Введение к работе
Актуальность темы. В связи с бурным развитием промышленности во всем мире проблема охраны окружающей среды становится все более актуальной. Добыча полезных ископаемых в огромных количествах, развитие сети промышленных объектов и разного рода электростанций, с учетом все увеличивающихся количеств выбросов в атмосферу вредных веществ и риска различных экологических катастроф, приводят к непоправимым последствиям, связанным с нарушением экологических систем. Изменяется тепловой баланс планеты, многие почвы, лесные массивы и водные бассейны подвергаются вредным воздействиям, вызванным как антропогенными, так и естественными факторами. Очень важным прк этом является изучение процесса загрязнения окружающей среды выбросами от промышленных предприятий и оценка воздействий на окружающую среду. Сама по себе эта проблема очень сложна, требующая комплексного учета множества разных факторов: физических, химических, биологических, социально-экономических и пр. Поэтому для успешного решения конкретных экологических задач (вычисление концентраций вредных примесей в данном регионе, выработка оптимальных стратегий сокращения их выбросов, оптимальное размещение предприятий и регулирование их мощностей, и т.д.) необходимо разработать комплексные модели, способные количественно и качественно адекватно описать сложные экологические процессы.
Математическое моделирование процессов, протекающих в окружающей среде, является мощным инструментом для количественной оценки изменения характеристик окружающей среды под воздействием различных антропогенных факторов. При этом в моделях необходимо включить не только физические, но и химические, агрофизические, демографические и другие методы контроля окружающей среды. Все эти данные для конкретных регионов могут отличаться, и поэтому каждая конкретная задача требует учета своей специфики, часто усложняющей построение, проверку и применение моделей.
В настоящее время применению математического моделирования в задачах окружающей среды уделяется большое внимание. Они позволяют получить оценки возмущений параметров, характеризующих изменения состояния окружающей среды под влиянием антропогенных и природных факторов. Так-как проведение реальных экспериментов в природной среде или слишком дорого обходится или попросту невозможно, а иногда их реализация может привести к необратимым последствиям для окружающей среды, то использование техники математического моделирования оказывается очень удобным и эффективным средством при решения практических задач. Проведение численных экспериментов и анализ их результатов позволяют в той или иной степени правдоподобно оценить возможные последствия конкретных воздействий на окружающую среду и получить оптимальные решения поставленных задач как в экономическом, тах и экологическом смыслах. Следовательно, успешное решение упомянутых задач должно сочетать экспериментальные исследования с методами математического моделирования.
Цель работы. Целью настоящей работы является разработка комплексной математической модели переноса и диффузии многокомпонентной примеси с учетом различных физико-химических процессов на фоне атмосферной циркуляции. В данной работе рассматривается часть этой комплексной модели, включающей динамику ме-зомасштабных атмосферных процессов, перенос и диффузию фотохимически трансформирующихся газовых примесей (фотохимическое окисление метана и бутана, влияние биогенных летучих органических соединений на вторичное загрязнение атмосферы) и перенос коагулирующего аэрозоля в индустриальном регионе. Кроме того, рассматриваются вопросы, связанные с глобальным переносом стойких органических веществ в Северном полушарии, а также оценкой функции чувствительности отдельных регионов к загрязнению с использованием аппарата сопряженных функций.
Научном новизна. Построена совместная модель гидротермодинамики мезомасштабных атмосферных процессов в негидростати-ческом приближении и переноса трансформирующихся примесей при
наличии орографических и термических неоднородностей подстилающей поверхности. Коэффициенты вертикального турбулентного обмена определяются с помощью вязких напряжений Рейнольдса, а также с использованием уравнений для баланса энергии турбулентности и скорости диссипации.
Построена новая усовершенствованная модель описания трансформации примесей за счет химических и фотохимических реакций в нижней тропосфере с использованием данных выбросов, характерных для промышленных регионов. Базовая фотохимическая модель дополнена новыми блоками, учитывающими летучие органические вещества.
Построена численная модель глобального переноса стойких органических веществ в Северном полушарии с учетом ряда физических механизмов, ответственных за его эволюцию в окружающей среде.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на семинарах в Институте физической химии им. Карпова, Институте физики атмосферы РАН, НПО "Тайфун" (Институте экспериментальной метеорологии), а также на следующих научных конференциях: І, Ш, IV Международной аэрозольной конференции (Москва, 1994,1996; Санкт-Петербург, 1998); II Сибирском конгрессе по прикладной и индустриальной математике (Новосибирск, 1996); IV международной конференции по гармонизации моделирования распространения атмосферных примесей в регуляторних целях (Оостенде, Бельгия, 1996); IV международной конференции по химической кинетике (Гетизбург, США, 1997); IV конференции "Изменчивость и предсказуемость атмосферной и океанической циркуляции" (Москва, 1998); I и III Европейской аэрозольной конференции (Гамбург, Германия, 1997; Прага, Чехия, 1999).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 работ.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы и приложения; содержит 130 страниц и 38 рисунков. Список литературы состоит из 184 наименований.
