Программа учебной дисциплины наименование дисциплины: «Гидрометеорологические основы охраны атмосферы» по направлению подготовки 021600. 62

1. Цели и задачи освоения дисциплины
Целями освоения дисциплины являются получение знаний о наиболее опасных нарушениях, происходящих в атмосфере под влиянием антропогенной деятельности, и о путях преодоления экологических кризисов, связанных с загрязнением атмосферы.

Задачи освоения дисциплины:

- дать представление об основных источниках загрязнения атмосферы, связанных с разнообразными сторонами человеческой деятельности;

- ознакомить с последствиями воздействия основных загрязняющих веществ (ЗВ) на здоровье человека, растительность и окружающую среду;

- дать представление о пространственно-временных закономерностях распределения ЗВ;

- ознакомить с организацией системы мониторинга разного уровня, а также системы нормирования ЗВ в атмосфере;

- дать представление о роли метеорологических условий в распространении ЗВ;

- ознакомить с современными методами численного моделирования распространения ЗВ;
2. Место дисциплины в структуре ООП

Дисциплина «Гидрометеорологические основы охраны атмосферы» входит в модуль «Физическая метеорология и химия атмосферы» профессионального цикла вариативной части ООП. Она изучается на 3 курсе в 6 семестре.

Изучение дисциплины базируется на предварительном усвоении студентами материала основных метеорологических дисциплин: «Физической метеорологии», «Динамической метеорологии», «Химии атмосферы». В свою очередь, полученные знания могут быть использованы при изучении дисциплин направления «Экологическая климатология».

Логическая и содержательно-методическая взаимосвязь дисциплины «Гидрометеорологические основы охраны атмосферы» с другими частями ООП определяется следующей совокупностью входных компетенций, необходимых для освоения данной дисциплины:

Студент должен

Знать: состав и структуру атмосферы и происходящие в ней процессы энерго- и массообмена;

- основы теории происхождения и эволюции основных газовых и аэрозольных составляющих атмосферы, их физико-химических превращений и глобальных циклов;

- теоретические основы турбулентной диффузии и переноса примесей в атмосфере.

Уметь: эффективно использовать метеорологическую информацию для решения прикладных задач экологии;

Владеть: разнообразными методами анализа информации.

3. Требования к результатам освоения дисциплины
Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций: cпособности использовать знания о химических процессах, протекающих в атмосфере, для оценки степени загрязнения воздуха и разработки рекомендаций по охране атмосферы.

Студент должен знать:

• 
  природные и антропогенные источники загрязнения атмосферы;
  
• 
  основные группы загрязняющих веществ, последствия их воздействия на человека и окружающую среду;
  
• 
  основные принципы организации наблюдений и контроля состояния атмосферы в фоновых районах и городах;
  
• 
  принципы методов очистки выбросов от аэрозолей и газовых примесей;
  
• 
  роль метеорологических условий в распространении ЗВ;
  
• 
  принципы, лежащие в основе современных моделей, прогнозирующих распространение ЗВ;
  

Уметь:

• 
  по имеющимся данным о метеорологических условиях и содержании ЗВ в атмосфере оценить ее экологическое состояние;
  

Владеть:

• 
  теоретическими знаниями по проблеме охраны атмосферы;
  
• 
  методиками оценки состояния загрязнения атмосферного воздуха;
  
• 
  методикой расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий.
  

4. Структура и содержание дисциплины
4.1. Объем дисциплины и виды учебной работы
Общая трудоемкость дисциплины составляет 72 академических часа (2 з.е.) Аудиторная нагрузка - 39 часа, из них 26 часов – лекции, 13 часов – семинары, 33 часов – самостоятельная работа студентов.

