Влияние метеорологических условий на загрязнение воздушного бассейна города Уфы

Работа из раздела: «Экология и охрана природы»

/

71

Содержание

• Введение
• Глава 1. Физико-географическое положение
• 1.1 Геолого-геоморфологические условия и рельеф
• 1.2 Климатические условия
• 1.3 Гидрографические условия
• 1.4 Почвенно-геоботанические условия
• Глава 2. Характеристика загрязнения атмосферного воздуха в городе Уфа
• 2.1 Источники загрязнения и мониторинг атмосферного воздуха г. Уфы
• 2.2 Количественная характеристика выбросов загрязняющих веществ
• Глава 3. Метеорологические условия загрязнения воздуха
• 3.1 Влияние направления и скорости ветра
• 3.2 Температура воздуха
• 3.3 Облака, осадки, туманы
• Глава 4. Влияние вертикального распределения температур воздуха (инверсии температуры) на содержание примесей в городском воздухе
• 4.1 Инверсии температуры воздуха, их типы и параметры
• 4.2 Приземные инверсии температуры и их повторяемость
• 4.3 Приподнятые инверсии температуры и их повторяемость
• Глава 5. Изменчивость параметров инверсий температуры воздуха
• 5.1 Вероятностные характеристики параметров приземных инверсий температуры
• 5.2 Структурные особенности инверсий температуры воздуха при высоких уровнях загрязнения атмосферы в 2008 г.
• Заключение
• Список литературы
• Приложение

Введение

Существенное влияние на формирование уровня загрязнения воздуха оказывают метеорологические условия. Среднегодовые уровни загрязнения воздуха в зависимости от метеорологических условий могут увеличиваться или уменьшаться почти в два раза. Увеличение концентрации вредных примесей происходит при инверсионном распределении температуры воздуха и малых скоростях ветра. Распространение примесей от их источников и их выпадение из атмосферы в значительной степени зависит от температуры воздуха, характеристик ветра, его зависимость между ними очень сложна. Поэтому изучение повторяемости метеорологических условий загрязнения атмосферы по отдельным годам актуально и имеет практическое значение.

Объектом исследования бакалаврской работы является воздушный бассейн города Уфы.

Целью данной работы является выявление роли метеорологических факторов в накоплении и переносе вредных примесей от антропогенных источников загрязнения в атмосфере города Уфы.

Для достижения этой цели в работе были поставлены следующие задачи:

- Выявить физико-географическую особенность территории;

- Изучить геологическое строение и процессы, формирующие рельеф района;

- Охарактеризовать основные климатообразующие факторы, гидрографические условия, проявляющиеся на территории района;

- Исследовать почвенно-растительный покров;

- Выявить основные источники загрязнения атмосферного воздуха города Уфы;

- Дать количественную характеристику выбросам загрязняющих веществ;

- Охарактеризовать основные метеорологические условия загрязнения воздуха;

- Изучить влияние вертикального распределения температуры воздуха на содержание примесей в городском воздухе;

- Выявить изменчивость параметров инверсий температуры воздуха.

Для решения поставленных задач были использованы следующие материалы:

количественные и качественные характеристики выбросов вредных веществ за период с 1995 по 2007 год;

ежедневные данные об инверсиях температуры воздуха за 1995 - 2007год;

В данной работе были использованы такие методы, как метод наблюдения, стационарный, математический, статистический, картографический, сравнительно-географический, а также метод оценки экологического состояния.

Представляемая бакалаврская работа состоит из введения, 5 глав, заключения, приложения. Текст проиллюстрирован 10 рисунками и 15 таблицами. Список использованной литературы насчитывает 48 наименований.

загрязнение воздух инверсия примесь

Глава 1. Физико-географическое положение

Положение территории г. Уфы определяется положением Республики Башкортостан на стыке физико-географических стран - с одной стороны, обширной Русской Равнины и, с другой стороны, массивной горной системой Уральских гор. Благодаря своему положению территория города Уфы весьма разнообразна в различных отношениях от геологии и климата до почвенно-растительного покрова. К тому же огромный отпечаток на развитие ландшафта города оказала многовековая антропогенная деятельность.

В физико-географическом отношении территория города Уфы расположена на стыке подзоны широколиственно-темнохвойных лесов лесной зоны Русской Равнины и подзоны типичной лесостепи лесостепной зоны Русской Равнины. Вместе с этим накладывается безусловное влияние Уральского массива. Такими совместными факторами обусловлена достаточная сложность ландшафтов города Уфы.

Географические координаты города: 54°40' северной широты и 56°00' восточной долготы. Учитывая административные границы, длина города составляет примерно 50 км, ширина - более 25 км. Город расположен 1) на стыке двух природных зон - лесной и лесостепной Русской равнины,

2) в месте впадения рек Уфы и Дема в реку Белая.

Город Уфы расположен практически в центре Республики Башкортостан. Является ее столицей. Административная территория города Уфы занимает около 50% от территории Уфимского района. Соседствующими административными деления являются Благовещенский с севера, Иглинский с востока, Кармаскалинский с юга, Чишминский и Кушнаренковский с запада.

1.1 Геолого-геоморфологические условия и рельеф

Территория г. Уфы находится на юго-восточном части Русской платформы и лишь незначительный участок на юго-востоке района входит в Предуральский краевой прогиб. Моноклинальный склон платформы и краевой прогиб, которые являются структурами первого порядка, выделяются именно по кристаллическому фундаменту. Погружение фундамента имеет юго-восточное направление и осложнено субмеридиональными и субширотными разломами (Тавтиманово-Уршаксий и Сергеевский). Центральную часть территории города занимает Федоровско-Стерлибашевский вал, выраженный в рельефе приподнятыми частями водораздела между реками Дема-Уршак и Уфа-Белая. По юго-восточной части района проходит Рязано-Охлебининский вал, являющийся водоразделом для рек Уфа-Сим. Эти два вала отделены друг от друга Уршакским и Уфимским прогибами. В пределах Рязано-Охлебининского вала и примыкающей к нему территории выделяются Восточно-Черкасская, Уктеевская, Лобовская, Нагаевская и другие локальные структуры, разделенные между собой мульдами (по данным 'Геология…', 1964).

Кристаллический фундамент перекрыт мощным чехлом осадочных пород. Осадочные породы, перекрывающие кристаллический фундамент, повторяют структурный план фундамента. Последний здесь весьма разнообразен и представлен известняками, доломитами, ангидритами, гипсами, которые образовались в палеозойской, мезозойской и кайнозойской эрах, причем основная часть накопилась в палеозое. Осадочные толщи, залегающие на жестком фундаменте из кристаллических пород, подвергались в основном слабым нарушениям, но это все-таки сказывается на залегании отдельных толщ пород и на характере поверхности (Лозин, 1994).

В пределах территории г. Уфы тектонические движения наиболее активно проявились в плиоценовое и четвертичное время. В эти периоды сформировались основные формы современного рельефа. Зоны проявления новейших тектонических движений тесно связаны со строением кристаллического фундамента и перекрывающими его отложениями. Своды кристаллического фундамента совпадают с крупными участками новейших поднятий, а отрицательные структуры (вогнутые формы рельефа) фундамента соответствуют участкам новейших опусканий. Так например, Бекетовский и Уфимский тектонические выступы совпадают с поднятиями позднедевонского времени. Неотектонический Бельский прогиб соответствует отрицательной Бельской зоне раннего девона.

Дальнейшее развитие территории, в котором наблюдается наибольшее видоизменение местности, происходит в четвертичное время. Здесь на поднимающихся участках активно развивается эрозионно-денудационные процессы (разрушения-смыва поверхности), вследствие чего растёт овражно-балочная сеть, образуются карстовые формы рельефа. На опускающихся участках территории речные системы сильно меандрируют (изменяют вид русла), возникают старицы, болота и озёра. Таким образом, суммарная амплитуда неотектонических движений в течение плейстоцен-голоценового времени колеблется в пределах 5-10 метров (Хачатрян, 1979).

Четвертичные отложения имеют довольно широкое распространение и по происхождению делятся на аллювиальные, делювиальные, биогенные породы и на осадки смешанного генезиса (Турикешев, 2000).

В геоморфологическом отношении территория г. Уфы расположена в пределах Прибельской равнины (или Камско-Бельской низменности), являющейся частью обширных, сильно расчлененных текучими водами равнин Высокого Заволжья. Максимальные высоты последних превышают 400 метров. Прибельская их часть несколько снижена, особенно в местах, непосредственно прилегающих к долинам реки Белой и ее крупных притоков. На водоразделах Прибельской равнины абсолютные высоты колеблются от 300 метров (Рождественский, 1971).

1 - подзона северная подзона; 2 - лесная зона Русской равнины; 3 - подзона типичной лесостепи.

Рис.1. Физическая карта территории города Уфы и ее окрестностей (Атлас, 2005).

Системы боковых долин притоков реки Белой, а также вследствие большой извилистости ее самой, Прибельская равнина разбивается на выровненные асимметричные водораздельные увалы. В площадном отношении наибольшая часть территории Уфимского района находится в пределах трех террас рр. Белая и Уфа.1-ая надпойменная терраса, которая практически объединяется с поймой, образовалась во второй половине позднего плейстоцена. Особенностью этой террасы является наличие разновысотных уровней при общем наклоне в сторону реки и разделенных уступом высотой до 2 м.

Вторая надпойменная терраса выражена на местности довольно четко и представляет собой полого наклонную поверхность в сторону реки, местами заболоченную, со старицами и озерами. Она возвышается над рекой в меженный период от 10 до 18 м. Ширина местами на р. Белая достигает 8 км, а на р. Уфа - 5 км.

Третья надпойменная терраса возникла в конце среднего плейстоцена. Но поздние денудационные процессы уничтожили её на значительной площади. Она наиболее хорошо сохранилась лишь на левом берегу р. Белой, между населенными пунктами Дема и Красный Яр, а на правобережье - около с. Александровка. При этом сохранившиеся участки данной террасы изрезаны овражно-балочной сетью (Турикешев, 2000).

Первая поверхность имеет широкое распространение, абсолютные высоты ее 180-185 м, на склонах водоразделов развиты карстовые формы рельефа: воронки, провалы, слепые овраги. Четкой границы между второй и третьей поверхностями нет во времени. Возраст речных террас неодинаковый. Поэтому эрозионно-аккумулятивную равнину речных долин одновременно называют аалювиально-перигляциальной поверхностью четвертичного времени (Рождественский, 1971). Рельеф представлен, с одной стороны, выровненной поверхностью с развитой речной сетью с наличием озер, болот. С другой стороны, преобладают крутые и обрывистые склоны с выходом пермских пород. Абсолютные отметки могут достигать 140-180 м. К отдельным формам рельефа следует отнести современные аккумулятивные поверхности низких пойм, долины малых рек и оврагов.

1.2 Климатические условия

На территории города Уфы формируется умеренно-континентальный тип климата продолжительной холодной зимой и умеренно-теплым, иногда жарким летом. Это определяется взаимодействием ряда климатообразующих факторов. Во-первых, территория города находится под влияние влажных воздушных масс, которые формируются в районах центральной и северной Атлантики. Основную часть годового количества осадков приносят именно они. К тому же они смягчают континентальность климата нашей территории. Во-вторых, в пределы территории города приносят свое влияние практически нетрансформирующие воздушные массы с Северного Ледовитого океана, действием которых обусловлены неожиданные похолодания на изучаемой территории. В-третьих, яркие черты в континентальность климата привносят воздушные массы, приходящие со Средней Азии и Сибири. Также к особенностям климата следует отнести изменчивость и непостоянство в разные годы из-за резких отклонений от средних норм всех метеорологических элементов. Это объясняется положением территории в глуби материка. Ко всему указанному, следует еще отнести и немаловажное влияние Уральских гор как барьерогенного образующего климата.

При характеристики климата внимание уделяют следующим положениям: солнечная радиация, атмосферная циркуляция, термический режим, режим увлажнения, ветровой режим, условия залегания снежного покрова, сезоны года.

