ОГЛЯД СУЧАСНИХ НАУКОВИХ ДОСЛІДЖЕНЬ МЕХАНІЗМІВ ВПЛИВУ МЕТЕОРОЛОГІЧНИХ УМОВ НА ПРОСТОРОВО-ЧАСОВУ ДИНАМІКУ ЗАБРУДНЮВАЛЬНИХ РЕЧОВИН В АТМОСФЕРНОМУ ПОВІТРІ
Анотація
У статті проаналізовано сучасні наукові дослідження, що стосуються впливу метеорологічних характеристик на рівень забруднення атмосферного повітря, і зазначено, що за однакового метеорологічного впливу може спостерігатися різна динаміка вмісту забруднювальних речовин (ЗР). Час перебування домішок в атмосфері різний і залежить як від характеристик самої ЗР, так і від метеорологічних умов. Від цього, у свою чергу, залежать і умови їх виведення із атмосфери. У результаті за наявності численних зв’язків хімічного складу з метеорологічними та кліматичними умовами постійно спостерігається перебіг різноманітних процесів переносу та хімічної трансформації ЗР. Це зумовлює складність аналізу вмісту домішок в атмосферному повітрі та потребує поглиблення знань щодо впливу метеорологічних процесів на рівень забруднення атмосферного повітря. Найбільший внесок в динаміку рівня забруднення атмосферного повітря серед інших метеорологічних параметрів мають вітрові характеристики. Також розглянуто дослідження, які присвячені впливу місцевої циркуляції, температури повітря та температурної стратифікації атмосфери, температурних інверсій, вологості повітря на формування забруднення міст, процеси великомасштабного перенесення забруднення і т.д. У статті здійснено аналіз робіт щодо дослідження мінливості забруднювальних речовин різних часових масштабів, а саме: добових, тижневих, сезонних та міжрічних. Наголошено, що з метою розробки заходів щодо покращення якості атмосферного повітря необхідно визначати рівні його забруднення у конкретному місці, оцінювати негативний вплив та можливі наслідки. Результати моделювання характеристик та динаміки ЗР за різних метеорологічних умов часто не узгоджуються з очікуваними результатами та потребують подальшого вивчення механізмів формування різних рівнів забруднення. Виділено перспективні напрямки досліджень в Україні, а саме: вплив місцевих вітрів на формування загального фонового забруднення міст прибережних територій та розташованих поблизу Карпатських гір; обчислення параметрів, що характеризують ступінь вертикального та горизонтального розсіювання домішок для окремих фізико-географічних зон; планування та експлуатації об’єктів промисловості.
Посилання
2. Баштаннік, М.П., Дворецька, І.В., Онос, Л.М., Савенець, М.В. (2016). Основні засади виділення зон якості атмосферного повітря на території України та їх класифікація згідно з вимогами директив 2004/107/ЄС та 2008/50/ЄС. Наукові праці УкрНДГМІ. Вип. 269 С. 123–137. [Bashtannik, M.P., Dvoretska, I.V., Onos, L.M., Savenets, M.V. (2016). Basic principles of air quality zone’s establishment in Ukraine according to the Directive 2004/107/ EC and 2008/50/EC. Scientific papers of UkrGMI. Vol. 269, P.123-137 (in Ukrainian)].
3. Безуглая, Э.Ю., Берлянд, М.Е. Климатические характеристики условий распространения примесей в атмосферу. Ленинград : Гидрометеоиздат, 1983. 328 с. [Bezuglaya, E.Yu., Berlyand, M.E. (1983). Climatic characteristics of the conditions of impurity propagation in the atmosphere: reference book]. Leningrad, Gidrometeoizdat Publ., 328 p. (in Russian)].
4. Бургаз, О.А., Гарабажій, Т.А. (2012) Забруднення атмосфери над територією Європи формальдегідом. Український гідрометеорологічний журнал. № 10. C. 20–27. [Burgaz, A., Garabagii, T. Contamination of atmosphere above European territory by formaldehyde. Ukrainian Hydrometeorological Journal. Vol. 10. 20–27].
5. Внуков, А.К. (1992). Защита атмосферы от выбросов энергообъектов. Москва: Эгергоатомиз- дат. 176 с. [Vnukov, A. (1992). Sewn up the atmospheres from emissions of power facilities. Moscow:, Energoatomizdat. 176 p. (in Russian)].
6. Дворецька, І.В., Савенець, М.В., Савченко, В.М. (2014). Основні характеристики сезон- ноширотного розподілу діоксиду азоту над територією України за даними наземних та супутникових спостережень. Фізична географія та геоморфологія. № 4(76). С. 81–85. [Dvoretska, І., Savenets, М., Savchenko, V. (2014). The main characteristics of nitrogen dioxide seasonal-latitude’s distribution over the territory of Ukraine by ground-based and satellite measurements data. Physical geography and geomorphology. Vol. 4(76), 81–85 (in Ukrainian)].
