Способ определения режимов химического загрязнения атмосферы, способствующих формированию опасных концентраций приземного озона



 


Владельцы патента RU 2489737:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский государственный гидрометеорологический университет" (RU)

Изобретение относится к области мониторинга, в частности к мониторингу химически опасных объектов. Способ определения режимов химического загрязнения атмосферы, способствующих формированию опасных концентраций приземного озона, включает определение концентраций опасных веществ. При этом способ заключается в сравнении полученных результатов с предельно допустимыми концентрациями. Причем с целью контроля уровня загрязнения приземного воздуха одновременно измеряются концентрации окислов азота (NO и NO2), гидроксилов (ОН и НО2) и углеводородов (СН4, С2Н6, С2Н4, С3Н8), а также проводятся стандартные метеорологические наблюдения температуры (Т, °С) и влажности воздуха (PHOx, г/м3). Затем рассчитывают отношение скорости образования озона в цепочке реакций с участием углеводородов к скорости образования озона из окислов азота. Далее, по полученному отношению определяют режим химического загрязнения (азотный, углеводородный или смешанный), существующий в момент измерения в рабочей зоне объекта, и выдается при этом, при необходимости, предупреждение об опасности вероятного превышения предельно допустимых концентраций содержания приземного озона из-за повышенных концентраций азотных составляющих (азотный режим), углеводородных составляющих (углеводородный режим) или как азотных, так и углеводородных составляющих (смешанный режим). Технический результат изобретения - повышение эффективности определения высоких концентраций токсичного загрязнения, формирующегося на урбанизированных территориях в результате химического взаимодействия окислов азота и углеводородов. 1 з.п. ф-лы.

 

Предлагаемое техническое решение относится к области мониторинга, в частности к мониторингу химически опасных объектов.

Известен способ дистанционного обнаружения экологически опасных газов (патент РФ №2158423), используемый для обнаружения и измерения концентрации опасных газов в местах аварийного или несанкционированного их появления. Способ включает последовательное облучение места предполагаемого появления опасных газов лазерным излучением с длиной волны, попадающей в полосу поглощения опасных газов, регистрацию отраженного излучения и формирование видеосигналов. Указанный способ позволяет регистрировать концентрации химически опасных газов, но не позволяет оценивать их совокупное воздействие на экологическую ситуацию с учетом химического взаимодействия между ними.

Наиболее близким по своей технической сущности к заявленному способу является способ экологического мониторинга химически опасных объектов (патент РФ №2346302), заключается в определении концентраций опасных веществ в опасных зонах различных объектов, сравнении полученных результатов с предельно-допустимыми значениями, прогнозировании, при необходимости, зону поражения и заражающего действия. При угрожающем прогнозируемом развитии подключают дополнительные технические средства для принятия решения о чрезвычайной ситуации. Причем постоянные посты контроля устанавливают «треугольником» и оперативно определяют координаты выброса опасных веществ.

Однако данный способ не позволяет оценить перспективы изменения концентраций опасных веществ с учетом режима химического загрязнения атмосферы и выделить наиболее опасные для текущего момента и данной местности концентрации загрязняющих веществ.

Задачей изобретения является выявление режима химического загрязнения приземной атмосферы, характеризующего наиболее опасные для данной местности и текущего момента концентрации приземного озона, что позволяет повысить эффективность определения высоких концентраций токсичного загрязнения, формирующегося на урбанизированных территориях в результате химического взаимодействия окислов азота и углеводородов.

Приземный озон является токсичным газом, влияющим на здоровье людей и рост растений. Оценка содержания приземного озона позволяют фиксировать опасный уровень загрязнения воздуха озоном, однако для принятия эффективных мер по предотвращению возникновения опасных для здоровья людей и роста растений концентраций озона необходимо контролировать уровень загрязнений приземного воздуха окислами азота и углеводородами. Зависимость скорости образования озона от содержания окислов азота прямо противоположно в этих двух режимах: в азотном при увеличении содержания окислов азота содержание озона растет, а в углеводородном - при увеличении содержания окислов азота содержание озона уменьшается. Кроме того, приземный озон является наиболее сложным токсичным газом с точки зрения прогнозирования случаев превышения предельно допустимых концентраций (ПДК). Однако концентрация приземного озона не является линейной функцией концентраций загрязняющих веществ, что создает проблемы при разработке стратегии контроля химических загрязнений.

