close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Геоэкологическая оценка климатической комфортности территории Центрального Черноземья

код для вставкиСкачать
3
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы определяется возрастанием внимания научной общественности и практических специалистов к изучению проблемы влияния
климатических факторов на здоровье человека и экологическую обстановку в
целом. Региональная оценка биоклиматических ресурсов крупных регионов с
учетом факторов аэротехногенного загрязнения является важным условием
обеспечения комфортной среды проживания и повышения экологической безопасности населения. Значимость данной проблемы связана с тем, что детальная
оценка климатического ресурса территории Центрально-Черноземного региона
(ЦЧР) в медико-географическом аспекте ранее не проводилась.
Теоретические основы исследования. Теоретический и методический
базис работы составляют фундаментальные труды в области геоэкологии, медицинской географии и биоклиматологии С.С. Андреева (2005), Д. Ассмана
(1966), В.Г. Бокши (1980), Е.Г. Головиной (1993), И.И. Григорьева (1992), А.А.
Исаева (2001), А.В. Кислова (2008), С.А. Куролапа (1999), Ю.П. Переведенцева
(2008), Б.А. Ревича (2011), В.И. Русанова (1989), М.Г. Суховой (2004), М.А.
Трубиной (2010) и др.
Объект исследования – критерии биоклиматической комфортности и
состояние здоровья населения Центрального Черноземья. В качестве базового
региона для региональных геоэкологических и медико-географических исследований выбрана Воронежская область – крупнейшая по площади область ЦЧР
с населением более 2 млн. человек.
Предмет исследования – оценка биоклиматической комфортности территории, выявление эколого-климатических факторов риска для здоровья населения и климатообоусловленных заболеваний.
Цели и задачи исследования. Целью данной работы является комплексная оценка территории Центрального Черноземья по уровням биоклиматической комфортности и выявление климатообусловленных заболеваний населения.
Для достижения поставленной цели решены следующие задачи.
1.
Формирование базы данных по метеорологическим параметрам
территории ЦЧР и состоянию здоровья населения за многолетний период в течение 20 лет (1998-2017). Проверка сформированных баз данных на «нормальность распределения» для вероятностно-статистического анализа и геоинформационного картографирования.
2.
Исследование пространственного распределения факторов техногенного загрязнения и самоочищения атмосферы, типизация территории ЦЧР
по метеорологическому параметру самоочищения атмосферы (МПА).
3.
Анализ пространственного распределения эколого-климатических
показателей и типизация территории ЦЧР по факторам биоклиматической комфортности.
4.
Исследование факторов устойчивости и разработка методики долгосрочного вероятностного прогнозирования различных классов биоклимати-
4
ческой комфортности на территории региона с помощью автокорреляционного,
спектрального анализа и цепей Маркова.
5.
Оценка статистических связей между эколого-климатическими критериями, факторами самоочищения атмосферы, биоклиматической комфортности и показателями состояния здоровья населения с выявлением климатообусловленных заболеваний населения (на примере Воронежской области).
6.
Типизация территории Воронежской области по предпосылкам возникновения метеозависимых болезней и геоинформационное моделирование
риска климатообусловленных заболеваний населения как важный аспект региональной политики здоровьесбережения.
Соответствие диссертации паспорту научной специальности. Тема
диссертационной работы соответствует паспорту специальности 25.00.36 –
«Геоэкология» по пунктам:

п 1.10. «Разработка научных основ рационального использования и
охраны водных, воздушных, земельных, рекреационных, минеральных и энергетических ресурсов Земли, санация и рекультивация земель, ресурсосбережение»;

п 1.14. «Моделирование геоэкологических процессов»;

п 1.17. «Геоэкологическая оценка территорий. Современные методы
геоэкологического картирования, информационные системы в геоэкологии.
Разработка научных основ государственной экологической экспертизы и контроля».
Защищаемые положения
1.
Разработанный методический подход к пространственновременной оценке и прогнозированию биоклиматической комфортности территории Центрально-Черноземного региона основан на сопряженном анализе статистических связей в системе «атмосфера-здоровье населения», выявлении
климатообусловленных заболеваний населения, геоинформационном картографировании и моделировании региональных биоклиматических ситуаций.
2.
Важным условием формирования региональной геоэкологической
ситуации является естественная способность атмосферы к самоочищению
(МПА), которая на значительной части территории ЦЧР недостаточно высока
(МПА = 1,2 – 2,5). Зона благоприятных условий самоочищения атмосферы
(МПА ≤ 1) имеет мелкоочаговый характер в виде локальных меридиональных
зон преимущественно на территории Белгородской и Липецкой областей, а
низкая способность к самоочищению атмосферы (МПА ≥3) наблюдается преимущественно в центральном секторе Курской области вдоль долины реки
Сейм и в юго-восточном секторе Воронежской области.
3.
Типизация территории Центрального Черноземья по критериям биоклиматической комфортности позволяет дифференцировать территорию по степени близости к оптимальным условиям биоклиматической комфортности на три зоны: высокий уровень комфортности (более 60%) с наиболее
благоприятным термическим режимом, комфортной влажностью и слабым ветром в южном секторе региона (около 15 % территории); средний уровень (от
5
50% до 60%) в центральном секторе (около 65 % территории); низкий уровень
комфортности (менее 50%), характеризующийся более сильными ветрами и
низкими температурами с повышенной «жесткостью погоды» в северном секторе региона (около 20% территории).
