CC BY
270
2005 НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК МГТУ ГА 86(4)
серия Эксплуатация воздушного транспорта и ремонт авиационной техники. Безопасность полетов
УДК 629.735.015:681.3
ВОЗДЕЙСТВИЕ АВИАЦИОННОГО ТРАНСПОРТА НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ С УЧЕТОМ ХАРАКТЕРИСТИК
ВЕТРОВОГО РЕЖИМА
А.М. ПАШАЕВ, А.А. БАЙРАМОВ, Г.И. КУЛИЕВ
В статье проведен анализ воздействия авиационного транспорта в районе Апшеронского полуострова на окружающую среду, в первую очередь, атмосферу, с учетом характеристик ветрового режима.
Введение
В настоящее время большую актуальность приобрели исследования воздействия авиационного транспорта на атмосферу. Из всех техногенных факторов воздействия авиационного транспорта на окружающую среду мы рассмотрим только самый существенный, а именно выбросы в атмосферу продуктов сгорания горючего топлива в двигателях.
За сутки над Апшеронским полуостровом под контролем Районного Диспетчерского Пункта Аэропорта Бина-Баку совершают полеты около 200 воздушных судов (ВС). Самолет, как и любая система, использующая энергию окисления углеводородного топлива, выбрасывает в атмосферу продукты этого процесса, которые изменяют естественный состав атмосферы и рассматриваются как загрязнители. И в зависимости от направления движения воздушных потоков (розы ветров) эти загрязнители могут распространяться как в глубь суши, в густонаселенные районы, так и в область акватории Каспийского моря. Чтобы выяснить это, рассмотрим, во-первых, процесс образования выхлопных газов, а затем проанализируем характеристики ветрового режима в нашем регионе [1,2].
Выхлопные газы ВС
В авиации применяется два вида нефтяного топлива - керосин и бензин. Основное отличие по составу продуктов сгорания состоит в том, что этилированный бензин, используемый на самолетах с поршневыми двигателями, дает в отработавших газах свинец, являющийся одним из нежелательных компонентов загрязнения воздушной среды [3].
Роль самолетов с поршневыми двигателями в современной авиации незначительна и постоянно уменьшается, поэтому целесообразно ограничить рассмотрение только продуктов горения керосина.
Помимо двуокиси углерода, паров воды, азота, а также некоторых других естественных компонентов атмосферного воздуха, продукты горения керосина содержат окись углерода, различные углеводороды (метан CH4, ацетилен C2H6, этан C2H4, пропан CзH8, бензол толуол C6H5CHз и др.), альдегиды (формальдегид HCHO, акролеин СH2=CH-CHO, уксусный альдегид CH3CHO и др.), окислы азота NO и NO2, окислы серы, частицы сажи, создающие дымный шлейф за соплом двигателя и ряд других составляющих, образующихся в незначительных количествах из имеющихся в керосине примесей.
Уровни содержания в атмосферном воздухе различных вредных веществ регламентируются предельно допустимыми концентрациями - ПДК. В таблице 1 приведены ПДК некоторых вредных компонентов, содержащихся в отработавших газах авиадвигателей. Стандартами США допустимый уровень концентрации углеводородов (суммарно) установлен равным 0,16 мг/м3 (в пересчете на эквивалентное количество метана).
В авиации нормы предельно допустимых выбросов (ПДВ) устанавливаются в настоящее время на четыре вредных компонента: окись углерода (CO), несгоревшие углеводороды (С^^), окислы азота (N0^), частицы сажи (дым).
Таблица 1.
Компоненты ПДК, мг/м3
Максимальная разовая Среднесуточная
Окись углерода СО 3 1
Двуокись азота NO2 0,085 0,085
Сернистый ангидроид SO2 0,5 0,05
Формальдегин HCHO 0,035 0,03
Взвешенные частицы (сажа) 0,50 0,05
Бензин (пары) 300 -
Наиболее наглядным физическим процессом воздействия ВС на атмосферу является конденсация водяного пара в струйно-вихревом следе, наблюдаемая с Земли в виде белых шлейфов. Это происходит оттого, что двигатели выбрасывают большое количество частиц, на которых оседают молекулы воды, содержащиеся в атмосфере или образующиеся при сгорании топлива. В результате могут возникать микрокристаллы или микрокапли.
С экологической точки зрения, двигатель порождает большое количество веществ, способных в течение длительного времени (сутки, месяцы, годы) взаимодействовать с газами атмосферы. Оказывается, и азот горит в авиационном двигателе (так же, как и в автомобильном). При этом происходят как реакции, уничтожающие озон О3, так и реакции, производящие его. В струе могут возникать вещества, которых нет ни на срезе сопла, ни в атмосфере.
