24.09.2010 г.

  На главную раздела "Научные работы"


 

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

 

 

2. Определение диапазона изменения концентраций озона в городах

 

 

Вернемся к уравнению (3), которое связывает концентрации оксидов азота и озон. Проверим возможность использования этого уравнения для расчетов концентрации озона по результатам измерений  концентрации NO2 и  NO. Для этого были определены средние за месяц значения концентраций этих примесей  за четыре года по данным двух станциях (7 и 8) в Санкт-Петербурге.

Проверим, сохраняется ли зависимость  суммарной концентрации  3,+ NO) от концентрации NO2. Как видно из рисунка 4, на станции 7 и 8 связь концентраций тесная, коэффициенты корреляции составляют 0, 88 и 0,81 соответственно. Далее рассчитан из данных наблюдений  коэффициент К, уравнивающий обе части уравнения

 

O3 + NO = NO2 + К                                                                              (8)

 

Как известно, концентрация O2   в уравнении (3) определяется через концентрацию O3 с учетом отношения атомных весов этих веществ, обозначим ее буквой М. Рассчитаем М для каждого месяца и сравним значения К и М для всех случаев расчета и для всех месяцев измерений в течение рассматриваемого периода. Как видно из рисунка 5, по данным ст.7 коэффициент корреляции между К м М составил 0,66, а по данным ст.8 ─ 0, 54. Это вполне хорошая связь, если учитывать, что использовано классическое химическое уравнение и реальные данные наблюдений в городе  на станциях.

 

                                                               а)                                                                                           б)

Рисунок 4 Связь концентрации диоксида азота с концентрацией (O3 + NO), млрд -1,  Санкт-Петербург  ст. 7 (а) и ст.8 (б)

 

Заметим, что в начале работы концентрации озона на станции 7  в Санкт-Петербурге вызывали сомнения, как слишком низкие для всего рассматриваемого периода. Однако расчеты показали, что эти концентрации соответствуют наблюдаемым значениям оксида и диоксида азота по уравнению (3) .

Рисунок 5 Связь М с К на ст.7 (а) и ст. 8 (б)

 

М = 0,24 К + 4, 52                                                                          

 

М = 0, 30 К + 4,0                                                                            

 

Значения К  на станциях немного выше значения М. Однако свободные члены уравнения связи М и К почти одинаковы, различаются лишь коэффициенты при К, но незначительно, что может указывать на надежность полученных результатов. Напомним, что использовались разовые значения концентраций примесей, которые часто бывают случайными. Сравнение расчетов и наблюдаемых значений концентрации примеси можно увидеть из рисунка 6.

Таким образом, показана возможность использования  выражение (8) (заменив в нем К на М) для определения диапазонов изменений концентрации озона в атмосферном воздухе городов по реальным концентрациям оксида и диоксида азота. 

В Аналитическом обзоре (2009) показано, что наибольшие средние за месяц концентрации оксида и диоксида азота достигают 240 мкг/м3  и 88 мкг/м3 соответственно, т.е. 200 млрд-1 и 46 млрд-1. При NO = 200 млрд-1, как показано выше,  КТ не будет превышать 0,2, следовательно, уравнение (3) не выполняется, химическая реакция почти не происходит и озон не образуется.

Максимум озона отмечается, когда КТ = 0,7, а  концентрация NO = 10 млрд-1. В работе Э.Ю.Безуглой, Воробьевой И.А. и Ивлевой Т.П. (2009) показано, что 95%-ный квантиль распределения значений КТ в городах России изменяется в пределах  от 0,48 до 0, 65 и лишь на юге страны может достигать 0,7.

При КТ=0,7 и значении NO =10 млрд-1, получаем NO2 =23 млрд-1, а концентрация O3 = 39 млрд-1.  При КТ = 0,8 ─ O3 = 60 млрд-1, т.е 2,6 ПДК и 4 ПДК среднесуточной. Отсюда можно заключить, что в условиях российских городов концентрация озона не может превышать 4ПДК.

Важные особенности связи рассматриваемых газовых компонент необходимо учитывать в работах по снижению выбросов оксидов азота промышленными предприятиями. Из приведенного выше следует, что снижение выбросов оксида азота, а, следовательно, и концентраций этой примеси в атмосфере, будет сопровождаться ростом возможностей трансформации оксида азота и увеличением образуемой концентрации диоксида азота, а возможно, и озона. Поэтому при организации работ по снижению выбросов  оксидов азота следует прежде всего оценить, к каким последствиям это может привести. Как видим, оно будет сопровождаться изменениями КТ и, возможно, ростом не только концентрации диоксида азота, но и озона.

 

 

Рисунок 6 Связь реальных концентраций (О3 + NO) с расчетном М в Санкт-Петербурге на ст. 7

 

 

Продолжение

 

 

 

 

Добавить комментарий Сообщение модератору


Защитный код
Обновить