WWW.BOOK.LIB-I.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Электронные ресурсы
 

Pages:     | 1 ||

«ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИИ И КОНТРОЛЮ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ ТРУДЫ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГЛАВНОЙ ГЕОФИЗИЧЕСКОЙ ...»

-- [ Страница 2 ] --

Принятые в метеорологии методы критического контроля информации, поступающей с пункта измерений, связаны обычно с сопо­ ставлением этой информации со значениями метеоэлемента, полу­ денными в других пунктах измерения и проинтерполированными с определенными весами в контролируемую точку. Иными словами, производится построение сглаженного поля элемента и оцени­ вается отклонение в точке измерения фактического значения от ;данных сглаженного поля [6].

Однако в [7] показано на примере SO2, что для получения приемлемой погрешности интерполяции пространственного поля при принятом интервале временного осреднения 20 мин, необходимо |иметь количество пунктов, практически нереализуемое по технико­ экономическим соображениям. Указанные трудности не позволяют в полной мере использовать для целей критического контроля ин­ формации методы, упомянутые выше. Возникает необходимость использования для целей критического контроля информации !в пункте измерения предшествующих значений концентраций iB этом ж е пункте. При этом вопросы стационарности имеют су­ щественное значение для выбора метода критического контроля (измерительной информации.

В случае допустимости предположения о стационарности для целей критического контроля можно воспользоваться хорошо р а з­ работанными методами статистической оптимальной фильтрации.

Суть такой процедуры критического контроля сводится к прогнозу |последующего значения по данным предыдущих значений ряда |И оценке расхождения между вновь полученным и прогнозируемыми значениями.



Поскольку при стационарном процессе из­ вестна допустимая ошибка прогноза, то превышение ошибки над допустимой расценивается как мера недоверия к показанию при­ бора. Стационарность процесса определяет такж е возможность |выбора модели плотности распределения концентрации по данным Ьдной реализации, а не по ансамблю, как это необходимо в слу­ чае нестационарности. В свою очередь модель плотности распре­ деления может быть такж е непосредственно использована для це­ лей критического контроля.

2. Приступая к анализу стационарности процессов, необходимо рассмотреть, какого рода исходный материал должен быть для этого использован. В настоящее время наиболее доступными яв­ ляются материалы, получаемые путем ручного отбора проб с по­ следующим химическим анализом. Однако эти материалы практи­ чески непригодны для анализа в связи с тем, что результат изме­ рения является, по существу, продуктом химического интегриро­ вания совокупности ингредиентов, проходящего к тому же с не­ равномерной скоростью. Кроме того, отборы проб выполняются с большим временным интервалом и по скользящему графику. Б о­ лее приемлемы материалы, получаемые с помощью автоматичегких газоанализаторов.

Здесь такж е возникает вопрос о том, использовать ли непо­ средственно реализацию, получаемую с прибора в виде, близком к аналоговому, т. е. с интервалом квантования, определяемым до­ пустимой погрешностью дискретности, либо организовать предва^ рительное осреднение на интервале 20 мин. Нам представилось наиболее приемлемым провести анализ на стационарность как осредненного, так и неосредненного материала. Последний состав­ ляет определенный интерес по той причине, что высокочастотные составляющие в спектре концентраций могут содержать определен­ ную полезную информацию.

Спектральный анализ, например, может быть использован в з а ­ даче о выявлении виновника загрязнений. П редставляет интерес' такл^е рассмотреть влияние различных методов осреднения на ста­ тистические оценки процесса, в частности на ковариационные функции и спектры.





3. Д л я анализа стационарности был исследован набор реали­ заций, полученных по показаниям автоматического газоанализа-' тора ГКП-1 в ряде пунктов крупного промышленного центра в летнее время. Общая длина проанализированных данных состав-^ ляет около 700 часов. Учитывая сравнительно незначительную;

инерционность автоматических газоанализаторов (постоянная вре-;

мени для ГКП-1 составляет около 2 мин), можно предполагать,что в реализациях представлены основные участки спектров, представляющие интерес для анализа [2]. По всей вероятности, высокочастотные составляющие спектра концентраций опреде­ ляются инструментальными погрешностями приборов и пульсационными составляющими направления и скорости ветра. Цель экс­ перимента с указанными реализациями состояла в проверке ста­ ционарности по математическому ожиданию и ковариационной функции, в оценке разброса основных показателей ковариацион­ ных функций, дисперсии и времени спада, а такж е в качествен-, ном анализе влияния некоторых типов фильтрации на характера ковариационных функций и спектров.

Рассмотрим некоторые результаты анализа реализаций по сер­ нистому газу.

В общем случае анализируемые реализации можно' разделить на два больших класса:

1) с весьма малой изменчивостью величины концентрации при низком абсолютном значении ее;

2) со значительной изменчивостью концентрации при доста-| точно больших абсолютных значениях. :

Группа реализаций первого класса мало информативна, а зн а­ чения концентраций в ней, по-видимому, близки к фоновым. Д л я этой группы не представилось возможным получить ковариацион-' ную функцию, вследствие того, что случайные составляющие, ко-| торые, возможно, и присутствуют в реализациях, являю тся слиш-!

ком низкочастотными. Получить необходимую длину реализаций] чтобы отличить их от тренда, весьма затруднительно. Основныё исследования были проведены с реализациями второго класса, ко­ торые, по всей вероятности, являю тся подфакельными и несут ос­ новную информационную нагрузку в связи с высокой степеньк изменчивости и достаточно высоким уровнем концентраций. ^ Рассмотрение реализаций показало их нестационарность отно­ сительно математического ожидания. При проведении операции, ентрирования могут быть использованы различные подходы, ко­ ц торые приведут к существенно разным результатам. Ц ентрирова­ ние может быть проведено относительно общего среднего для масрива данных либо относительно скользящего среднего. При этом выбор типа фильтра, выполняющего операцию скользящего осред­ нения, естественно, влияет на характер полученных результатов |[3]. Д алее мы будем специально оговаривать, каким образом вы­ полнялось центрирование.

