Министерство общего и профессионального образования Российской Федерации

Красноярский государственный университет Исследовательская кафедра биофизики Институт вычислительного моделирования СО РАН Красноярский Межвузовский центр информационных технологий в экологическом образовании

С.С. Замай, О.Э. Якубайлик

МОДЕЛИ ОЦЕНКИ И ПРОГНОЗА ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРЫ ПРОМЫШЛЕННЫМИ ВЫБРОСАМИ

В ИНФОРМАЦИОННО-АНАЛИТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ ПРИРОДООХРАННЫХ СЛУЖБ КРУПНОГО ГОРОДА

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

Красноярск 1998

1

УДК

ББК

С.С. Замай, О.Э. Якубайлик. Модели оценки и прогноза загрязнения атмосферы промышленными выбросами в информационно-аналити- ческой системе природоохранных служб крупного города: Учеб. пособие / Краснояр. гос. ун-т. Красноярск, 1998. 109 с.

Настоящее пособие посвящено проблемам использования моделей оценки и прогноза загрязнения приземного слоя атмосферы промышленными выбросами. Рассматриваются модели оценки загрязнения атмосферы, используемые в задачах экологической экспертизы. Приведены примеры численной и программной реализации моделей. Обсуждаются проблемы создания информационной инфраструктуры природоохранных служб промышленного города, в рамках которой такие модели могут быть востребованы.

Учебное пособие предназначено для студентов высших учебных заведений. Пособие подготовлено в рамках работ по проекту ФЦП «Интеграция», грант – 162-2.1 и апробировалось на занятиях со студентами Межвузовского центра информационных технологий в экологическом образовании, деятельность которого поддерживается краевым и городским экологическими фондами, а также проектом ФЦП «Интеграция» № 68.

Рис. 17, библ. 47 назв.

Рецензенты: д.ф.-м.н., профессор В.М. Садовский, зав. лаб. Института вычислительного моделирования СО РАН; д.ф.-м.н. Л.Е. Парамонов, зав. кафедрой медицинской и биологической физики КГМА.

Редактор И.А. Вейсиг Корректор Т.Е. Быстригина

2

1.1.Базовые определения и подходы к описанию экосферы города 7

1.2.Анализ информационной составляющей городской системы

1.3.Перспективы создания корпоративной системы управления

1.4.Модели для экологической информационно-аналитической

2. МОДЕЛИ ДЛЯ ОЦЕНКИ И ПРОГНОЗА СОСТОЯНИЯ И

2.3.Штатная модель служб ГО и возможности ее

2.6.Трехмерные модели переноса и диффузии примеси и их

3

2.8.Перспективы развития моделей в соответствии с

3.3.11.Сопоставление результатов численных расчетов с известными

3.3.12.Расчеты с распределенными источниками, моделирующими

4

Предисловие

Модели, применяемые для задач оценки и прогноза загрязнения атмосферы, мы начнем рассматривать с краткого обзора условий их возможного использования, природоохранными службами промышленного города. Такой подход оправдан, с одной стороны, тем, что учебное пособие предназначено для студентов физиков, специализирующихся в области экологической информатики, с другой стороны, тем, что прикладные модели не имеют смысла без конкретного контекста и условий их использования.

Практическое применение наиболее совершенных из наукоемких моделей, предназначенных для оценки и регуляции качества окружающей среды, сдерживается в основном тем, что не развита инфраструктура их использования. Также не достает данных для полноценного моделирования и отсутствует информационная инфраструктура, которая могла бы обеспечить доступ к исходным данным и позволила бы наладить эффективный обмен информацией. В экологических службах не хватает кадров, способных квалифицированно работать с современными моделями и про- граммно-аппаратными средствами, используемыми в задачах анализа и прогноза состояния окружающей среды.

Задачи оценки качества окружающей среды и управления в сфере природоохраны, требуют комплексных знаний и согласованной работы специалистов разной профессиональной ориентации. К примеру, задачи экологической экспертизы проектов промышленного развития территорий решаются крупными экспертными коллективами, включающими в себя экологов, технологов, управленцев, экономистов и требует привлечения к этим работам «узких» специалистов физиков, химиков, биологов, социологов и т.п. (конкретный перечень зависит от конкретной ситуации). В этой связи специалисты физики, занимающиеся вопросами моделирования в сфере природоохранных задач, должны не только уметь квалифицировано построить или использовать теоретическую модель адекватную той или

5

иной физической сути ситуации, но и уметь создавать необходимое для использования модели сторонними пользователями и организациями программное и методическое обеспечения. Важно не только уметь правильно описать или смоделировать явление или процесс, но и уметь, используя профессиональные знания в своей предметной области, создавать научноисследовательский инструментарий, который расширяет возможности специалистов из смежных областей знаний, работающих по комплексной экологической проблематике.

Наука занимается производством новых знаний. Производство нового знания, требует не только наличия проблемы и интеллекта, но и инструмента исследования. В настоящем пособии рассмотрены вопросы технологии создания модельного и программного инструментария для наукоемких задач оценки и прогноза качества окружающей среды, на примере моделей оценки и прогноза загрязнения приземного слоя атмосферы промышленными выбросами. В качестве примера использования методов численного моделирования подробно рассмотрено решение двумерного уравнения пе- реноса-диффузии. Обсуждается алгоритм, основанный на методе расщепления по физическим процессам, в котором для обращения эллиптической части оператора уравнения использованы многосеточные методы.

Существенное расширение сферы применения наукоемких моделей, используемых для анализа и прогноза состояния окружающей среды, может обеспечить использование новых информационных технологии. С их помощью можно организовать доступ к необходимой информации, распределенную обработку больших массивов данных, профессиональные инструментальные и многопользовательские средства, предназначенные для решения территориально-ориентированных задач.

6