4.
На примере Воронежской области установлена связь некоторых
классов заболеваний населения с эколого-климатическими факторами, а к
приоритетным климатообусловленным заболеваниям относятся болезни крови,
инфекции, заболевания мочеполовой системы и врожденные аномалии развития, характеризующие нарушения адаптационно-приспособительных механизмов формирования общественного здоровья в зонах пониженной климатической комфортности. Более высоким «ответным откликом» на воздействие эколого-климатических факторов обладает детское население. Северо-западный
сектор области характеризуется наименее комфортными биоклиматическими
условиями с повышенной заболеваемостью населения.
Научная новизна. Комплексно изучены закономерности пространственно-временной динамики биоклиматических индексов и параметров самоочищения атмосферы на территории Центрального Черноземья, выделены зоны с экстремальными условиями, где возможно ухудшение климатических условий,
влияющих на человека. Разработан методический подход к вероятностному
прогнозу биоклиматической комфортности крупного агропромышленного региона. Созданы оригинальные картографические и геоинформационные продукты: карта биоклиматической комфортности с указанием зон высокой и низкой комфортности проживания, карта самоочищения атмосферы; геоинформационная система для анализа климатического ресурса и состояния здоровья населения ЦЧР. Проведена типизация территории ЦЧР по факторам биоклиматической комфортности и типизация территории Воронежской области по риску
проявления климатообусловленных заболеваний населения.
Практическая значимость работы определяется возможностью применения методических разработок и результатов природоохранными ведомствами, проектными организациями и гидрометеослужбой ЦентральноЧерноземного региона для разработки практических рекомендаций по осуществлению региональной эколого-экономической политики для снижения неблагоприятных экологических последствий чрезвычайных ситуаций, обусловленных
климатическими рисками, и наиболее эффективного использования климатического ресурса региона в целях обеспечения экологической безопасности, развития рекреации и туризма. Результаты исследований внедрены в практическую
работу Воронежского центра по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды, Центра гигиены и эпидемиологии в Воронежской области, а также в
учебный процесс подготовки бакалавров по направлению 05.03.06 – «Экология
и природопользование» по дисциплинам «Геоэкология», «Экология человека»,
«Экологическая климатология» факультета географии, геоэкологии и туризма
Воронежского госуниверситета.
Материалы и методы. Методология исследований базируется на современных подходах к оценке рисков воздействия климата на здоровье человека в
6
сфере геоэкологии, медицинской географии, биометеорологии, реализуемых с
применением методов вероятностно-статистического анализа и геоинформационного картографирования. Использованы сравнительно-географический, математико-статистический, картографический, геоинформационный методы исследований. Для обработки массивов исходных данных использованы лицензионные программные средства: Microsoft Office 2010, STATISTICA 10.0, геоинформационные программные продукты MapInfo 9.5 и ArcGis 10.5.
Достоверность результатов работы обеспечена широким применением
данных официальной государственной статистики за многолетний период, использованием классических методов вероятностно-статистического анализа,
современных методов геоинформационного моделирования и картографирования, реализованных лицензионными программными средствами. Исходная база
данных представлена официальной статистикой за 20-летний период (19982017): а) по климатическим характеристикам - гидрометеорологическая информация Мирового центра данных (http://meteocenter.net/raob.htm), фондовые данные Воронежского центра по гидрометеорологии и мониторингу окружающей
среды; б) по состоянию здоровья населения - фондовые данные Центра гигиены
и эпидемиологии в Воронежской области. Репрезентативность выводов определяется согласованностью с результатами, полученными предшествующими исследователями в различных регионах.
Апробация результатов. Основные результаты исследования доложены
и одобрены на третьей Международной научно-практической конференции
«Экологическая геология: теория, практика и региональные проблемы» (Воронеж, 2013); Всероссийской научно-практической конференции «Орфановские
чтения – 2013» (Нижний Новгород, 2013); Международной научнопрактической конференции «Комплексные проблемы техносферной безопасности» (Воронеж, 2014, 2015, 2016); VII Всероссийской научно-практической
конференции «Геоинформационное картографирование в регионах России»
(Воронеж, 2016); Всероссийской научно-практической конференции «Экологическая безопасность и охрана окружающей среды в регионах России: теория и
практика» (Волгоград, 2016); Международной научно-практической конференции «Теория и практика гармонизации взаимодействия природных, социальных
и производственных систем региона» (Саранск, 2017); III Международной конференции «Окружающая среда и устойчивое развитие регионов: экологические
вызовы XXI века» (Казань, 2017); Международной научно-практической конференции «Современная экология: образование, наука, практика» (Воронеж,
2017).
Личный вклад. Автором самостоятельно проведен детальный анализ источников литературы по теме диссертации. Постановка задач, целей, выбор
объектов и методов исследования осуществлены совместно с научным руководителем. Весь комплекс исследований по анализу и обработке данных, а также
математическому моделированию и прогнозу биоклиматической комфортности, геоинформационному картографированию, анализу и обобщению полу-
7
ченных результатов, формулировка основных защищаемых положений и выводов исследования проведены лично автором.