Во всех экспериментах интервал временного квантования ис­ ходного массива составил 3 мин, так что длина реализации во зремени была равной Т = N At, где N — количество точек массива.

Обработка реализации велась с учетом рекомендаций, излож ен­ ных в [8].

: В табл. 1 приведены данные о величинах массивов, дисперсиях D и временах спада Тщах, когда центрирование выполнялось отно­ сительно общего для массива среднего значения концентрации.

Эти данные свидетельствуют о том, что для различных участков Ьеализации имеет место значительный разброс дисперсии и времен спада, т. е. центрированный относительно общего среднего процесс зторого класса не является стационарным относительно ковариа­ ционной функции. П редставляет интерес тот факт, что для сохра­ нения равной погрешности интерполяции (в процертах от диспер­ сии процесса) необходимо изменять интервал временного квантозания.

Таблица 1 Параметры ковариационных функций для реализации SO2

–  –  –

Н а рис. 1 представлены изменения во времени дисперсии Di |i времени спада tmax Для временного ряда длиной 4500 мин.

К аж дое из указанных значений рассчитывалось по выборке из 300 точек — по 150 в обе стороны от «текущего» значения; интервал сдвига выборок был принят равным 150 точкам (450 мин). Из^ рис. 1 (кривые 1) видно, что на относительно небольшом времен-^ ном интервале (около 7 часов) имеют место весьма значительные!

изменения параметров ковариационной функции для процесса,' центрированного относительно общего среднего.

4. Рассмотрим далее стационарность по ковариационной функ-:

ции тех же массивов данных, центрированных путем вычисления скользящего сглаженного значения. Эта операция, как известно

–  –  –

где — осредненное значение по массиву п точек и ^ = 1 + п/2 2 + П/2,...

При п = 2 0 фильтр, проверенный н а исходном ряде, давал удовлетворительное сглаживание. В табл. 1 приведены значени} показателей ковариационных функций для реализаций, центриро!

ванных вычитанием скользящего сглаженного значения. К ак i следовало ожидать, за счет исключения низкочастотной состав ляющей, вносящей существенный вклад в колебания дисперсий i |времен спада, произошло значительное сближение показателей ковариационной функции. Учитывая трудность точного определения iTmaxj можно считать ЭТИ велнчнны практически идентичными; абсолютные значения дисперсий значительно уменьшились и их уровень сопоставим с вкладом, вносимым инструментальной погреш­ ностью.

На рис. 1 кривые 2 показывают соответствующие изменения Dj |и Ттах для такого метода осреднения. Данное центрирование, естественно, приводит к некоторому сближению характеристик процесса.

Возникают, однако, вопросы о том, какой практический инте­ рес представляют выделенные этим фильтром высокочастотные со­ ставляю щ ие и не являю тся ли они шумами, не несущими информацнонной нагрузки.

П редставляет такж е интерес получение ковариационных функ­ ц ий для сглаженного ряда, полученного на выходе фильтра. ОдIнако здесь возникают те же трудности, связанные с недостаточной ЛИН0 Й реализации, что и для рядов первого класса.

1Д Одновременно с определением параметров ковариационных Iфункций оценивались средние квадратические погрешности их по­ лучения, исходя из соотношения времени спада и длины реали за­ ции. Оценка сверху относительного отклонения статистической дисIПерсии ряда Ов при центрировании относительного общего сред­ него составила для исходных реализаций 0,4—0,6, а для выборок (по 300 точек) достигла 0,8. Центрирование относительно скользящ его среднего приводило в большинстве случаев к значитель­ ному уменьшению времени спада и, следовательно, к существен­ ному уменьшению ад.

5. В настоящее время при обработке материалов аналоговых измерений газоанализаторов в системе АСКЗВ предусмотрено предварительное 20-минутное осреднение концентраций методом суммирования 10 значений, взятых через каждые 2 мин. Такая операция приводит к исключению из процесса высокочастотных составляющих спектра и некоторому улучшению связности про­ цесса.

С целью сопоставления ковариационных функций исходного ряда с ковариационными функциями ряда, подвергнутого 20-минут­ ному осреднению, были рассчитаны значения этого ряда для ан а­ логичных реализаций.

Как видно из данных, осредненных за 20 мин (табл. 1), здесь такж е имеет место некоторое уменьшение разброса показателей ковариационных функций и увеличение степени связности про­ цесса (тшах), что и следовало ожидать.

6. Д л я предварительной оценки характера спектра исходного ряда, а такж е рядов, центрированных по скользящему среднему (что соответствует низкочастотной фильтрации) и осредненных за 20 минут методом суммирования, были построены соответствующие спектры процессов. Спектры для исходного и центрированного по скользящ ему среднему ряда представлены на рис. 2.

Расчет спектров был выполнен по методу Блекмана и Тьюки [5], причем в качестве весовой функции использовалась функция:

Ханна. Кривая 1 — спектр исходного процесса, центрированного;

по среднему для массива. Надо полагать, что в нулевой полосе!

частот спектральная плотность завышена, что является причиной наличия составляющих с периодами, значительно большими значе­ ний t m a x, которые М О Ж НО представлять как тренд. После частот 10“® Гц наблю дается довольно равномерный спектр, напоминаю­ щий белый шум. Кривая 2 — спектр процесса, подвергнутого низ­ кочастотной фильтрации. З а счет этого получена более корректная Рис. 2. Спектральная плотность SO2.

1 — без осреднения, 2 — с использованием скользящёго сглаживания.

оценка нулевой частоты, вместе с тем сохранен весь спектр про­ цесса с частот около 2- 10“ ^ Гц. Этот участок спектра является идентичным аналогичному участку спектра 1, причем хорошо про­ сматривается довольно равномерный спектр типа шума на высоких частотах. Спектр для процесса, осредненного за 20 мин, не приве­ ден в связи с тем, что статистическая обеспеченность ряда (117 точек) оказалась недостаточной для удовлетворительного воспроизведения низкочастотной части спектра, которая и пред­ ставляет здесь наибольший интерес, так как осреднение в опреде­ ленной мере аналогично высокочастотной фильтрации.