Поэтому в данном способе поставленная задача решается за счет того, что в оперативном режиме 2 раза в сутки (в 12 и 24 ч по местному времени) одновременно измеряют концентрации окислов азота (NO и NO2), гидроксилов (ОН и НО1) и углеводородов (СН4, С2Н6, С2Н4, С3Н8), а также проводят стандартные метеорологические наблюдения температуры (Т, °С) и влажности воздуха (РНОх, г/м3), при этом рекомендованное пространственное распределение постов контроля определяется шагом сетки в 100 км.

Затем вычисляют суммарную концентрация углеводородов (RH) по формуле

RH=CH4+C2H6+C2H4+C3H8

Полученные значения концентраций используют для определения режима химического загрязнения с использованием отношения

f = k 4 [ RH ]   [ OH ] k 7 [ NO ]   [ HO 2 ]

где k4=2.45·10-2ехр(-1775/T), k7=3.2·10-12 ехр(250/T) - лабораторно измеренные константы химических реакций в атмосфере, Т, °С - измеренная температура воздуха.

Если f больше 104, то режим химического загрязнения является углеводородным, и скорость образования токсичного озона (Роз) вычисляется по формуле

P о з = 2 k 4 P H O x [ R H ] k 9 [ N O 2 ]

где k9=7·10-11(T/300)0.3 - лабораторная константа химической реакции, а РНОх, г/м3 - измеренная в данной точке абсолютная влажность воздуха.

В данном режиме концентрация озона убывает с увеличением концентраций окислов азота и увеличивается при увеличении концентраций углеводородов.

Если f меньше 0.01, то режим химического загрязнения является азотным, а скорость образования озона вычисляется по формуле

P оз = 2k 7 P HOx k 8 [ NO ]

где k8=3.5·10-13 ехр(430/Т) - лабораторная константа химической реакции.

В этом режиме скорость образования озона увеличивается с увеличением концентраций окислов азота и не зависит от концентраций углеводородов.

При значениях f в диапазоне между 0.01 и 104, режим является смешаным и увеличение концентрации озона пропорционально увеличению концентраций как окислов азота, так и углеводородов.

Далее, при необходимости, выдают предупреждение об опасности вероятного превышения предельно допустимых концентраций содержания приземного озона из-за повышенных концентраций азотных составляющих (азотный режим), углеводородных составляющих (углеводородный режим) или как азотных, так и углеродных составляющих (смешанный режим).

Заявляемая последовательность операций и связей позволяет решить поставленную задачу.

При изучении известных технических решений в данной области техники, совокупность признаков, отличающих заявляемый объект, не была выявлена. Данное решение отличается от известных.

Разработанное техническое решение позволяет реализовать новый метод оценки высоких концентраций озона в приземном воздухе, формирующихся в результате химического взаимодействия окислов азотов и углеводородов и может быть эффективно использовано для обеспечения экологической безопасности урбанизированных территорий, характеризующихся, с одной стороны, высоким уровнем эмиссии окислов азота (автотранспорт), с другой стороны, высоким уровнем выбросов углеводородов (сжигание биомассы, испарение топлива, химическое производство).

1. Способ определения режимов химического загрязнения атмосферы, способствующих формированию опасных концентраций приземного озона, заключающийся в определении концентраций опасных веществ, сравнении полученных результатов с предельно допустимыми концентрациями, отличающийся тем, что, с целью контроля уровня загрязнения приземного воздуха, одновременно измеряются концентрации окислов азота (NO и NO2), гидроксилов (ОН и HO2) и углеводородов (СН4, С2Н6, С2Н4, С3Н8), а также проводятся стандартные метеорологические наблюдения температуры (Т, °С) и влажности воздуха (PHOx, г/м3), рассчитывается отношение скорости образования озона в цепочке реакций с участием углеводородов к скорости образования озона из окислов азота; далее, по полученному отношению, определяется режим химического загрязнения (азотный, углеводородный или смешанный), существующий в момент измерения в рабочей зоне объекта, и выдается, при необходимости, предупреждение об опасности вероятного превышения предельно допустимых концентраций содержания приземного озона из-за повышенных концентраций азотных составляющих (азотный режим), углеводородных составляющих (углеводородный режим) или как азотных, так и углеводородных составляющих (смешанный режим).