Далее, с развитием глобального мониторинга несомненный интерес будут представлять рассеивающие свойства следа, тем более ярко выраженные, чем больше в нем содержится аэрозолей. В этой связи следует отметить, что авиация может рассматриваться не только в качестве объекта пристального экологического внимания, но и в качестве инструмента инспекционной системы. Размещение на высотных ВС аппаратуры для наблюдения за качеством воздуха в коммерческих летных коридорах предпочтительнее ее наземного базирования, так как в первом случае трассы наблюдений лежат вне запыленных нижних слоев атмосферы.
В последние годы в авиационной экологии усилился интерес к исследованиям эволюции диспергированных частиц, в частности, соединений серы (в дозвуковой авиации). Такие частицы могут быть причиной образования высотных облаков, изменяющих тепловой баланс Земли [4,5,6].
Рассмотрим теперь характеристики ветрового режима в районе Апшеронского полуострова [1], поскольку направление воздействия выхлопных загрязнителей ВС существенно будет зависеть от направления и скорости потоков воздушных масс.
Характеристики ветрового режима
Среди физических характеристик атмосферы, влияющих на работу авиации, ветер занимает особое место. Характеристика ветра должна учитываться при организации, планировании и выполнении полетов, так как она оказывает влияние практически на все навигационные элементы, а также при оценке воздействия ВС на окружающую среду.
Из всего комплекса метеорологических величин наиболее существенное влияние на взлетно-посадочные данные ВС оказывают скорость и направление ветра. Поэтому как во всех аэродромах, так и на аэродроме Бина-Баку взлетно - посадочные полосы разместились с учетом господствующих направлений ветра в этом районе.
Для оценки ветрового режима аэропорта Бина-Баку и направления преимущественного распространения выхлопных газов авиационных двигателей вкратце остановимся на характере ветрового режима над всей территорией Апшеронского полуострова.
Ветровой режим Апшеронского полуострова находится под непосредственно активным воздействием физико-географических условий, влияющих как на направление, так и на скорость ветра. Повторяемость отдельных направлений ветра, равно как и его скоростей по градациям всегда связана с определенными типами атмосферных процессов. В силу этого на Апше-роне имеет место преобладание ветров северных и южных румбов и очень малая повторяемость чисто западных и чисто восточных направлений. Однако не на всей территории полуострова преобладающие направления ветра имеют одинаковую повторяемость.
В юго-западной части полуострова в течение всего года преобладают северные и северозападные ветры. Среднегодовая повторяемость их составляет около 45%. Второе место по повторяемости в юго-западной части Апшеронского полуострова занимают южные и югозападные ветры. Ветры остальных направлений повторяются здесь редко. В северо-западной части полуострова повторяемость северных и северо-западных ветров составляет 25-30%, южных - 15-20%. Повторяемость остальных направлений не превышает 6-10 %. На восточной части полуострова преобладающим направлением ветра является северное, составляющее 25-40%, но здесь также часто наблюдаются ветры юго-западного направления, средняя повторяемость которых составляет 10-20%. Наименьшая повторяемость приходится здесь на западное направление около 4-5%.
Повторяемость остальных направлений ветра составляет всего 8-12%. Что же касается штилевой погоды, то на Апшероне штили наблюдаются очень редко.
Вышеуказанные средние величины характеризуют лишь общие черты ветрового режима данного района, они не являются характерными для отдельного года.
Как известно, то или иное направление ветра имеет различную повторяемость, в зависимости от повторяемости атмосферных процессов, обусловливающих эти ветры. Изменчивость направлений ветра в годовом и месячном разрезе очень велика, ввиду чего ветры изучались нами на основании анализа атмосферных процессов.
В таблице 2 приведены вероятности направления ветра и среднее число штилей по сезонам в процентах в районе Апшеронского полуострова.
Преобладающими ветрами на Апшеронском полуострове являются ветры северного направления. Основными факторами, обусловливающими большую повторяемость этого ветра и его большую скорость в районе Апшеронского полуострова, являются преобладание определенных типов атмосферных процессов над полуостровом и примыкающими районами (над Кавказом, Каспием, Турцией, Ираном, Ираком, Средней Азией, Черным морем и южной частью Европейской территории) и, в особенности, физико-географическое устройство (наличие Большого Кавказского Хребта, Каспийского моря и, на юго-западе, - обширной территории низменных районов Азербайджана).
Повторяемость ветров северо-восточного направления на Апшеронском полуострове незначительная, в среднем, за многолетний период, составляет от 5 до10%. Самая большая повторяемость их наблюдается в северо-западной части Апшеронского полуострова в летний период.
Таблица 2.
