24.09.2010 г.

  На главную раздела "Научные работы"


 

Э.Ю.Безуглая, И.А. Воробьева, М.В.Полуэктова

 

1. Зависимость КТ от концентрации оксида азота

 

В монографии Seinfeld T, H.,Pandis S.N., (1997) по химии атмосферы озон рассматривается как главный продукт, связанный при реакциях с оксидами азота, которые  также играют важную роль в формировании уровней загрязнения атмосферы.  Поэтому начнем с основных реакций, описывающих образование О3 в результате фотолиза NO2 в нижней тропосфере, что возможно при длине волны менее 424 nm.

 

 NO2 + hν → NO + O                                                                                   (1)

 

O + O2 + M→ O3  + M                                                                                 (2)

 

Здесь М представляет некую молекулу.

Как известно, озон реагирует с оксидом азота, что приводит к образованию диоксида азота.

 

O3 + NO NO2 + O2                                                                                 (3)

 

С другой стороны, сами оксиды азота связаны между собой посредством коэффициента трансформации оксида азота в диоксид азота (КТ).

 

КТ = NO2/ NOх,                                                                                          (4)

 

где NOх = NO2 + NO

 

Методика расчета КТ изложена  в книге Э.Ю. Безуглой и И.В.Смирновой (2008). Там же приведены сведения о зависимости КТ от многих факторов. Характеристика его как показателя химической активности атмосферы дана в статье Э.Ю.Безуглой и др. (2009).

Рассмотрим связь между концентрацией оксида азота и величиной КТ. Для этого были выполнены модельные расчеты значений КТ при заданных  концентрациях NO2 и  NO, соответствующих реально наблюдаемым концентраций этих веществ в атмосфере городов.

Значения КТ рассчитывались при концентрациях  диоксида азота в диапазонах от 10 до 100 частей на млрд (млрд-1), а оксида азота ─ до 200 частей на млрд (млрд-1). Разброс значений КТ от средней линии на рисунке 1 определяется концентрациями NO2. Получена логарифмическая зависимость КТ от концентрации NO. Коэффициент корреляции  равен 0,85.

Как видно из рисунка, при концентрациях NO, равных 10 млрд-1 КТ приближается к максимуму, соответствующему 0,7-0,8. При  росте концентрации NO  он уменьшается, а при концентрации NO более 200 млрд-1    сохраняется в пределах 0,1 ─ 0,2.

 

Результаты модельных расчетов были проверены  по данным разовых наблюдений в Санкт-Петербурге на станции, расположенной на  ул. Карбышева вблизи автомагистрали в течение 2008-2009 гг. и  в Архангельске в разных точках города в течение четырех   месяцев.

 

 

 

Рисунок 1 Зависимость КТ от концентрации оксида азота, млрд -1.

 

 

 

Характер зависимости КТ от концентрации оксида азота полученный в  расчетах

представляется в  виде

 

КТ = -0,2 ln (NO) + 1,2.                                                                   (5)

 

Он подтверждается результатами  измерений в Архангельске (рисунок 2) при рассмотрении данных измерений

в одной точке:

 

КТ = 0,10 ln (NO) + 0,73                                                                 (6)

 

в восьми точках:

 

КТ = 0,10 ln (NO)                                                                             (7)

 

Коэффициенты корреляции составили в Архангельске 0,8 и 0, 84 для одной точки и 0,77 ─ для восьми точек, соответственно. В  расчетах он составил 0,87.

При использовании результатов измерений в восьми точках в Архангельске при концентрации оксида азота выше 200 млрд-1 КТ оставался в пределах 0, 1 ─ 0,2, как и в модельных расчетах,  поскольку при таких высоких концентрациях реакция перехода  NO в   NO2 практически прекращалась. Такие же условия наблюдались при использовании данных измерений в одной точке в течение четырех месяцев.

В Санкт-Петербурге в течение всего года концентрации    NO не превышали 400 млрд-1, а значения КТ составляли 0,2 ─ 0,8. Связь между указанными параметрами по данным измерений была также логарифмической и очень тесной. Коэффициенты корреляции изменялись от 0, 76 в августе до 0, 94 в другие месяцы 2008 года. В среднем за период  с февраля 2008 года по январь 2009 года коэффициент корреляции составил 0,84. На рисунке 3 в качестве примера  показана связь между КТ и концентрацией оксида азота в Санкт-Петербурге  в сентябре.

 

 

 

                                               а)                                                                           б)

Рисунок 2 Связь КТ с концентрацией оксида азота, мкг/м3, в Архангельске в одной точке в марте,

 апреле и августе (а) и  в восьми точках в марте (б)

 

 

 

 

Рисунок 3 Связь КТ с концентрацией оксида азота в Санкт-Петербурге

 

 
 

В Санкт-Петербурге станция расположены в 50 м от автомагистрали с интенсивным движением автомобилей, рядом с парком, отделяющим этот участок от влияния других источников загрязнения. Поэтому отмечена более тесная связь КТ и концентрации NO, вызванная, вероятно, постоянными изменениями концентрации оксида азота, создаваемой выхлопными газами автомобилей.

При использовании средних за месяц концентраций в различных городах связь значений КТ с концентрацией оксида азота оказались немного слабее, чем при разовых концентрациях. Коэффициенты корреляции изменялись в пределах от 0, 52 в Иркутске до 0, 80 ─ в Кемерово, Новосибирске, Хабаровске и Челябинске (таблица 1). В каждом городе встречались значения NO больше 200 млрд-1, при которых КТ был меньше 0,2. Не наблюдались значения КТ выше 0,8 при значениях NO выше 10 млрд-1 .

 Для 19 городов за 1997 и 2006 годы связь между КТ и концентрацией оксида азота составила 0.5, что вполне объяснимо, поскольку в расчет включены данные различных городов.

                                  

Значения коэффициентов корреляции (КК) между значениями КТ и NO                      Таблица 1

 

Город

Период измерений, годы

КК

Город

Период измерений

КК

Иркутск

2002-2006

0,52

Новосибирск

2004-2007

0,8

Кемерово

2002-2006

0,83

Саратов

2004-2007

0,65

Мирный

2002-2006

0,62

Хабаровск

2003-2006

0,8

Нерюнгри

2002-2006

0,62

Челябинск 2 станции

2000-2007

0,8

Новороссийск

2003-2007

0,65

 

 

 

 

 

Можно заключить, что тесная связь между КТ и концентрацией NO максимальна при использовании разовых измерений концентраций оксидов азота и снижается при использовании данных с большим периодом осреднения. Влияние концентрации оксида азота  на величину КТ может быть основополагающим.

Благодаря взаимосвязи оксидов азота и  КТ можно объяснить, казалось такое необъяснимое явление, как отсутствие роста концентрации диоксида азота при постоянном увеличении количества автомобилей на дорогах городов России. Рост выбросов оксида азота приводит к уменьшению степени его трансформации и снижению или сохранению уровня концентрации диоксида азота. Поэтому при планировании снижения выбросов оксида азота необходим расчет оптимальных соотношений образующихся концентраций примесей.

 

Продолжение

 

 

 

 

Добавить комментарий Сообщение модератору


Защитный код
Обновить