№ п/п	Раздел (тема) дисциплины	Семестр	Неделя семестра	Виды учебной работы, включая СРС и трудоемкость (в часах)			Формы текущего контроля успеваемости (по неделям семестра) Форма промежуточной аттестации (по семестрам)
				лекция	семи нар	СРС
1	Введение	6	1	2	1	1	Устный опрос
2	Общие вопросы загрязнения атмосферы	6	2 - 4	6	3	8	Контрольная работа
3	Методы исследования загрязнения атмосферы	6	5 - 6	3	3	6	Контрольная работа
4	Загрязнение атмосферы городов	6	7 - 9	3	6	9	Защита рефератов
5	Перенос примесей в атмосфере.	6	10 - 11	3	3	6	Защита домашнего задания
6	Прогноз и регулирование загрязнения атмосферы.		12 - 13	6		3	Устный опрос
	Итого			26	13	33	экзамен

4.2. Содержание дисциплины

Введение

Причины современного состояния окружающей среды. Основные этапы взаимодействия человека и природы. Глобальные проблемы охраны атмосферы. Международная система природоохранной деятельности: основные организации, задачи, программы и базы данных.

Раздел 1. Общие вопросы загрязнения атмосферы.

Понятие об антропогенном загрязнении воздуха. Классификация примесей по составу, условиям образования и оказываемому воздействию. Единицы измерения концентрации примеси в воздухе. Естественные и антропогенные источники атмосферных загрязнителей. Загрязнение атмосферы различными отраслями хозяйства. Характеристика основных загрязняющих веществ: их физико-химические свойства, влияние на здоровье человека, растительный и животный мир, строительные материалы и памятники архитектуры.

Система нормирования загрязняющих веществ в атмосфере. Понятие о предельно допустимых концентрациях (ПДК). Максимальные разовые и среднесуточные ПДК. Первичные и вторичные стандарты качества воздуха. Фитотоксичные ПДК. Понятие о предельно допустимых выбросах (ПДВ) и предельно допустимой экологической нагрузке (ПДЭН).
Раздел 2. Методы исследования загрязнения атмосферы.

Основные методы и приборы, использующиеся для очистки выбросов от аэрозолей и газовых примесей. Автоматические газоанализаторы. Дистанционные методы зондирования атмосферы. Лидары.

Общегосударственная служба наблюдений и контроля за уровнем загрязнения природной среды: задачи, структура, сеть станций. Фоновое загрязнение атмосферы: глобальное и региональное. Мониторинг фонового загрязнения атмосферы, существующие сети станций. Передвижная обсерватория «ТРОЙКА» (Транспортируемая Обсерватория для исследований и Контроля Атмосферы) как элемент мировой системы наблюдений за состоянием атмосферы: назначение и решаемые задачи, состав и оборудование. Международные эксперименты TROICA.
Раздел 3. Загрязнение атмосферы городов.

Организация системы наблюдения и контроля за чистотой воздуха в городах: стационарные, маршрутные, подфакельные набдюдения. Типизация источников загрязнения воздуха. Классификация примесей по условиям переноса, химической активности и температурным условиям поступления от источников. Типичные формы дымовых факелов и их связь с характером стратификации.

Влияние загрязнения на особенности метеорологического режима городов: изменение радиационного и теплового режимов, структуры полей ветра, влажности, облачности и осадков. Формирование «острова тепла». Фотохимические реакции в атмосфере городов. Физические воздействия на окружающую среду городов (акустические и электромагнитные поля и вибрация).

Статистические характеристики полей концентрации примесей в атмосфере. Эффект «осреднения концентрации». Влияние метеорологических условий на характер рассеяния примесей от разных источников. Временная изменчивость и пространственное распределение концентрации загрязняющих веществ в городах. Комплексные показатели загрязнения воздуха. Потенциал загрязнения атмосферы (ПЗА), его распределение по территории России.


Раздел 4. Перенос примесей в атмосфере.

Теоретические основы методов расчета распространения примесей в атмосфере. Уравнение баланса атмосферных примесей. Основные подходы к описанию турбулентной диффузии. Распространение пассивной примеси от мгновенных источников при постоянном коэффициенте турбулентности.

