Загрязнение атмосферного воздуха урбанизированных территорий остается одной из наиболее актуальных проблем гигиены и во многом определяет состояние здоровья городского населения [1, 2, 3]. Метеорологические условия могут на 30–50 % определять концентрацию загрязняющего вещества в атмосферном воздухе, поэтому при разработке профилактических мероприятий, направленных на сохранение здоровья населения, должны учитываться не только источники выбросов, качественный и количественный состав загрязняющих атмосферный воздух веществ, но погодно-климатические особенности, влияющие на уровень загрязнения атмосферы городской территории [4]. При этом одной из причин кратковременного повышения концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе могут быть неблагоприятные метеорологические условия [5].
Цель исследования: определение неблагоприятных направлений и скоростей ветра, при которых создаются наиболее высокие уровни загрязнения атмосферного воздуха изучаемых районов.
Материалы и методы исследования
Были проанализированы результаты мониторинга качества атмосферного воздуха по данным двух стационарных постов наблюдения, расположенных в северо-западной и юго-востоной частях г. Рязани (соответственно Пост № 1 и Пост № 2). Посты представляют собой автоматические станции контроля атмосферного воздуха – «Комплекс измерительный «СКАТ» с метеокомплексом» и предназначены для оперативного контроля качества атмосферы населенных пунктов. Анализ влияния направления и скорости ветра проводился по содержанию в атмосферном воздухе оксида углерода и диоксида азота отдельно для холодного и теплого периодов года методом многофакторного дисперсионного анализа.
Результаты исследования и их обсуждение
По данным первого и второго постов наблюдений, средние концентрации оксида углерода в атмосферном воздухе при большинстве направлений ветра были выше, чем в теплый (рис. 1). Для первого поста исключение составляют восточное, северное и северо-западное направления ветра, при которых концентрации оксида углерода в атмосферном воздухе имели близкие значения в холодный и теплый периоды года (р < 0,01).
В теплый период года в районе первого поста наибольшая средняя концентрация оксида углерода в атмосферном воздухе была характерна для северного направления ветра, при этом она составила 0,421 мг/м3 и существенно превышала концентрации при других направлениях ветра (р < 0,01).
Для второго поста в теплый период года критическим направлением ветра, обусловливающим наиболее высокие конценрации СО в атмосферном воздухе, следует считать северо-западное, при этом средняя концентрация оксида углерода в атмосферном воздухе составила 0,448 мг/м3 и была существенно выше, чем при прочих направлениях ветра (р < 0,01).
Рис. 1. Среднее содержание СО в атмосферном воздухе в зависимости от направления ветра в теплый и холодный периоды года, в мг/м3
Картографический анализ показал (рис. 2), что высокое содержание СО в атмосферном воздухе, по данным первого поста, в теплый период года при северном ветре, скорее всего, обусловлено расположенной в трехстах метрах к северу котельной «Перинатального центра», имеющей круглогодичный цикл работы.
Рис. 2. Схема г. Рязани с указанием расположения стационарных постов контроля качества атмосферного воздуха и приоритетных стационарных источников его загрязнения
По данным второго поста, высокие средние концентрации СО при северо-западном направлении ветра, скорее всего, обусловлены выбросами автотранспорта центральной части города, так как значимые стационарные источники загрязнения атмосферного воздуха в данном направлении отсутствуют.
В холодный период года, по данным первого поста, значения средних концентраций СО в атмосферном воздухе при северном и юго-восточном направлениях ветра составляли соответственно 0,439 и 0,436 мг/м3 и были существенно выше, чем при восточном направлении ветра, при котором концентрация составила 0,302 мг/м3 (р < 0,01). Следует отметить, что более высокие средние уровни загрязнения атмосферного воздуха СО при юго-восточном ветре могут быть обусловлены стационарными и передвижными источниками микрорайона Канищево, центра города, северной окружной дорогой, а также такими стационарными источниками загрязнения атмосферного воздуха как «Рязанский завод по обработке и производству цветных металлов», комбинат «Сплав», заводы «Техно», «Гардиан Стекло Рязань», «Новорязанская ТЭЦ, «Рязанская нефтеперерабатывающая компания».
В холодный период года в районе расположения второго поста можно выделить три неблагоприятных направления ветра, формирующих наибольшие значения средних концентраций оксида углерода в атмосферном воздухе – это западное (0,541 мг/м3), северо-восточное (0,565 мг/м3) и северо-западное (0,532 мг/м3), при восточном, южном, юго-восточном и юго-западном направлениях ветра концентрации оксида углерода были ниже и колебались в от 0,323 до 0,421 мг/м3 (р < 0,01). Содержание оксида углерода в воздухе, превышающее ПДКм. р. регистрировалось только при юго-восточном направлении ветра, при этом доля таких проб составила всего лишь 0,095 %.
Картографический анализ показал, что высокие концентрации оксида углерода на втором посту в холодный период года при западном и северо-западном ветрах могут быть обусловлены стационарными и передвижными источниками микрорайонов «Городская роща», «Центр города», участками окружной дороги, Михайловского шоссе, Московским шоссе и Северной окружной дорогой. Высокие концентрации СО при северо-восточном направлении ветра, по-видимому, обусловлены передвижными источниками, так как в данном направлении отсутствуют значимые стационарные источники загрязнения атмосферного воздуха и проходит Солотченское шоссе, характеризующееся интенсивным движением и обеспечивающее основной транзитный поток автотранспорта в сторону г. Владимира. Однако все нестандартные пробы воздуха по содержанию оксида углерода были получены при юго-восточном направлении ветра, что может быть обусловлено влиянием стационарных источников южного промышленного узла (комбинат «Сплав» и завод «Техно»).