Публикации результатов исследования. По теме диссертации опубликовано 22 научных работ, в том числе 4 работы – в рецензируемых научных
журналах, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения, библиографического списка, включающего 194 источника, в том числе 26 источников иностранной литературы. Материал изложен
на 241 страницах машинописного текста, содержит 64 рисунка, 39 таблиц и 5
приложений.
Благодарности. Автор выражает благодарность за помощь при подготовке работы д.г.н., профессору С.А. Куролапу, д.б.н., профессору О.В. Клепикову и к.г.н., доценту Л.М. Акимову.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы,
сформулированы цель, задачи, объект и предмет исследований, основная концепция работы, определена методология исследования, научная новизна, теоретическая и практическая значимость, представлены положения, выносимые на
защиту, сведения об апробации и практическом внедрении результатов проведенных исследований.
ГЛАВА 1. Теоретические основы геоэкологической оценки
климатической комфортности региона интенсивного
техногенного освоения
По результатам сравнительного анализа зарубежной и отечественной литературы научно подтверждается этиологическая значимость метеорологических факторов в формировании состояния здоровья населения. Описаны региональные исследования, характеризующие достоверные связи между метеорологическими параметрами и заболеваемостью, смертностью населения, в частности, от болезней системы кровообращения и цереброваскулярных заболеваний.
Обоснованы прямые корреляционные зависимости обострения артериальной гипертензии от характера изменчивости атмосферного давления. Отмечена тесная
связь между медицинскими типами погоды и состоянием больных бронхиальной астмой. Установлено, что влияние волн жары на смертность населения носит мгновенный характер, а волн холода - отсроченный. Определен приоритетный перечень климаточувствительных заболеваний населения согласно международной классификации болезней (МКБ-10): болезни органов дыхания, системы кровообращения, эндокринной системы.
Детально проанализированы региональные геоэкологические и медикогеографические исследования, подробно освещенные в работах С.С. Андреева,
Е.С. Андреевой (2003-2007), И.В. Архиповой (2006), М.В. Исаевой (2010), М.В.
8
Клюевой (2009), В.К. Ковальчук (2009), М.Г. Лебедевой, О.В. Крымской (2016,
(2016
2017), Е.Ю. Кулагиной (2010
2010), Ю.П. Переведенцева (2008,, 2012),
2012 Н.Ю. Пичугиной (2010), М.Г. Суховой (2009) и др. Отмечено, что детального анализа биоби
климатической
тической комфортности окружающей среды на территории ЦЧР ранее не
осуществлялось, что определяет актуальность и новизну данного исследования
в аспекте регионального геоэкологического анализа с применением геоинфоргеоинфо
мационных технологий.
ГЛАВА 2. Методические подходы, материал и методы исследования
Методическая схема исследования включает четыре последовательных
этапа (рис.1):
1 ИНФОРМАЦИОННО
ИНФОРМАЦИОННО-СТАТИСТИЧЕСКИЙ:
• Вероятностно-статистический
статистический анализ (метод корреляций, ранжирования,
метод взвешенных баллов, автокорреляционный и спектральный анализы,
Марковские цепи);
• Геоэкологическое картографирование.
2 АНАЛИТИЧЕСКИЙ:
• Анализ пространственного распределения климатических факторов на
территории ЦЧР;
• Анализ устойчивости климатической комфортности ЦЧР;
• Оценка степени биоклиматической комфортности ЦЧР, в том числе
базовой Воронежской области
• Расчет корреляций между состоянием здоровья населения и
климатическими параметрами.
3 ГЕОИНФОРМАЦИОННЫЙ:
• Построение карт пространственного распределения климатических
факторов на территории ЦЧР;
• Типизация территории ЦЧР по степени биоклиматической комфортности;
• Медико-географическое
географическое районирование территории Центрального
Черноземья по потенциальному риску проявления климатозависимых
заболеваний, в том числе базовой Воронежской области.
4 НАУЧНО-ПРИКЛАДНОЙ:
• Разработка прогностических решений на основании анализа комфортности
комфортности территории для профилактики отдельных видов
заболеваемости и определения основных направлений медико
медико-социальной
политики региона.
Рис.1. Методический подход к оценке климатической комфортности ЦЧР
9
Разработанный методический подход к комплексной геоэкологической
оценке комфортности климата региона включает оценку 34 биометеорологических показателей. Наиболее информативные индексы приведены в таблице 1.
Таблица 1
Основные биоклиматические индексы
Критерии
климатической комфортности
Эффективная
температура
(ЕТ)
(А. Миссенард)
Индекс
дискомфорта
по Тому (DI)
Индекс
Бодмана (S)
Индекс
Арнольди (Ту)
Индекс
Сайпла (W)
Наименование
параметров
Расчетная формула
ET = 37 −
37 − t
1
0.68 − 0.0014f +
1.76 + 1.4v
f
− 0.29t 1 −
100
.
DI = t − (0.55 − 0.0055f)(t − 14.5)
S = (1 − 0.04t)(1 + 0.272v)
t – температура
°С, v - скорость
ветра м/с, f –
относительная
влажность %.