7. Ивус, Г.П., Хоменко, Г.В., Семергей-Чумаченко, А.Б., Гурская, Л.М. (2012). Метеорологические и синоптические условия загрязнения атмосферного воздуха города Одеса. Український гід рометеорологічний журнал. 2012. № 10. С. 28–35. [Ivus, G., Homenko, G., Semergei-Chumachenko, A., Gurscaia, L. (2012). Meteorological and synoptic conditions of atmospheric air pollution in Odessa city. Ukrainian Hydrometeorological Journal. Vol. 10, Р. 28–35 (in Ukrainian)].
8. Кіптенко, Є.М., Козленко, Т.В. (2007). Вплив метеорологічних умов забруднення повітря у промислових містах України. Гідрологія, гідрохімія і гідро екологія. 2007. № 13. С. 208−216. [Kiptenko, E., Kozlenko, T. (2007). Influence of meteorological conditions of air pollution in industrial cities of Ukraine. Hidrolohiiа, hidrokhimiiа i hidroekolohiiа. Vol. 3. P 208-216. (in Ukrainian)].
9. Клімат України / За редакцією Ліпін- ського, В.М., Дячука, В.А., Бабіченко, В.М. (2003). Київ, 2003. 343 с. [Climate of Ukraine. Lipinsky, V. M., Dyachuk, V. A., Babichenko, V. M.. (2003). Kyiv. 343 р. (in Ukrainian)].
10. Лоєва, І.Д., Владимирова, О.Г., Верлан, В.А. (2008). Оцінка стану забруднення атмосферного повітря великого міста: методи аналізу, прогнозу, регулювання. Монографія. Київ : КНТ, 220 с. [Loyeva, I.D., Vladymyrova, O.G., Verlan, V.A. (2008). Estimation of the state of air atmosphere pollution of the big city (methods of analysis, forecast, regulations). К., 220 p. (in Ukrainian)].
11. Сніжко, С.І., Шевченко, О.Г. (2011). Урбо-метеорологічні аспекти забруднення атмосферного повітря великого міста. Київ, Обрії, 2011. 297 с. [Snizhko, S.I., Shevchenko, O.H. (2011). Meteorological aspects of air pollution of urban areas. Kyiv. 297 p. (in Ukrainian)].
12. Суркова, Г.В. Химия атмосферы. Москва : Изд-во Моск. ун-та, 2002. 210 с. [Surkova, G.V. (2002). Chemistry of the atmosphere. Moscow: Мoscow University Press, 210 p. (in Russian)].
13. Турос, О.І., Петросян, А.А., Ананьєва, О.В., Картавцев, О.М., Загородній, В.В. Порівняльний аналіз ризику для здоров’я населення від викидів промислових підприємств різних галузей народно-господарської діяльності. ENVIRONMENT, HEALTH. 2012. № 4. С. 34–38. [Turos, O.I., Petrosian, A.A., Ananyeva, O.V., Kartavtsev, O.M., Zagorodny, V.V. (2012) Сomparative analysis of health risks related to emissions of industrial enterprises of differetn types. ENVIRONMENT, HEALTH № 4. С. 34–38 (in Ukrainian)].
14. Шевченко, О.Г., Cніжко, С.І. Вплив напрямку та швидкості вітру на рівень забруднення атмосферного повітря міста Києва. Український гідрометеорологічний журнал. 2008. № 3. С. 33–38. [Shevchenko, O., Snizhko, S. (2008). The influence of wind direction and wind speed on the atmosphere pollution level in Kiev city. Ukrainian Hydrometeorological Journal. Vol. 3. P. 33–38 (in Ukrainian)].
15. Аbbot, Dorian S., Paul I. Palmer, Randall V. Martin et al. (2003). «Seasonal and Interannual Variability of North American Isoprene Emissions as Determined by Formaldehyde Column Measurements from Space». Geophys. Res. Lett. 30(17). p.1886, DOI: 10.1029/2003gl017336 (дата звернення: 05.04.2020).
16. Akimoto, H. Atmospheric Reaction Chemistry. Asakura Publishing, Springer. 2016. 448 p.
17. Andersson, C., Langner, J., Bergstroumm, R. (2007a). Interannual variation and trends in air pollution over Europe due to climate variability during 1958–2001 simulated with a regional CTM coupled to the ERA40 reanalysis, Tellus B: Chemical and Physical Meteorology, 59:1, 77–98 p.
18. Andersson, C., Langner, J. (2007b). Inter-annual variations of ozone and nitrogen dioxide over Europe during 1958–2003 simulated with a regional CTM. Water, Air, and Soil Pollution: Focus 7, 15–23 p. DOI: 10.1007/s11267-006-9088-4 (дата звернення: 05.04.2020).