Результаты изучения влияния скорости ветра на содержание оксида углерода в атмосферном воздухе в разные периоды года представлены на рис. 3. В теплый и холодный периоды года, по данным обоих постов, среднее содержание оксида углерода в атмосферном воздухе снижается с увеличением подвижности воздуха. При этом в районах первого и второго постов средние концентрации СО в атмосферном воздухе в холодный период года превышали таковые в теплый (р < 0,05).
Рис. 3. Среднее содержание СО в атмосферном воздухе в зависимости от скорости ветра в теплый и холодный периоды года, в мг/м3
В теплый и холодный периоды года наибольшие концентрации оксида углерода, по данным обоих постов, формируются при скорости ветра от 0 до 1 м/с. Однако пробы воздуха, концентрация оксида углерода в которых превышала ПДКм.р., регистрировались только по данным второго поста, в холодный период года, при скорости ветра от 1 до 3-х м/с, а их удельный вес составил 0,028 %.
Влияние направления ветра на формирование загрязнения атмосферного воздуха диоксидом азота, по данным стационарных постов наблюдения, представлено на рис. 4.
Рис. 4. Среднее содержание NO2 в атмосферном воздухе при разных направлениях ветра в теплый и холодный периоды года
По данным мониторинга первого и второго постов, средние концентрации NO2 в холодный период года при всех направлениях ветра были выше, чем в теплый за исключением восточного и северо-западного направлений ветра на территории второго поста, при которых концентрации диоксида азота не имели существенных отличий в теплый и холодный периоды года (р < 0,01). По данным первого поста, в теплый период года наибольшая средняя концентрация диоксида азота в атмосферном воздухе регистрировалась при южном направлении ветра и составляла 0,029 мг/м3 и превышала концентрации при других направлениях ветра (р < 0,01).
Результаты мониторинга качества атмосферного воздуха в теплый период года на втором посту показали, что наибольшие средние концентрации диоксида азота на территории формировались при северо-западном направлении ветра и составили 0,036 мг/м3, что было существенно выше, чем при ветрах других направлений (р < 0,01).
В холодный период года, по данным первого поста, средняя концентрация диоксида азота в атмосферном воздухе при юго-западном направлении ветра составляла 0,042 мг/м3 и была существенно выше таковых при восточном, северо-восточном и северо-западном направлениях ветра (р < 0,01).
По данным второго поста, наибольшие концентрации диоксида азота в атмосферном воздухе в холодный период года определялись при западном направлении ветра, а средняя концентрация составляла 0,045 мг/м3, что значительно выше концентраций при ветрах других направлений (р < 0,01). Высокие средние концентрации диоксида азота отмечались также при юго-восточном и северо-западном направлениях ветра, однако они были несколько ниже и составили 0,041 и 0,039 мг/м3 соответственно, но превышали концентрации при ветрах восточного, северо-восточного, южного и юго-западного направлений (р < 0,01).
Картографический анализ показал, что на юге и юго-западе от первого поста, а также на северо-западе и западе от второго поста отсутствуют значимые стационарные источники загрязнения атмосферного воздуха. Следовательно, можно предположить, что высокие средние концентрации диоксида азота в атмосферном воздухе, регистрируемые при вышеназванных направлениях ветра, могут быть обусловлены выбросами автомобильного транспорта.
По данным обоих постов, средние концентрации диоксида азота в атмосферном воздухе в холодный период года при всех градациях скорости ветра были выше аналогичных показателей в теплый период года (рис. 5).
Наибольшие средние концентрации диоксида азота в атмосферном воздухе, по данным первого и второго постов, формировались при скорости ветра 0–1 м/с и составляли в теплый период года соответственно 0,027 и 0,03 мг/м3, а в холодный – 0,05 и 0,047 мг/м3 (р < 0,01).
Рис. 5. Среднее содержание NO2 в атмосферном воздухе при разных скоростях ветра в теплый и холодный периоды года
При скорости ветра 1–3 м/с среднее содержание NO2 в атмосферном воздухе в теплый период в районе расположения второго поста составляло 0,02 мг/м3 и было значительно выше, чем на территории первого поста наблюдения (р < 0,01). При прочих значениях подвижности воздуха в теплый и холодный периоды года средние концентрации диоксида азота в атмосферном воздухе по данным обоих постов имели близкие значения.
Заключение
Исследование показало, что концентрации оксида углерода в атмосферном воздухе, превышающие ПДКм.р., регистрировались только по данным второго поста, в холодное время года, при юго-восточном ветре силой от 1 до 3-х м/с. Наибольшие средние уровни загрязнения атмосферного воздуха диоксидом азота в теплый период года в районе расположения первого и второго постов наблюдались соответственно при южном и северо-западном направлениях ветра, тогда как в холодный период года – при юго-западном и западном при скорости ветра меньше одного метра в секунду.
Картографический анализ показал, что на юге и юго-западе от первого поста, а также на северо-западе, северо-востоке и западе от второго поста отсутствуют значимые стационарные источники загрязнения атмосферного воздуха, поэтому высокие уровни загрязнения атмосферного воздуха могут быть обусловлены выбросами автомобильного транспорта.
Рецензенты:
Попов В.И., д.м.н., профессор, заведующий кафедрой общей гигиены, ГБОУ ВПО ВГМА им. Н.Н. Бурденко, г. Воронеж;
Гревцова Е.А., д.м.н., профессор кафедры охраны здоровья и безопасности жизнедеятельности, ГБОУ ВПО РГУ имени С.А. Есенина, г. Рязань.
Работа поступила в редакцию 16.05.2013.