Федак І. А.

Івано-Франківський національний технічний університет нафти й газу, Україна

Огляд Регіональної моделі атмосферного переносу важких металів MSCE-HM

 

Серед загроз екологічній безпеці України проблема транскордонного забруднення посідає особливе місце. Основну роль у трансграничному забрудненні практично завжди відіграють атмосферні викиди. Це пов'язане з тим, що саме в такому випадку найчастіше реалізуються можливості далекого, у тому числі трансграничного, переносу забруднюючих речовин. Основними факторами, що визначають роль забруднюючих речовин в атмосферному трансграничному переносі, є характер поширення цих речовин і продуктів їхнього перетворення в атмосфері; обсяг викидів; подальша міграція й трансформація в інших середовищах після випадання з атмосфери; вплив на природні процеси й екосистеми.

Регіональна модель атмосферного переносу MSCE-HM була розроблена для оперативного моделювання транскордонного забруднення території важкими металами у регіоні ЕМЕП для надання країнам-учасницям Конвенції про транскордонне забруднення повітря інформації про атмосферне забруднення довкілля важкими металами [1].

Модель MSCE-HM використовується для оцінки атмосферного переносу важких металів в регіональному і національному масштабі; оцінки транскордонного переносу важких металів; моделювання осідання забруднювачів на екосистеми для оцінки перевищення граничних навантажень; розрахунку часової і просторової динаміки; прогнозу майбутнього рівня забруднення важкими металами та його зміни при різних сценаріях викидів.

MSCE-HM – це регіональна тривимірна Ейлерова модель атмосферного переносу важких металів, що використовує попередньо розраховані метеорологічні дані. У модель включені процеси викидів важких металів в атмосферу від антропогенних і природних джерел, атмосферного переносу, хімічних перетворень (у випадку ртуті) в газовому і водному станах, і осідання на підстилаючій поверхні (рис. 1).

Рис. 1. Модель схеми поводження важких металів в атмосфері

 

Розрахункова область моделі охоплює регіон ЕМЕП з просторовим розширенням 50 × 50 км на 60 ° пн. ш. Для розрахунків в масштабі окремої країни застосовується вище розширення (наприклад, 5 × 5 км , 10 × 10 км ). Детальний опис моделі можна знайти в звіті [2].

Атмосферна адвекція і вертикальне перенесення описані в моделі з використанням консервативної монотонної адвекційної схеми Ботта четвертого порядку.

Такі важкі метали, як свинець і кадмій та їх сполуки характеризуються дуже низькою летючість. В моделі передбачено, що ці метали (а також деякі інші – нікель, хром, цинк та ін.) переносяться в атмосфері тільки в складі аерозольних частинок. Вважають, що їх можливі хімічні перетворення не змінюють властивостей частинок-носіїв в точки зору процесів виведення. На відміну від цих металів, перетворення ртуті в атмосфері включають переходи між газовим, водним та твердим станом та хімічні реакції в газовому і водному середовищах.

Процеси виведення, які описані в моделі, включають сухе осідання і вологе вимивання. Схема сухого осідання базується на підході, що використовує аналогію з електричними опорами, і дозволяє враховувати осідання на різні типи екосистем (ліси, луки, водні поверхні і т. д.).

Параметризація сухого осідання на водну поверхню заснована на підході, запропонованому Вільямсом, що враховує руйнування хвиль і вимивання аерозолю морською піною. Модель розглядає окремо хмарне і підхмарне вологе вимивання частинок і газоподібної ртуті на основі емпіричних даних. Крім того, інтенсивність опадів масштабується для конвективних опадів у відповідності з підходом, запропонованим Уолтоном , для того щоб врахувати те, що конвективні хмари охоплюють тільки частину моделі.

Важливим процесом, що впливає на концентрацію і осідання важких металів (таких як свинець і кадмій), пов'язаних з аерозольними частками, є перенесення частинок з поверхні ґрунтів і морської води під дією вітру. Цей процес заслуговує особливої уваги в районах з низьким рівнем антропогенних викидів. Підйом пилу розраховується для поверхонь, на яких немає рослинності (пустелі, сільськогосподарські ґрунти в період культивації, міські території).

Було проведено порівняння розрахованих концентрацій з результатами вимірювань, дослідження чутливості і порівняння результатів моделювання з результатами, отриманими іншими регіональними моделями переносу. Зіставлення результатів моделювання з даними вимірювань проводиться щороку. Модель MSCE-HM була розглянута на Цільовій групі ЕМЕП з вимірювання і моделювання, і зроблено висновок, що модель може використовуватися для оцінки транскордонного перенесення на великі відстані і осідання важких металів у Європі.

 

Список використаних джерел:

1.             Региональная модель MSCE-HM [Електронний ресурс]. – Режим доступу: http:// www. ru.msceast.org/index.php?option=com_content&view=article&id=23&Itemid=35

2.             Travnikov O., Ilyin I. Regional Model MSCE-HM of Heavy Metal Transboundary Air Pollution in Europe / O. Travnikov , I. Ilyin // EMEP/MSC-E Technical Report . – 2005. – 6. – Р. 59.