T = t − 2v
W = (9.0 + 10.9√v − v)(33 − t)
Метеорологический
потенциал
самоочищения атмосферы (МПА)
МПА =
Pсл + Pт
Pо + Pв
I = I + I + I + I + I∆ + I∆ ,
где:
I = 0.02(18 − t)
при t>18ºС;
Индекс
Патогенности I = (f − 70)/2;
(I)
I = 0.2v ;
I = 0.06n ;
I∆ = 0.3(∆t) ;
I∆ = 0.06(∆p) ;
при t≤18ºС и I = 0.02(t − 18)
Вероятность
(%): Pсл – ветра
<1м/с,
Pт – туманов,
Ро – осадков
≥0,5мм,
Рв –ветра ≥ 6
м/с
Среднесуточные значения:
t - температуры
°С, v - скорости ветра м/с, f
– относительной влажности
%, n – бала облачности;
Δp, Δt – межсуточные изменения атмосферного давления и температуры воздуха
10
На начальном этапе проведена проверка используемых данных на «нормальность» распределения. Для выявления климатообусловленных заболеваний
населения использован стандартный корреляционный анализ, а для иллюстрации биоклиматических и медико-географических ситуаций – метод математико-картографического моделирования и геоинформационные технологии. Методы вероятностно-статистического анализа позволили типизировать территорию Центрально-Черноземного региона по интегральному показателю биоклиматической комфортности с применением ГИС-технологий в среде MapInfo 9.5
и ArcGis 10.5.
ГЛАВА 3. Геоэкологический анализ климатических ресурсов, факторов
техногенного загрязнения и самоочищения атмосферы ЦЧР
Анализ физико-географических условий территории ЦентральноЧерноземного региона показывает существенную обусловленность климата характером рельефа и влиянием Атлантического океана, Сибирского антициклона, а также Черноморских циклонов в различные сезоны года. Важную роль в
формировании климата, особенно в летний период, играет «ось Воейкова», являющаяся демаркационной линией циркуляционных процессов на территории
региона.
Качественная типизация летнего климатического режима территории показана на рисунке 2.
В результате проведенных исследований установлено, что в летний период, на большей части Центрального Черноземного региона (в северо-западной и
центральной части), охватывающей приблизительно 65% территории, наблюдается теплая погода, при незначительной скорости ветра (зона 2). На северозападе исследуемой территории ЦЧР (зона 1) более «влажно», а на юго-востоке
(зона 3) «жарко».
Установлено, что большая часть территории ЦЧР имеет недостаточные
условия для рассеивания примесей. Пространственное распределение параметра МПА носит локальный характер (рис. 3).
Зона благоприятных условий самоочищения атмосферы (МПА ≤ 1) имеет
мелкоочаговый характер в виде локальных меридиональных зон преимущественно на территории Белгородской и Липецкой областей, а низкая способность
к самоочищению атмосферы (МПА ≥3) наблюдается преимущественно в центральном секторе Курской области вдоль долины реки Сейм и в юго-восточном
секторе Воронежской области.
Установлено, что многочисленные промышленно-транспортные объекты
служат источниками повышенной экологической опасности в регионе, в частности, загрязнения воздушного бассейна урбанизированных территорий. В целом антропогенная нагрузка на воздушный бассейн снижается в следующей последовательности: Липецкая > Воронежская > Белгородская > Тамбовская >
Курская область.
11
Причем более напряженная с экологической точки зрения ситуация складывается в Воронежской области, где на фоне достаточно значительных и стабильных объемов выбросов загрязняющих веществ естественная способность
атмосферы к самоочищению в ряде регионов снижена. Города Липецк и Белгород, несмотря на высокую антропогенную нагрузку на атмосферу, расположены в отличие от городов Воронеж и Тамбов в регионах хорошего самоочищения атмосферы, что более экологически безопасно; а город Курск, хотя и отличается самой низкой самоочищающей способностью атмосферы в сравнении с
другими областными центрами ЦЧР, но по объему выбросов загрязняющих веществ в атмосферу значительно уступает другим крупным городам, что в целом
свидетельствует о его относительной экологической безопасности по аэротехногенному риску для населения.
Рис. 2. Классификация территории Центрального Черноземья по степени
комфортности климатических условий, определяемых температурновлажностно-ветровым режимом в летний период
12
Рис. 3. Пространственное распределение МПА
ГЛАВА 4. Оценка биоклиматической комфортности территории ЦЧР
Геоэкологическая оценка биоклиматической комфортности территории
Центрально-Черноземного региона осуществлялась с помощью биоклиматических индексов для холодного, теплого периодов и года в целом.
Оценка интегральной биоклиматической комфортности проведена с применением метода «унификации шкал», позволяющего привести значения различных биоклиматических индексов к единой безразмерной шкале. Значение
унифицированной переменной  рассчитывается по формуле (1):
 = 1−
|
{(
опт |
опт),( опт
)

(1)
где N – максимум шкалы (N=100), 
,
– максимальные и минимальные
значения исходного параметра, опт – оптимальное значение.
13
В качестве оптимального значения опт используется значение, соответствующее комфортным условиям (табл. 2).
