Том 16, номер 07, статья № 16

Старченко А. В., Беликов Д. А. Численная модель для оперативного контроля уровня загрязнения городского воздуха. // Оптика атмосферы и океана. 2003. Т. 16. № 07. С. 657-665.    PDF
Скопировать ссылку в буфер обмена

Аннотация:

Для осуществления оперативного контроля загрязнения воздуха в черте города предлагается математическая модель, опирающаяся на данные наблюдений за изменением метеорологической обстановки. Расчет элементов городской погоды выполняется с использованием одномерной нестационарной модели атмосферного пограничного слоя. Высокая степень достоверности результатов предсказания метеорологии достигается благодаря учету математической моделью данных измерений метеорологических параметров (направление, скорость ветра, температура и влажность воздуха) как вблизи поверхности, так и по высоте пограничного слоя. Модель рассчитывает подробную картину вертикального распределения компонентов горизонтального ветра, турбулентных характеристик, что весьма важно при моделировании распределения загрязнителей в приземном слое воздуха.
Расчет распространения примеси в воздушном бассейне над городом проводится на основе пространственных уравнений переноса для концентраций выбранных в исследовании вредных веществ. В качестве источников поступления загрязнителей воздуха рассматриваются трубы промышленных предприятий и предприятий теплоэнергетики (точечные источники), потоки автотранспорта по сети городских автодорог (линейные источники) и предприятия с множественными выбросами вредных веществ (площадные источники).
Задача решается численно с использованием метода конечного объема при дискретизации дифференциальных уравнений, методов факторизации для решения разреженных систем линейных алгебраических уравнений. Для ускорения получения результатов расчетов применяются многопроцессорные вычислительные установки ТГУ и ИОА СО РАН. Параллельный вычислительный алгоритм решения задачи опирается на принцип декомпозиции расчетной области. Предложенная модель применяется для численной детализации экологической ситуации в г. Томске для некоторых дат 2000 г. Результаты сравнения расчетов и измерений позволяют говорить о применимости предложенного подхода, основным преимуществом которого является высокая оперативность получения детальной картины распределения загрязнителей над районами города.

Список литературы:

1. Fast J.D., O'Steen B., Lance and Addis Robert P. Advanced Atmospheric Modeling for Emergency Response // J. Appl. Meteorol. 1995. V. 34. P. 626-649.
2. Старченко А.В., Беликов Д.А., Есаулов А.О. Численное исследование влияния метеорологических параметров на качество воздуха в городе // Материалы конференции ENVIROMIS2002. Томск: Изд-во ЦНТИ, 2002. С. 142-151.
3. Берлянд М.Е. Прогноз и регулирование загрязнений атмосферы. Л.: Гидрометиздат, 1985. 448 с.
4. Irwin J.S. A theoretical variation of the wind profile power law exponent at as a function of surface roughness and stability // Atmos. Environ. 1979. V. 13. P. 191-194.
5. McNider R.T., Moran M.D. and Pielke R.A. Influence of diurnal and inertial boundary-layer oscillation on long-range dispersion //Atmos. Environ. 1988. V. 22. P. 2445-2462.
6. Satyanarayana A.N.V., Lykossov V.N. and Mohanty U.C. A Study of Atmospheric Boundary Layer Characteristics at Anand, India Using LCP Experimental Data Sets // Boundary-Layer Meteorol. 2000. V. 96. P. 393-419.
7. Sherman C.A. A Mass-Consistent Model for Wind Fields over Complex Terrain // J. Appl. Meteorol. 1978. V. 17. P. 312-319.
8. Старченко А.В. Моделирование переноса примеси в однородном атмосферном пограничном слое // Материалы конференции ENVIROMIS. Томск, 2000. С. 77-82.
9. Kunz R., Moussiopoulos N. Simulation of the Wind Field in Athens Using Refined Boundary Conditions // Atmos. Environ. 1995. V. 29. P. 3375-3391.
10. Hurley P.J. The Air Pollution Model (TAPM) Version 1: Technical Description and Examples // CSIRO Atmospheric Research Technical Paper N 43. Aspen dale: CSIRO. 1999. 39 p.
11. Шнайдман В.А., Бродская Н.С., Лосев В.М. Расчет характеристик пограничного слоя по данным аэросиноптической сети станций в районе г. Москвы // Тр. Гидрометцентра СССР. 1981. Вып. 238. С. 64-74.
12. http://meteo.infospace.ru
13. Самарский А.А., Николаев Е.С. Методы решения сеточных уравнений. М.: Наука, 1978. 590 с.
14. Van Leer B. Towards the ultimate conservative difference scheme. II. Monotonicity and conservation combined in a second order scheme // J. Comput. Phys. 1974. V. 14. P. 361-370.
15. Старченко А.В., Есаулов А.О. Параллельные вычисления на многопроцессорных вычислительных системах. Томск: Изд-во Том. ун-та, 2002. 56 с.
16. Беликов Д.А., Старченко А.В. Исследование влияния параметров атмосферы на перенос и рассеяние примеси // Тезисы IX Рабочей группы "Аэрозоли Сибири". Томск, 26-29 ноября 2002. С. 46.
17. Starchenko A.V. and Karyakin A.S. Simulation of Turbulent Transport During 24-hour Evolution of the Atmospheric Boundary Layer // Proc. SPIE. 2000. V. 4341. P. 626-633.