Локальные модели распространения примесей. Распространение атмосферных примесей вблизи постоянного точечного источника в пограничном слое при стационарных процессах (модель М.Е.Берлянда). Аналитическое решение уравнения турбулентной диффузии. Нормативный документ ОНД-86 «Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий»: расчетные формулы максимальных концентраций примесей, расстояния, на которых они наблюдаются, «опасные» скорости ветра. Область применения расчетных формул. Учет фоновых концентраций при расчетах загрязнения атмосферы. Нормы по определению минимальной высоты источника выбросов, установлению предельно допустимых выбросов и определению границ санитарно-защитной зоны предприятий.

Статистические модели переноса примесей.

Методы расчета распространения атмосферных примесей на дальние расстояния. Общая постановка задачи. Метод Лагранжа, метод Эйлера. Примеры действующих моделей дальнего переноса примесей.
Раздел 5. Прогноз и регулирование загрязнения атмосферы.

Физические основы прогноза загрязнения воздуха. Статистические методы прогноза. Численные методы прогноза. Прогноз неблагоприятных метеорологических условий как основа прогноза загрязнения атмосферы. Методы прогноза загрязнений, базирующиеся на мезомасштабных моделях. Химические блоки моделей COSMO и АLADINE.

Регулирование выбросов в атмосферу — важнейшая проблема охраны атмосферного воздуха. Общие принципы и практические аспекты сокращения и регулирования выбросов.
4.3. Аннотация программы
Целью изучения дисциплины ««Гидрометеорологические основы охраны атмосферы» является получение знаний о наиболее опасных нарушениях, происходящих в атмосфере под влиянием антропогенной деятельности, и о путях преодоления экологических кризисов, связанных с загрязнением атмосферы. Для этого студенты получают представление об основных источниках загрязнения атмосферы, связанных с разнообразными сторонами человеческой деятельности; знакомятся с последствиями воздействия основных загрязняющих веществ (ЗВ) на здоровье человека, растительность и окружающую среду; организацией системы мониторинга разного уровня, а также системами нормирования ЗВ в атмосфере; получают представление о пространственно-временных закономерностях распределения ЗВ, о роли метеорологических условий в распространении ЗВ, об особенностях загрязнения воздуха в городах, а также знакомятся с современными методами численного моделирования распространения ЗВ. В результате освоения дисциплины студенты должны владеть теоретическими знаниями по проблеме охраны атмосферы; методиками оценки состояния загрязнения атмосферного воздуха; методиками расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий, а также эффективно использовать метеорологическую информацию для решения прикладных задач экологии.
5. Рекомендуемые образовательные технологии

В процессе преподавания дисциплины «Гидрометеорологические основы охраны атмосферы» применяются следующие виды образовательных технологий: развивающее и проблемное обучение, коллективная система обучения, исследовательские методы в обучении, технология развития критического мышления, информационно-коммуникационные технологии. При чтении курса применяются следующие виды лекций: вводная, лекции-информации, обзорные лекции, проблемные лекции, лекции-конференции.

6. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины.

Примерные темы рефератов для самостоятельной работы студентов

1. 
   Экологические функции атмосферы.
   
2. 
   Глобальные последствия химического загрязнения атмосферного воздуха
   
3. 
   Автотранспорт как основной источник загрязнения воздуха в мегаполисах.
   
4. 
   Нормирование выбросов в атмосферу и плата за них.
   
5. 
   Глобальные экологические проблемы. Критические антропогенные воздействия на биосферу.
   
6. 
   Физические воздействия на окружающую среду городов (акустические и электромагнитные поля и вибрация).
   
7. 
   Эколого-гигиенические требования к микроклимату городов.
   
8. 
   Экологические проблемы городской среды.
   
9. 
   Возникновение и развитие глобальной экологической опасности.
   
10. 
    Киотский протокол и его значение для России.
    
11. 
    Проблемы ресурсосбережения в городском хозяйстве.
    
12. 
    Модели устойчивого развития городов.
    