Можно отметить, что при осреднении, естественно, теряется весь участок спектра, соответствующий частотам более 10~® Гц, и су­ щественно искажен участок, лежащ ий слева от частоты 10~^ Гц (ориентировочно (0,4ч-1) 10“ ®Гц), структура которого, возможно, представляет определенный интерес. В частности, именно эта часть ПО спектра может представить интерес для выявления «виновника»

загрязнений.

П редставляет интерес дальнейшие исследования вопроса о том, является ли спектр после 10~® Гц спектром белого шума, созда­ ваемого инструментальной погрешностью или пульсацией скоро­ сти и направления ветра. Если эти частоты не представляют ин­ тереса, то подбором соответствующего фильтра можно выделить наиболее информативный диапазон частот, что позволит по иному подойти, например, к вопросам пространственно-временного кван­ тования. Несмотря на то что аналогичные картины спектров по­ лучены нами и для других реализаций, мы полагаем, что делать какие-либо окончательные выводы по этим материалам было бы : преждевременно по причине относительно малой представительно­ сти исходного материала.

I 7. В п. 1 было разъяснено значение стационарности для организации критического контроля по методу прогноза на один шаг Iизмерения по данным предыдущих значений ряда. Такой прогноз ino методу оптимальной статистической экстраполяции был опро­ бован нами на реализациях процесса и, естественно, не дал удов­ летворительных результатов вследствие нестационарности. В связи с этим была произведена попытка прогноза последующего значе­ ния при помощи экстраполяционного полинома, коэффициенты ко­ торого непрерывно уточняются методом адаптации [9]. Существо ;этого метода сводится к непрерывному вычислению средней квад­ ратической погрешности прогноза путем выполнения «псевдопрог­ ноза» на известном массиве обучения, к сопоставлению «псевдопрогноза» с фактическими данными и поиску коэффициентов по­ линома, минимизирующих е^. По окончании цикла «обучения» эти коэффициенты используются для прогноза. Цикл проверки на ми­ нимум осуществляется непрерывно. Однако и этот метод давал удовлетворительные результаты только для достаточно стационар­ ных участков процесса. При значительных изменениях концен­ трации он давал ошибки в переходных процессах до 80%. Вместе с тем «гладкие» процессы, не содержащие высокочастотных со­ ставляющих, легко поддаются экстраполяции относительно про­ стыми методами. Это еще раз подчеркивает важность работ по оценке существенности диапазона частот спектра и критериев для Iоценки понятия значимости частот. В целях выяснения значимо­ сти диапазонов спектров, на наш взгляд, в частности, необходимо организовать изучение спектров выбросов предприятий, загр яз­ няющих атмосферу.

Авторы выражаю т благодарность Н. Н. Склонной и Т. И. Череповой за помощь в подготовке материалов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. А н у ф р и е в В. И., З а й ц е в А. С. Вертикальное распределение серни­ стого газа в приземном слое атмосферы в городе.— Труды ГГО, 1975, вып 352, с. 59—64.

2. А у р о в В. В., Г у р е в и ч А. А., П и с а р у к Т. Н. Погрешности изме­ рения средних концентраций вредных примесей в атмосфере с помощью авто­ матических газоанализаторов.— Метеорология, климатология и гидрология, 1977, вып. 13, с. 76—98.

3. Б е н д а т Д. Ж., П и р с о л А. Измерения и анализ случайных процес­ сов.— М.; Мир, 1970. 463 с.

4. Б е р л я н д М. Е. Современные проблемы атмосферной диффузии.— Л.:

Гидрометеоиздат, 1975. 432 с.

5. В и н н и к о в К. Я., Г р и б Н. К., П о л я к И. И. Методика расчета кор­ реляционных функций и спектров временных метеорологических р яд о в,-Т р у д ы ГГО,. 1973, вып. 308, с. 27—46.

6. Г а и д и и Л. С., К а г а н Р. Л. Статистические методы интерпретации метеорологических данных.—-Л.: Гидрометеоиздат, 1976. 360 с.

7. Г о р ш е н е в А. М., К о н ь к о в С. А., П о л и щ у к А. И. Некоторые ре­ зультаты анализа пространственной и временной статистической структуры поля концентраций сернистого газа в атмосфере промышленных городов.— Труды ГГО, 1975, вып. 352, с. 93—112.

8. Ж у р а в л е в а Е. Б., К а г а н Р. Л., П о л я к И. И. Вычисление авто-, корреляционных функций по нескольким реализациям случайного процесса,— Труды ГГО, 1971, вып. 289, с. 41—55.

9. И в а х н е н к о А. Г., Л а п а В. Г. Кибернетические предсказывающие устройства.— Киев, Наукова думка, 1965. 152 с.

с. А. Коньков, Е. Г. Головина

АВТОМАТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ ЗАПЫ ЛЕННОСТИ АТМОСФЕРЫ

Пыль является одной из наиболее распространенных загр яз­ няющих примесей атмосферы, и исследование ее характеристик имеет важное научное и практическое значение.

В настоящее время запыленность атмосферы измеряется аппа­ ратурой периодического действия. Наблюдения на сети станций Госкомгидромета и СЭС проводятся 3 р аза в сутки {1], что может вносить искажения в информацию о загрязнении города в связи с малой длительностью выборки. Этот существующий метод изме­ рения не позволяет вести непрерывную регистрацию и оператив­ ный контроль за степенью пылевого загрязнения атмосферы, по­ этому важное значение приобретает разработка автоматических приборов.

Известен ряд автоматических приборов для отбора проб воз­ духа [6]. Однако эти приборы не позволяют вести непрерывную регистрацию концентрации пыли в атмосфере и получили пока ограниченное применение.