19. Baklanov, A., Mahura, A., Sokhi, R. (2011). Integrated Systems of Meso-Meteorological and Chemical Transport Models. Springer-Verlag Berlin Heidelberg. 260 p.
20. Baklanov, A., Grimmond, S., Mahura, A., Athanassiadou, M. (2009). Meteorological and Air Quality Models for Urban Areas. Springer-Verlag Berlin Heidelberg. 181 p.
21. Cerveny, R., Balling, R. (1998). Weekly cycles of air pollutants, precipitation and tropical cyclones in the coastal NW Atlantic region. Nature, 394(6693),561-563. DOI: 10.1038/29043 (дата звернення: 05.04.2020).
22. Directive 2008/50/EC of the European Parliament and of the Council of 21 May 2008 on ambient air quality and cleaner air for Europe. Official Journal of the European Union, L 152/1.
23. Directive 2004/107/EC of the European Parliament and of the Council of 15 December 2004 relating to arsenic, cadmium, mercury, nickel and polycyclic aromatic hydrocarbons in ambient air. Official Journal of the European Union, L 23/3.
24. Fujita, E.M., Campbell, D.E., Zielinska, B. et al. (2003). Diurnal and weekday variations in the source contributions of ozone precursors in California’s South Coast Air Basin. J. Air Waste Manage. Assoc. 53:844– 863. DOI: 10.1080/10473289.2003.10466226 (дата звернення: 05.04.2020).
25. Hagenbjork, A., Malmqvist, E., Mattisson, K., et al. (2017). The spatial variation of O3, NO, NO2 and NOx and the relation between them in two Swedish cities. In Environ. Monit. Assess. 189(4). 161 р.
26. Hakan, P., Grundström, M., Karlsson, G. Pihl et al. (2016). A method to assess the interannual weather-dependent variability in air pollution concentration and deposition based on weather typing. Atmospheric Environment. Volume 126, pp. 200-210. DOI: 10.1016/j.atmosenv.2015.11.05 (дата звернення: 05.04.2020).
27. Heuss, J. M., Kahlbaum, D.F., Wolff, G.T. (2003). Weekday/weekend ozone differences: What can we learn from them? J. Air Waste Manage. Assoc. 53:772–788. DOI: 10.1080/10473289.2003.10466227 (дата звернення: 05.04.2020).
28. Hou, P., Wu, S. (2016). Long-term Changes in Extreme Air Pollution Meteorology and the Implications for Air Quality. Sci. Rep. 6, 23792. DOI: 10.1038/srep23792 (дата звернення: 05.04.2020).
29. Jacobson, M. (2002). Atmospheric pollution. History, science and regulation. New York : Cambridge University Press, 2002. 412 p.
30. Kandlikar, M. (2007). Air pollution at a hotspot location in Delhi: detecting trends, seasonal cycles and oscillations. Atmospheric Environment, 41, 5934–5947.
31. Khokhar, M., et al. (2015). Detection of Trends and Seasonal Variation in Tropospheric Nitrogen Dioxide over Pakistan. In Aerosol and Air Quality Research, 15, pp. 2508–2524.
32. Koike, M., Jones, N.B., Palmer, P.I. et al. (2006) Seasonal variation of carbon monoxide in northern Japan: Fourier transform IR measurements and source-labeled model calculations. JGR: Atmospheres.Volume 111, Issue D15. DOI: 10.1029/2005JD006643 (дата звернення: 05.04.2020).
33. Lazaridis, M. (2011). First Principles of Meteorology and Air Pollution. Springer Science + Business Media P.V. 373 p.
34. Leuchner, M., Ghasemifard, H., Lüpke, M. et al. (2016). Seasonal and Diurnal Variations of Formaldehyde and its Meteorological Drivers at the GAW Site Zugspitze. Aerosol and Air Quality Research. 16, pp. 801–815.
35. Leung, D. M., Tai, Amos P. K., Mickley, L. J. et al. (2018). Synoptic meteorological modes of variability for fine particulate matter (PM2.5) air quality in major metropolitan regions of China. Atmos. Chem. Phys., 18, 6733–6748, https://doi.org/10.5194/acp-18- 6733-2018 (дата звернення: 05.04.2020).
36. Lin, J., Pan, D., Zhang, X. (2013). Trend and Interannual Variability of Chinese Air Pollution since 2000. Atmospheric and Oceanic Science Letters. Volume 6, Issue 2, pp. 84–89.
37. Liss, P.S., Johnson, M.T. (2014) Ocean- Atmosphere Interaction of Gases and Particles. Springer Heidelberg. 366 p.
38. Liu, J., Mauzerall, D., Horowitz, L. (2005). Analysis of seasonal and interannual variability in transpacific transport. Journal of Geophysical Research, Vol. 110, D04302.