Таблица 2
Значения опт для биоклиматических индексов
Биоклиматический индекс
Значение опт
Индекс Бодмана (S)
0,1
Индекс Сайпла (W)
94,5
Индекс Арнольди (Ty)
22,5
Индекс ЕТ
21,7
Индекс патогенности (I)
0
Индекс теплового дискомфорта по Тому (Thom)
20,6
Для проведения типизации территории ввели интегральный показатель
комфортности K, равный среднему значению суммы биоклиматических индексов в приведенном масштабе за летний л и зимний з периоды:
 = л + з =
ЕТ
+
ЕТ
,
(2)
Результаты типизации территории ЦЧР в целом за год представлены на
рисунке 4.
Из рисунка 4 видно, что в целом за год на территории Центрального Черноземного региона по степени близости к оптимальной биоклиматической
комфортности наблюдаются «умеренные» условия (К от 42% до 63%). Пространственное распределение К имеет «широтную» направленность. Наиболее
благоприятные биоклиматические условия наблюдаются на территории юга
Воронежской области и в юго-восточной части Белгородской области.
Особый интерес представляет анализ средних суточных значений параметра комфортности ЕТ. В результате расчетов нами получены «календари
комфортности» (например, для июня, рис. 5), определяющие вероятность появления различных классов комфортности погоды.
Так, из рисунка 5 видно, что в июне наблюдается некоторая закономерность в распределении эффективной температуры ЕТ: в начале месяца наиболее
велика вероятность появления классов «Прохладно» и «Умеренно тепло», с 8
по 12 июня чаще встречаются классы «Тепло», а затем возрастает вероятность
появления «Жаркой» и «Очень жаркой» погоды до конца месяца.
14
Рис. 4. Годовое распределение параметра биоклиматической комфортности
100%
90%
80%
11 11 13 12 14 14 14
15 17
20 18 20 16
15
20 21
21
70%
60%
26
19
15
17
19
14
18
19
24
20
37
17
21
19
23 17
23
30 30 28
34
26 28 28 23
22
0%
1
2
3
4
5
18
23
20
25 24 28
26 27
29 31 29
13 15
15 24
14
15
18
20
18
14 16
14
15
17
28
19
22
18
23 23
20
17 20
20
27
36
22 21
22
21
18 22
27
18
24 25
20 19
16
16 16
17 17
23
23 28
28
18
22
30 29
24
18
30
35
13
22
23
23 13
15
21
12
20
15
26
16
16
11
20%
30
18
24
29
30%
10%
25
16
23
20
33
16
50%
40%
25
18 17
12
9 12 10 12 12 9
8
4
20
16
5
27
2
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
день месяца
Прохладно
Умеренно тепло Тепло
Жарко Очень жарко
6
7
8
Рис. 5. Распределение классов ЕТ в июне
15
Предложена методика прогноза биоклиматической комфортности, осн
основанная на изучении внутренней структуры временных рядов эффективной темте
пературы ЕТ и исследовании их циклической повторяемости, с использованием
методов автокорреляционного и спектрального анализа.
Анализ результатов автокорреляционного анализа позволил выявить 2, 4,
7 и 11- летние циклы.
Для установления преобладающих колебаний в рассм
рассматриваемых
атриваемых рядах
применили спектральный анализ, который позволил выявить 6,6; 4,3 и 2,85
2,85летнюю цикличность (рис.. 66).
Рис 6. Спектральный анализ параметра биоклиматической комфортности ЕТ
(А. Миссенарда) в декабре
Исходный класс
комфортности
Полученные результаты исследования цикличности эффективной темпетемп
ратуры ЕТ (А. Миссенарда) свидетельствуют о влиянии глобальных климат
климатообразующих факторов на климатические условия ЦЧР, например, 11
11-летний
солнечный цикл.
Таблица 3
Матрица переходных вероятн
вероятностей
остей на следующий год для исходного июля
Классы
класс 3
(18,1 ÷ 24,0)
класс 4
(12,1 ÷ 18,0)
класс 5
(6,1 ÷ 12,0)
Прогноз на июль следующего года
класс 3
класс 4
класс 5
(18,1 ÷ 24,0)
(12,1 ÷ 18,0)
(6,1 ÷ 12,0)
22
78
0
8
87
5
0
100
0
16
Использование Марковских цепей позволило выявить внутренние временные закономерности процессов формирования эффективной температуры
ЕТ. В таблице 3 показана матрица переходных вероятностей одного класса в
другой.
Прогноз имеет точечный характер и составлен на примере анализа исходных данных эффективной температуры ЕТ г. Воронежа за 1918 – 2017 гг.
ГЛАВА 5. Анализ зависимости состояния здоровья населения от критериев
биоклиматической комфортности (на примере Воронежской области)
Комплексный анализ техногенного воздействия на атмосферный воздух,
проведен с использованием субиндекса антропогенной нагрузки А, учитывающего индекс эмиссионной нагрузки, а также уровень загрязнения по семи основным веществам-загрязнителям (пыль, диоксид азота, диоксид серы, оксид
углерода, свинец, фенол и формальдегид).
Рис. 7. Субиндекс антропогенной нагрузки
17
Из рисунка 7 видно, что на территории г. Воронежа, охватывающей 1%
площади и 41% населения, наблюдается высокий уровень антропогенной нагрузки на атмосферу. На остальной части (70% площади) территории Воронежской области наблюдается невысокая антропогенная нагрузка на атмосферный
воздух. Величина коэффициента ранговой корреляции Спирмена не превышает
rs <=+0,18, что свидетельствует о слабой взаимосвязи на уровне статистической
тенденции.