Кроме прямого метода определения запыленности (весовой и счетной концентрации примеси), существует ряд косвенных мето­ дов, основанных на измерении физических свойств пыли: оптиче­ ской прозрачности, электропроводности, ионизационной способно­ сти, акустических свойств и др.

В СССР разработано несколько типов приборов, основанных на принципе регистрации ослабления света за счет абсорбции и рассеяния света при прохождении светового потока через запы ­ ленный воздух: ИПМ -1, Ф-1, ФЭП-В и др.

Чувствительность этих приборов недостаточна для осуществле­ ния контроля запыленности атмосферы. Приборы, основанные на способности пылевых частиц в воздухе электризоваться при высо­ ких скоростях их движения в потоках, известных под названием контактноэлектрических. Недостатком приборов является зависи­ мость показаний от свойств пыли, особенно от ее дисперсности.

Ионизационный эффект положен в основу электрорадиационного пылемера П РП -2 [4], однако показания этого прибора зависят от температуры и давления воздуха.

8 Зак. № 243 113 в ряде приборов использованы свойства акустического пол5 изменять свои параметры в зависимости от физических констан'.

исследуемой атмосферы. Они применимы для грубой оценки запы ленности (нижний предел измеряемой концентрации 10 мг/м®) Ш ирокое распространение получили приборы и методы, в которьц используется осаждение атмосферной пыли на фильтр. Основное их преимущество — возможность получения пробы с количеством пыли, достаточным для проведения различных исследований (хи' мического, тетраграфического, рентгенографического, дисперсного Рис. 1. Пробоотборник пылемера.

1 — механизм перемотки ленты, 2 — узел флюгера, 3 —корпус с аспиратором, 4 — механизм поворота.

состава и д р.). Осуществление непрерывной регистрации пыли приборами, основанными на методах исследования с выделением дисперсной фазы аэрозоля, расширяет возможность при решении' различных задач в области изучения запыленности атмосферы.

Метод фильтрации, использующий автоматический отбор проб воздуха и фотометрический метод определения концентрации твердой примеси по определению оптической плотности пыли, осажденной на фильтр, положен в основу электрофотометрического пылемера, разработанного и созданного в ГГО [3]. ЭФП со­ стоит из двух блоков: пробоотборника и фотометрического устрой­ ства. Пробоотборник обеспечивает аспирацию воздуха через фильтр, накопление на нем пыли и перемотку ленточного филь­ тра (рис. 1).

j Крайне важным условием правильного отбора газа является изокинетичность отбора, которая определяется равенством скоро­ сти газа в потоке и скорости отбора, а такж е расположением вход­ ного отверстия к направлению газового потока. Пробоотборник имеет устройство, с помощью которого входное отверстие устанав­ ливается навстречу воздушному потоку.

Отбор проб производится на отечественные высококачествен­ ные ленточные фильтры м арок Н ЭЛ или ЛФС. Эти фильтры гидрофобны, обладаю т высоким коэффициентом захвата, большой од­ нородностью массовой и оптической плотности при малой собственной толщине.

–  –  –

Известно, что химический состав атмосферных осадков опреде­ ляется как химическим составом облачной воды, так и со д ер ж а-:

нием в воздухе аэрозолей и газообразных примесей, захваты вае­ мых каплями дож дя или снежинками при их падении. Химический состав облачной воды в свою очередь тесно связан с происхожде­ нием воздушных масс и их переносом [1, 3, 5].

Четкой зависимости между концентрациями отдельных приме­ сей в осадках и скоростью ветра на континентальных станциях не обнаружено [1]. Д л я некоторых морских побережий и океаниче­ ских островов получена прям ая связь между концентрацией хло­ ридов в осадках и скоростью ветра [8, 9] или состоянием морской поверхности [6]. Однако данных, характеризующих морские по- ’ бережья Советского Союза, крайне мало, а для некоторых морей они совсем отсутствуют.

В период экспедиционных исследований (июль— август 1966 г.) на побережье Баренцева моря (район р. Восточной Лицы) в 7 км от берега, в месте, совершенно удаленном от всякого рода про­ мышленных источников, впервые было собрано 20 проб атмо­ сферных осадков. Сбор осадков производился по методике, приве­ денной в [1]. Химический состав определялся в химической л або­ ратории в пос. Воейково В. М. Дроздовой.

Полученные результаты позволили сделать некоторую оценку влияния направления и скорости ветра на изменение хлоридной и сульфатных составляющих в атмосферных осадках. Н а рис. 1 представлены результаты исследований, указывающ ие на увеличе­ ние хлоридной составляющей в атмосферных осадках с возраста­ нием скорости ветра (рис. 1 а ). Наибольшее количество хлора вы­ падает с осадками на побережье при северном ветре (рис. 1 б).

Изменение концентрации ионов С1' в атмосферных осадках в зависимости от скорости ветра можно представить уравнением регрессии вида l g c = a t ) + 6, (1) где с — концентрация С1' (м г/л), v — скорость ветра (м /с), а = = 0,14, &= —0,63.

–  –  –

Подобная зависимость для дождей Тихого океана приведена в работе [9]. Значения параметров в (1) хорошо совпадают с при­ веденными в [9].

Д л я Черноморского побережья Е. С. Селезневой [6] получена 11-9 связь между ионами С1' в атмосферных осадках и состоянием морской поверхности;

l g c = 0, 3 1 5 - 0,0 8, (2) где Б — волнение моря в баллах.

При спокойном состоянии моря (волнение ^ 2 баллов) значе­ ния хлоридов в осадках близки к фоновым.

При волнении более 2 баллов поступление морских солей на берег в зависимости от балла волнения увеличивается в геометри­ ческой прогрессии. Однако при штормовых условиях погоды (воЛ' нение моря 6—7 баллов) происходит замедленное нарастание концентрации хлоридов в осадках.

Что касается сульфатной составляющей, характерной для кон­ тинентальных источников загрязнения, то в атмосферных осадках и аэрозолях прибрежных районов обычно их содержится мало.

