Закономерности размещения поврежденной растительности при локальном и региональном загрязнении атмосферы

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ имени С.М. Кирова

КУРСОВАЯ РАБОТА

на тему:

«Пространственное размещение поврежденной растительности по территории при воздействии локального, регионального и глобального загрязнения атмосферного воздуха»

Выполнил:____________________________________

Проверил(а):____________________________________

Санкт-Петербург

I. Теоретическая часть

Закономерности размещения поврежденной растительности при локальном и региональном загрязнении атмосферы

Воздействие атмосферного загрязнения на растительность бывает разного масштаба: глобального, регионального и локального. Воздействие разного масштаба по-разному влияют на пространственное размещение поврежденной растительности по территории. Глобальные и региональные эффекты атмосферного загрязнения приводят к случайному размещению повреждений по относительно не большой территории, доля поврежденных деревьев в этом случае может быть значительной, но распределены по площади они будут случайно. При локальном воздействии размещение поврежденных деревьев имеет особенный характер – с повышением их концентрации по мере приближения к источнику атмосферного загрязнения. Таким образом, характер размещения поврежденной растительности на изучаемой территории может служить биоиндикационным признаком локального или регионально-глобального действия атмосферного загрязнения (Алексеев, Жеребцов, 1995;Экодинамика…,1996).

При наличии одновременно двух этих видов воздействия реальное размещение поврежденных растений на территории будет складываться под влиянием двух процессов: во-первых, тенденции к случайности размещения повреждений, во-вторых, тенденции к концентрации повреждений около источника загрязнения. Тогда первую тенденцию можно описать следующей формулой:

Вторая тенденция, связанная с действием локального источника атмосферных выбросов, может быть охарактеризована суммарным расстоянием поврежденных деревьев от источника загрязнений.

Искомое распределение поврежденной растительности по территории p(x)может быть найдено как решение следующей оптимизационной задачи:

Решение задачи имеет следующий вид:

p(x)=C exp(-kr(x))

Изолиния поля повреждения растительности при одновременном действии регионально-глобального и локального воздействия на атмосферу, отвечающие постоянным величинам плотности повреждения при прочих равных условиях, имеют вид концентрических симметричных окружностей с центром в точке расположения источника загрязнения.

Однако в природе поле повреждения растительности не бывает симметричным. Одним из основных факторов, модифицирующих его форму, является неравномерный по разным направлениям розы ветров перенос загрязняющих веществ от локальных источников выбросов. Другим может быть неоднородность самого растительного покрова. Для практического применения описанной выше модели необходимо осуществить ее детализацию и модификацию с учетом неравномерного повреждения растительности на разных градиентах (направлениях) от источника выбросов.

Возьмем некоторое направление с началом в точке расположения источника загрязнения и рассмотрим плотность повреждения растительности на разном дискретном расстоянии от источника:

Плотность поврежденной растительности рассчитывается следующим образом:

, (**)

где -индекс состояния древостоев на i-м расстоянии от источника загрязнения.

Распределение деревьев на градиенте можно получить как решение следующей оптимизационной задачи:

Решая эту задачу методом Лагранжа, найдем, что искомое размещение поврежденных деревьев на градиенте, учитывающее как глобально-региональный, так и локальный аспекты, имеет следующий вид:

, (*)

где Z-статическая сумма распределения, d- константа, численно равная b/a.

Формула (*) может быть использована для определения границ, до которых простирается повреждающее действие определенной степени тяжести локального источника загрязнения в данном направлении j:

,

где пороговое значение плотности повреждения растительности. Оно вычисляется по формуле (**),где задаются пороговые значения индекса состояния древостоев, равные 1,6 для зоны слабого воздействия, 2,6 – умеренного, 3,6 – сильного

По данным о влиянии источника выбросов по всем направлениям может быть рассчитана площадь растительности, поврежденной в определенной степени, с помощью карт изучаемой территории.

Совокупное воздействие регионального и локального эффектов на размещение поврежденной растительности описывается функционалом G, что позволяет пространственно разделить изучаемые эффекты по их влиянию. Важное значение имеет в этом случае величина параметров d и f. Рассмотрим полный дифференциал функционала G:

dG= a dH-b dR,

и положим dG=0, получим

d=b/a=dH/dR,

т.е. параметр d равен норме замещения регионального и локального эффектов влияния загрязнения атмосферы на размещение повреждений растительности. Параметр f имеет тот же смысл, но с учетом повторяемости ветров в изучаемом направлении.

Различают три основные типы размещения особей в пространстве: случайное, равномерное и групповое. Тип пространственного размещения зависит от соотношения среднего расстояния между поврежденными деревьями (m) и его среднего квадратического отклонения (s). В нашем случае мы имеем экспоненциальное распределение вероятностей расстояний между поврежденными растениями, для которого имеет место равенство s/m=1, поэтому размещение поврежденной растительности при одновременном действии регионального и локального эффектов загрязнения атмосферы является групповым.

Разработанная теория позволяет с достаточно высокой достоверностью использовать градиентный метод, при изучении повреждений растительности с последующим построением границ зон повреждений разной степени тяжести и измерением площадей. Это позволяет избежать необходимости создания плотной сети пробных площадей для решения такого типа задач.

II. Исходные данные ГМК “Печенганикель”

Дата добавления: 2015-11-14