Для осуществления оперативного контроля загрязнения воздуха в черте города предлагается математическая модель, опирающаяся на данные наблюдений за изменением метеорологической обстановки. Расчет элементов городской погоды выполняется с использованием одномерной нестационарной модели атмосферного пограничного слоя. Высокая степень достоверности результатов предсказания метеорологии достигается благодаря учету математической моделью данных измерений метеорологических параметров (направление, скорость ветра, температура и влажность воздуха) как вблизи поверхности, так и по высоте пограничного слоя. Модель рассчитывает подробную картину вертикального распределения компонентов горизонтального ветра, турбулентных характеристик, что весьма важно при моделировании распределения загрязнителей в приземном слое воздуха.
Расчет распространения примеси в воздушном бассейне над городом проводится на основе пространственных уравнений переноса для концентраций выбранных в исследовании вредных веществ. В качестве источников поступления загрязнителей воздуха рассматриваются трубы промышленных предприятий и предприятий теплоэнергетики (точечные источники), потоки автотранспорта по сети городских автодорог (линейные источники) и предприятия с множественными выбросами вредных веществ (площадные источники).
Задача решается численно с использованием метода конечного объема при дискретизации дифференциальных уравнений, методов факторизации для решения разреженных систем линейных алгебраических уравнений. Для ускорения получения результатов расчетов применяются многопроцессорные вычислительные установки ТГУ и ИОА СО РАН. Параллельный вычислительный алгоритм решения задачи опирается на принцип декомпозиции расчетной области.
Предложенная модель применяется для численной детализации экологической ситуации в г. Томске для некоторых дат 2000 г. Результаты сравнения расчетов и измерений позволяют говорить о применимости предложенного подхода, основным преимуществом которого является высокая оперативность получения детальной картины распределения загрязнителей над районами города.
1. Fast J.D., O'Steen B., Lance and Addis Robert P. Advanced Atmospheric Modeling for Emergency Response // J. Appl. Meteorol. 1995. V. 34. P. 626-649.
2. Старченко А.В., Беликов Д.А., Есаулов А.О. Численное исследование влияния метеорологических параметров на качество воздуха в городе // Материалы конференции ENVIROMIS2002. Томск: Изд-во ЦНТИ, 2002. С. 142-151.
3. Берлянд М.Е. Прогноз и регулирование загрязнений атмосферы. Л.: Гидрометиздат, 1985. 448 с.
4. Irwin J.S. A theoretical variation of the wind profile power law exponent at as a function of surface roughness and stability // Atmos. Environ. 1979. V. 13. P. 191-194.
5. McNider R.T., Moran M.D. and Pielke R.A. Influence of diurnal and inertial boundary-layer oscillation on long-range dispersion //Atmos. Environ. 1988. V. 22. P. 2445-2462.
6. Satyanarayana A.N.V., Lykossov V.N. and Mohanty U.C. A Study of Atmospheric Boundary Layer Characteristics at Anand, India Using LCP Experimental Data Sets // Boundary-Layer Meteorol. 2000. V. 96. P. 393-419.
7. Sherman C.A. A Mass-Consistent Model for Wind Fields over Complex Terrain // J. Appl. Meteorol. 1978. V. 17. P. 312-319.
8. Старченко А.В. Моделирование переноса примеси в однородном атмосферном пограничном слое // Материалы конференции ENVIROMIS. Томск, 2000. С. 77-82.
9. Kunz R., Moussiopoulos N. Simulation of the Wind Field in Athens Using Refined Boundary Conditions // Atmos. Environ. 1995. V. 29. P. 3375-3391.
10. Hurley P.J. The Air Pollution Model (TAPM) Version 1: Technical Description and Examples // CSIRO Atmospheric Research Technical Paper N 43. Aspen dale: CSIRO. 1999. 39 p.
11. Шнайдман В.А., Бродская Н.С., Лосев В.М. Расчет характеристик пограничного слоя по данным аэросиноптической сети станций в районе г. Москвы // Тр. Гидрометцентра СССР. 1981. Вып. 238. С. 64-74.
12. http://meteo.infospace.ru
13. Самарский А.А., Николаев Е.С. Методы решения сеточных уравнений. М.: Наука, 1978. 590 с.
14. Van Leer B. Towards the ultimate conservative difference scheme. II. Monotonicity and conservation combined in a second order scheme // J. Comput. Phys. 1974. V. 14. P. 361-370.
15. Старченко А.В., Есаулов А.О. Параллельные вычисления на многопроцессорных вычислительных системах. Томск: Изд-во Том. ун-та, 2002. 56 с.
16. Беликов Д.А., Старченко А.В. Исследование влияния параметров атмосферы на перенос и рассеяние примеси // Тезисы IX Рабочей группы "Аэрозоли Сибири". Томск, 26-29 ноября 2002. С. 46.
17. Starchenko A.V. and Karyakin A.S. Simulation of Turbulent Transport During 24-hour Evolution of the Atmospheric Boundary Layer // Proc. SPIE. 2000. V. 4341. P. 626-633.