedy, J.H. Kent // Atmospheric Environment. 1977. — Vol. 11. -P. 541 -547.

75. Meroney, R.N. Dispersion in idealized urban street canyon / R.N. Meroney, R. Rafailidis, M. Pavageau // Proceedings of 21 st Int. Meeting on Air Pollution Modelling and its Applications, Baltimore, 6-10 Nov., 1995. — Baltimore, 1995. -P. 317-324.

76. Palmgren, F. Effects of reduction of NOx on N02 levels in urban streets / F. Palm-gren, R. Berkowicz, O. Hertel, E. Vignati // Sci. Total Environ. 1996. Vol. 189/190.-P. 409-415.

77. Bower, J.S. A winter N02 smog episode in the U.K. / J.S. Bower, G.F.J. Broughton, J.R. Stedman, M.L. Williams // Atmospheric Environment. — 1994. — Vol. 28.-P. 461-475.

78. Analysis and interpretation of air quality data from an urban roadside location in Central London over the period from July 1991 to July 1992 / R.G. Derwent and oth. // Atmospheric Environment. 1995. - Vol. 29. - P. 923 - 946.

79. Hov, O. Street canyon concentration of nitrogen dioxide in Oslo. Measurements and model calculations / O. Hov, S. Larsen // Environ Sci. Technol. 1984. — Vol. 18.-P. 82-87.

80. APPETISE (IST-99-11764). Air pollution episodes: modelling tools for improved smog management. Anglia Polytechnic University, Cambridge, UK, 2001. - 23 P

81. Сонькин, JI.P. Годовой ход и синоптическая обусловленность температурных профилей в нижнем 500-метровом слое / Л.Р. Сонькин // Труды ГГО. — 1966.-Вып. 185.-С. 31 -43.

82. Безуглая, Э.Ю. Влияние метеорологических условий на загрязнение воздуха в городах Советского Союза / Э.Ю. Безуглая, Л.Р. Сонькин // Метеорологические аспекты загрязнения атмосферы. — Л: Гидрометеоиздат, 1971. — С. 241 -252.

83. Безуглая, Э.Ю. Годовой и суточный ход содержания атмосферных примесей в городских условиях / Э.Ю. Безуглая, А.А. Горчиев, Е.А. Разбегаева // Труды ГГО. 1971. - Вып. 254. - С. 152 - 161.

84. Kanno, S. Atmospheric S02 concentrations observed in Keichin industrial center / S. Kanno // Int. J. of Air Water Pollution. 1998. - Vol. 1. - P. 234 - 240.

85. Zannetti, P. Meteorological factors affecting SO2 pollution levels in Venice / P. Zannetti // Atmospheric Environment. — 1977. V. 11. - № 7. - P. 605 - 616.

86. Певзнер, Э.А. Автоматический газоанализатор и некоторые результаты регистрации окиси углерода в атмосферном воздухе / Э.А. Певзнер, А.С. Зайцев // Труды ГГО. 1971. - Вып. 254. - С. 197 - 204.

87. McCollister, G.M. Linear stochastic models for forecasting daily maxima and hourly concentrations of air pollutants / G.M. McCollister, K.R. Wilson // Atmospheric Environment. 1975. - V. 9. - P.417 - 423.

88. Tiao, G.C. A statistical analysis of the Los Angeles ambient carbon monoxide data 1955-172 / G.C. Tiao, Gep. Box, WJ. Hamming // J. Air Pollution Contr. Assoc. 1975. - V. 24. - P. 1129 - 1136.

89. Зайцев, А.С. Структура поля концентраций окиси углерода в городе / А.С. Зайцев // Труды ГГО. 1973. - Вып. 293. - С. 47 - 51.

90. Зайцев, А.С. Результаты анализа временной структуры сернистого газа в атмосфере / А.С. Зайцев // Труды ГГО. 1973. - Вып. 293. - С. 41 - 46.

91. Jakeman, A. Prediction of seasonal extremes of 1-h average urban CO concentrations / A. Jakeman, J. Bai, G.H. Miles // Atmospheric Environment. — 1991. — V. 258.-P. 219-249.

92. Bardeschi, A. Analysis of the impact on air quality of motor vehicle traffic in the Milan urban area / A. Bardeschi, A. Colucci, V. Gianelle, M. Gnagnetti, M. Tamponi, G. Tebaldi // Atmospheric Environment. — 1991. V. 25B. — P. 415 — 428.

93. Glen, W.G. Relating meteorological variables and trends in motor vehicle emissions to monthly urban carbon monoxide concentrations / W.G. Glen, Nip. Ze-lenka, Re. Graham // Atmospheric Environment. — 1996. — V. 39. — P. 4225 — 4232.

94. Karim, M.M., 1998. A mathematical model of wind flow vehicle wake, and pollution concentration in urban road microenvironments / M.M. Karim, H. Matsui. // Transp. Res. D3. 1998. - Part I. - P. 81 - 92.

95. Aron, R. H. Statistical forecasting models: carbon monoxide concentrations in the Los Angeles Basin / R.H. Aron, I. Aron // J. Air Pollution Contr. Assoc. — 1978.-V. 28.-P. 681-684.

96. Sladek, S. Vztany mezi rezinum znecisteni ovzdusi a pocasim v severozapadni ch cechaeh / S. Sladek // Met. Zpravy. 1975. - V. 28. - № 4. - P. 97 - 103.

97. Бубник, Ю. Методы краткосрочного прогноза загрязнения атмосферы в ЧССР / Ю. Бубник, Ф. Хесек // Тез. докл. междунар. совещ. ВМО PA VI, Ленинград, 1984 г. Л.: Изд-во ВМО РА, 1984. С. 26 - 28.