Проведенный анализ между показателями заболеваемости взрослого и
детского населения в районах Воронежской области с метеорологическим потенциалом атмосферы (МПА) показал, что между параметром МПА и рядом
критериев состояния здоровья населения существует корреляционная связь (r)
средней степени.
Установлено, что МПА вносит наибольший вклад в заболеваемость органов дыхания (19%). Результаты корреляционного анализа показаны на рисунке 8.
Ось Воейкова
Рис. 8. Пространственное распределение коэффициента корреляции между
МПА и заболеваемостью болезнями органов дыхания взрослого населения
18
Анализ данных, представленных на рисунке 8, показал, что центральные
и северо-западные районы Воронежской области, расположенные слева от оси
Воейкова, находятся под влиянием циклональной циркуляции атмосферы. Пространственная ориентация отрицательной «умеренной» тесноты связи направлена с северо-запада на юго-восток (Семилуки: r=-0,42; Лиски: r=-0,41; Бобров:
r=-0,46).
Юго-восточные районы области, расположенные справа от оси Воейкова,
находятся под влиянием антициклона.
Для обобщения корреляционных связей составлена таблица 4, иллюстрирующая уровень воздействия климатических показателей на общественное здоровье.
С помощью статистического метода взвешенных баллов рассчитан интегральный индекс биоклиматической комфортности (Yи), согласно которому
территория Воронежской области ранжирована по 5 уровням комфортности
(балл): 1) низкий (6,6 – 13,8); 2) пониженный (1,0 – 6,5); 3) средний (-3,3 – -0,9);
4) повышенный (-6,9 – -3,4); 5) высокий (-9,6 – -7,0). Результаты типизации территории показаны на рисунке 9.
Установлено, что западный, в особенности - северо-западный сектор области, где проживает 63% населения, характеризуется наименее комфортными
биоклиматическими условиями с более высокими показателями заболеваемости
населения (зона высокого и повышенного риска заболеваемости).
Большинство районов восточного, центрального и южного секторов области характеризуются вполне комфортными биоклиматическими условиями с
пониженной заболеваемостью населения.
Таблица 4
Обобщение корреляционных связей в системе
«атмосфера-состояние здоровья населения»
(фрагмент для детского населения)*
Устойчивость тенденции
Уровень воздействия
(число значимых
корреляций)
|r|=0,2÷0, |r|=0,1÷0,
|r|>0,3
3
2
1
1
6
1
1
3
1
2
6
Факторы
корреляции одного знака, %
корреляция
|r| >0,2, %
ЕТ лето
Индекс Арнольди
Индекс Тома
Индекс патогенности
I зимой
Относительная влажность воздуха зимой
Температура воздуха
летом
Скорость ветра летом
-76,9
-69,2
-92,3
15,4
15,4
23,1
-84,6
46,2
2
4
3
-92,3
69,2
3
6
2
-92,3
53,8
1
6
1
84,6
23,1
1
2
5
19
Рис. 9. Типизация территории Воронежской области по риску
климатообусловленных заболеваний населения
ВЫВОДЫ
1.
Разработанный методический подход к пространственной оценке и
долгосрочному временному прогнозированию биоклиматической комфортности территории Центрально-Черноземного района основан на сопряженном
анализе статистических связей в системе «атмосфера-здоровье населения», выявлении климатообусловленных заболеваний населения и геоинформационном
картографировании проблемных медико-географических ситуаций. Установлена существенная пространственная неоднородность и временная изменчивость
критериев климатической комфортности, а также важная роль «оси Воейкова»
в формировании циркуляционных процессов на территории ЦЧР.
2.
Значительная часть территории ЦЧР имеет недостаточно высокую
способность к естественному самоочищению атмосферы (МПА = 1,2 – 2,5). Зона благоприятных условий самоочищения атмосферы (МПА ≤ 1), расположенная в условиях «аэродинамических коридоров» в краевых частях Среднерусской возвышенности, имеет мелкоочаговый характер в виде 3-х локальных ме-
20
ридиональных зон: 1) единый сектор от г. Белгорода на северо-запад и северовосток по направлениям «Белгород - Рыльск» и «Белгород – Старый Оскол», 2)
центральный сектор Липецкой области («Лев Толстой – Липецк»); 3) «Каменная Степь Воронежской области – Жердевка Тамбовской области». Низкая способность к самоочищению атмосферы (МПА ≥3) наблюдается в районах
«Курск-Обоянь» вдоль долины реки Сейм, закрытой от ветропереносов, а также
в юго-восточном секторе Воронежской области, где велик удельный вес летних
штилей, туманов и инверсий, за счет влияния антициклональной циркуляции.
3.
Интегральная оценка биоклиматической комфортности ЦЧР позволяет дифференцировать территорию по степени близости к оптимальным условиям на три зоны: а) высокий уровень (более 60%) с наиболее благоприятным
термическим режимом, комфортной влажностью и слабым ветром (южный сектор Воронежской и Белгородской областей, около 15 % территории); б) средний уровень (от 50% до 60%) в центральном секторе (около 65 % территории);
в) низкий уровень биоклиматической комфортности (менее 50%), характерный
для севера территории (около 20 % площади). Города Белгород, Липецк, Тамбов находятся в «аэродинамическом коридоре», что снижает аэротехногенную
нагрузку, связанную с химическим загрязнением атмосферы урбанизированных
территорий.