Однако в особых условиях континентальные влияния прослежи-:

ваются не только в прибрежных зонах, но и в удалении над мор­ ской поверхностью. Так, по данным работы [7], над Гвинейским заливом и Берегом Слоновой Кости большинство компонент в аэрозолях имеет континентальное происхождение, но концентра-’ ции их все же в 10—20 раз меньше континентальных.

Изменение сульфатной составляющей в атмосферных осадках Кольского полуострова на расстоянии 7 км от моря в зависимости от скорости переноса воздушных масс можно проследить в отно­ сительных единицах. Величина отношения S 0 "/C 1 ' в зависимости от скорости ветра имеет как бы зеркальное отображение изме­ нения концентрации хлоридов (рис. 1 е, г); с увеличением скоро­ сти ветра отношения S 0 "/C 1 ' уменьшаются. М аксимальные значе­ ния отношения S 0"/C 1' соответствуют континентальным ветрам.

Изменение S 0"/C 1' в зависимости от скорости ветра можно такж е представить уравнением регрессии типа (1) \g S — av-^b, (3) где 5 — отношение SO "/C K, й = —0,13, 6 = 0,82. Коэффициенты при V и значения свободных членов в уравнениях (1) и (3) по аб ­ солютной величине близки друг к другу.

Выборочные средние СК и отношение SO''ICV со средними | квадратическими отклонениями ст и их медианными значениями представлены в таблице:

–  –  –

(1) и (3).

Около 70% точек отклонены от линии регрессии (1) на вели­ чину Это говорит о логнормальности распределения величин С1 и и. Что касается линии регрессии (3), то только 50% точек от­ клонены на величину ^. 02 Полученные данные о влиянии ветра на химический состав осадков побережья Баренцева моря дополняют сведения, имею­ щиеся в литературе.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Д р о з д о в а В. М. и др. Химический состав атмосферных осадков на Европейской территории СССР/Дроздова В. М., Петренчук О. П.. Селез­ нева Е. С., Свистов П. Ф.— Л.: Гидрометеоиздат, 1964, с. 42—53. 133— 135.

2. П а н о в с к и й Г. А., Б р а й е р Г. В. Статистические методы в метеорологии/Пер. с англ.— Л.: Гидрометеоиздат, 1972, с. 59—60, 91—92.

3. П е т р е н ч у к О. П., Д р о з д о в а В. М. О химическом составе облач­ ной воды в некоторых районах ЕТС.— Труды ГГО, 1966, с. 117— 124.

4. С в и с т о в П. Ф С е л е з н е в а Е. С. Некоторые данные о химическом..

составе и распределении аэрозолей на побережье Кольского гаолуострова.— Труды ГГО, 1966. вып. 185. с. 110—115.

5. С е л е з н е в а Е. С., П е т р е н ч у к О. П. Об удалении примесей из ат­ мосферы облаками и осадками.— В кн.: Метеорологические аспекты загрязне­ ния атмосферы (Сб. докл. на междунар. симпозиуме в Ленинграде, июль 1968 г.) Л.: Гидрометеоиздат, 1971, с. 253—258.

6. С е л е з н е в а Е. С. Распространение морских солей на побережье Чер­ ного моря по данным о химическом составе атмосферных осадков.— Труды ГГО, 1974, вып. 343, с. 34—44.

7. C r o z a t О.. D e m e r g u e J. L., B o g u l V., F o n t a n J. Etude de I’aerosol atmospherique en Gote d’Jvoire et dans le Golfe de Guinee.— Atmos.

Env., 1973, vol. 7, N 11, p. 1103—1116.

8. M 1j a к e J. The chemistry of rain water.— Bull. Amer. Met. Soc., 1939, vol. 20, N 2, p. 42.

9. T s u n 0 g la i S., S a i t о О., J a m a d a K., N a к a v a S. Chemical com­ position of oceanic aerosol.— J. Geophys. Res., 1972, vol. 77, N 27, p. 5283—5291.

д. Н. Александров, С. М. Немец, А. М. Царев

ОПЫТ ПР ИМ ЕН ЕНИ Я МЕТОДА ЭМИССИОННОГО

СП ЕКТРАЛЬНОГО АНАЛИЗА Д Л Я О П Р Е Д Е Л Е Н И Я

КОНЦ ЕНТ РА ЦИ И МЕТАЛЛОВ В ВОЗДУХЕ В ГОРОДЕ

Известно, что химический состав аэрозольных частиц изменчив и подвержен влиянию их локальных источников. В связи с этим важ ное значение приобретает дальнейшее исследование аэрозолей с целью определения тенденции изменения их фонового содерж а­ ния и построения количественной теории возможного их влияния ;

на климат.

В настоящей работе сделана попытка использования резуль­ татов определения содержания металлов в атмосферной пыли для оценки величины фоновых значений в городе.

Анализ проб пыли проводился в соответствии с «Временной инструкцией по определению металлов в разовых пробах атмо­ сферного воздуха методом эмиссионного спектрального анализа», изложенной в работе [1].

Д ан н ая методика была использована для анализа проб пыли, собранных в период экспедиции в одном из городов на Северном К авказе летом 1975 г. Отбор проб воздуха на пыль производился в пяти маршрутных пунктах, расположенных в различных районах города, и одном стационарном пункте, расположенном вне город­ ской черты. К ак показали результаты спектрального анализа проб пыли, представленные в табл. 1, средние концентрации к а ж ­ дого из элементов меняются для различных районов города не­ значительно. Наиболее высокие концентрации свинца наблю да­ лись в районе пункта 4, что объясняется интенсивным движением автотранспорта в этой части города. Средние концентрации по ряду элементов в районе стационарного поста оказались несколько выше, чем на пунктах, расположенных внутри городской черты.

Следует сказать, что в период проведения эксперимента пре­ обладали ветры восточного направления, которые способствовали попаданию ф акела ГРЭС на район стационарного пункта. В связи с этим следует предположить, что при ветрах восточного направ­ ления некоторые микропримеси, специфичные для 'данного источТаблица 1 Средние значения концентраций микроэлементов на маршрутных и стационарном пунктах (мкг/м®)

–  –  –

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. А л е к с а н д р о в Н. Н., Н е м е ц С. М., Г у н ч е н к о А. И. Некоторые перспективы развития методов анализа атмосферной пыли на содержание ме­ таллов,— Труды ГГО, 1977, вып. 387, с. 138— 146.

2. Ж и г а л о в с к а я Т. Н. й др. Микроэлементы в природных водах и атмосфере.— Труды ИЭМ, 1974, вып. 2(4), с. 181— 184.

п. Ф. Свистов, С. М. Немец, Н. Н. Бурчуладзе

О С О Д ЕР Ж А Н И И НАТРИЯ И РТУТИ В ТВ ЕРД Ы Х ОСАДКАХ

Среди химических элементов, входящих в состав атмосферных осадков и аэрозолей, можно выделить две группы: главные ионы (структурообразующие) и микроэлементы. Элемент, входящий в первую группу, является зародышем облачных частиц либо сам, либо совместно с другим элементом. В этом случае и второй эле­ мент входит в формулу типа вод [2]. Элементы второй группы не принимаются во внимание при написании формул и присутствуют в последней в качестве примеси.

Обычно принимается, что снежинки и градины имеют постоян­ ный состав для структурообразующих элементов. Это значит, что содержание элемента в каж дой частице осадков должно быть по­ стоянным и равным среднему химическому составу выпавших атмо­ сферных осадков.

Строго говоря, все структурообразующие элементы должны об­ наруж ивать некоторую дисперсию в содержаниях, лежащ ую в пре­ делах стехометрических соотношений, но оценка ее в настоящее время невозможна, так как дисперсия ошибок существующих ме­ тодов химического анализа большинства ингредиентов во много раз выше.

При условии равновесной кристаллизации в распределениях этих элементов долж на обнаруживаться больш ая однородность, и распределения эти должны хорошо описываться функцией Г а­ усса. Д л я случая изоморфных элементов, образующих твердые растворы, это относится к сумме элементов. Распределения к а ж ­ дого из них будут дополнять друг друга до нормального (с дан­ ными парам етрам и). При этом может иметь место случай, когда один из элементов, обычно находящийся в больших концентра­ циях, будет обнаруживать слабо отрицательный сдвиг, а другой элемент, содержащийся в подчиненных концентрациях — положи­ тельный [3].

Предположение о незначительных колебаниях дисперсии отно­ сится к главным элементам в градинах, характеризующихся срав­ нительно плотной упаковкой. В снежинках дисперсия в значениях концентраций этих элементов будет гораздо большей и значимой.

Здесь структурообразующие элементы могут обнаруживать более явно отрицательный сдвиг в распределении концентраций. Это сле­ дует из того, что правый предел в распределении концентраций (в сторону больших содержаний) для них ограничен стехиометрически, а левый может колебаться в зависимости от природы и кон­ центрации присутствующих элементов.

По данным, приведенным в настоящей работе, распределение натрия в атмосферных осадках характеризуется отрицательной асимметрией. Натрий в снежинках тех ж е самых осадков такж е обнаруж ивает отрицательный сдвиг, правда, в меньшей степени, в то время как распределение натрия в градинах характеризуется положительной асимметрией.

Ниж е приводятся результаты проверки гипотезы о согласован­ ности распределений содержания натрия в снежинках и градинах с нормальным законом или с альтернативой логнормального рас­ пределения при помощи критерия Пирсона (табл. 1, 2). Теоре­ тические значения табулированы. Если при выбранном уровне значимости и выбранном числе степеней свободы эмпирическая величина меньше соответствующей теоретической величины, то нулевая гипотеза признается не противоречащей эмпирическим данным. По нулевой гипотезе (например, для логнормального рас­ пределения) принимается, что генеральные параметры, о которых судят по выборочным данным, не отличаются друг от друга.

Таблица 1 Результаты проверки гипотезы нормального распределения содержания натрия в снежинках Концентрация Na, 6 - 7 7, 1 - 8 8, 1 - 9 9,1 - 1 0 1 0,1 -1 1 1 1, 1 - 1 2 1 2,1 -1 3 мг/л Частоты Пг 18 Теоретические ча­ 1,80 4,53 9,62 9,62 стоты Ni 15,04 13,06 6,33

–  –  –

где X — концентрация примеси (микроэлемента) в частице, т — масса частицы, (1 — х ) — концентрация примеси в окружающей среде (раствор, воздух), 5i, 5о — удельные веса фаз, k — константа распределения.

Закон характеризует распределение примеси в таких случаях, когда между частицей и средой, в которой она находится, устанав­ ливается истинное равновесие, что приводит к равномерному распределению примеси по всей частице.

Второй случай описывается логарифмическим законом распре­ деления примеси в частицах [6]. Логарифмический закон харак­ теризует распределение микроэлемента при отсутствии истинного равновесия между фазами. В этом случае распределение элемен­ тов-примесей в частицах неравномерно, содержание примеси 9 Зак. N2 243 129 нарастает или убывает от центра к периферии.

Аналитически закон записывается следующим уравнением:

lg ^ = U g ^.

а где л — концентрация примеси в растворе или воздухе после обра­ :

зования новой фазы, а — концентрация примеси до появления новой фазы, у — концентрация главного иона в растворе или воз­ духе после образования фазы, й — то же до образования фазы, X— константа распределения.

Логарифмический закон распределения соблюдается, когда частицы медленно растут из раствора или воздуха с постоянной степенью пересыщения или недонасыщения. Существующие в на­ стоящее время представления о процессах возникновения новой фазы в воздухе и выведения примесей основываются в основном на закономерностях и предположениях о равновесии природных процессов и систем.

Однако многие естественные процессы не только не удовлет­ воряют требованиям строгого термодинамического равновесия, но и нередко идут с резко выраженной необратимостью. Истинное рав­ новесие между аэрозолями и воздухом в течение периода роста аэрозолей может устанавливаться только для тех элементов, кон­ центрации (или химический потенциал) которых остаются все время почти постоянными, или в тех случаях, когда период роста отдельных аэрозолей сравнительно короток (одна генерация). При этом концентрация элемента-примеси в воздухе должна изменяться незначительно в течение роста частицы. В этом случае будет до­ стигаться гомогенное распределение микропримеси в частицах, отвечающее закону Хлопина и соответствующее статистической функции Гаусса. Гомогенность в распределении микропримеси может достигаться также в результате пересублимации и переконденсации.

Для большинства же элементов-примесей, по-видимому, имеет место медленный рост аэрозолей из воздуха при постоянной сте­ пени недостатка или избытка примеси. Тогда химический потен­ циал выравнивается при образовании новой фазы во всех частях среды и не выравнивается в самой частице, что соответствует рас­ пределению микроэлемента по логнормальному закону.

Третий более неравновесный случай, когда химический потен­ циал не успевает выравниваться не только в самих частицах, но и в растворе, т. е. существует градиент концентрации в растворе и в воздухе. Модель стохастического распределения для этого случая не установлена, распределение носит экспоненциальный ха­ рактер, кривые плотностей вероятности обладают резкой положи­ тельной косостью, логарифмическое преобразование не приводит функцию распределения к нормальной. Некоторые из этих типов распределений для атмосферных осадков представлены вработе|3].

В тех случаях, когда элемент-примесь тесно связан с основным элементом, он может наследовать распределение последнего. Так, например, распределение ртути в атмосферных осадках, собран­ ных в городе, как и кальция, с которым она тесно связана, часто следует нормальному закону, который незначительно смещается если рассматривать отношение концентрации ртути к общей ми­ нерализации (табл. 3).

Таблица 3 Относительное распределение содержания ртути в атмосферных осадках 0, 0 2 - 2,0 2,1 -4,0 4,1 -6,0 6,1 -8,0

–  –  –

Для принятия гипотезы логнормальности приходится понизить уровень значимости до 1%, так как %— 4,20, а при q = 5% %= = 3,8, т. е. гипотеза отвергается. В предположении же нормаль­ ного характера распределения ртути % ^ = 1,37 при том же числе степеней свободы. Тогда распределение ртути в атмосферных осадках показывает лучшее соответствие нормальному распреде­ лению.

Таким образом, можно сказать, что характер статистического распределения концентраций химических элементов в аэрозолях, снежинках, градинах и атмосферных осадках может быть различ­ ным. Наблюдаются кривые распределения как симметричные, близкие к нормальному закону, так и с положительной косостью, соответствующие логнормальному распределению и не соответст­ вующие ему, а также с отрицательной косостью.

Поскольку характер статистического распределения элемен­ тов-примесей в частицах отражает в известной мере условия их формирования (равновесно или неравновесно протекал процесс, выделялись ли вещества на коротком промежутке и на всем про­ тяжении процесса и т. п.), то, изучая характер распределения 9» 131 микроэлементов и опираясь на известные законы распределения, можно решать обратную задачу — в основных чертах восстанавли­ вать способ образования тех или иных соединений.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.Мейсон Б. Д ж. Физика облаков.— Л.: Гидрометеоиздат, 1961, с. 88— 109.

2. С а м а р и н а В. С. Гидрохимическое опробование подземных вод.— Изд-во ЛГУ, 1958, с. 202—210.

3. С м и р н о в С. И. Вероятностно-статистические закономерности распреде­ ления химических элементов в природных водах.— В кн.; Гидрогеохимические материалы. М.: Изд-во АН СССР, 1963, с. 5—55.

4. К о m а Ь а у а S i М. Enrichment of inorganic ions with increasing atomic weight in aerosol, rainwater and snow in comparison with sea water.— J. Met.

Soc. Japan, 1962, 40, 1, p. 26—38.

5. V o n n e g u t B., N e u b a u e r R. L. Counting sodium-containing particles in the atmosphere by their spectral emission in a hydrogen flame.— Bui. Amer.

Met. Soc., 1953, 34, 4, p. 163— 170.

6. N i с 1 s e П A. E. Kinetic of precipitation.— Pergamon Press, 1964, p. 48.

7. В r 0 w n R. T. Snow as an accumulator of air pollutants.— Water, Air, Soil Pollut., 1977, 8, 1, p. 35—39.

СОДЕРЖАНИЕ В. и. К р а с о в. Автоматизированный контроль загрязнений атмо­ сферы и его приборное обеспечение..................

Д. О. Г о р е л и к, В. И. К р а с о в. Метрологические аспекты совер­ шенствования средств контроля загрязнения атмосферы

В. И. К р а с о в, Л. В. М а л е й к о, В. А. Ц в е т к о в. Инфракрас­ ный газоанализатор двуокиси углерода и водяного пара в атмосфере 18 К. В. И в а н ч е н к о, В. И. К р а с о в, В. А. Ц в е т к о в. Инфракрас­ ный газоанализатор со светодиодным излучателем

В. А. М а г л ы ш, Л. В. М а л е й к о, Г. Г. П и т к е в и ч, И. А. С а ­ ло®-^. Инфракрасный анализатор концентрации углекислого газа шахт и станций метрополитена

В. И. Г л у ш е н к о в, В. И. К р а с о в, И. С. Я н о в с к и й. Приме­ нение метода микроволновой спектроскопии для измерения загрязнений а т м о с ф е р ы

В. Б. М и л я е в, В. И. К р а с о в. Фотоионизационный метод конт­ роля углеводородов в атмосфере

К. Н. В и ш е р а т и н, Е. А. К о р о л е в а, Л. Э. Х в о р о с т о в ­ с к а я. Определение концентрации окиси углерода методом хемилюми­ несценции

В. А. Ц в е т к о в. Информационный критерий сравнения абсорбци­ онных газоанализаторов

В. И. К р а с о в, В. И. Л о б а н, В. А. Ц в е т к о в. Логометрический метод линеаризации характеристик спектральных газоанализаторов... 67 М. С. А л е й н и к о в, В. А. Ц в е т к о в. Метод расчета фокальной оптической системы инфракрасных газоанализаторов атмосферных за­ грязнений.

В. Б. М и л я е в, В. И. К р а с о в. К вопросу оприменимости массспектрометрического метода для контроля загрязнений

В. И. А н у ф р и е в, Е. В. К о в а ч е в а. Оценка погрешности изме­ рительных каналов автоматизированной системы контроля загрязнения воздуха

В. И. А н у ф р и е в. Анализ данных эксплуатации экспериментальной автоматизированной системы контроля загрязненияв оздуха

B. В. А у р о в, А. А. Г у р е в и ч, С. А. К о н ь к о в. Исследование стационарности процессов, описывающих изменение концентраций приме­ сей в атмосфере

C. А. К о н ь к о в, Е. Г. Г о л о в и н а. Автоматический контроль за­ пыленности атмосферы

М. А. Б е л я ш о в а. К вопросу о влиянии ветра на химический со­ став атмосферных осадков морских побережий

Н. Н. А л е к с а н д р о в, С. М. Н е м е ц, А. М. Ц а р е в. Опыт при­ менения метода эмиссионного спектрального анализа для определения концентрации металлов в воздухе в городе

П. Ф. С в и с т о в, С. М. Н е м е ц, Н. Н. Б у р ч у л а д з е. О содер­ жании натрия и ртути в твердых осадках.

Труды ГГО, вып. 421

МЕТОДЫ и АППАРАТУРА

АВТОМАТИЗИРОВАННОГО КОНТРОЛЯ

АТМОСФЕРНЫХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ

Редактор Л. И. Штанникова. Техн. редактор Г. В. Ивкова. Корректор И. А. Крайнева.

Сдано в набор 13.04.79. Подписано в печать 26.09.79. М-41163. Формат бО Э 'А бум. тип.

Х О е, № 1. Лит. гарн. Печать высокая. Печ. л. 9. Уч.-изд. л. 9,16. Тираж 630 экз. Индекс МЛ-249.

Заказ № 243. Цена 65 коп. Гидрометеоиздат, 199053. Ленинград, 2-я линия, д. 23.

Ленинградская типография № 8 ЛПО «Техническая книга» Союзполиграфпрома при Государственном комитете СССР по делам издательств, полиграфии и книжной торговли.

Pages:     | 1 ||



Похожие работы:

«Программа вступительного междисциплинарного экзамена по направлению подготовки 050100 Профессиональное обучение (по отраслям) Магистерская программа: Теория и методика профессионального образования Квалификация (степень): магистр Форма обучения: заочная Срок обучения: 2 года 5 месяцев Программа вступительного междисциплинарного эк...»

«-ЗК0110ИИЧЕСК1Й ' Л ИОТОКТЬ ВО/1 0 ГОДвКЛГО Губернскаго Земетва. № 1 1 -12. 1юнь-19Ю года. Годъ издан1я ПЕРВЫ Й. Издан1е БЕЗПЛАТНОЕ. ОТДУЬНЫ! 1Щ П 12— 20 № № въ годъ. И здается согл асн о постановлен1я В ол огод ск а го Г у б е р н ск а го З ем скаго 6-мъ С обр аш я, с о ст о я в ш а го ся въ его засГдан1и— 7 Д ек а б...»

«1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ Дипломное проектирование – заключительный этап обучения. Дипломная работа служит для подтверждения умения бакалавра самостоятельно решать комплекс проблем по его специальности, руководствуясь приобретенными в ходе обучения знаниями и практическими навыками. Дипломная работа является кв...»

«Действия работников организаций при угрозе и возникновении на территории региона (муниципального образования) чрезвычайных ситуаций природного, техногенного и биологосоциального характера.Учебные вопросы: 1. Мероприятия, которые необходимо выполнить при угрозе возникновения ЧС.2. Действия р...»

«НГУ ТОП-100 Проекты СИ 4 Формы документов Формы документов Уважаемые представители лабораторий, при личном обращении в службы НГУ, пожалуйста, соблюдайте часы, отведенные для приема посетителей: с 14:00 до 1...»

«Приложение №1 Полная стоимость кредита на дату заключения Договора 00,00 процентов годовых. Значение полной стоимости кредита (ПСК) изменяется в течение жизни кредита при изменении параметров и условий кредитования, например при частичном досрочном погашении кредита,...»

«й Доверя себе!ПРЕЖДЕ ЧЕМ НАЧАТЬ Страх — часть нашей жизни. Мы все чего-нибудь боимся: проблем в школе, первого поцелуя, увольнения, серьезной болезни и, конечно, смерти. Страх выполняет сигнальную ф...»

«Извещение о проведении открытого запроса предложений (многолотовая закупка) на поставку офисной мебели для Акционерного общества "Российская Национальная Перестраховочная Компания" г. Москва 2017 год 1. Общие положения Общие сведения о запросе предложений 1.1 1.1.1 Акционерное общество "Российская Национальная Перестраховочная Компания", почтовы...»

«Общая и профессиональная характеристика ООО "РСМ Т.А." ООО Фирма "Топ-Аудит" образована в 1992 г. и более 18 лет успешно работает на рынке аудиторских и консалтинговых услуг. ООО Фирма "Топ-Аудит" с 03 июля 2003 года путем...»

«КУТОВА ШЛІФУВАЛЬНА МАШИНА МШК-1900Р мод. МШК-2300П мод. ІНСТРУКЦІЯ З ЕКСПЛУАТАЦІЇ Будь ласка, уважно прочитайте інструкцію перед експлуатацією даного пристрою мод. МШК-1900Р / МШК-2300П ЗМІСТ Вступ 1. Загальні вказівки 2. Призначення 3. Комплект пос...»









 
2017 www.book.lib-i.ru - «Бесплатная электронная библиотека - электронные ресурсы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.