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в оперативном режиме проводятся измерения концентрации окислов азота и углеводородов 2 раза в сутки (в 12 и 24 ч по местному времени), при этом рекомендованное пространственное распределение постов контроля определяется шагом сетки в 100 км.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к исследованиям верхней атмосферы Земли и околоземного космического пространства методом искусственных светящихся облаков и может быть использовано, например, при активных воздействиях на атмосферные процессы.

Изобретение относится к физике атмосферы и может быть использовано при определении структурной характеристики показателя преломления, параметра Штреля и радиуса Фрида.
Изобретение относится к комплексам для измерения параметров среды и может быть использовано при мониторинге окружающей среды. .

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано в системах дистанционного сбора информации о давлении, температуре и влажности атмосферы (воздуха).

Изобретение относится к области прогноза космической погоды, определяемой вспышечной активностью Солнца, и может быть использовано для прогноза геоэффективных последствий солнечных вспышек, в частности явлений нарушения коротковолновой радиосвязи, ухудшение определения местоположения по данным ГЛОНАСС/GPS навигации; повышение радиационной опасности для экипажей и пассажиров высотных самолетов с трассами полета в полярных областях, а также сбоям в работе бортовых космических приборов и возрастанию опасности радиационного поражения экипажей пилотируемых космических аппаратов.
Изобретение относится к комплексам для измерения параметров среды и может быть использовано при мониторинге окружающей среды. .
Изобретение относится к области метеорологии и может быть использовано для определения высоты верхней границы кучево-дождевой облачности. .

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к радиозондированию, и может быть использовано при разработке систем радиозондирования атмосферы (СР) на основе использования сигналов спутниковых навигационных радиоэлектронных систем (СНРС) GPS/ГЛОНАСС.

Изобретение относится к дистанционному зондированию атмосферы, в частности к способам исследования ее газового состава. .

Изобретение относится к области метеорологии и может быть использовано для дистанционного контроля прироста толщины снежного покрова на лавиноопасных склонах. .

Изобретение относится к дистанционным оптическим способам контроля газового состава атмосферного воздуха

Изобретение относится к области океанографии и может быть использовано для определения характеристик морских ветровых волн
Изобретение относится к области метеорологии и может быть использовано для оценки высоты расположения верхней границы мощных конвективных облачных образований

Изобретение относится к области солнечно-земной физики и может быть использовано для краткосрочного прогноза мощных солнечных вспышек

Изобретение относится к области инженерной экологии и может быть использовано для определения дифференциации нагрузок загрязняющих веществ по отдельным экологически значимым объектам, попадающим в подфакельное пространство аэропромвыбросов

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано, в частности, в прикладной метеорологии для дистанционного измерения мгновенной скорости и направления ветра. Атмосферу облучают одним зондирующим лазерным пучком, регистрируют в течение времени измерения пространственные реализации сигналов обратного рассеяния атмосферы в зависимости от расстояния от лидара, выделяют на двумерной плоскости «время измерения - расстояние от лидара» произвольно выбранную неоднородность сигнала обратного рассеяния и определяют поперечную и продольную составляющие мгновенной скорости ветра используя анализ размеров неоднородности сигнала обратного рассеяния в двумерной плоскости «время измерения - расстояние от лидара». Изобретение обеспечивает получение приближенной оценки мгновенной скорости и направления ветра на горизонтальной трассе используя всего один лазерный пучок и упрощение обработки данных измерений. 5 ил.

Изобретение относится к области метеорологии, а более конкретно - к способам определения характеристик слабо рассеивающей атмосферы. Согласно способу осуществляют посылку в атмосферу световых импульсов из точек, разнесенных в пространстве, по пересекающимся трассам зондирования, проходящим по неколлинеарным направлениям. Осуществляют прием эхо-сигналов в точках посылки, осуществляют посылку световых импульсов по дополнительным трассам, каждая из которых пересекает все предыдущие трассы. Общее число трасс - не менее пяти. Характеристики атмосферы определяют по мощностям этих сигналов с использованием расчетных формул. Технический результат - повышение точности определений за счет корректного учета фоновой засветки атмосферы. 1 ил.