39. Liu, Z.R., Hu, B., Wang, L.L et al. (2015).: Seasonal and diurnal variation in particulate matter (PM10 and PM2.5) at an urban site of Beijing: analyses from a 9-year study, Environ. Sci. Pollut. Res., 22, Р. 627–642, https://doi.org/10.1007/s11356-014-3347-0 (дата звернення: 05.04.2020).
40. Marr, L.C., Harley, R.A. (2002). Spectral analysis of weekday-weekend differences in ambient ozone, nitrogen oxide, and non-methane hydrocarbon time series in California. Atmos. Environ. 36:2327– 2335. DOI: 10.1016/S1352-2310(02)00188-7 (дата звернення: 05.04.2020).
41. Martin, M. Val., Honrath, R. E., Owen, R. C. et al. (2008). Seasonal variations of nitrogen oxides in the central North Atlantic lower free troposphere. In Journal of Geophysical Research JGR: Atmospheres, 113, D17307, DOI: 10.1029/2007JD009688 (дата звернення: 05.04.2020).
42. Moller, D. (2010). Chemistry of the Climate System. Walter de Gruyter GmbH & Co, Berlin. 741 p.
43. Mulla, E.F., Totoni, R., Prifti, L. (2013). Seasonal variation of NO2 and SO2 concentrations in Tirana’s Air. In J. Int. Environmental Application & Science, Vol. 8. Р. 272-279.
44. Padmakumari, B., Maheskumar, R.S., Morwal, S.B. et al. (2013) Aircraft observations of elevated pollution layers near the foothills of the Himalayas during CAIPEEX-2009. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society. Vol. 139, pp. 625–638.
45. Pawar, V.S., Domkawale, M.A., Pawar, S.D. et al. (2017). Inter annual variability of tropospheric NO2 and tropospheric ozone over Maharashtra (India): the role of lightning. Remote Sensing Letters. Vol. 8, 2017, Issue 11, pp. 1015–1024.
46. Schiferl, L.D, Heald, C.L., Damme, M.V. et al. (2016). Interannual variability of ammonia concentrations over the United States: Sources and implications. Atmospheric Chemistry and Physics. Vol. 16 (18), pp. 12305-12328.
47. Scorer, R.S. (2002). Air pollution meteorology. Woodheаd Publishing. 153 p.
48. Sebald, L., Treffeisen, R., Reimer, E. et al. (2000). Spectral analysis of air pollutants. Part 2: ozone time series, Atmos. Environ., 34, 3503–3509.
49. Seinfeld, J.H., Pandis, S.N. (2006) Atmospheric Chemistry and Physics: From Air Pollution to Climate Change. 2nd Edition, John Wiley & Sons, New York.
50. Seinfeld, J.H., Pandis, S.N. (2016) Atmospheric Chemistry and Physics: From Air Pollution to climate Change, 3rd Edition, New York: Whiley, 1152 p.
51. Shaharuddin, M., Zaharim, A., Jailani, M. et al. (2008) Application of wavelet transform on airborne suspended particulate matter and meteorological temporal variations/ Wseas Transactions on Environment and Development. Issue № 2, Volume 4, February 2008, 89-98.
52. Tchepel, O., Borrego, C. (2010). Frequency analysis of air quality time series for traffic related pollutants. Journal of environmental monitoring : JEM. 12. 544-550. DOI: 10.1039/b913797a (дата звернення: 05.04.2020).
53. Te, Y., Jeseck, P., Franco, B. et al. (2016). Seasonal variability of surface and column carbon monoxide over the megacity Paris, high-altitude Jungfraujoch and Southern Hemispheric Wollongong stations. Atmos. Chem. Phys., Vol.16 (17), 10911–10925. DOI: 10.5194/acp-16-10911-2016 (дата звернення: 05.04.2020).
54. Wang, L. Xu, J., Yang, J. et al. (2012). Understanding haze pollution over the southern Hebei area of China using the CMAQ model. Atmospheric Environment 56, 69–79.
55. Zeri, M., Oliveira-Junior, J.F. Lyra, G.B. (2011). Spatiotemporal analysis of particulate matter, sulfur dioxide and carbon monoxide concentrations over the city of Rio de Janeiro, Brazil, Meteorol. Atmos. Phys. 113 (2011) 139– 152. DOI: 10.1007/s00703- 011-0153-9 (дата звернення: 05.04.2020).
56. Zhang, Y. L., Cao, F. (2015). Fine particulate matter (PM2.5) in China at a city level, Sci. Rep., 5, 1–11. DOI: 10.1038/srep14884 (дата звернення: 05.04.2020).