98. Comrie, A.C. Climatology and forecast modelling of ambient carbon monoxide in Phoenix, Arizona / A.C. Comrie, K. Diem // Atmospheric Environment. — 1999. V. 33. - P. 5023 - 5036.

99. Sharma, P. Application of extreme value theory for predicting violations of air quality standard for an urban road intersection / P. Sharma, M. Khare, S.P. Chakrabarsi // Transp. Res. D4. 1999. - P. 201 - 216.

100. Sharma, P., Khare M. Real-time prediction of extreme ambient carbon monoxide concentrations due to vehicular exhaust emissions using univariate linear stochastic models / P. Sharma, M. Khare // Transp. Res. D5. 2000. - P. 59 - 69.

101. Tanaka, K. Identification and analysis of fuzzy model for air pollution an approach to self-learning control of CO concentration / K. Tanaka, M. Sarso, H. Watanabe. - IEEE, 1992. - P. 261 - 266.

102. Bacci, P. Stochastic predictor of air pollution based on short-term meteorological forecast / P. Bacci, P. Bolzen, G.A. Fronza // Applied Meteorology. 1981. — Vol. 20.-P. 45-57.

103. Moseholm, L. Forecasting carbon monoxide concentration near a sheltered intersection using video surveillance and neural networks / L. Moseholm, J. Silva, T. Larson // Transp. Res. D6. 1996. - P. 15 - 28.

104. Tao, V. Fuzzy comprehensive assessment. Fuzzy clustering analysis its application for urban traffic environment quality evaluation / V. Tao, V. Xinmiao // Transp. Res. D3. 1988. - P. 51 - 57.

105. Указания по расчету рассеивания в атмосфере вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий. СН 369-74. — М.: Стройиздат, 1975. 41с.

106. Вызова, H.J1. Методическое пособие по расчету рассеяния примесей в пограничном слое атмосферы по метеорологическим данным / Н.Л. Вызова. — М.: Гидрометеоиздат, 1973. 46с.

107. Учет дисперсионных параметров атмосферы при выборе площадок для атомных электростанций. Руководство по безопасности АЭС. — Международное агентство по атомной энергии. Вена, 1980. — 106с.

108. Techniques and decision making and the assessment of off-site consequences of an accident in a nuclear facility. Safety series № 86. — Vienna: International Atomic Energy Agency, 1987. — 98 p.

109. Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий. ОНД — 86. — Л.: Гидрометеоиздат, 1987 г.-95 с.

110. Воронцов, П.А. Турбулентность и вертикальные токи в пограничном слое атмосферы / П.А. Воронцов. Л.: Гидрометеоиздат, 1966. - 296 с.

111. Krettenauer, К. Numerical simulation of turbulent convention over wavy terrain / K. Krettenauer, U. Schumann // Fluid Mechanics. 1992. - Vol. 237. - P. 261 -299.

112. Belcher S.E. Adjustment of a turbulent boundary layer to a canopy of roughness elements / S.E. Belcher, N. Jerram, J.C. Hunt // Fluid Mechanics. 2003. - Vol. 488.-P. 369-398.

113. Тихонов, В.И. Марковские процессы / В.И. Тихонов, М.А. Миронов. М.: Советское радио, 1977. — 488 с.

114. Prandtl, L. Meteorologische Anwendungen der Stromungslehre / L. Prandtl // J. Beitr. Phys. Atmos. 1932.-№ 19.-P. 188-202.

115. Raupach, M.R. Simplified expressions for vegetation roughness length and zero-plan displacement height as functions of canopy height and area index / M.R. Raupach // Boundary-Layer Meteorology. 1994. - № 71. - P. 211 - 216.

116. Фельдман, Ю.Г. Гигиеническая оценка автотранспорта как источника загрязнения атмосферного воздуха / Ю.Г. Фельдман. М.: «Медицина», 1975.- 160с.

117. Воробьев, В.И. Синоптическая метеорология / В.И. Воробьев. — Л.: Гидрометеоиздат, 1991. 616 с.

118. Динамическая метеорология. — Л.: Гидрометеоиздат, 1976. — 607 с.

119. Берлянд, М.Е. Прогноз и регулирование загрязнения атмосферы / М.Е. Бер-лянд. — Л.: Гидрометеоиздат, 1985. 273 с.

120. Ландсберг, Г.Е. Климат города / Г.Е. Ландсберг. Л.:Гидрометеоиздат, 1983.-249 с.

121. Орк, К. Загрязнение воздуха. Источники и контроль / К. Орк, С. Уорер. -М.: Мир, 1980.-531 с.133. http://vergina.eng.auth.gr/mech/lat/copert/copert.htm134. http://ospm.dmu.dk.135. http://www.dot.ca.gov/hqAnfoSvcs/EngApps/

122. Васильев, А.Д. Исследование кристаллических структур: Учебное пособие / А.Д. Васильев. — Красноярск: Изд-во КрасГУ, 1995. — 73 с.

123. Тасейко, О.В. Моделирование пространственного распределения загрязнителей от автотранспорта в условиях городской застройки / О.В. Тасейко, С.В. Михайлюта // География и природные ресурсы. 2004. — Специальный выпуск. - С. 180-185.

124. Михайлюта, С.В. Исследование процессов формирования уровней загрязнения приземной атмосферы г.Красноярска / С.В. Михайлюта, О.В. Тасейко // Вычислительные технологии. — 2004. — Т. 9. 4.2. — С.115-123.

Похожие работы

Информатика, вычислительная техника и управление
05.13.00