Суммарная солнечная радиация достигает 4089 МДж /м². Максимум солнечной энергии приходится на весенне-летний период. Ее количество зависит от высоты солнца над горизонтом, продолжительности солнечного сияния и облачности. Температурный режим формируется под воздействием резкого контраста в поступлении солнечной радиации между зимой и летом (по данным 'Агроклиматические…', 1976). В день летнего солнцестояния (22 июня) в г. Уфе продолжительность светового дня составляет 17 часов 26 минут, высота солнца над горизонтом в полдень равна 58°43ґ. В зимнее время приток солнечной радиации очень незначителен из-за малой продолжительности дня, низкого солнцестояния и большой облачности. В день зимнего солнцестояния (22 декабря) высота солнца в полдень составляет 11°49ґ, продолжительность дня - 7 часов 10 минут. Максимум солнечной энергии территория г. Уфы получает в июне. Она составляет 674 Мдж/м². В отдельные годы, в зависимости от многих причин, суммарная радиация отличается от среднего значения, которые получаются по средним многолетним наблюдениям.

Важную роль в климатообразовании играют воздушные массы Атлантики, северного Ледовитого океана, Средней Азии, Сибири и циркуляция. Арктических фронт представляет собой пограничную полосу между воздушными массами умеренных широт и арктического воздуха. При столкновении над северной частью Атлантического океана возникают циклоны, которые проходят через всю Европу и Русскую Равнину до широты г. Уфы. Арктические циклоны приносят обильные снегопады с сильными холодными ветрами. Чаще всего они вторгаются осенью и в первой половине зимы. резкое изменение погодных условий наблюдается при вторжении серий арктических воздушных масс. Южные циклоны приходят на территорию со стороны Средиземного и Черного морей. Наиболее часто приходят западные циклоны. Их повторяемость составляет 6-11 дней в месяц. Северо-западные циклоны имеют меньшую повторяемость - до 3-7 дней в месяц. Антициклоны, приходящие в востока и юго-востока, активизируют свою циркуляционную деятельность в декабре и продолжатся до апреля. Их максимальная повторяемость достигает 12 дней. Циклоническая деятельность летом выражена слабее, чем зимой. Распределение между циклонической и антициклонической циркуляцией показано в следующей таблице:

Таблица 1 Среднее количество дней с циклонами и антициклонами.

Месяцы	Год
I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X	XI	XII
Антициклоны (дней)
16,3	16,9	14,9	17,5	13,6	10,7	8,3	13,5	14,9	15,6	16,9	17,7	176,8
Циклоны (дней)
12,4	9,7	12,9	9,9	12,5	14,5	14,8	12,6	10,8	13,2	11,1	10,4	144,8

Основным элементом климата является термический режим воздуха (см. табл.2). Видно, что отрицательные среднемесячные температуры характерны для пяти месяцев в году, но в отдельные годы заморозки возможны во все остальные месяцы, кроме июля и августа. Средняя годовая температура воздуха составляет 3,0°С, при этом самым холодным по многолетним наблюдениям является январь (-14,1°С), а самым теплым - июль (19,2°С).

Таблица 2

Динамика средней месячной, абсолютных максимальных и минимальных температур воздуха

Темпера-тура,°С	Месяц	Год
	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X	XI	XII
Средняя месячная	-14,1	-13,1	-6,2	4,8	12,9	17,5	19,2	13,5	10,8	6,5	-4,5	-11,1	3,0
Абсолютный максимум	5,8	9,2	13,8	30,9	36,2	36,2	38,6	35,8	33,4	23,0	12,1	5,0	38,5
Абсолютный минимум	-48,5	-43,5	-34,4	-29,7	-9,7	-1,2	3,2	-0,1	-6,9	-25,6	-32,0	-45,0	-48,5

Для отдельных зим могут наблюдаться сильные морозы, когда температура воздуха - 20,0°С стоит порядка 20 дней и более. Температура воздуха к концу зимы начинает подниматься очень медленно, в связи с таянием снега. После схода снежного покрова температура повышается значительно быстрее. Максимальное ее значение приходится на июль. С августа она начинает понижаться и в ноябре становится ниже 0°С. В начале апреля средняя суточная температура поднимается выше 0°С. Лето продолжается с конца мая по начало сентября. В течение всего лета преобладает малооблачная погода.

В отдельные зимы температура может подниматься выше 0°С. При этом возникает такое явление как оттепели. В среднем за зиму бывает около 10 оттепелей. Осенью и весной температура часто в течение суток может опускаться ниже 0°С. В ночное время при таких условиях могут происходить заморозки. Самые ранние заморозки в пределах территории Уфы наблюдаются 10 сентября, поздние - во второй декаде октября, в среднем они наблюдаются в третьей декаде сентября. Весной последние заморозки заканчиваются примерно в середине апреля, однако, они в отдельные годы могут случаться вплоть до начала июня. Отклонение крайних дат заморозков от средних многолетних могут достигать в отдельные годы 1-1,5 месяца. Большие колебания в сроках наступления первых и последних заморозков определяют продолжительность безморозного периода. Его средняя продолжительность составляет 137 дней, с колебаниями в отдельные годы от 98 до 176 дней.

Режим увлажнения территории - немаловажный фактор природных условий местности. Среди показателей увлажнения наибольшее значение имеет количество атмосферных осадков. Основными влагонесущими воздушными массами, как указывалось раннее, являются атлантические. Среднее годовое количество не превышает 420 мм, при этом наибольшее количество приходится на июль. Летом осадки обычно выпадают в виде ливней. При этом часто случаются грозы.

Территория города Уфы относится к районам, где осадки наблюдаются в виде снега, дождя, града, инея и росы. В зависимости от фазового состояния атмосферные осадки могут быть твердые жидкие смешанные. В пределах Уфы твердые осадки в виде снега выпадают с октября по апрель. К жидкой фазе осадков относятся все виды дождей. В распределении осадков, выпадающих с апреля о октябрь, преобладает жидкая фаза. К смешанной фазе относится мокрый снег с дождем, дождь с градом и другие. Осадки смешанного типа бывают весной и осенью. В пределах изучаемой местности отмечается по средним многолетним данным 75 дней с твердыми осадками, 71 день - с жидкими, 17 дней - со смешанными (по данным 'Научно-прикладного …', 1990).

Таблица 3

Число дней с различным типом осадков

Тип осадков	Месяц	Год
	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X	XI	XII
Твердые	16,5	11,9	4,0	0,5					0,5	3,9	10,6	16,4	75
Жидкие	0,5		0,7	4,7	10,0	10,5	14,2	9,9	11,0	8,0	1,6	0,5	71
Смешанные	0,6	0,5	1,5	2,3	1,1	0,5			0,96	3,9	3,4	2,3	17

В общей сумме жидкие осадки составляют 52%, твердые - 35%, смешанные - 13%. В теплый период годы сумма атмосферных осадков составляет 365 мм, в холодный - 191 мм.

Таблица 4

Среднее количество осадков, мм

Показа-тель	Месяц	Год
	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X	XI	XII
Осадки, мм	41,2	31,1	26,2	32,6	37,3	63,8	62,9	58,1	50,7	59,0	48,6	44,7	556,2

Немаловажную роль в увлажнении территории города Уфы играет и толщина слоя выпадающих осадков, и их продолжительность. Наибольшее количество влаги район изучения получает за счет продолжительных дождей. Максимальное число дней со слоем выпадаемых осадков 5, 10,20 30 мм приходится на теплый период, а минимальный - холодный.

В теплое время года осадки выпадают очень не равномерно на территории, при этом наблюдается чередование сухих и дождливых дней. Такие дни объединяют в периоды. В наших широтах сухим считается период, при 10 днях без дождя. Длительность и характер бездождливых периодов определяется процессами атмосферной циркуляции, в первую очередь, проникновением горячих воздушных масс из Казахстана и Средней Азии. В среднем за год наблюдается 3-5 периодов без дождей продолжительностью 18 дней. Наиболее часто отмечаются периоды без дождя продолжительностью 10-20 дней, их повторяемость составляет 74%. В отдельные сухие годы периоды могут длится более 50 дней. Такие периоды называют засухой. В это время территория испытывает сильный недостаток влаги. В среднем в году случается около 28 дней с засушливыми условиями. Засухи в пределах изучаемой территории объясняются действием устойчивой антициклонической циркуляцией.

Территория нашей республики, включая территорию г. Уфы, относится к районам, в которых происходит ежегодное залегание снежного покрова. Устойчивый снежный покров образуются в средине ноября и сохраняется до конца марта, а иногда и первую декаду апреля. В этот период наблюдается наиболее устойчивая морозная погода со снежными бурями. В среднем в году бывает около 164 дней со снежным покровом, т.е. более пяти месяцев. Первый снег отмечается в конце октября. Однако, в этот период наблюдаются колебания температуры воздуха выше и ниже 0°С, поэтому снежный покров имеет свойство неоднократно появляется и стаивать. Устойчивый снежный покров устанавливается к концу октября. Высота снежного покрова нарастает постепенно, достигая максимальной высоты и плотности к концу февраля - началу марта.

В ветровом режиме преобладают ветры южного и юго-западного направлений (табл.4).

Таблица 5

Повторяемость направлений ветров, в %

Месяцы	Направление
	С	СВ	В	ЮВ	Ю	ЮЗ	З	СЗ	Штиль
Январь	9	1	1	8	44	26	5	6	17
Февраль	12	2	2	7	35	31	3	8	17
Март	14	4	1	5	29	30	7	10	18
Апрель	16	4	2	4	20	25	12	17	27
Май	18	11	4	7	14	22	10	14	18
Июнь	17	9	6	7	14	18	12	17	19
Июль	22	14	7	6	13	12	8	18	24
Август	18	8	4	8	14	21	10	17	31
Сентябрь	9	6	2	3	18	31	12	16	24
Октябрь	9	3	2	4	20	31	14	17	18
Ноябрь	13	2	1	3	24	30	10	17	23
Декабрь	8	1	0	5	44	28	9	9	17
Год	14	5	3	6	24	26	9	14	21

Повторяемость южных и юго-западных ветров составляет 14-44%, северных и северо-западных - 6-22%. В годовом распределении направлений ветра наблюдается следующая картина: зимой господствуют южные и юго-западные ветра, летом - северные и северо-западные.

Рис.2. Годовой ход средней скорости ветра, %

По скорости преобладают слабые ветры. Среднегодовая скорость ветра в районе составляет 3,1 м/сек. В летние месяцы она уменьшается и в августе достигает 2,4 м/ сек. В холодный период времени скорости ветра возрастают и колеблются в пределах 3,2 - 3,5 м/сек. Максимальная скорость ветра достигает 24 м/ сек.

Рис.3. Годовой ход средней скорости ветра, в м/сек.

В течение года в среднем наблюдается 7 дней с сильным ветром. В отдельные годы их может наблюдаться до 20 дней и более.

Рис.4. Годовой ход максимальной скорости ветра, в м/сек.

При прохождении холодных атмосферных фронтов происходит резкое кратковременное усиление ветра, которое называют порывами. В момент порыва скорости ветра может достигать 40 м/сек. Сильные порывистые ветры обладают большой разрушительной силой. Они могут возникать при совпадении потока ветра с направлениями долин рек Белой, Уфы, Демы.

Среднее число дней с туманами составляет 10-15 дней в год, при этом наибольшее число дней приходится на теплый период. В целом аэроклиматические характеристики района можно оценить как среднеблагоприятные.

Таким образом, климат изучаемого района можно определить как умеренно-континентальный подтип умеренного типа, который характеризуется значительной сезонной амплитудой температуры воздуха, достаточным увлажнением, наличием снежного покрова зимой и западным переносом воздушных масс.

1.3 Гидрографические условия

Исследуемая территория полностью относится к бассейну реки Белая (бассейн реки Волга - внутренний сток). Речная сеть представлена реками Белая, Уфа, Дема, Уршак и их притоками.