Вероятность направления ветра и среднее число штилей по сезонам в процентах
в районе Апшеронского полуострова
С СВ В ЮВ Ю ЮЗ З СЗ Штиль
Зимний период
36 3 2 6 20 12 2 19 7
Весенний период
36 2 2 11 25 7 2 15 8
Летний период
46 3 1 15 15 2 2 16 7
Осенний период
37 4 3 12 19 7 2 16 6
Восточные и юго-восточные ветры на Апшеронском полуострове в холодное время года обусловливаются развитием процессов образования над Средней Азией области высокого давления, а в теплое время года - наличием области относительно повышенного давления над Каспийским морем и области пониженного давления над Северным Кавказом с ложбиной, ориентированной на западную часть моря.
После северных и северо-западных ветров во всех районах Апшерона, за исключением крайне западных его частей, второе место по повторяемости занимают южные ветры. Средняя многолетняя повторяемость ветров южного направления составляет около 18-20%, а в западных районах 1-2%. Наибольшая повторяемость южных ветров наблюдается весной, когда она достигает 25-27%. Это объясняется частым выносом в это время теплых воздушных масс с юга при наличии области высокого давления над южными районами Средней Азии, Ираном и Ираком и области пониженного давления над Северным Кавказом и Средним Каспием.
Для Апшеронского полуострова юго-западные ветры характерны тем, что они часто наблюдаются здесь в виде фона. Наибольшая повторяемость юго-западных ветров отмечается в западной части полуострова, где она достигает 16%, в то время как центральной и северной частях - лишь 9-10%.
Чаще всего юго-западные ветры бывают зимой, несколько реже - осенью и весной. В летний сезон ветры юго-западных направлений наблюдаются весьма редко и повторяемость их обычно не превышает 1-3 % .
Ветры западного направления для Апшерона нехарактерны и наблюдаются весьма редко. Среднегодовая повторяемость их не превышает 3-4%. В зимние месяцы повторяемость их несколько больше, чем в остальные сезоны, а летом она значительно уменьшается.
Ветры северо-западного направления занимают по повторяемости третье место, особенно в северной и центральной частях. В южной и юго-западной частях полуострова повторяемость северо-западных ветров значительно меньшая, что объясняется рельефом местности.
По данным станций Баку и Сумгаит, расположенных на оконечностях полуострова, в различные сезоны года повторяемость штилей составляет 5-7%, а по станциям, удаленным от моря, это число составляет 11-16%. Обычно маловетреная погода над Апшеронским полуостровом наблюдается при наличии безградиентного поля или когда над Кавказом и Каспийским морем располагается антициклонная область.
Заключение
Таким образом, проведенные исследования и анализ полученных результатов позволил нам составить карту повторяемости направлений ветра и число штилей в % на Апшеронском полуострове.
Полученные данные помогут верно оценить наиболее вероятное направление смещения выхлопных загрязнителей от двигателей ВС, что в свою очередь поможет более точно оценить степень и направления воздействия потока воздушного транспорта на население. Более всего мы можем ожидать направление распространения загрязнения в сторону акватории Каспийского моря.
ЛИТЕРАТУРА
1. Пашаев А.М., Мамедов М.И., Кулиев Г.И. и др. Климатическая характеристика аэропорта Баку. НАА Азерб. Респ., Баку, 2002.
2. Григорьев А.А. Города и окружающая среда. Космические исследования.- М.: Мысль, 1982.
3. Пашаев А.М., Байрамов А.А. Воздействие авиационного транспорта на окружающую среду. //Ученые Записки НАА., Баку, 2001, т.3, №1, с.14.
4. Куклев Ю.И. Физическая экология. - М., Высшая школа, 2001, 358 с.
5. Охрана окружающей среды./Под ред. С.В. Белова. - М.: Высшая школа, 1991, 320 с.
6. Безопасность жизнедеятельности. /Под ред. С.В Белова. - М.: Высшая школа, 1999, 448 с.
TOE INFLUENCE OF AIATIONAL TRANSPORT ON THE ENVIROUMENTS TAKING INTO ACCOUNT THE CHARACTERISTICS OF THE WIND CONDITIONS
Pashaev A.M., Bayramov A.A., Kuliev G.I.
In article, in view of characteristics of a wind mode, the analysis of influence of an aircraft in area of Apsheron on an environment is carried out.
Сведения об авторах
Пашаев Ариф Мирджалал оглы, 1934 г. р., окончил Одесский электротехнический институт связи (1957), доктор физико-математических наук, академик, ректор НАААР, автор более 300 научных работ, область научных интересов - физика твердого тела и полупроводников, приборостроение, включая и авиационное.
Байрамов Азад Агалар оглы, 1953 г. р., окончил АГУ (1975), доктор физико-математических наук, профессор кафедры «Аэрокосмический мониторинг окружающей среды» НАААР, автор более 180 научных работ, область научных интересов - защита окружающей среды, радиационная экология, приборостроение.
Кулиев Гаджиага Имамгулу оглы, 1949 г. р., окончил АГУ (1967), кандидат географических наук, доцент кафедры «Летных дисциплин» НАААР, автор более 30 научных работ, область научных интересов - авиационная метеорология и общая метеорология.
