Методические аспекты оценки трансграничного переноса в атмосфере загрязняющих веществ (стр. 2 )

·  случайных выбросов генетически модифицированных организмов;

·  аварий в результате деятельности в морской среде, включая разведку или разработку морского дна;

·  разливов в море нефти или других вредных веществ.

Особое внимание обращено на стойкие органические соединения, так как они имеют токсические свойства, выявляют стойкость к разложению, характеризуются биоаккумуляцией и являются объектом трансграничного переноса по воздуху, воде и мигрирующим видам, а также осаждаются на большом удалении от источника их выброса, аккумулируясь в экосистемах суши и водных экосистемах.

Далее стоит более подробно остановиться на задекларированных исследованиях и разработках.

Договаривающиеся Стороны, исходя из своих потребностей, приступят к проведению и будут сотрудничать в проведении исследований и/или разработок по следующим вопросам:

a) имеющаяся и предлагаемая технология сокращения выбросов соединений серы и других основных загрязнителей воздуха, включая технико-экономические обоснования и последствия для окружающей среды;

b) аппаратура и другие средства наблюдения и измерения уровня выбросов и концентраций загрязнителей воздуха в атмосфере;

c) усовершенствование модели для улучшения понимания трансграничного переноса загрязнителей воздуха на большие расстояния;

d) воздействие соединений серы и других основных загрязнителей воздуха на здоровье людей и окружающую среду, включая сельское хозяйство, лесное хозяйство, материалы, водные и другие природные экосистемы, имея в виду создание научной основы для установления соотношений доза/эффект в целях охраны окружающей среды;

e) экономическая, социальная и экологическая оценка альтернативных мер для достижения целей в области охраны окружающей среды, включая сокращение трансграничного загрязнения воздуха на большие расстояния;

f) программы обучения и подготовки кадров, связанные с экологическими аспектами загрязнения соединениями серы и другими основными загрязнителями воздуха.

К настоящему времени по этим направлениям выполнен целый ряд работ. Были определены два эквивалентных подхода к обмену информацией относительно вкладов в трансграничный перенос. Могут представляться либо данные о выбросах загрязняющих веществ через отрезки границы страны, либо данные о выбросах загрязняющих веществ по квадратам территории страны. Была осуществлена совместная программа наблюдения распространения загрязняющих воздух веществ на большие расстояния в Европе, созданы метеорологические синтезирующие центры (восточный и западный) в Москве и Осло. Регулярно проводились расчеты трансграничных потоков, осуществлялся прямой траекторный анализ, объективный анализ поля ветра, обмен расчетными данными метеорологических элементов с достаточной заблаговременностью. Был также организован мониторинг дальнего распространения двуокиси серы и продуктов ее превращений, в частности осуществлялся контроль трансграничных потоков двуокиси серы и сульфатов с самолетов и наземными средствами. В монографии [1] приведены данные о среднемесячных выпадениях серы с октября 1978 г. по сентябрь 1980 г. по данным Западноевропейского центра. По таблице можно приближено определить вклад любой из приведенных стран (страны-доноры) в выпадения соединений серы на территории любой европейской страны (страны-акцепторы).

Перенос загрязнений на большие расстояния сложный, динамичный процесс, распространяющийся по длине на тысячи километров, а во времени на несколько суток. Высота распространения примесей, при этом составляет 1,5-2 км. Количества переносимых загрязняющих веществ зависят от масштабов выбросов, высот дымовых труб, множества метеорологических и атмсферно-химических факторов, а также от свойств ландшафта, над которым осуществляется этот перенос.

В сложившейся ситуации для оценки экологического состояния регионов Украины, обусловленного трансграничными переносами, прежде всего возникает проблема организации специальных систем наблюдений, контроля и оценки состояния природной среды (мониторинга) как в местах интенсивного воздействия, так и в глобальном масштабе.

Возникает также проблема определения допустимых экологических нагрузок и соответствующего ограничения (нормирования) существующих антропогенных воздействий с учетом совокупности вредного влияния многих факторов, а также возможных экологических, экономических и социальных последствий.

К категории серьезных экологических проблем необходимо отнести и возможное изменение климата (в глобальном масштабе).

Для организации оптимального развития системы контроля за уровнем загрязнения в регионах Украины, обусловленного трансграничными переносами, прежде всего необходим детальный анализ существующего состояния загрязнения природных сред в данном и прилегающих регионах, а также соседних странах; анализ должен включать гидрометеорологические знания, знания о гидрометеорологических и физико-географических особенностях в рассматриваемом регионе.

Общий контроль (наблюдения, оценка, элементы регулирования состояния природной среды) должны осуществляться, главным образом, различными геофизическими службами, большая часть которых находиться в ведении Государственного комитеты Украины по гидрометеорологии.