Самой крупной рекой в пределах района является р. Белая. Исток реки расположен на высоте более 700 м над уровнем моря. Ее общая протяженность 1430 км, площадь водосборного бассейна 14,2 тыс. км². Средняя скорость течения 0,6 м/сек. По характеру питания принадлежит к рекам преимущественно со снеговым питанием (более 60% стока). Средняя толщина льда 55-60 см. Средняя дата ледостава наблюдается в третьей декаде ноября. Средняя продолжительность ледостава составляет 143 дня, наибольшая - 201, наименьшая - 110 дней. Вскрытие реки ото льда происходит в конце второй - начале третьей декады апреля. Продолжительность ледохода составляет около недели. Весенняя часть стока составляет 44%, летняя - 24%, зимняя - 17%, осенняя - 15%. Основные стоковые характеристики отражены в следующих таблицах:

Таблица 6

Среднегодовые и среднемноголетние характеристики стока р. Белой - г. Уфа (по Атласу РБ, 2005)

Среднегодовые расходы	Средние за многолетний период
Средний за многолетний период (куб. м/сек)	Наибольший из среднегодовых (куб. м/сек)	Наименьший из среднегодовых (куб. м/сек)	Модуль стока (лсек• кв.км)	Слой стока (мм)	Объем годового стока (куб. км)
744	1 420	364	7,44	235	23,470

Таблица 7

Средний и наибольший годовой сток воды р. Белой - г. Уфа (по Атласу РБ, 2005)

Характерные по водности годы	Средний годовой	Наибольший
	Расход воды (куб. м/сек)	Модуль стока (лсек• кв.км)	Слой стока (мм)	Расход воды (куб. м/сек)	Дата наибольшего расхода
Максимальный (1947г.)	1 160	11,6	366	11 400	10.04
Средний (1959г.)	768	7,68	241	7 100	26.04
Минимальный (1936г.)	364	3,64	115	2 120	20.04

Дно реки песчаное, дно сложено галькой. Берега в районе Уфимского полуострова довольно крутые. Высота обрывов превышает 100 м. Между обрывами и руслом лежат полосы песчаных или галечниковых отложений. Вдоль низких берегов тянутся песчаные пляжи. Помимо вышеуказанных притоков река Белая в пределах города принимает также реки Сутолоку и Берсианку. Отдельные малые речки не доходят до главного речного русла и вливаются в озера-старицы.

Река Белая имеет широкую пойму, где ее русло сильно извивается и оставляет после себя многочисленные меандры, брошенные русла, озера - старицы. Они переполняются талыми снеговыми и дождевыми водами, протоками соединяются между собой и с основным руслом. Таким путем происходит разгрузка поймы от паводковых вод (Балков, 1978). Средние сроки начала половодья - 1-5 мая. Уровень паводковых вод колеблется от 4 до 11 м. критические значения уровня воды во время половодья представлены в следующей таблице:

Таблица 8

Критические значения уровня воды р. Белой - г. Уфа во время половодья (по данным 'Атлас …', 2005).

Отметка нуля графика (в м по Балтийской системе)	Отметки уровня воды в см, выше которых
	Вода выходит на пойму	Затапливает отдельные сооружения	Затапливает значительные участки
81,41	430	550	650

Во время половодья река несет большое количество частиц - продуктов разрушения горных пород. Диаметр переносимых частиц составляет 0,01-5 мм, преобладают мелкие частицы. Кроме взвешенных частиц в водах реки Белой содержится большой количество растворимых веществ, где преобладают карбонаты и сульфаты кальция, карбонаты магния. В р. Белую поступают промышленные и бытовые сбросы. Из промышленных отходов преобладают нефтепродукты.

1.4 Почвенно-геоботанические условия

Территория города Уфы расположена в пределах двух природных зон и нескольких подзон. Поэтому почвенный покров района характеризуется относительно сложным сочетанием типов и подтипов почв. Рассматриваемая территория большей частью расположена в пределах лесостепной зоны с довольно однородными почвообразовательными факторами. Имеющееся относительное разнообразие почв (темно-серые лесные, серые лесные, пойменные, черноземы выщелоченные) наблюдается лишь благодаря влиянию рельефа, растительности и хозяйственной деятельности человека (по данным 'Почвы …', 1998).

Основным фактором почвообразования светлых серых лесных почв является смена растительности. Поэтому данный тип почв основное распространение получил в пределах Уфимско-Бельского водораздела. Серые лесные почвы образуются на элювиально-делювиальных карбонатных отложениях, характеризуются глинистым и тяжелосуглинистым механическим составом и малым содержанием гумуса. Они в той или иной степени оподзолены, но процесс подзолообразования в них протекает слабее, чем в подзолистых почвах, вследствие малой водопроницаемости материнских пород (по данным 'Почвы …', 1998). Серые лесные почвы занимают наиболее северную часть территории Уфы. На их поверхности лежит комковатый горизонт мощностью 3-5 см. Горизонт вымывания немного уплотнен, буро-серого цвета, имеет ореховатую структуру и густо присыпан кремнеземом. В нижней части буро-серый цвет переходит в буро-коричневый и становится более уплотненным. При переходе к коренной породе цвет горизонта меняется на светлый, появляются примазки и потеки гумуса.

Темно-серые лесные, формирование которых также происходит за счет влияния растительного покрова, занимают в основном более западную часть и частично восточную окраину района. Они распространены на поверхностях выравнивания водоразделов. Механический состав - глинистый и суглинистый. В отличие от выше описанных почв, у темно-серых лесных более мощный гумусовый горизонт и большее содержание минеральных веществ. Поэтому эти почвы отличаются большей степенью плодородия. Содержание минеральных фракций составляет 82-58%, пористость - 54-62%. Запас продуктивной влаги колеблется от 500 до 700 т/га, гумуса - от 300 до 500 т/га.

Оподзоленные черноземы распространены по наиболее выровненным участков водоразделов (Турикешев, 2000). Материнским породами послужили глинистые делювиальные отложения. Почвы отличаются плодородными свойствами. Мощность гумусного слоя составляет 70 см. Отличительной чертой таких почв является большое содержание азота и фосфора. Верхний горизонт отличается хорошей структурой, влагопроницаемостью и влаговпитывамостью. Запас продуктивной влаги составляет в 1 м толщи 250-300 т/га.

В южнолесостепной зоне основное распространение получили черноземы выщелоченные. Мощность их составляет около 50-80 см, содержание гумуса - 6-10%, запасы гумуса в метровом слое - 500-600 т/га (по данным 'Почвы …', 1998). Почвообразующими породами послужили глины и тяжелые суглинки. Верхний горизонт имеет серовато-черный цвет и хорошо выраженную зернистую структуру. В нижнем горизонте происходит укрупнение структуры. Выщелоченные черноземы обладают хорошими способностями удерживать влагу в плодородном слое. Отличительным свойством таких почв является высокое содержание подвижного азота и фосфора.

Типичные черноземы встречаются в виде небольших участков на водоразделах рек Уршак-Дема и Уршак-Белая. Особенностью этого типа почв является наличие мощного слоя гумуса, хорошо выраженная зернистая структура.

В массивы черноземов иногда вклиниваются небольшими участками темно-серые лесные почвы, которые практически не отличаются от подобных почв северолесостепной подзоны.

На крутых склонах Уфимского полуострова расположены недоразвитые скелетные почвы в комплексе с выходами коренных пород. На северо-западе районе небольшую площадь занимают луговые - черноземные почвы, которые формируются под пойменной разнотравно-злаковой растительностью в условиях поверхностного и устойчивого капиллярно-грунтового увлажнения и характеризуется достаточным накоплением гумуса. (Турикешев, 2000).

В пределах района исследования можно видеть следующие типы растительности: леса водоразделов и склонов, степи и суходольные луга, растительность речных пойм, растительность водоемов и болот (Жудова, 1966). Территория города четко разделяется на низкое западное левобережье с распространением лесостепных ассоциаций и высокое восточное правобережье с преобладанием лесной растительности.

В северной части территории города в составе коренной растительности ведущую роль играли смешанные широколиственные, преимущественно кленово-ильмово-липовые, реже липовые и еще реже дубовые леса. Площади лесов, особенно дубовых, сильно сокращены за счет сельскохозяйственных угодий. Вырубленные площади заняты вторичными березняками и осинниками. Хорошо развитый травянистый покров нередко используется в качестве естественных пастбищ. Сенокосами служат лесные поляны с крупнотравно-вейниковыми и мелкотравными мятликовыми и полевичными лугами, наряду с элементами суходольных лугов. Большое участие растительном разнообразии принимают северостепные представители.

В поймах рек распространены степевидные типчаковые, остепненные тонконоговые и тимофеечные виды, а также влажные, сырые и мокрые лисохвостовые, щучковые и осоковые луга.

Северо-западная часть изучаемой территории относится к району с естественным растительным покровом из дубовых и смешанных лесов, типчаковых и обыкновенно-ковыльных степей. В настоящее время она сохранилась по небольшим участкам приподнятых водоразделов, холмов и увалов. Основная же территория занята сельскими угодьями (Жудова, 1966).

Большие площади занимают леса на Бельско-Уфимском и Уфимско-Симском водоразделах (восточная часть территории). На первом водоразделе, к северу от промышленных объектов г. Уфы, тянется довольно обширный массив липовых, липово-вязовых, липово-осиновых лесов. На восточной экспозиции этого водораздела расположены лесные массивы, где преобладающий состав - липовый и липово-осиновый. В центральной части Бельско-Уфимского междуречья леса сохранились в верховьях долин речек и балок, где основными деревообразующими породами являются осина и сосна. Леса с водоразделах в местах с лучшим увлажнением опускаются в долины рек и сливаются с пойменными лесами.

На Уфимско-Симском водоразделе преобладают липовые, липово-осиновые, липово-вязовые, березо-липовые, осиновые, березовые, дубовые и липово-дубовые лесные сообщества.

В южной части города на территориях междуречья Дема-Уршак и Уршак-Белая естественные леса не сохранились. Вторичными лесными участками можно считать сосново-дубовый массив. Вместе с этим большую площадь здесь занимают лесозащитные леса.

В западной части Уфимского района сохранились небольшие участки смешанных дубовых, кленовых, липовых и вязовых лесов. На юге района, на Демско-Уфимском водоразделе естественные леса практически не сохранились.

В структуре лесных массивов выделяются три яруса. Первый ярус формируют перечисленные породы, высота которых превышает 20-25 м. Во втором ярусе, наряду низко - и средневысотными деревьями встречаются заросли лещины обыкновенной и кусты бересклета бородавчатого. На опушках, на старых вырубках произрастают черемуха, рябина и кусты крушины ломкой. Третий ярус представлен травянистом покровом, где широко распространен копытень европейский, сныть обыкновенная, гравилат городской, борец высокий, вороний глаз, синюха голубая, осока волосистая и другие виды. В травяном ярусе, в зависимости от густоты лесных крон и соответственно увлажнения почвы также имеются предпосылки для произрастания степной флоры, в частности - мятлика узколистного и типчака (Определитель…, 1989).

В немногочисленных дубовых лесах деревья с раскидистыми кронами имеют среднюю высоту 18-20 м и стоят друг от друга на расстоянии 3-5 м.

Подлесок состоит из лещины, клена и дуба (Попов, 1980). В травяном ярусе преобладает копытень европейский, гравилат городской, борец высокий, сныть обыкновенный. На луговых степях произрастают представители бобовых, сложноцветных и злаковых (Горчаковский, Шурова, 1995).

Остепененные луга и луговые степи не имеют четких границ и часто переходят одни на другие. Растительность пойм более богата. Поймы рек большей степени представлены лесами, где преобладают широколиственные (вязовые, вязово-дубовые, липово-вязовые и липово-дубовые) и смешанные (осиновые, сосново-ольховые) насаждения. (Хайретдинов и др., 1992).

Глава 2. Характеристика загрязнения атмосферного воздуха в городе Уфа

2.1 Источники загрязнения и мониторинг атмосферного воздуха г. Уфы

Одной из самых острых экологических проблем города Уфы, является загрязнение атмосферного воздуха. Одна из основных причин высокого уровня загрязнения атмосферы - промышленная деятельность. Отмечавшийся в последнее время спад производства по ряду причин не привел к его существенному снижению. Так индекс загрязнения атмосферы (ИЗА) города Уфы по формальдегиду, диоксида азота, пыли, оксиду углерода составил - ИЗА-12,4 единиц.

Несмотря на то, что в связи с экономическим положением в стране, производство сократилось на 30-60%, есть города, которые так насыщены промышленными предприятиями, что показатели экологического состояния окружающей среды на много превышают расчетные нормы предельно допустимой экологической нагрузки (ПДЭН) на данную территорию. Поэтому работа этих предприятии даже на 40-50% от их мощности оказывает большое влияние на загрязнение атмосферного воздуха города, а, следовательно, и на здоровье человека. К таким городам, относится и город Уфа, где сконцентрированы три нефтеперерабатывающих завода с общей мощностью переработки 50-100 миллионов тонн нефти в год, завод синтетического спирта, УЗЭМИК, ТЭЦ-1, ТЭЦ-2, ТЭЦ-3, ТЭЦ-4, Уфимское моторостроительное производственное объединение, агрегатный завод, витаминный завод и многие другие, всего - 57 крупных предприятий, с общим валовым выбросом вредных примесей в 2007 г. - 327,7 тысяч тонн.

Определяющим фактором качества воздуха в республике Башкортостан является поступление в атмосферу загрязняющих веществ в результате деятельности предприятий и организаций промышленного и аграрного комплексов, расположенных на территории республики и граничащих с ней областей и республик, а также автотранспортных средств.

Наибольший вклад в загрязнение атмосферного воздуха вносят стационарные источники предприятий топливно-энергетического комплекса (ТЭК), Башнефтехимзаводы, а также автотранспорт. Объем валовые выбросы предприятиями загрязняющих веществ ТЭК в 2007 г. составил 298,8 тысяч тонн или 32% всех выбросов от стационарных источников промышленности.

Объем валовых выбросов загрязняющих веществ от предприятий 'Ново-Уфимский НПЗ', АО 'Уфимский НПЗ', АО 'Уфанефтехим', АО 'Уфаоргсинтез' за 2007 год составил 129,355 тысяч тонн или 32% объема выбросов от стационарных источников.

Объем выбросов загрязняющих веществ от стационарных источников в 2007 г. снизился на 38,5 тыс. т и составил 1074 тыс. т. вклад автотранспорта в эту величину - 667,4 тыс. т или 62%.

Предприятия энергетики на территории республики представляет АО 'Башкирэнерго'. В состав этого объединения входят 10 ТЭЦ, 1 ГРЭС и 6 котельных, являющиеся крупнейшими в республике загрязнителями атмосферного воздуха продуктами сгорания топлива. Объем валовых выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от этих предприятий за истекший год составил 84,248 тысяч тонн (21% промышленных выбросов республики), что ниже уровня предыдущего года на 2,602тысяч тонн.

Объем выбросов от передвижных источников неуклонно растет. Основное количество транспорта сосредоточено в городах, из них только в Уфе - около 269 тыс. единиц. По сравнению с предыдущим годом объем выбросов отработавших газов от передвижных источников снизился на 7% и в 2007 г. составил 667,4 тыс. т. Снижение объема выбросов от автотранспорта обусловлено уменьшением расходов топлива при увеличении использования газового топлива.

В целях усиления контроля за соблюдением требований природоохранного законодательства государственными и частными владельцами автотранспорта, территориальными подразделениями министерства совместно с управлением государственного контроля, ГИБДД МВД РБ, Башкирским центром санэпидемнадзора и Башкирским центром стандартизации метеорологии ежегодно проводится операция 'Чистый воздух'.

Особенности загрязнения города Уфы многообразны и зависят от многих факторов. Существенное влияние на распространение концентраций вредных примесей оказывают особенности метеорологического режима города.

В центральной части города по сравнению с окраиной часто создается более высокая по температура воздуха 'остров тепла', летом за счет нагревания зданий, а в холодную половину года за счет отопительных систем, образования теплого слоя из дыма, водяного пара и различных выбросов промышленных предприятий.

В южной части города расположены предприятия: приборостроения, машиностроения, легкой и пищевой промышленности. Так источником выброса Уфимского полиграфического комбината является: пыль бумаги, пыль древесная, керосин, ацетон и другие выбросы. 'Промсвязь': оксид железа, пыль органическая (содержащая диоксид кремния 70-20%), пыль древесная. ОАО 'Башстройдеталь' выбрасывает в атмосферу города Уфа: пыль древесную, формальдегид, азота диоксид, оксид углерода, сажу. 'Уфимкабель': окись углерода, свинец, пыль медная, пыль талька, древесная пыль. Выбросы электроаппаратного завода составляют: пыль металлическая, пыль пластмассы, хромовый ангидрид, толуол, ацетон и т.д.

Особенностью этого района является отсутствие зон разрыва между предприятиями и густо населенными районами.

Рис.5. Основные загрязнители атмосферного воздуха г. Уфа (по данным Госдоклада, 2006).

В южной части города выделяется, как самостоятельная территория юго-западная промышленная зона. Территория зоны находится на 100 - 150 метров ниже уровня остальной части города в прибрежной (реки Белой), затопляемой местности. Здесь расположены асфальтобетонный завод, силикатный завод, завод резиновой обуви, элеваторный и другие заводы. Атмосфера прилегающих жилых кварталов загрязняется выбросами пыли, окиси углерода, сернистого ангидрида. Котельные при заводах вносят большой вклад в загрязнение атмосферы в городе, это бенз (а) пирен, зола, окись углерода.

Таблица 9

Характеристика состояния атмосферного воздуха в г. Уфа по основным загрязнителям (Госдоклад, 2006)

Загрязнитель	Средний уровень загрязнения, мг/мі	Стандартный индекс (СИ)	Наибольшая повторяемость (НП), %	Градация по степени загрязнения
Взвешенные вещества	0,148	4,4	4,8	ЙЙ
Диоксид серы	0,004	0,6	0,0	Й
Оксид углерода	1,7	2,8	2,1	ЙЙ
Диоксид азота	0,043	8,0	18,8	ЙЙЙ
Оксид азота	0,014	0,5	0,0	Й
Сероводород	0,001	8,4	4,6	ЙЙЙ
Фенол	0,017	1,6	0,1	ЙЙ
Аммиак	0,006	0,4	0,0	Й
Формальдегид	0,007	1,9	1,2	ЙЙЙ
Бензол	0,015	0,6	0,0	Й
Ксилолы	0,035	4,5	3,8	ЙЙ
Толуол	0,003	0,8	0,0	Й
Этилбензол	0,002	4,5	1,7	ЙЙ
Четыреххлористый углерод	0,004	0,0	0,0	Й
Хлороформ	0,009	0,5	0,0	Й
Бенз (а) пирен	3,2	6,5	-	ЙЙЙ

При анализе состояния загрязнения воздуха города используются данные за содержанием примесей в атмосфере, а также качественные и количественные сведения о выбросах вредных веществ, создаваемых антропогенными источниками загрязнения.

Сеть мониторинга состояния атмосферы города Уфа включает в себя девять станций наблюдения, два поста наблюдения НИИ БЖД РБ. Загрязнение микрорайона Сипайлово контролируется ведомственной станцией 'Башкирэнерго'.

В Уфе посты расположены в жилых массивах, а также вблизи основных источников загрязнения. В настоящее время ведутся наблюдения за состоянием атмосферного воздуха на девяти постах:

Пост

№1 - ул. Минская 64

№2 - ул. Свободы 29

№5 - Пр. Октября 141

№12 - ул. Мира 11

№14 - ул. Ульяновых 57

№16 - Пр. Октября 65/4

№17 - ул. Гафури 101

№18 - ул. Достоевского 102/1

№23 - ул. Баргузинская

- стационарные посты наблюдения за загрязнением воздуха г. Уфы

Рис.6. Стационарные посты наблюдений за загрязнением атмосферного воздуха в г. Уфа (БашУГМС).

В северной части города расположены посты №2, 5, 12, 14. Схема расположения постов изображена на карте города Уфа (Рисунок).

Отбор проб проводится по 29 ингредиентам три раза в сутки (7, 13,19 часов местного времени). На постах №2, 5, 12 проводится отбор проб воздуха четыре раза в сутки (дополнительный в час ночи), с помощью автоматического пробоотборника 'Компонент'.

Анализы проводятся в аккредитованной лаборатории центра мониторинга окружающей среды Башкирского УГМС.

2.2 Количественная характеристика выбросов загрязняющих веществ

На территории города Уфы расположено большое количество промышленных предприятий (сосредоточенных в основном в северной промзоне), выбрасывающих вещества в атмосферу.

Основной вклад в выбросы от стационарных источников вносят предприятия нефтеперерабатывающей промышленности - 48% (АО 'Башнефтехим') и электроэнергетики - 21% (Уфимские теплосети). Вклад автотранспорта в суммарные выбросы по городу составил 53%.

Динамика валовых выбросов основных загрязняющих веществ в атмосферу города Уфы за период с 1992 по 2007 год представлена в таблице 1.

Рис.7. Динамика выбросов загрязняющих веществ в атмосферу в г. Уфе за 1995-2007 г. г., тысячи тонн (составлен автором по данным БашУГМС).

Максимальный объем поступления загрязняющих веществ в атмосферный воздух от стационарных источников в 1992 году составил 234.1 тысяч тонн (68.71%), минимальный в 2004 году составил 158,9 тысяч тонн (47%).

Максимальный объем поступления загрязняющих веществ в атмосферный воздух от передвижных источников в 2006 году составил 195,1 тысяч тонн (56%), минимальный в 1992 году составил 106.6 тысяч тонн (31.3%).

Из анализа данной таблицы можно сделать вывод, что, несмотря на снижение производства в последние годы, объем валовых выбросов загрязняющих веществ от передвижных источников растет из года в год из-за роста его численности в городах.

Основными загрязняющими веществами в выбросах являются твердые частицы (пыль, сажа, металлы) и газообразные вещества (оксид углерода, двуокись серы, окислы азота). Выбросы характеризуются массой соответствующего вещества, поступающего в атмосферу в единицу времени (г/сек, кг/сек, т/год).

Таблица 10

Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу в городе Уфе за 1995-2007 гг., тысячи тонн

Годы	1992	1993	1994	1995	1996	1997	1998	1999	2000	2001	2002	2003	2004
Всего по городу, тыс. т.	340,7	349,7	328,8	350,1	331,9	346,6	328,7	331,1	357,4	364,0	355,0	346,3	336,5
от стационарных источников, тыс. т., %	234,1	220,8	213,6	232,6	216,8	221,1	194,2	191,7	194,1	194,4	170,4	187,2	158,9
	68,71	63,14	64,96	66,44	65,32	63,79	59,08	57,90	54,31	53,41	48,00	54,00	47,00
от транспортных средств, тыс. т., %	106,6	128,9	115,2	117,5	115,1	125,5	134,5	141,4	163,3	169,6	184,6	159,1	177,6
	31,29	36,86	35,04	33,56	34,68	36,21	40,92	42,71	45,69	46,59	52,00	46,00	53,00

Большой вклад в загрязнение воздушного бассейна вносят летучие органические соединения (ЛОС). В эту категорию входят такие токсичные ингредиенты как бензин, керосин, толуол, бензол, ацетон, ксилол, этилацетат, фенол и ряд других. Основными загрязнителями атмосферы ЛОС являются предприятия топливно-энергетического комплекса. Выбросы загрязняющих веществ на одного жителя по городу Уфа составляет 302 кг в год.

Таблица 11

Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу в городе Уфе за 1992-2007 гг., тысячи тонн (Составлено по данным Министерства ЧС и ЭБ [5, 6, 7, 8])

Годы	2005	2006	2007
Всего по городу, тыс. т.	290,0	348,1	327,0
от стационарных источников, тыс. т., %	156,9	153,0	154,1
	54	44	47
от транспортных средств, тыс. т., %	133,1	195,1	172,9
	46	56	53

За последние пять лет отмечается тенденция уменьшения: загрязнения атмосферы растворимыми сульфатами, оксидом азота, хлоридом водорода, бензолом, хлороформом; однако наблюдается увеличение загрязнения воздуха: диоксидом серы, оксидом углерода, диоксидом азота, сероводородом, фенолом; на прежнем уровне остается содержание: пыли, аммиака, формальдегида, толуол, этилбензол, ксилол, четыреххлористый углерод.

Изменения уровня загрязнения атмосферы в суточном или годовом ходе, а также от года к году, происходит не только из-за изменения количества выбросов, но и под влиянием изменения метеорологического режима переноса и распределения выбрасываемых веществ.

Чтобы установить состояние загрязнения воздуха несколькими веществами, действующими одновременно, часто используют комплексный показатель - индекс загрязнения атмосферы (ИЗА), который определяется как сумма среднегодовых концентраций, деленных на соответствующие значения ПДК. В соответствии с данной оценкой г. Уфа отнесен к числу городов с очень высоким уровнем загрязнения атмосферы. Наиболее неблагополучная санитарно - гигиеническая и экологическая обстановка возникает при ИЗА5 более 15 единиц. Основными составными частями, используемыми при определении ИЗА 5 в г. Уфе являются: бенз (а) пирен, формальдегид, двуокись азота, окись азота окись углерода, аммиак, пыль.

Рис.8. Динамика уровня загрязнения атмосферного воздуха и количества НМУ в г. Уфе за 1995-2007 гг. (составлен автором по данным Министерства ЧС и ЭБ).

В таблице 12 представлены расчеты ИЗА5 за период 1995-2007 г. г. Из таблицы видно, что уровень загрязнения атмосферы г. Уфы, характеризуемый комплексным показателем - ИЗА меняется от 6,3 до 16,0 единиц. Наибольшее значение ИЗА 5 отмечено 2001 г., а наименьшее 1999г.

Таблица 12

Уровень загрязнения атмосферного воздуха в городе Уфе за 1995-2007 гг.(Составлено по данным Министерства ЧС и ЭБ [5, 6, 7, 8])

Годы	1995	1996	1997	1998	1999	2000	2001	2002	2003	2004	2005	2006	2007
ИЗА 5	10,5	8,2	8,6	6,8	6,3	9,1	16	11	14	13,6	10,1	10,9	12,4
Загрязни тели для расчета ИЗА 5	БП, Фрм., NO, NO2,пыль	Фрм., NO2, NO, пыль, CO	Фрм., NO2,NO, пыль, CO	Фрм., NO2,NO, CO, фенол	Фрм., БП, NO2,NO, Пыль	ФРМ., БП, NO2
Количество дней НМУ	148	199	136	194	166	165	141	121	160	119	127	94	130

БП - бенз (а) пирен

NO - оксид азота

NO2 - диоксид азота Фрм. - формальдегид

СО - оксид углерода

Глава 3. Метеорологические условия загрязнения воздуха

Особенности загрязнения воздуха в городах многообразны и зависят от многих факторов. Существенное влияние на распространение вредных примесей оказывают особенности метеорологического режима города.

Перенос и рассеивание примесей, поступающих в атмосферу, осуществляются по законам турбулентной диффузии, а время сохранения примесей в атмосфере зависит от множества факторов. Кроме того, в атмосфере происходит гравитационное оседание крупных частиц, химические и фотохимические реакции между различными веществами, перенос их на значительные расстояния и вымывание из атмосферы осадками. Очевидно, что под метеорологическими факторами понимаются скорость и направление ветра, устойчивость атмосферы, слои инверсии и изотермии, температура воздуха, облачность, туманы, инерционный фактор и др.

Под влиянием всех этих факторов при постоянных выбросах вредных веществ уровень загрязнения приземного слоя может колебаться в очень широких пределах. Если при этом изменяется количество выбросов, то уровень загрязнения может увеличиться (или уменьшиться) в десятки раз. Известны катастрофические случаи, сопровождающиеся смертностью и тяжелыми заболеваниями среди населения (в долине Маас - 1930 г., Доноре - 1948 г., Лондоне - 1952 г., Нью-Йорке - 1966 г. и др.), которые были обусловлены неблагоприятными метеорологическими условиями, способствующими скоплению вредных веществ в атмосфере [5].

В связи с этим, решение задача и сохранения чистоты атмосферного воздуха городов в значительной степени зависит от понимания роли метеорологических условий и правильного учета способности атмосферы рассеивать и удалять поступающие в нее загрязняющие вещества.

3.1 Влияние направления и скорости ветра

Ветровой режим приземного слоя в районе Уфы в значительной степени зависит от рельефа местности. Вблизи города происходит слияние трех крупных рек - Белой, Уфы, Демы. Их долины ориентированы с юго-востока на северо-запад и с юго-запада на северо-восток. Поэтому здесь в течение всего года наиболее ярко выражены ветры северных и южных направлений (рис.2). Повторяемость южных и юго-западных ветров составляет 14-44%, а северных и северо-западных 6-22%. В среднем за год ветры южного и юго-западного направлений отмечаются в 24-25% случаев, северный и северо-западные ветры имеют одинаковую повторяемость (14%). Наиболее отчетливо преобладание южных и юго-западных ветров выражено в зимние месяцы. Так, в декабре и январе повторяемость южных ветров составляет 44%, а юго-западных 26-28%

Летом преобладают северные (17-22%) и северо-западные ветры (17-18%). Поэтому в летний сезон создаются длительные периоды неблагоприятных метеорологических условий для загрязнения атмосферы города, поскольку крупнейшие гиганты нефтеперерабатывающей промышленности расположены на севере, по отношению к городу. Южные и юго-западные выражены гораздо слабее, чем зимой, их повторяемость составляет соответственно 13-14 и 12-21%.

Среднегодовая скорость ветра в Уфе равна 3,3 м/с, преобладают слабые ветры. В летние месяцы отмечается уменьшение скорости ветра, для августа характерна минимальная средняя месячная скорость (2,5м/с). Преобладание слабых ветров также является условием для накопления вредных выбросов в атмосферу от промышленных предприятий. Холодный период является наиболее ветренным, когда скорости ветра находятся в пределах 3,4-3,7 м/с.

Влияние направления ветра на содержание примесей в воздухе в жилых кварталах наиболее четко прослеживается, когда источники выбросов вредных веществ расположены за городом.

Однако связи между загрязнением воздуха в городе и направлением ветра могут быть неоднозначными даже в простом случае, поскольку нужно учитывать, что поток воздуха может быть искажен под влиянием сложного рельефа, водоемов, а также непосредственным тепловым воздействием крупных промышленных комплексов. Неблагоприятные направления ветра могут выявляться и при равномерном расположении источников на территории города за счет различных эффектов наложения выбросов.

Город Уфа расположен в междуречье рек Белой и Уфы, с юга на север, и имеет вытянутую форму. Основной промышленный узел расположен в северной части города - это объекты нефтепереработки, как 'Уфимский нефтеперерабатывающий завод' (УНПЗ), АО 'Уфанефтехим', завод 'Синтеспирта', 'Ново-Уфимский нефтеперабатывающий завод' (НУНПЗ) Северный промышленный узел дает до 80% всех выбросов в городе Уфе. И, безусловно, при северных, северо-восточных и северо-западных ветрах жилая зона города загрязняется более интенсивно, чем при других направлениях ветра.

В городах вытянутой формы повышенное загрязнение воздуха создается при ветре вдоль большой оси за счет максимального наложения выбросов от многих источников, что характерно и городу Уфе.

Наибольшее влияние на уровень загрязнения атмосферы в городе и его окрестностях оказывает скорость ветра. Помимо адвективного притока, непосредственно зависящего от скорости ветра, на изменение концентрации примеси во времени в воздушном пространстве города существенное влияние оказывает турбулентный приток примеси, также тесно связанный со скоростью ветра.

По данным некоторых зарубежных авторов (78,86,91,93) загрязнение обратно пропорционально скорости ветра. Влияние данного фактора на концентрацию примесей в городском воздухе проявляется двояким образом. С одной стороны, усиление ветра способствует рассеиванию примесей в атмосфере, с другой - при усилении скорости от 4 до 7 м/с, наблюдается увеличение загрязнения атмосферы за счет влияния высоких источников. При штиле увеличивается загрязнение воздуха за счет выбросов многочисленных низких источников. В то же время, ослабление ветра приводит к увеличению подъема перегретых выбросов, который особенно значителен при штиле и, следовательно, приводит к уменьшению приземных концентраций.

С ветром тесно связаны другие метеовеличины, погода и климат данного района в целом. Встречаясь с тем или иным препятствием, ветер оказывает на него давление (ветровой напор), при этом кинетическая энергия воздушного потока уменьшается, переходя во внутреннюю и потенциальную. Отдельные сооружения и город в целом представляют собой препятствие, под влиянием которого скорость ветра в городе, как правило, ослаблена по сравнению с окрестностями.

Значительное ослабление ветра в городе наблюдается вблизи земной поверхности. Внутри города распределение ветра, температуры и влажности воздуха отличается большим разнообразием. Ниже крыш строений направление ветра определяется расположением зданий и улиц по отношению к направлению воздушного потока над городом. В городе преобладает направление ветра вдоль улиц. При ветре, дующем поперек улиц, скорость ветра на подветренной стороне зданий в 2-3 раза меньше, чем на наветренной.

В условиях свободной застройки, преобладающей в районах новостроек, при отсутствии зеленых насаждений существенного ослабления ветра в жилых массивах не наблюдается.

Жилые и промышленные здания, изменяя скорость и направление ветра, оказывают большое влияние на распределение внутри города загрязняющих веществ.

3.2 Температура воздуха

Связь между температурой воздуха и загрязнением приземного слоя атмосферы обуславливается несколькими факторами.

Отличие температуры воздуха в городе от температуры в его окрестностях, впервые подметил еще в 1820 году английский ученый Люк Хоуард, написавший книгу о климате. Он установил, что разность средних месячных температур воздуха в Лондоне и его предместьях колеблется между 1,2°.

Практически во всех городах, особенно с развитием промышленности в ХХ веке, наблюдается тенденция к повышению температуры воздуха по сравнению с температурой воздуха в окрестностях. Внутри города температура воздуха в один и тот же момент может изменяться в широких пределах. Наиболее высокие значения температуры наблюдаются, как правило, в центральной части города, а по направлению к периферии температура понижается (изолинии разности температур практически параллельны внешней границе города). При смене направления ветра центральная часть области тепла (называемой нередко 'островом тепла') смещается в подветренную часть.

Ведущим фактором образования 'острова тепла' является наличие большого количества примесей в воздухе и вызванные ими изменения радиационного режима.

Частицы дыма, сажа, пыли и других загрязняющих веществ скапливаются в 'дымовой шапке' над городом, поглощают часть солнечной радиации и способствуют дополнительному нагреванию воздуха. Более теплый воздух в центре города, особенно хорошо ощущается ночью и в ранние утренние часы. После восхода солнца и днем эта разность минимальна и может быть отрицательной. 'Острова тепла' вызывают поток воздуха, направленный от окраин к центру, и поступление чистого воздуха с окраин.

Тенденция к росту содержания примесей в городском воздухе при повышении температуры зимой проявляется не только в застойных условиях. Рост концентраций имеет место также и в других ситуациях, например, при слабых ветрах.

На уровень загрязнение воздуха оказывает влияние не только горизонтальное, но и вертикальное распределение температуры.

3.3 Облака, осадки, туманы

Облака являются одним из наиболее важных факторов, характеризующих погоду и климат. Поэтому характеристики облачности представляют большой интерес для многих отраслей промышленности, сельского хозяйства, транспорта.

Количество и характер облачности в течение года изменяется соответственно с сезонным ходом циркуляционных процессов. В среднем за год по наблюдениям на метеостанции Уфа-Дема, с учетом всей облачности отмечается 41 ясный 148 пасмурных дней. Осадки относятся к числу наиболее изменчивых во времени и пространстве метеорологических величин (пятнистый характер выпадения осадков).

Особенно неоднородно распределение по территории города и окрестностей ливневых осадков: нередки случаи, когда интенсивные осадки выпадают в одной части города и отсутствуют в других.

В годовом ходе (метеостанция Уфа-Дема) минимум количества осадков (26) наблюдается в феврале, а максимумов отмечается два - в июле (61мм) и в октябре

В зависимости от фазового состояния атмосферные осадки подразделяются на твердые, жидкие и смешанные (8).

Факт очищения атмосферы от примесей осадками отмечается во многих научных работах.

Примеси удаляются из атмосферы не только осадками, но и облаками за счет поглощения каплями или кристаллами. При низкой облачности поглощается верхняя часть городской 'шапки' загрязнения, а, следовательно, уменьшается приземное загрязнение атмосферы.

В туманах также как и в облаках, происходит поглощение примесей каплями. Однако в туманах эти примеси вместе с каплями остаются в приземном слое воздуха и оказывают вредное влияние на здоровье людей.

Туманы, содержащие частицы дыма и вредных веществ получили название 'смог'. Cмог - это фотохимический туман, образующийся в воздухе при взаимодействии углеводородов, оксидов азота, выхлопных газов транспорта и других веществ. В смоге содержатся токсичные продукты.

Смоги бывают нескольких типов. Наиболее изучен и известен влажный смог (лондонский тип). Возникает в странах с морским типом климата. Высокая относительная влажность воздуха способствуют смешиванию загрязняющих веществ, их взаимодействию в химических реакциях. При влажном смоге трансформация примесей происходит из-за растворения сернистого газа и гигроскопических аэрозолей. При контакте сернистого газа с водяным паром образуется сернистая кислота, затем превращается в серную кислоту, эта реакция ускоряется под воздействием света. Влажный смог состоит из капель не воды, а различных кислот, поэтому обладает большой токсичностью. С наличием смога связывают периоды особо опасного загрязнения воздуха, сопровождающегося ростом заболеваемости и смертности населения.

От влажного смога отличается по происхождению и своим свойствам фотохимический смог или смог лос-анджелесского типа. Воздух в Лос-Анджелесе сухой и поэтому смог образует не туман, а синеватую дымку.

Фотохимический смог часто возникает в низких широтах, в Лос-Анджелесе 200 дней в году. При длительной антициклональной погоде в теплое время года фотохимический смог наблюдается и в средних широтах, а также на территории Башкортостана

Третий вид смога - ледяной смог аляскинского типа. Он возникает в Арктике и Субарктике при низких температурах в антициклоне. В этом случае выбросы даже небольшого количества загрязняющих веществ из топок приводят к возникновению густого тумана.

Глава 4. Влияние вертикального распределения температур воздуха (инверсии температуры) на содержание примесей в городском воздухе

4.1 Инверсии температуры воздуха, их типы и параметры

Перенос примесей в верхние слои атмосферы определяется характером распределения температуры в атмосфере с высотой - устойчивостью атмосферы, степенью изменения температуры с высотой, то есть вертикальным градиентом температуры на единицу расстояния, обычно на сто метров. Состояние атмосферы бывает равновесным, устойчивым и неустойчивым. Степень устойчивости атмосферы определяет поведение воздушной частицы, выведенной из первоначального положения в выше или ниже лежащий слой атмосферы. Частицы теплого воздуха поднимаются вверх, холодного - опускаются вниз. Обычно в атмосфере происходит падение температуры с высотой. Если градиент температуры в сухой атмосфере равен 1 градус на сто метров, то воздух на любой высоте будет находиться в равновесии. Каждая воздушная частица, перемещающаяся вверх или вниз, принимает температуру окружающего воздуха и ее плотность становится равной плотности окружающих ее частиц, следовательно, нет причин к ее подъему или опусканию. В таком случае говорят, что атмосфера находится в состоянии безразличного равновесия, или что наблюдается равновесная стратификация. В естественных условиях влажного воздуха равновесное состояние наблюдается при меньшем градиенте температуры (примерно 0.6 градусов на сто метров).

Если вертикальный градиент температуры в атмосфере меньше, чем при равновесии, то частица, перемещающаяся вверх, охлаждается и скоро станет холоднее, чем окружающий воздух и тяжелее его. Поэтому она опустится и снова займет свое первоначальное положение. В этом случае атмосфера находится в состоянии устойчивого равновесия, то есть наблюдается устойчивая стратификация атмосферы.

Если вертикальный градиент температуры больше равновесного, то воздушная частица, начав двигаться вверх или вниз, будет продолжать свое движение со все возрастающим ускорением. Чем дальше она уходит от первоначального положения, тем больше ее температура отклоняется от температуры окружающего воздуха. В таком случае говорят о неустойчивой стратификации.

При вертикальном градиенте температуры значительно большем 1 градуса на сто метров, в приземном слое атмосферы создаются неупорядоченные движения воздуха - атмосферная турбулентность.

Возрастание температуры с высотой называется инверсией температуры. Инверсия температуры может наблюдаться как у поверхности земли - приземная инверсия (нижняя граница совпадает с земной поверхностью) и приподнятая инверсия (нижняя граница расположена на некоторой высоте). Изотермия характеризуется ровным ходом температуры воздуха с высотой. Слои с изотермией и инверсией температуры являются задерживающим слоем для динамической турбулентности и конвекции, поэтому в значительной степени способствуют накоплению вредных примесей в приземном слое атмосферы. В большом городе повторяемость и приземных, и приподнятых инверсий высокая, однако соотношение между видами инверсий противоположно.

В Москве и Санкт-Петербурге изучались зависимости вертикальных профилей температуры в нижнем слое атмосферы 500 метров от синоптических ситуаций. Причем типы синоптических ситуаций были разделены на две группы в соответствии с термическим состоянием воздушной массы, и еще на две групп в соответствии со скоростью ветра.

Основные результаты анализа профилей нижнего 500 - метрового слоя атмосферы следующие: по данным за 4-часовой срок в зимний сезон, преобладание приземных инверсий в антициклонах главным образом связано с синоптической ситуацией (холодный антициклон, то есть низкие температуры воздуха и слабые ветра). В таких ситуациях повторяемости приземных инверсий составили 80%. При усилении ветров в холодном антициклоне увеличивается повторяемость приподнятых инверсий. Последнее, видимо, связано с поднятием приземной инверсии за счет динамической турбулентности в нижнем слое атмосферы.

Рис.9. Движение воздушных потоков в антициклоне и в циклоне ().

Отсутствие инверсий в циклонах связано с его теплыми частями и большими скоростями ветра. В холодных частях циклона при слабом ветре наблюдается большая повторяемость приземных инверсий, при сильном - приподнятых.

Инверсии температуры принято характеризовать мощностью, то есть разностью высот от верхней до нижней границы инверсии и интенсивностью, то есть разностью значений температуры на верхней и нижней границах инверсии. Толщина в инверсионной стратификации изменяется в широких пределах от 30-50 до 500 и более метров. Перепад температуры на верхней и нижней границах от десятых долей до 10 градусов и более.

4.2 Приземные инверсии температуры и их повторяемость

Инверсии температуры, являясь задерживающим слоем, способствуют накоплению водяного пара, пыли, дыма и вредных примесей в атмосфере, то есть образованию тумана и смога. В тумане возрастает концентрация примесей и при их поглощении влагой образуются новые более токсичные вещества [9].

Приземные инверсии оказывают влияние на накопление выбросов в атмосферу от низких источников, так как инверсионный слой ограничивает подъем выбросов, способствует их опусканию и накоплению в приземном слое.

Приземные инверсии возникают в ночные часы при тихой и ясной погоде в результате выхолаживания земной поверхности. Меньшая часть приземных инверсий образуется при перемещении теплого воздуха над холодной подстилающей поверхностью.

Повторяемость приземных инверсии температур воздуха в городе Уфа приведена в табл.13.

Самая высокая повторяемость приземных инверсий в 03 часа по многолетним данным приходится на июль, август 80-90%, а в 2002 году - 96%, в 2005 г. - 100%, так как в эти годы в июле и августе атмосферная циркуляция характеризовалась антициклональным типом погоды.

Таблица 13

Повторяемость приземных инверсий в городе Уфа (%) (1995-2008 гг.)

(Составлено по данным Башкирского УГМС)

Годы	Месяцы	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
	Норма	52	64	57	73	76	75	85	83	75	44	44	46
1995	03 ч.	55	32	48	73	74	80	55	85	73	32	43	45
1996	03 ч.	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
1997	03 ч.	74	59	63	-	68	86	65	71	70	48	35	29
1998	03 ч.	45	36	61	-	68	83	90	71	80	39	33	22
1999	03 ч.	-	-	68	60	-	-	-	-	-	-	37	32
2000	03 ч.	-	32	25	-	71	73	90	61	47	29	63	20
2001	03 ч.	26	52	29	71	63	60	16	62	70	16	29	34
2002	03 ч.	21	25	32	58	47	63	96	58	87	19	13	32
2003	03 ч.	85	71	65	0	-	0	0	-	77	42	40	13
2004	03 ч.	48	7	26	50	55	73	77	80	57	16	7	42
2005	03 ч.	42	75	48	83	81	73	100	68	87	58	37	55
2006	03 ч.	39	54	65	87	97	97	87	87	63	48	27	16
2007	03 ч.	19	25	58	53	58	67	77	81	80	45	37	73
2008	03 ч.	-	38	42	77	52	70	84	86	63	58

Примечания: ' - ' - нет данных радиозондирования.

Однако в январе 1997 года также отмечалась высокая повторяемость приземных инверсий 74%. Это связано с тем, что в это время синоптическая ситуация характеризовалась повышенным фоном атмосферного давления (число случаев составляет 23 дня).

Самая низкая повторяемость приземных инверсий приходится на февраль и ноябрь - 7%, то есть период активной циклонической деятельности в умеренных широтах. В дневные часы повторяемость приземных инверсий резко сокращается, что объясняется прогревом земной поверхности и прилегающего к ней слоя воздуха, развитием турбулентного и конвективного обмена, что приводит к разрушению приземных инверсий в теплом полугодии.

4.3 Приподнятые инверсии температуры и их повторяемость

Повышенный уровень загрязнения атмосферы отмечается в городах и при приподнятых инверсиях температуры воздуха. В условиях приподнятых инверсий ограничивается распространение примесей в вертикальном направлении.

Приподнятая инверсия, расположенная над источником, представляет собой задерживающий слой для выбросов, поступающих в атмосферу, и препятствующих распространению этих выбросов вверх, что определяет рост приземных концентраций.

Низко расположенные приподнятые инверсии способствуют возникновению эффекта, называемого задымлением. Он заключается в резком росте концентраций примесей в приземном слое атмосферы в период (как правило, в утренние часы), когда вследствие разрушения нижней части приземная инверсия становится приподнятой. Примеси скапливающиеся на уровне 100 - 300 метров начинают интенсивно поступать в нижний слой воздуха. Указанный эффект в наибольшей степени характерен для переходных сезонов, когда ночные инверсии достаточно мощны, однако он проявляется и летом. Очевидно, формирование низко расположенных приподнятых инверсий является одной из причин роста загрязнения в утренние часы.

Приподнятые инверсии возникают преимущественно в устойчивых антициклонах, вследствие нисходящего движения воздуха и нагревания его при этом.

Рис.10. Повторяемость приподнятых инверсий в г. Уфа, %. (составлено по данным БашУГМС).

Повторяемость приподнятых инверсий в городе Уфа приведена в таблице 4. В повторяемости приподнятых инверсий наблюдается обратная картина. В отличие от приземных инверсий в дневные часы их повторяемость возрастает до 50 - 80% в период с октября по март, а в ноябре 2005 г. до 80%. В летние месяцы их вероятность не превышает в среднем 20 - 30%.

Таблица 14

Повторяемость приподнятых инверсий в городе Уфа (%). (1995-2008 гг.) (Составлено по данным Башкирского УГМС)

Годы	Месяцы	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
	Норма	43	29	34	15	14	14	7	6	12	31	41	44
1995	03 ч.	58	57	77	20	29	20	10	-	20	38	70	68
1996	03 ч.	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
1997	03 ч.	68	79	60	-	23	10	45	26	20	58	55	48
1998	03 ч.	68	68	61	-	10	20	13	19	23	55	36	68
1999	03 ч.	-	-	58	40	-	-	-	-	-	-	60	58
2000	03 ч.	-	52	58	-	7	13	13	10	33	55	53	61
2001	03 ч.	65	51	57	36	13	10	25	4	10	39	46	37
2002	03 ч.	67	51	32	35	23	20	13	22	33	58	63	68
2003	03 ч.	41	43	48	7	-	0	0	-	13	19	53	77
2004	03 ч.	58	4	58	27	10	3	0	26	20	23	50	39
2005	03 ч.	52	50	55	7	6	7	0	6	43	58	80	64
2006	03 ч.	65	68	45	30	0	7	3	13	30	55	73	48
2007	03 ч.	35	25	39	7	6	17	19	32	43	58	63	27
2008	03 ч.	42	66	58	27	22	7	13	6	40	42
Среднее		56	51	54	24	14	11	13	16	27	47	59	55

Примечания: ' - ' - нет данных радиозондирования

В условиях приподнятых инверсий концентрация зависит от высоты расположения источника загрязнения. Если источник расположен выше слоя инверсии, то примеси к земной поверхности поступают в небольших количествах и их концентрации незначительны. Если источник располагается ниже слоя инверсии, то основная часть примеси концентрируется вблизи поверхности земли.

Анализ ежегодных данных о повторяемости инверсий в городе Уфе показывает, что число случаев за год изменяется незначительно, но распределение по месяцам может существенно отличаться. Такие колебания в повторяемости инверсий связаны с особенностями циркуляционных процессов, высокая повторяемость инверсий наблюдается при преобладании антициклональной погоды, низкая повторяемость в период активной циклонической деятельности.

Глава 5. Изменчивость параметров инверсий температуры воздуха

5.1 Вероятностные характеристики параметров приземных инверсий температуры

Имеются многочисленные указания на формирование повышенного загрязнения воздуха при устойчивой стратификации нижнего слоя атмосферы при наличии приземных и приподнятых инверсий. В среднем повышенный уровень загрязнения воздуха отмечается в городах в условиях и приземных, и приподнятых инверсий.

При формировании приземных инверсий, очевидно у земли скапливаются низкие выбросы. В условиях приподнятых инверсий ограничивается распространением примесей в вертикальном направлении.

Концентрации примесей в воздухе растут, если приподнятая инверсия сопровождается неустойчивой стратификацией в нижележащем слое. По материалам экспедиции, проведенной в Запорожье в 1997 году, и результатам исследований были сделаны выводы, что летом в дневные часы загрязнение воздуха значительно, если в нижнем 500 - метровом слое стратификация относительно устойчива, а в приземном слое перепад температур велик. При обратном соотношении указанных параметров содержания примесей в городском воздухе сравнительно мало.

Сходные результаты были получены при анализе материалов наблюдений в Ленинграде за летний сезон. Результаты исследований показали, что загрязнение городского воздуха летом в утренние часы увеличивается с уменьшением высоты верхней границы приподнятой инверсии, то есть с замедлением процесса разрушения приземной инверсии. При этом содержание примесей в приземном слое воздуха особенно велико, когда низко расположенная приподнятая или приземная инверсия сопровождается неустойчивой стратификацией в самом городе. Некоторое увеличение загрязнения воздуха утром при Н₂ > 600м связано с тем, что отсутствие инверсионных слоев до указанной высоты обычно сопровождается пасмурной погодой и устойчивой стратификацией.

Имеются данные, что зависимость концентраций примесей в городе от вертикальных профилей температуры зимой больше, чем летом, ночью больше, чем днем. Это, очевидно, определяется неодинаковой продолжительностью инверсионного состояния в разных сезонах, а так же различием преобладающих сопутствующих условий, которые влияют на характер рассматриваемой связи.

5.2 Структурные особенности инверсий температуры воздуха при высоких уровнях загрязнения атмосферы в 2008 г.

Высокая концентрация загрязняющих веществ в атмосфере наносит большой ущерб здоровью населения, сельскому и лесному хозяйству, промышленности, жилым зданиям и техническим сооружениям, историческим памятникам и другим произведениям искусства. Прямое и косвенное воздействие загрязненной атмосферы приводит к снижению производительности труда, повышенной заболеваемости и даже смертности населения. Загрязнение воздуха увеличивает число заболеваемости органов дыхания и глаз. Согласно исследованиям американских ученных, в городах с невысоким уровнем загрязнения при эпидемии гриппа среднее количество заболеваний увеличивается всего на 20%, а в городах с высоким уровнем на 200%. Известны эпизоды высокого загрязнения, сопровождающиеся тяжелыми аллергическими заболеваниями населения, например, в Ангарске, Киришах. Уменьшение доходов от потерь сельскохозяйственной продукции при загрязнении атмосферы связано с заболеванием скота, снижением урожайности, ухудшением товарного вида и качества продукции из-за содержания вредных веществ.

Содержание химических веществ в окружающей среде начали контролировать еще в 1925 году, когда определило первые значения ПДК для воздушной среды рабочей зоны. В 1949 году впервые были установлены некоторые ПДК для атмосферного воздуха. В настоящее время медиками установлены предельно - допустимые концентрации для 600 химических веществ и для 33 их комбинаций.

Определения ПДК сложная медико-биологическая проблема, поэтому до настоящего времени нет единых международных унифицированных норм и критериев. В нашей стране как ПДК устанавливаются наименьшие концентрации с введением так называемых 'коэффициентов запаса', зависящих от продолжительности воздействия токсичной примеси.

По определению Г.И. Сидоренко и М.А. Пинигина ПДК - это такие концентрации, которые не оказывают на человека и его потомство прямого и косвенного воздействия, не ухудшают его работоспособности, самочувствия, а так же санитарно - бытовых условий жизни людей [1].

ПДК утверждается Министерством здравоохранения по двум категориям: ПДК максимально разовые с осреднением в 20 минут и ПДК среднесуточные в воздухе населенных мест.

Максимально разовая ПДК - при ней в течение 20 минут у человека не должно вызываться рефлекторных реакций организма (запах, раздражение слизистых).

Среднесуточная ПДК - такая концентрация не должна оказывать на человека прямого или косвенно вредного воздействия при неопределенно долгом вдыхании.

Но ПДК одного и того же вещества бывают разные. Например, ПДК в рабочей зоне - это предельно допустимая концентрация химического вещества в воздухе, которая при ежедневной работе в пределах 8 часов в течение всего стажа не должна вызвать у человека заболевания или отклонения в состоянии здоровья.

Чтобы определить состояние (степень) загрязнения воздуха, измеренные значения концентраций сравнивают с ПДК максимально разовой и определяют число случаев, когда они были превышены, а так же во сколько раз наибольшее значение было выше ПДК. Среднее значение концентрации за месяц или за год сравнивают с ПДК среднесуточной.

При определенных метеорологических условиях загрязнение воздуха может превышать ПДК в 10 раз и более, такой случай относят к высокому загрязнению атмосферы (ВЗА).

Превышение максимально разовых ПДК за 20 - ти минутный период наблюдений в 50 раз и более или превышение ПДК среднесуточных в 30 - 49 раз относят к ЭВЗ (экстремально высокому загрязнению) воздуха.

В малых количествах загрязнение воздуха может не влиять на человека. Животный и растительный мир реагирует на загрязнения гораздо раньше, чем человек. На состоянии растений отражаются концентрации, существенно меньше ПДК. Например, повышение уровня загрязнения воздуха, сернистым газом до концентрации в 10 раз меньше, чем ПДК, вызывают хроническое или кратковременное поражение листьев растений, замедление роста зеленой массы и снижение урожайности. Симптомы острого поражения растительности обнаруживаются при средней концентрации сернистого газа за 8 часов, равной 0,8 мг/куб. м, а опадание листьев - при концентрации 0,08 мг/куб. м. Для растений особенно неблагоприятным является влияние, помимо сернистого газа, такие вредные вещества, как фтористые соединения, хлор, различные окислители.

Наиболее высокой токсичностью обладает хлор. Его выделения в атмосферу предприятиями целлюлозно-бумажной промышленности приводит к полной гибели окружающих лесов. Фтор в небольших концентрациях создает кратковременное поражение растительности. Однако он обладает способностью постепенно накапливаться в растениях и почве, в результате чего происходит хроническое повреждение и гибель лесов на больших пространствах. Известны случаи повреждения лесов в радиусе нескольких десятков километров от предприятий алюминиевой промышленности и суперфосфатных заводов, в выбросах которых содержатся фтористые соединения.

Воздействие загрязненной атмосферы на растительный мир не ограничивается непосредственным влиянием загрязняющего вещества. В последнее время широкую известность получили 'кислотные дожди'. Кислотность осадков определяется наличием свободных ионов водорода.

Как считают исследователи Международного института прикладного системного анализа в Вене, средняя кислотность осадков возросла почти в 100 раз по сравнению с кислотностью 180 лет назад, определенной по льду в Гренландии. Следствием выпадения кислотных дождей является окислением почв, грунтовых вод, озер и рек, оказывающее отрицательное влияние на леса, обитателей водоемов. Сейчас проблема кислотных дождей беспокоит многие страны.

Загрязнение атмосферы оказывает влияние на фасады зданий, автомобили, памятники и т.д. Вредные вещества влияют на деятельность предприятий: повышается заболеваемость рабочих, создается текучесть кадров, наблюдается усиленная коррозия основных зданий и оборудования, недоиспользуется сырье и топливо.

Проблема загрязнения воздуха в городах и промышленных районах и общее ухудшение качества атмосферного воздуха вызывает серьезную озабоченность. Строительство промышленных объектов и сейчас часто обеспечивается без достаточного внимания к вопросам охраны атмосферы.

В крупных городах, где сосредоточено много промышленных предприятий, соблюдение только нормативов ПДК недостаточно для сохранения качества воздуха. Если каждый завод будет выбрасывать в атмосферу загрязняющих вещества в количествах, близких к верхнему пределу этих норм, суммарный эффект загрязнения атмосферы окажется значительно выше допустимого. Поэтому для всех заводов и фабрик должны быть рассчитаны нормы предельно-допустимых выбросов (ПДВ), обеспечивающие в сумме выбросов всех предприятий санитарные нормы загрязнения воздуха.

В Башкирском УГМС для оценки степени загрязнения атмосферы в городе Уфе используют показатель фонового загрязнения города - параметр Р

P=m/n,

где n - общее число наблюдений за концентрацией примесей в городе в течение одного дня на всех стационарных пунктах,

m - число наблюдений за концентрацией, превышающей среднее сезонное значение в более чем в полтора раза (q_i>1.5q_i).

Таким образом, параметр Р представляет собой отношение количества существенно повышенных концентраций (относительно среднесезонного значения) к общему числу измерений в течение дня. Для получения ежедневных значений параметра Р предварительно рассчитываются средние сезонные значения концентраций примесей для каждого стационарного поста. Расчеты средних значений концентраций проводятся отдельно для каждого года. По всему используемому ряду наблюдений отмечаются единичные концентрации, которые превышают 1,5q ср. Для каждого дня определяются величины m и n и параметр Р.

Параметр Р позволяет характеризовать общее состояние загрязнения воздуха в городе и в то же время при наличии достаточного количества измерений он может быть показателем загрязнения городского воздуха отдельными примесями.

Выделяются три уровня загрязнения воздуха в городе:

Высокий (I группа) - Р < 0,35;

Повышенный (II группа) - 0,20 < Р < 0,35;

Пониженный (III группа) - Р < 0, 20.

Метеорологические условия, обуславливающие накопление или рассеивание примесей, создаются при определенных формах атмосферной циркуляции. Высокие концентрации загрязняющих веществ формируются в областях высокого давления. Причиной являются нисходящие вертикальные движения, возникающие из-за расходимости воздуха в антициклонах в приземном слое. Опускание воздуха сопровождается повышением температуры, вследствие чего возникают мощные инверсии, препятствующие развитию турбулентного перемешивания воздуха.

Благоприятные условия для самоочищения атмосферы над промышленными центрами создаются в циклонических образованиях, характеризующихся восходящими вертикальными движениями воздуха, которые способствуют поднятию примесей в вышележащие слои атмосферы. Достигая облачных слоев, часть примесей растворяется, так образуются кислотные дожди, которые воздушными течениями средней тропосферы переносятся на дальние расстояния.

По классификации Б.П. Алисова, Уфа относится к умеренной климатической зоне с атлантико-континетальным климатом составляет 55% (по формуле Ценкера):

К=6/5 (А/г-20) 100,

где А - годовая амплитуда температуры, г - ширина места). Климат достаточно влажный, лето теплое, зима умеренно суровая. Большую роль в формировании климата Уфы зимой играет сибирский антициклон, а также циклоническая деятельность на арктическом фронте. Осенью и в первую половины зимы отмечается активность атлантических циклонов. Резкие изменения в состоянии погоды обычно обусловливаются вторжениями арктических масс воздуха в тылу циклонических серий. Нередко на погоду Уфы оказывают влияние южные циклоны, перемещающиеся со Средиземного, Черного и Каспийского морей, а также 'ныряющие' циклоны - с северо-западных районов Европейской части России.

Повторяемость циклонов и антициклонов зависит от времени года и географического района. Территория Башкортостана занимает промежуточное положение между районами наивысшей антициклоничности (Азиатский максимум) и районами высокой циклоничности (Северо - Атлантический) минимум). Поэтому режим циркуляционных процессов характеризуется изменчивостью, приводящей к резким и значительным изменениям метеорологических условий.

Повторяемости синоптических ситуаций на территории республики Башкортостан за 2007 год, в табл.5. В среднем за год на территории республики наблюдалось преобладание циклонических форм циркуляции 200 случаев, антициклональных форм циркуляции 165 случаев. Максимальное число случаев с циклональной формой циркуляции наблюдалось в январе 26, в мае, июне, августе и декабре 22 случая. Максимальное число случаев с антициклональной формой циркуляции в ноябре 25, в апреле 22 случая.

Таблица 15

Повторяемости синоптических ситуаций за 2007 год.

(Составлено по данным Башкирского УГМС)

Синоптическая ситуация	Количество случаев
Антициклон Циклон Ложбина Гребень Теплый фронт Холодный фронт Теплый сектор Мало градиентное поле высокого давления Фронт окклюзии Тыл циклона Юго-восточная периферия циклона Передняя часть циклона Южная периферия циклона Северная периферия антициклона Передняя часть ложбины Северная периферия циклона Западная периферия антициклона Передняя часть антициклона Юго-восточная периферия антициклона Северо-восточная периферия антициклона Волна холодного фронта Восточная периферия антициклона Южная периферия антициклона Тыловая часть ложбины	58 13 47 68 19 13 47 12 4 39 3 4 1 1 4 2 13 1 4 1 3 4 2 1

Заключение

Изучение и анализ данных позволило сделать следующие выводы:

1. достаточная сложность ландшафтов города Уфы обусловлена расположением его на стыке подзоны широколиственно-темнохвойных лесов лесной зоны Русской Равнины и подзоны типичной лесостепи лесостепной зоны Русской Равнины, ко всему этому накладывается безусловное влияние Уральского массива;

2. территория г. Уфы находится на юго-восточном части Русской платформы и лишь незначительный участок на юго-востоке района входит в Предуральский краевой прогиб;

3. На территории города Уфы формируется умеренно-континентальный тип климата продолжительной холодной зимой и умеренно-теплым, иногда жарким летом;

4. речная сеть представлена реками Белая, Уфа, Дема, Уршак и их притоками и полностью относится к бассейну реки Белая (бассейн реки Волга - внутренний сток);

5. относительное разнообразие почв (темно-серые лесные, серые лесные, пойменные, черноземы выщелоченные) наблюдается лишь благодаря влиянию рельефа, растительности и хозяйственной деятельности человека;

6. в пределах территории города можно выделить: леса водоразделов и склонов, степи и суходольные луга, растительность речных пойм, растительность водоемов и болот; территория города четко разделяется на низкое западное левобережье с распространением лесостепных ассоциаций и высокое восточное правобережье с преобладанием лесной растительности.

7. Основными источниками загрязнения атмосферы в городе Уфа являются химическая, нефтехимическая, газовая, нефтеперерабатывающая промышленности, энергетика и автотранспорт. Несмотря на снижение производства в последние годы, уровень загрязнения в городе Уфа остается довольно высоким. Основной причиной загрязнения городов республики Башкортостан, и в частности города Уфы, являются автотранспортные выбросы, которые в 2007 году достигли 53% от всех валовых выбросов в городе. Объем валовых выбросов автотранспорта растет из года в год из-за роста его численности в городах.

8. Наибольшее влияние на уровень загрязнения атмосферы в городе и его окрестностях оказывают метеорологические условия, которые могут увеличивать среднегодовой уровень загрязнения воздуха почти в два раза. К таким метеорологическим условиям относятся вертикальные распределения температуры воздуха - это приземные и приподнятые инверсии.

9. В холодный период года продолжительные инверсии температуры наблюдались при антициклональном типе погоды у земли, особенно на западной периферии Сибирского максимума.

10. Самая высокая повторяемость приземных инверсий температуры наблюдалась в феврале 2004 г. и составила 66 %.

11. Загрязнение атмосферного воздуха г. Уфы наблюдалось при застоях воздуха (скорости ветра 0-1 м/c), слабых ветрах до 4 м/с (северных, северо-западных и северо-восточных направлений).

12. Приземные инверсии оказывают влияние на накопление выбросов в атмосферу от низких источников, так как инверсионный слой ограничивает подъем выбросов, способствует их опусканию и накоплению в приземном слое. Самая высокая повторяемость приземных инверсий приходится на теплый период года. Низкие повторяемости инверсии температуры воздуха приходятся на октябрь и ноябрь.

13. В условиях приподнятых инверсий температуры воздуха ограничивается распространение примесей в вертикальном направлении. Если приподнятая инверсия расположена над источником загрязнения, то она препятствует распространению примесей вверх, при этом увеличивается приземная концентрация примесей. В повторяемости приподнятых инверсий наблюдается обратная картина, в отличие от приземных инверсий температур воздуха. Холодный период года составляет 50-70%. Самая высокая повторяемость приподнятых инверсий наблюдалась в июле 2005 г. - 100%. В теплый период года их вероятность не превышает 20 - 25%.

Список литературы

1. Абанина Е.Н., Зенюкова О.В., Сухова Е.А. Комментарий к Федеральному закону от 10 января 2002 г. №7-ФЗ'Об охране окружающей среде, 2-е издание, переработанное и дополненное. - Система ГАРАНТ, 2007 г.

2. Агроклиматические ресурсы Башкирской АССР. - Л.: Гидрометеоиздат, 1976. - 235 с.

3. Алисов Б.П. Климат СССР. - М.: Изд. МГУ, 1956. - 126 с.

4. Алисов Б.П., Полтараус Б.В. Климатология. - М.: Изд. МГУ, 1974. - 299 с.

5. Атлас Республики Башкортостан. - Омск-Уфа, 2005, - 420 с.173 с.

6. Ашимхиной Т.Я. Экологический мониторинг.М. 2005 - 416 с

7. Багров Н.А. Аналитическое представление последовательности метеорологических полей посредством естественных ортогональных составляющих // Труды ЦИП. - 1959. - Вып.74. - С.3-24.

8. Балков В.А. Водные ресурсы Башкирии. - Уфа: Башк. кн. изд-во, 1978. - 173 с.

9. Безуглая Э.Ю. Метеорологический потенциал и климатические особенности загрязнения воздуха городов - Л.: Гидрометеоиздат, 1980. - 184с.

10. Безуглая Э.Ю., Клинго В.В. О структуре поля концентрации в городском воздухе // Труды ГГО. - 1973. - Вып.293. - С.60 - 67.

11. Безуглая Э.Ю., Клинко В.В. Статистический метод оценки влияния метеорологических условий на содержание примесей в атмосфере // Труды ГГО. - 1974. - Вып.314. - С.152 - 164.

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

13. Безуглая Э.Ю., Горчиев А.А., Разбегаева Е.А. Годовой и суточный ход содержания атмосферных примесей в городских условиях // Труды ГГО. - 1971. - Вып.254. - С.152 - 164.

14. Безуглая Э.Ю., Ивлева Т.П. Формальдегид в атмосфере городов. В Сб. 'Вопросы охраны атмосферы от загрязнения' НПК 'Атмосфера'. №1 СПб., 2003.

15. Вдовин В.И. Об особенностях стратификации нижнего километрового слоя воздуха над Ленинградом по данным вертолётных наблюдений // Труды ГГО. - 1973. - Вып.293. - С. 201 - 208.

16. Гареев А.М. Реки и озера Башкортостана. - Уфа: Китап, 2001. - 260 с.

17. Гареев А.М., Максютов Ф.А. Болота Башкирии. - Уфа: Баш. кн. изд-во, 1986. - 144 с.

18. . Генихович Е.Л., Гущин В.А., Сонькин Л.Р. О возможности прогноза загрязнения воздуха методом распознавания образов // Труды ГГО. - 1973. - Вып.293. - С.21-25.

19. Геология СССР. - М.: Т.13.1964. - 197 с.

20. Горчаковский П.Л., Шурова Е.А. Редкие и исчезающие растения Урала и Приуралья. - М.: Наука, 1982. - 208 с.

21. Государственный доклад 'О состоянии окружающей природной среды Республики Башкортостан' 1997-2007 г. г.

22. Г О С Т 17.2.3.01 - 86. Охрана природы. Атмосфера. Правила контроля качества воздуха населённых пунктов. - М.: Госстандарт, 1993.

23. Данилов-Данильянов В.И. Экологические проблемы: Что происходит, кто виноват и что делать? Журнал 'Эксперт', 2005 №6

24. Жудова П.П. Геоботаническое районирование Башкирской АССР. - Уфа: Башк. кн. изд-во, 1966. - 156 с.

25. Информационный бюллетень за 1998 г. Состояние работ по прогнозу загрязнения воздуха в городах Российской Федерации. - С. - П., 1999.

26. К а п ш и ц к и А. Статистический прогноз среднего загрязнения атмосферы. - Л: Гидрометеоиздат, 1971. - С.82 - 85

27. Методические указания: Регулирование выбросов при неблагоприятных метеорологических условиях. РД 52.04.52 - 85. - Л.: Гидрометеоиздат. 1987. - 52 с.

28. Мещерская А.В., Руховец Л.В., Юдин М.И., Яковлева И.И. Естественные составляющие метеорологических полей. - Л.: Гидрометеоиздат, 1970. - 200 с.

29. Монолова Л., Тенёва М. Результаты изучения запылённости приземной атмосферы по данным содержания пыли в воздухе // Гидрология и метеорология. - 1967. - № 4. - С.45-52.

30. Мрозе Х., Вармбт З. Регистрация содержания сернистого газа на окраине большого города // Метеорологические аспекты загрязнения атмосферы. - Л.: Гидрометеоиздат, 1971. - С.269-280.

31. Научно-прикладной справочник по климату СССР. Сер.3. Части 1-6. Вып.9. Л.: Гидрометеоиздат, 1990. - 556 с.

32. Новиков Ю.В. Экология, окружающая среда и человек. - М, 2007

33. Ожегов Ю.П., Никонорова Е.В. Экологический импульс: проблемы формирования экологической культуры молодежи. - М. 2006

34. Определитель высших растений Башкирской АССР. /Алексеев Ю. Е и др. М.: Наука, 1989. - 375 с.

35. Пановский Г.А., Б р а й е р Г.В. Статистические методы в метеорологии. - Л.: Гидрометеоиздат, 1967. - 242 с.

36. Першина Р.А., Сонькин Л.Р. Возможность прогнозирования загрязнения городского воздуха методом линейного регрессионного анализа // Труды ГГО. - 1987. - Вып.387. - С.47-51.

37. Попов Г.В. Леса Башкирии. - Уфа: Башкнигоиздат, 1980. - 144 с.

38. Постановление правительства РФ № 1410 от 21.12.1999. О создании и ведении Единого государственного фонда данных о состоянии окружающей природной среды, её загрязнения. - М. - 1999.

39. Почвы Башкортостана. Т.1,2. - Уфа: Башк. кн. изд-во, 1998. - 384 с.

40. Развитие мегаполиса: проблемы и перспективы // Аналитический вестник Совета Федерации ФС РФ. №2 (319), 2007

41. Рождественский А.П. Новейшая тектоника и развитие рельефа Южного Приуралья. - М.: Наука, 1971. - 302 с.

42. Розанов Л.Н. История формирования тектонических структур Башкирии и прилегающих областей // Тр. УфНИИ М.: Гостоптехиздат. 1957. Вып.1. - 207 с.

43. Руководство по контролю загрязнения атмосферы. - Л.: Гидрометеоиздат, 1979. - 448 с.

44. Руководство по прогнозу загрязнения воздуха. РД 52.04.306-92. - С. - П.: Гидрометеоиздат, 1993.

45. Сонькин Л.Р. Синоптико-статистический анализ и краткосрочный прогноз загрязнения атмосферы. - Л.: Гидрометеоиздат, 1991. - 223 с.

46. Турикешев Г. Т-Г. Краткий очерк по физической географии окрестностей г. Уфы. - Уфа: БГПУ, 2000-85 с.

47. Физико-географическое районирование Башкирской АССР. Учен. зап. БашГУ. Том XVI. Сер. геогр. № 1. Уфа, 1964. - 210 с.

48. Хайретдинов А.Ф., Хисамов Р.Р., Янбаев Ю.А. Рекреационные леса Башкирии. - Уфа.: БНЦ УрО АН СССР. 1992. - 176 с.

Приложение

Приложение 1

Определение, обозначение, сокращение

ПДЭН - предельно допустимая экологическая нагрузка

ЗРТИ - завод резино-технических изделий

ИЗА - индекс загрязнения атмосферы

ИЗА 5 - сумма выраженных в ПДК среднегодовых концентраций '5' веществ

ТЭК - топливо - энергетический комплекс

НПЗ - нефтеперерабатывающий завод

УЗЭМИК - уфимский завод эластичных материалов и конструкций

ЛОС - летучие органические соединения

НМУ - неблагоприятные метеорологические условия

ПЗА - потенциал загрязнения атмосферы

Параметр Р - показатель фонового загрязнения, представляет собой отношение количества существенно повышенных концентраций (относительно среднего значения) к общему числу измерений в течение дня

Н_{2 -} высота верхней границы приподнятой инверсии

ВЗА - высокое загрязнение атмосферы

ЭУВЗВ - экстремальные уровни высокого загрязнения воздуха

Приложение 2

Годовой ход средней суточной, абсолютных максимальной и минимальной температур воздуха, в°С (по данным 'Научно-прикладной …, 1990).

Приложение 3

Скорость ветра, в м/сек (по Научно-прикладному…, 1990).

Месяц	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X	XI	XII	Год
Средняя	3,3	3,2	3,1	3,1	3,3	2,8	2,4	2,4	2,4	2,8	3,4	3,5	3,1
Максимальная	18	24	20	20	24	24	22	14	20	24	20	24	24