Изобретение относится к метеорологии, навигации и позволяет аппаратурно, в реальном масштабе времени определять высоту нижней границы облачности. Сущность изобретения: при помощи широкопанорамной автоматизированной сканирующей системы автоматически определяются наиболее контрастные участки, по которым определяется высота нижней границы облачности. При этом кадр, состоящий из M×N ячеек, разбивается на слои энергетической яркости. Пo скорости перемещения фрагмента облачного поля относительно ячеек (ячейковой скорости слоев) и высотной разности слоев, заданной по стандартной модели Земли, определяется высота нижней границы облачности. Технический результат - автоматизация определения высоты нижней границы облачности по смещению ее пространственной структуры излучения в реальном масштабе времени и расширение функциональных возможностей метеорологических наблюдений (например, дистанционное определение смерчей, опасных грозовых состояний облачности, тайфунов, оптической разведки движения летательных аппаратов как в дневное, так и в ночное время). 3 ил.
Изобретение относится к области экологического мониторинга и может быть использовано для контроля атмосферного воздуха. Сущность: проводят сбор, анализ и ведение базы данных выбросов предприятий. Выбирают основные специфические индикаторные соединения для контроля на источниках выбросов - «отпечатки предприятий». Создают сеть автоматизированных станций контроля загрязнения атмосферного воздуха, места размещения которых определены по результатам анализа расчетов рассеивания загрязняющих веществ в приземном слое атмосферы. Проводят круглосуточный мониторинг, осуществляя непрерывное автоматическое измерение содержания загрязняющих веществ в атмосфере и на источниках загрязнения предприятий, замеры метеорологических параметров атмосферы. Устанавливают источник загрязнения по наличию в воздухе специфических индикаторных соединений. Сравнивают с результатами анализов на предприятии - источнике загрязнения, определяют причины возникновения и необходимость изменения технологического режима. Технический результат: повышение эффективности, достоверности и оперативности контроля. 2 табл.

Изобретение относится к области экологии и может быть использовано для контроля чистоты воздуха населенных мест. Сущность: проводят выбор территории, которую необходимо исследовать на предмет состояния уровня загрязнения атмосферного воздуха. На исследуемой территории в точках натурных замеров проводят натурные инструментальные замеры концентраций загрязняющих веществ в атмосферном воздухе. Карту исследуемой территории покрывают регулярной сеткой, выделяют на ней узловые точки и отмечают расположение точек, в которых были проведены натурные замеры. Выявляют все источники загрязнения атмосферного воздуха на исследуемой территории и проводят сбор данных о параметрах выбросов от указанных источников загрязнения атмосферного воздуха. Затем выполняют расчет приземных концентраций загрязняющих веществ в точках натурных замеров и в узловых точках заданной регулярной сетки от указанных источников загрязнения атмосферного воздуха с применением стандартных математических моделей и программных средств. Для каждой точки, где имеются данные и расчета рассеивания, и натурных замеров, определяют коэффициент соответствия как отношение измеренной концентрации к рассчитанной. Далее точки натурных замеров концентраций загрязняющих веществ объединяют на карте непересекающимися отрезками в треугольники, образуя систему треугольников с вершинами в точках натурных замеров. Для каждого треугольника решают уравнение плоскости с установлением коэффициентов уравнения, зависящих от координат вершин треугольника - точек натурных замеров, и значений коэффициентов соответствия в них. Затем относят каждую узловую точку расчетной сетки к какому-либо треугольнику или устанавливают, что она лежит вне указанной системы треугольников. Для каждой узловой точки, лежащей внутри системы треугольников, рассчитывают коэффициент соответствия по уравнению плоскости соответствующего треугольника. А для узловых точек, лежащих вне системы треугольников, расчет коэффициента соответствия выполняют методом экстраполяции. Для этого значения коэффициента соответствия в узловой точке принимают равными коэффициентам соответствия в ближайшей точке, лежащей на внешней границе системы треугольников. Ранее рассчитанные приземные концентрации загрязняющих веществ в узловых точках заданной регулярной сетки умножают на полученные коэффициенты соответствия с получением уточненной концентрации загрязняющих веществ в узловых точках сетки. Затем строят карту пространственного распределения уточненных концентраций загрязняющих веществ, по которой количественно оценивают уровень загрязнения атмосферного воздуха на исследуемой территории. Технический результат: повышение точности пространственной количественной оценки уровня загрязнения атмосферного воздуха. 5 табл., 9 ил.
Наверх