4. Анализ устойчивости показателя биоклиматической комфортности ЕТ
в летний период (на примере г. Воронежа) позволил выявить экстремумы параметра ЕТ и определить тенденции изменения комфортности климата для каждого календарного месяца летнего периода. Установлено наличие небольшого
по абсолютной величине положительного тренда за исследуемый период. Разработаны оригинальные «календари комфортности погоды» на каждый день,
каждый календарный месяца летнего периода, определяющие вероятность появления различных классов комфортности погоды.
5. Предложена методика прогноза биоклиматической комфортности, основанная на изучении внутренней структуры и цикличности временных рядов
климатических параметров, с использованием методов автокорреляционного и
спектрального анализа, а также цепей Маркова. Выявлено, что для каждого
класса комфортности наиболее велика вероятность сохранения в этом же классе, чем переход в другой класс, что свидетельствует об «инерции» климатической системы.
6. Установлена статистическая зависимость некоторых заболеваний населения от критериев биоклиматической комфортности, достигающая по параметру МПА и болезням органов дыхания 19%, мочеполовой системы - 10%, новообразованиям предстательной железы у мужчин - 7%. К приоритетным климатообусловленным заболеваниям относятся у взрослого населения болезни
крови, инфекции и заболевания мочеполовой системы; у детского населения новообразования, болезни мочеполовой системы и врожденные аномалии развития, характеризующие, прежде всего, нарушения адаптационноприспособительных механизмов формирования общественного здоровья. Более
21
существенным «ответным откликом» на воздействие климатических факторов
обладает детское население.
7. Медико-географическая оценка биоклиматической комфортности территории Воронежской области показала, что северо-западный сектор области
характеризуется наименее комфортными биоклиматическими условиями с более высокими показателями заболеваемости населения, а большинство районов
восточного, центрального и южного секторов области характеризуются достаточно комфортными условиями с пониженной заболеваемостью населения.
8. Полученные результаты в практическом аспекте рекомендуется учитывать в разработке региональных программ устойчивого экологоэкономического развития и территориального планирования размещения промышленно-транспортной, урбанизированной среды и городской инфраструктуры; в развитии санаторно-курортной и туристической деятельности; в организации системы профилактики климатозависимых заболеваний на основе оптимизации лечебно-профилактической сети, фармацевтической помощи населению в сочетании с развитием системы мониторинга и прогноза биометеорологических ситуаций повышенного риска развития климатообусловленных заболеваний населения.
СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
Работы, опубликованные в журналах перечня ВАК РФ
1.
Акимов, Л.М. Пространственное распределение метеорологических
параметров, влияющих на жизнедеятельность человека на территории Центрального Черноземья / Л.М. Акимов, Е.Л. Акимов // Вестник Воронежского
гос. университета. Серия: География. Геоэкология. – 2014. – № 2. – С. 17-23.
2.
Акимов, Л.М. Комплексная оценка экологической обстановки с
учетом состояния атмосферы и функционально-планировочной структуры города / Л.М. Акимов, П.М. Виноградов, Е.Л. Акимов // Вестник Воронежского
гос. университета. Серия: География. Геоэкология. – 2014. – № 4. – С. 57-67.
3.
Акимов, Е.Л. Медико-географическая оценка потенциала рассеивающей способности атмосферы Воронежской области / Е.Л. Акимов, С.А. Куролап, Л.М. Акимов // Вестник Воронежского гос. университета. Серия: География. Геоэкология. – 2017. – № 1. – С. 93-99.
4.
Акимов, Е.Л. Анализ биоклиматических рисков на территории
ЦЧР / Е.Л. Акимов, С.А. Куролап, Л.М. Акимов // Вестник Воронежского гос.
университета. Серия: География. Геоэкология. – 2017. – № 2. – С. 102-109.
Работы, опубликованные в других изданиях
5.
Акимов, Л.М. Оценка суровости климата Воронежской области в
зимний период / Л.М. Акимов, Е.Л. Акимов // Вестник Воронежского отделения Русского географического общества. – 2012. – Т. 12. – С. 22-24.
6.
Акимов, Л.М. Анализ комфортности климатических условий Воронежской области в зимний период / Л.М. Акимов, Е.Л. Акимов // Вестник Воронежского отделения Русского географического общества. – 2013. – Т.13. – С.
18-21.
22
7.
Акимов, Л.М. Анализ распределения экстремальных температур на
территории Центрально-Черноземного региона в летний период / Л.М. Акимов,
Е.Л. Акимов // Экологическая геология: теория, практика и региональные проблемы: Мат-лы третьей Межд. науч.-практ. конф. (Воронеж, 20-22.11.2013). –
Воронеж, 2013. – С. 369-371.
8.
Акимов, Л.М. Оценка распределения "волн жары" на территории
Центрально-Черноземного региона в летний период / Л.М. Акимов, Е.Л. Акимов // Орфановские чтения–2013: Мат-лы Всерос. науч.-практ. заочной конф. –
Нижний Новгород, 2013. – С. 133-138.
9.
