251
0
0
0
0
0
0
0
, , ,
, ,
,
, , ,
0,
, , ,
0,
, , ,
0,
, , ,
0,
при
0,
0 при
.
x
y
y
t
H
x
H
x L
x
x L
H
y
H
y L
y
y L
z
x y z t
x y z
x y z t
x y z t
x
x
x y z t
x y z t
y
y
h
hf
z
z
H
z
z
(2)
Здесь
– концентрация вредных веществ в атмосфере;
0
–
первичная
концентрация вредных веществ в атмосфере;
x
,
y
,
z
– система координат;
u
,
v
,
w
–
скорость ветра по трем направлениям;
g
w
– скорость осаждения частиц;
–
коэффициент поглощения вредных веществ в атмосфере;
,
– коэффициенты
диффузии и турбулентности;
, ,
i j k
–
функция Дирака;
0
f
– источник выброса вредных
веществ с подстилающей поверхности земли.
В данной постановке орография местности и физико-механические характеристики
подстилающей поверхности земли учитываются параметрами
( , , )
h x y z
и
( , , )
x y z
. При
этом, параметр
h
может принимать значения: 0 – если слой находится под землей, 1 –
если слой находится в атмосфере и
0,5
K
z
z
– если слой находится под
орографической поверхностью. Здесь
– высота возвышенности над плоскостью,
параллельной
уровня моря, а
0,5
0,5
k
k
z
z
z
. Для каждого слоя модели вводится
множитель
(0
1)
h
h
, определяющий степень блокирования воздушного потока.
Основные параметры математической модели процесса –
u
,
v
,
w
,
,
определяются в
следующем виде
0
0
1
0
ln
ln
( )
ln
ln
z
z
u z
u
z
z
;
0
( )
ln
T
U
Z
Z
W Z
Z
;
2
2
0
2
0
0
( )
(
)
ln
W
Z
Z
Z
Z
Z
Z
;
4
(
)
3
p
g
c
p
dg
w
k
.
где
0
u
– скорость ветра на высоте
1
z
=1 м,
T
U
– скорость трения,
Z
– высота над земной
поверхностью;
0
Z
– параметр шероховатости;
,
p
– плотность аэрозольных частиц и
воздуха;
c
k
– коэффициент сопротивления воздуха.
Для учета поглощения аэрозольных частиц растительным покровом, коэффициент
взаимодействия с подстилающей поверхностью
вычисляется с помощью формулы:
k
1,65
0,66
0, z
z ;
( , , )
0, 264 ( )
( ),
,
g
h
x y z
u z
w
s z
z
z
где
h
Z
– высота слоя растительности,
s z
– удельная поверхность растительности.
Из постановки задачи (1) - (2) следует, что получить ее
аналитическое решение
затруднительно. Поэтому, для численного интегрирования задачи был разработан
252
численный алгоритм, основанный на замене дифференциальных операторов на конечно-
разностные [1, 2].
Для проведения комплексного исследования указанного выше процесса на основе
разработанного математического обеспечения было разработано программное средство.
Так как в ходе вычислительных экспериментов на реальных данных, требуется источник
значений параметров модели, актуальных для заданной территории и в текущий момент
времени, то были разработаны программные интерфейсы для коммуникации с
геоинформационными и погодными веб-службами, в частности с картографическим
сервисом «GoogleMaps» и сервисом погоды «OpenWeatherMap».Также
были созданы
вспомогательные базы данных высот на основе SRTM и среднегодовых погодных
характеристик, включая розы ветров для ряда промышленных регионов Узбекистана.
Использование данного программного средства на основе общедоступных данных
радарной топографической съемки земной поверхности и веб-сервисов погоды дает
возможность мониторинга и прогнозирования рассматриваемого процесса в реальном
масштабе времени.
Выводы. В ходе экспериментов объектом исследования выступил Ангрен-Алмалык-
Ахангаранский промышленный регион. Горно-долинная циркуляция, проявляющаяся в
доминировании и ритмичной смене двух направлений ветра, обуславливает маятниковую
миграцию продуктов выбросов промышленных предприятий в приземном слое
атмосферы, формируя тем самым секторное загрязнение и высокий уровень техногенного
давления на природные комплексы Ангрен-Алмалык-Ахангаранского региона.
Анализ данных по экологическому
состоянию региона показал, что помимо
ветрового режима циркуляции, на процесс переноса и диффузии вредных
мелкодисперсных
аэрозольных
частиц
существенно
воздействуют
изменение
температурной инверсии, атмосферные осадки, влажность воздушной массы атмосферы и
др.
Проведенные расчеты показали, что одним из наиболее существенных
метеорологических факторов, усиливающих загрязнение атмосферного воздуха, является
температурная инверсия в нижней тропосфере. Эта фактор ослабляет турбулентное
рассеивание и способствует накоплению вредных примесей в атмосфере, особенно, если
устье находится ниже верхней границы инверсии.
Из сказанного следует, что неправильное расположения и
проектирование новых
промышленных объектов производства в регионе приводит к дисбалансу экологического
состояния региона. Анализ полученных данных показал, что при любом направлении
ветра, свойственном горно-долинной циркуляции, в долине всегда складываются условия,
при которых возможен высокий уровень загрязнения атмосферного воздуха вредным
аэрозольным частицами и углекислыми газами.
1. Литература
1. Sharipov D.K., Toshtemirova N., Narzullayeva N. Numerical modeling of the spread of
harmful substances in the atmosphere taking into account terrain // Problems of
computational and applied mathematics. – Tashkent, 2016. – № 1. – Pp. 60-71. –
http://goo.gl/CPgK9L.
2. Sharipov D.K. Development of mathematical software aerosol
transport and diffusion of
the atmospheric emissions // European Applied Sciences. – 2013. –Vol. 1. – № 1. – PP.
233-240.
Do'stlaringiz bilan baham: 