13. 
    Эколого-метеорологические аспекты радиоактивных загрязнений.
    

Перечень контрольных вопросов и заданий

1. 
   Перечислите различные аспекты проблемы охраны атмосферы.
   
2. 
   Дайте определение понятию «загрязнение атмосферы». Какие основные факторы антропогенного характера влияют на состояние атмосферы?
   
3. 
   Перечислите естественные и антропогенные источники ЗВ в атмосфере.
   
4. 
   Перечислите основные методы очистки техногенных выбросов от аэрозолей.
   
5. 
   Перечислите основные методы очистки техногенных выбросов от газовых примесей.
   
6. 
   Чем отличаются ПДК максимальные разовые и среднесуточные?
   
7. 
   По каким признакам можно классифицировать примеси?
   
8. 
   По каким признакам можно классифицировать источники загрязнения?
   
9. 
   Какие основные химические соединения входят в состав выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания?
   
10. 
    Какие факторы определяют механизм образования фотохимического смога?
    
11. 
    Что такое «фоновое загрязнение атмосферы», и в чем различие базовых и региональных фоновых станций?
    
12. 
    Перечислите метеорологические условия, наиболее существенно влияющие на рассеяние примесей.
    
13. 
    Что такое «Высота слоя перемешивания» применительно к рассеиванию примесей?
    
14. 
    Что такое «остров тепла», и как он связан с загрязнением атмосферы в городах?
    
15. 
    Назовите основные типы суточного и годового хода концентраций ЗВ в городах.
    
16. 
    Перечислите основные характеристики, использующиеся для описания уровня загрязнения атмосферы в городах.
    
17. 
    Что такое «потенциал загрязнения атмосферы» и как он рассчитывается?
    
18. 
    В чем принципиальное отличие локальных моделей распространения примесей?
    
19. 
    В чем заключается различие статистических и «градиентных» моделей распространения примесей?
    
20. 
    Перечислите основные допущения, а также способы задания коэффициентов турбулентности, используемые в локальной модели М.Е.Берлянда.
    
21. 
    Для каких метеорологических условий получено аналитическое решение локальной модели М.Е.Берлянда?
    
22. 
    От чего зависит максимальная приземная концентрация от точечного источника согласно документу ОНД-86?
    
23. 
    В чем состоит основная сущность проблемы охраны окружающей среды.
    
24. 
    Оцените потенциал загрязнения атмосферы в конкретном районе на основе справочных данных о метеорологических параметрах.
    
25. 
    Рассчитайте значения максимальных приземных концентраций от дымовой трубы при определенных параметрах выбросов.
    
26. 
    Определите размер санитарной защитной зоны при заданных параметрах выбросов.
    

Примерный перечень вопросов к экзамену.

1. Состав атмосферных примесей. Природные и антропогенные источники загрязнения воздуха.

2. Понятие об антропогенном загрязнении атмосферы. Характеристика основных отраслей, загрязняющих воздух.

3. Физическое и химическое загрязнение атмосферы. Воздействие окиси углерода и диоксида серы на здоровье людей, растительность и материалы.

4. Влияние окислов азота, ртути, свинца и фотооксидантов на здоровье людей, материалы и растительность.

5. Система нормирования загрязняющих веществ в атмосфере. Понятие о предельно допустимых концентрациях, предельно допустимых выбросах и предельно допустимой экологической нагрузке.

6. Фоновое загрязнение атмосферы. Мониторинг фонового загрязнения.

7. Основные методы очистки выбросов от газовых примесей.

8. Основные методы очистки выбросов от аэрозолей.

9. Классификация примесей по условиям переноса, химической активности и степени перегретости.

10. Классификация источников загрязнения атмосферы. Струя примеси.

11. Основные формы факелов, их связь с метеорологическими условиями.

12. Влияние ветра и температуры на характер рассеяния примесей.

13. Влияние туманов на характер рассеяния примесей. Дымные и фотохимические смоги.

14.Влияние загрязнения атмосферы на радиационный и температурный режим городов. Остров тепла.