Расчет трансграничных потоков, касающихся вкладов регионов или государств в проблему трансграничного переноса, может быть реализован различными методами [1-8]. Одной из первых работ этого направления, в которой алгоритм был доведен до расчетной методики, является работа [6]. Она основывается на известном аналитическом решении для точечного источника, осредненном по высоте, и траекторном анализе порциями на стандартных интервалах времени. Метод основан на следующих положениях: граница государства представляется контуром, состоящим из прямолинейных отрезков равной длины (150 х 150 км); положение примеси в пространстве рассматривается лишь в дискретные моменты времени, разделенные стандартными интервалами, равные приблизительно четырем суткам; поток примесей вычисляется через элемент границы, представляющий собой вертикальный прямоугольник бесконечной высоты, в основании которого лежит стандартный отрезок принятой длины.

По данным об источниках загрязнения и метеорологическим данным производится расчет распространения примесей в атмосфере, охлаждения (сухого и влажного) с осадками на подстилающую поверхность по порциям времени вдоль траектории своего перемещения.

Подход позволяет анализировать различные ситуации, включая и случаи, когда происходит импорт примеси от внешних источников, экспорт примесей от внутренних источников, импорт ранее экспортированной примеси от внутренних источников, а также экспорт ранее импортированной примеси от внешних источников, а также выделить вклад конкретных источников в поток примеси через определенные элементы границы и в определенное время.

Расчету распространения загрязнений из различных источников в атмосфере и осаждению их подстилающую поверхность посвящена обширная литература [1-5]. Проводится расчет для распространения как от мгновенных точечных, так и непрерывных источников различной высоты на малые и большие расстояния примесей с различными скоростями осаждения на подстилающую поверхность и поверхность со сложным рельефом. Значительный прогресс в развитии вычислительной техники и вычислительной математики обусловил и проблему математического моделирования процессов распространения загрязняющих веществ на основе конечно-разно-стных методов. Хорошо известны имена , , П. Роуча, , и др., внесших значительный вклад в исследования разностных методов для решения эволюционных физических задач [4,5].

Заметим, что в общем случае основы математических моделей динамики атмосферы составляют законы сохранения массы, момента и энергии, которые совместно с законами химии и термодинамики описывают процессы, происходящие в атмосфере, почве, а также их взаимодействие. Главной задачей вычислительных методов аэродинамики окружающей среды в такой общей постановке является расчет полей скорости, температуры и концентраций, вызываемых выбросами в атмосфере и поверхностных водах. Распространение загрязняющих примесей в этих средах поэтому будет определяться двумя процессами: конвективным переносом вследствие осредненного движения среды и диффузией за счет турбулентности. Поэтому математическая модель должна правильно описывать как поля средних скоростей, так и характеристики турбулентной диффузии. В математическом выражении этот процесс описывается системой многомерных нестационарных уравнений, включающих ряд входных данных, таких как коэффициенты уравнений, начальные поля, характеристики области интегрирования и т. д.. Естественно, что эти уравнения не могут быть решены точно методами математической физики. Поэтому основными методами их решения служат численные методы. Известно, что вычислительные трудности существенно зависят и от размерности задачи. Переход от двумерных пространственных задач к трехмерным – это не просто формальный акт увеличения числа измерений на единицу. При таком переходе резко увеличиваются объемы перерабатываемой информации, а значит и время работы алгоритма. Эти трудности могут быть преодолены двумя путями: 1) увеличением быстродействия и памяти ЭВМ; 2) разработкой эффективных алгоритмов, позволяющих расширить класс решаемых задач и уменьшить время расчетов.

Прогресс в развитии ЭВМ в настоящее время очевиден. Так, замедление темпа роста производительности однопроцессорных ЭВМ и поразительное уменьшение стоимости аппаратуры, необходимой для выполнения арифметических операций, стимулировали ход пользователей высокопроизводительных ЭВМ, так и их разработчиков к проведению исследований и возможности создания вычислительных устройств, обладающих высокой степенью параллельности. По оценкам специалистов темп роста производительности однопроцессорных ЭВМ снизился на порядок в 60-70-е годы. При таком состоянии вычислительной техники не представлялось возможным адекватно рассчитывать трехмерные задачи. Вместе с тем возросшие трудности и сложность рассматриваемых задач приводили к необходимости проведения все более детальных расчетов. Поэтому, если не произойдет чуда с производительностью однопроцессорных ЭВМ, то необходимая вычислительная мощность должна быть обеспечена с помощью внедрения параллельной обработки. Конечно, чтобы воспользоваться преимуществами этих и будущих усовершенствований ЭВМ, необходимо создавать новые алгоритмы и методы распараллеливания алгоритмов [9].