Акимов, Л.М. Анализ влияния функционально-планировочной
структуры города на загрязнение воздушного бассейна / Л.М. Акимов, П.А.
Виноградов, Е.Л. Акимов // Экологическая оценка и картографирование состояния городской среды. – Воронеж, 2014. – С. 55-65.
10. Акимов, Л.М. Анализ распределения экстремальных биоклиматических условий на территории ЦЧО / Л.М. Акимов, Е.Л. Акимов // Комплексные
проблемы техносферной безопасности: Мат-лы Межд. науч.-практ. конф. (Воронеж, 12.11.2014). – Воронеж, 2014. – С. 91-96.
11. Акимов, Л.М. Оценка динамики концентраций загрязняющих веществ в атмосфере в зависимости от метеорологических параметров / Л.М.
Акимов, Е.Л. Акимов // Экологическая оценка и картографирование состояния
городской среды. – Воронеж, 2014. – С. 41-54.
12. Акимов, Л.М. Характеристика циркуляционного режима территории Воронежской области / Л.М. Акимов, Е.Л. Акимов // Труды Хоперского
государственного заповедника. – Хоперский гос. заповедник, 2014. – С. 3-11.
13. Акимов, Л.М. Анализ радиационного режима Хоперского заповедника / Л.М. Акимов, Е.Л. Акимов // Прошлое, настоящее и будущее охраняемых территорий: Сб. науч. мат-лов, посвящ. 80-летию Хоперского государственного природного заповедника. – Хоперский гос. заповедник, 2015. – С. 6-12.
14. Акимов, Л.М. Термический режим Хоперского государственного
природного заповедника / Л.М. Акимов, Е.Л. Акимов // Прошлое, настоящее и
будущее охраняемых территорий: Сб. науч. мат-лов, посвящ. 80-летию Хоперского государственного природного заповедника. – Хоперский гос. заповедник,
2015. – С. 13-24.
15. Акимов, Л.М. Анализ экстремальных температурных рисков на
территории ЦЧР в летний период / Л.М. Акимов, Е.Л. Акимов // Комплексные
проблемы техносферной безопасности: Мат-лы Межд. науч.-практ. конф. (Воронеж, 12.11.2015). – Воронеж, 2015. – С. 34-40.
16. Акимов, Л.М. Оценка устойчивости эколого-климатической комфортности Центрально-Черноземного района / Л.М. Акимов, Е.Л. Акимов //
Комплексные проблемы техносферной безопасности: Мат-лы Межд. науч.практ. конф. (Воронеж, 12.11.2015). – Воронеж, 2015. – С. 41-46.
17. Акимов, Е.Л. Биоклиматическая оценка территории Центрального
Черноземья / Е.Л. Акимов // Экологическая безопасность и охрана окружающей
среды в регионах России: теория и практика: Мат-лы Всерос. науч.-практ. конф.
(Волгоград, 17-18.11.2016). - Волгоград, 2016. – С. 353-357.
18. Акимов, Е.Л. Геоинформационное картографирование риска климатообусловленных заболеваний населения на территории Воронежской облас-
23
ти / Е.Л. Акимов, С.А. Куролап // Геоинформационное картографирование в регионах России: Мат-лы VII Всерос. науч.-практ. конф. (Воронеж, 20.12.2016). –
Воронеж, 2016. – С. 9-12.
19. Акимов, Л.М. Особенности погодных условий Хоперского заповедника в 2001 году / Л.М. Акимов, Е.Л. Акимов, Н.А. Родионова // Труды Хоперского государственного заповедника. – Хоперский гос. заповедник, 2016. – С. 815.
20. Акимов, Е.Л. Анализ пространственно-временного распределения
коэффициента самоочищения атмосферы на территории Воронежской области /
Е.Л. Акимов // Современная экология: образование, наука, практика: Мат-лы
Межд. науч.-практ. конф. (Воронеж, 4-6.10.2017). – Воронеж, 2017. – Т.1. – С.
368-372.
21. Куролап, С.А Оценка воздействия промышленно-транспортной инфраструктуры на техногенное загрязнение атмосферы и почвы города Воронежа / С.А. Куролап, О.В. Клепиков, Е.Л. Акимов // Теория и практика гармонизации взаимодействия природных, социальных и производственных систем региона: Мат-лы Межд. науч.-практ. конф. (Саранск, 12-13.10.2017). – Саранск,
2017. – Т.1. – С. 129-132.
22. Куролап, С.А. Экологические риски здоровью населения, связанные
с пространственной динамикой, рассеивающей способности атмосферы Воронежской области / С.А. Куролап, Е.Л. Акимов, Л.М. Акимов // Окружающая
среда и устойчивое развитие регионов: экологические вызовы XXI века: Труды
III Межд. конф. (Казань, 27-28.09.2017). – Казань, 2017. – С. 402-404.
Подписано в печать 24.10.2018 г.
Формат 64×80/16. Объем 1,0 п.л.
Бумага офсетная. Тираж. 100 экз. Заказ № 1820.
Отпечатано с готового оригинал-макета
в ООО «Цифровая полиграфия»
394036, г. Воронеж, ул. Ф. Энгельса, 52
Тел.:(473) 261-03-61
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
3
Размер файла
10 797 Кб
Теги
территории, оценки, комфортность, климатические, чернозема, геоэкологического, центральной
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа