10. Автоматизовані системи моніторингу забруднення

атмосферного повітря

Екологічний стан природного середовища великих міст, як правило, наближається до критичного. Враховуючи те, що мешканці міст складають більше 70 % населення держави, наслідком погіршення екологічного стану міст стало різке зростання рівня захворювань населення. Для того щоб не допускати виникнення високого рівня забруднення, контролювати та управляти ситуацією необхідний постійний моніторинг концентрацій забруднюючих речовин (ЗР). Концентрація ЗР в приземному шарі атмосферного повітря (до 250м) складним чином пов’язана з обсягом і швидкістю їх надходження від джерел емісії, особливостями розміщення їх на певній території, розсіювання і переносу ЗР під дією багато численних метеорологічних факторів та турбулентності атмосфери, форм рельєфу (характеру рослинного покриву, забудови, поверхневих водних об’єктів та ін.), особливостями хімічних перетворень ЗР в атмосфері, інтенсивністю процесів їх осадження на земну поверхню та ін. [1,2]. Сильна просторово-часова мінливість метеорологічних факторів, а також постійна нестабільність викидів ЗР від джерел емісії призводять в свою чергу до значної просторово-часової мінливості концентрацій ЗР в приземному шарі атмосферного повітря. В окремі періоди, коли метеорологічні умови сприяють накопиченню ЗР в приземному шарі, концентрації останніх можуть різко зростати створюючи безпосередню загрозу населенню, особливо його чутливим групам - дітям, людям похилого віку, хворим тощо.  Для того щоб отримати об’єктивну картину про просторову мінливість концентрації ЗР в приземному шарі і по даним, отриманим при лабораторних дослідженнях, побудувати карту забруднення повітря, необхідно систематично проводити відбори проб повітря в вузлах регулярної мережі з кроком не більше за 2 км [4]. Для міста Києва (площа понад 800 км2) вирішення такої задачі на практиці з огляду на його площу, характер забудови, форм рельєфу та ландшафтів практично неможливе з економічної точкизору. В зв’язку з цим було визначено модель забруднення атмосферного шару повітря для системи моніторингу атмосферного повітря м. Києва, яка передбачає автоматизований збір та передачу даних щодо концентрацій від мережі СПС, які розташовані на його території. Аналіз та відображення даних передбачається виконувати з застосуванням геоінформаційних технологій зокрема програмного забезпечення компанії ESRI, Inc. Отримані результати лягли в основу розробки спеціального програмного забезпечення для автоматизованого робочого місця Опорного пункту Центру оперативного моніторингу м. Києва на базі Центральної геофізичної обсерваторії Мінекоресурсів України.

11. Автоматизовані системи моніторингу вертикального розподілу температури, тиску, вологості, напрямку та швидкості вітру

Найбільш поширений метод вертикального З. а. за допомогою радіозондів — мініатюрних метеостанцій, що піднімаються до висоти 30—40 км. гумовими або поліетиленовими кулями, наповненим воднем або гелієм. Температура вимірюється термісторами (рідше біметалічними деформаційними термометрами ), тиск — мембранними манометрами, вологість — плівковими або електрохімічними гігрометрами . Радіозонд безперервно передає по радіо результати вимірів, що реєструються в пункті випуску. Швидкість і напрям вітру в шарі, через який піднімається радіозонд, визначаються за допомогою радіолокаторів, ведучих безперервне визначення просторових координат приладу. Випуски радіозондів виробляються щодня кілька разів в добу в строго певний час. Результати З. а., що проводиться більш ніж в 800 пунктах радіозондування в різних географічних районах, є основними вихідними матеріалами для складання прогнозу погоди. Для науково-дослідних цілей поряд з масовими радіозондами періодично піднімаються спеціальні радіозонди, що вимірюють склад атмосфери, радіаційні потоки і т.д.

На великих висотах (до 100 км. і вище) З. а. проводиться метеорологічними ракетами, в головній частині яких поміщаються прилади, що опускаються на парашуті після досягнення максимальної висоти. Вимірюються щільність температура, вітер, а при науково-дослідних пусках — також і склад повітря, інтенсивність і спектр сонячної радіації і т.д. Частина вимірів виробляється при підйомі ракети, а частина — при спуску приладів на парашуті. Результати вимірів передаються по радіо і обробляються на електронних обчислювальних машинах. Температура визначається електротермометрами або за даними про щільність повітря; на висотах, великих 80— 90 км., вона може обчислюватися по швидкості дифузії штучних хмар, що випускаються з ракети. Для виміру вітру користуються дослідженням радіолокації або дрейфу головної частини ракети при її опусканні на парашуті, або хмар з штучних відбивачів.

Оскільки станції радіозондського і ракетного З. а. дають лише 20% метеорологічній інформації, необхідній для прогнозу погоди, залишаючи майже незасвіченими обширні океанічні, приполярні і гірські райони найважливішу роль грає З. а. за допомогою штучних метеорологічних супутників Землі, що дають можливість збору метеорологічної інформації над всіма районами земної кулі. Вітер у вільній атмосфері визначають, аналізуючи дані про вигляд хмар і їх дрейф, отримувані за допомогою фотографій, зроблених з супутників в денному або інфрачервоному світлі. Вертикальний профіль температури можна розрахувати за результатами вимірів спектрального розподілу вирушаючого теплового випромінювання системи Земля — атмосфера, оскільки його інтенсивність залежить від температури сповна певним чином. Виміри ведуться на вузьких ділянках спектру, відповідних смугам поглинання газів, чиї вертикальні розподіли в атмосфері стабільні і добре вивчені. Для цього користуються смугами поглинання 002 (4,3 і 15 мкм ) і 02(5 мм ). Вертикальні профілі водяної пари озону і ін. змінних частин газового складу атмосфери при відомому розподілі температури можуть: бути розраховані за даними вимірів вирушаючого випромінювання в смугах поглинання цих газів.