15. Влияние загрязнения атмосферы на ветровой режим городов и характеристики влажности, облачности и осадков.

16. Основные особенности временной изменчивости и пространственного распределения концентраций примесей в городах.

17. Способы оценки состояния загрязнения в городах.

18. Потенциал загрязнения атмосферы, его распределение по территории России.

19. Уравнение баланса атмосферных примесей.

20. Локальные модели распространения примесей.

21. Локальная модель распространения примесей М.Е.Берлянда. Документ “ОНД-86”.

22. Статистические модели переноса примесей.

23. Общая постановка задачи расчета распространения атмосферных примесей на дальние расстояния. Метод Лагранжа, метод Эйлера.
7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины

Литература

а) основная

1. 
   Безуглая Э.Ю., Смирнова И.В. Воздух городов и его изменения. СПб.: Астерион, 2008.
   
2. 
   Исаев А.А. Экологическая климатология. М.: Научный мир, 2003.
   
3. 
   Тарасов В.В., Тихонова И.О., Кручинина Н.Е. Мониторинг атмосферного воздуха. М.: Форум, 2008.
   

б) дополнительная

1. 
   Берлянд М.Е. Прогноз и регулирование загрязнения атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1985.
   
2. 
   Безуглая Э.Ю. Метеорологический потенциал и климатические особенности загрязнения воздуха городов. Л.: Гидрометеоиздат, 1980.
   
3. 
   Горелик Д.О., Конопелько Л.А. Мониторинг загрязнения атмосферы и источников выбросов. Аэроаналитические измерения. М.: Изд-во стандартов, 1992.
   
4. 
   Израэль Ю.А. Экология и контроль состояния природной среды. М.: Гидрометеоиздат, 1984.
   
5. 
   Ландсберг Г.Е. Климат города. Л.: Гидрометеоиздат, 1983.
   
6. 
   Мягков М.С., Губернский Ю.Д., Конова Л.И., Лицкевич В.К. Город, архитектура, человек и климат. М., «Архитектура-С», 2007.
   
7. 
   Семенченко Б.А., Белов П.Н. Метеорологические аспекты охраны природной среды. М.: Изд-во Моск. Ун-та, 1984.
   
8. 
   Справочник эколого-климатических характеристик Москвы. Том 2. - М.: Изд-во географического ф-та МГУ, 2006.
   
9. 
   The Global Atmospheric Watch (GAW), Strategic Plan 2001-2007, WMO, Geneva, 2000.
   

Программное обеспечение и Интернет-ресурсы

1. 
   http://www.mnr.gov.ru – официальный сайт министерства природных ресурсов и экологии Российской Федерации;
   
2. 
   http://www.mosecom.ru - официальный сайт ГПУ «Мосэкомониторинг»;
   
3. 
   http://www.ipcc-data.org – международный центр распределения данных;
   
4. 
   http://www.gasac-americas.org. – мировой центр данных по химии атмосферных осадков (WDCPC);
   
5. 
   www.eea.europa.eu – сайт European Environmental Agency.
   
6. 
   http://www.unep.org - сайт Программы ООН по окружающей среде
   

8. 
   Материально-техническое обеспечение дисциплины
   

1. 
   Учебная аудитория на 25 мест с мультимедийным проектором.
   
2. 
   Компьютерный класс с доступом в Интернет.
   

Программа составлена в соответствии с требованиями образовательного стандарта МГУ по направлению подготовки 021600.62 «Гидрометеорология».
Программа одобрена на заседании кафедры метеорологии и климатологии

Протокол №___ от ______20__г.

Заведующий кафедрой Кислов А.В. ____________________________

подпись
Разработчик:

Алексеева Л.И., старший научный сотрудник, к.г.н., доцент, географический факультет МГУ имени М.В.Ломоносова
Эксперт:

Заславская М.Б., доцент, к.г.н., доцент, географический факультет МГУ имени М.В.Ломоносова