Воздействие загрязнителей на элементы экологической системы имеет, как правило, «пороговый» характер - если количество примеси меньше допустимой нормы, оно почти не сказывается на эволюции, если же превышает эту норму, то губит популяцию. Это означает, что скорости биологических процессов, а следовательно, и соответствующие им параметры модели, меняются в зависимости от количества и типа загрязнений, причем эта зависимость носит весьма сложный «пороговый» характер.

Вопрос о типе загрязнителя высвечивает проблему исследования химических процессов, протекающих в атмосфере. Состав атмосферы весьма сложен. В ней помимо изучаемых нами частиц примеси в том или ином количестве присутствуют различные соединения, взаимодействующие с этими частицами. Кроме того, в атмосфере есть и соединения, ускоряющие химические реакции,- катализаторы, а также сильны окислители и вода. Наконец, атмосферу пронизывают мощные потоки солнечной радиации, вносящие свой весомый вклад в многочисленные химические преобразования, протекающие в атмосфере. Положение усугбляется еще тем, что в разных местах планеты состав атмосферы различен, так что фотохимические превращения примеси могут происходить с разной скоростью и давать в итоге различные соединения.

Таким образом, частицы примеси взаимодействуют не только с турбулентными вихрями, но и вступают в химические реакции с составными частями атмосферы. Образовавшиеся при этом соедиения в свою очередь вступают в реакции и т. д. В такой цепочке возможны и разветвления, когда часть некоторого соединения образует несколько новых соединений, которые дают начало другим цепочкам.

Может показаться, что создание комплекса взаимоувязанных моделей, описывающих текущее и перспективное состояние основных характеристик окружающей среды, уже само по себе позволяет выработать стратегию оптимального ведения хозяйства с учетом потребностей охраны природы. Однако это далеко не так. Действительно, пусть в заданном регионе нужно возвести новое промышленное предприятие, для которого тип и количество выбрасываемых загрязнений определены заранее. В этом районе уже существуют объекты, особо нуждающиеся в охране от загрязнения (жилые массивы, лесные угодья, парки, зоны отдыха и т. п.). Требуется определить место для строительства предприятия так, чтобы воздействие распространяющихся от него примесей на эти объекты было минимальным.

Очевидно, для решения этой задачи наиболее прост подход, при котором предприятие «размещается» по очереди во всех точках региона, а воздействие загрязнений на указанные объекты определяется в каждом случае с помощью модели, о которой говорилось выше. Но, как нетрудно убедиться, для этого понадобится произвести столько вычислений, что их не удастся реализовать в разумное время даже на самых мощных ЭВМ. Нужны, стало быть, новые методы решения оптимизационных задач, ориентированных на охрану окружающей Среды. Такие задачи удалось сформулировать на основе сопряженных уравнений. Определенные из решения сопряженных задач значения параметров и «закладываются» в план хозяйственных действий, которые должны привести к оптимальному результату. Отметим, что для решения каждой такой задачи необходимо знать экономический критерий - совокупность числовых показателей, изменяющихся в зависимости от результатов численного моделирования процессов в окружающей среде. Выбор подобного критерия - нелегкая проблема и требует большой работы по определению констант, связывающих свойства природной Среды с производственными показателями. Такие задачи в математическом плане сводятся к проблеме минимакса.

В общем случае для нахождения оптимальных решений нужно учесть огромное число факторов: экономические затраты на строительство в данном месте, стоимость сооружения и эксплуатации коммуникаций (железных и автомобильных дорог, водопровода, линий связи), а также перспективы развития региона, расходы на здравоохранение и различные природоохранные мероприятия и т. д.

Наряду с необходимостью научного подхода к планированию строительства новых промышленных объектов для действенной охраны экологически значимых зон требуется выработать четкие требования к выбросам уже действующих предприятий, т. е. определить для каждого предприятия такое предельное количество выбрасываемых аэрозолей, чтобы их сумма для всех источников загрязнений не превышала санитарных норм. В то же время сразу значительно снизить выбросы нельзя, ибо это ухудшит экономические показатели. Поэтому речь идет о таких ограничениях на выбросы, при которых все же можно достичь максимального экономического эффекта [9].

Выше мы упомянули лишь некоторые проблемы, образующие своеобразный базис, позволяющий практически подойти к решениям сложнейших задач, связанных с охраной окружающей Среды.

Предстоит много поработать, чтобы отдельные пока еще разрозненные попытки решения комплексной по своей сути проблемы стали надежным инструментом в нашей практической деятельности, в которой критерии охраны природы приобретают все больший приоритет.

1.2. ВЛИЯНИЕ АНТРОПОГЕННЫХ АЭРОЗОЛЕЙ НА

ФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

1.2.1. Изменение климата городов

Изменение мезоклимата городов, происходящее под влиянием загрязненной атмосферы изучено достаточно полно [2,10]. Данные табл.1.1 характеризуют значительное отклонение метеорологических характеристик в городе по сравнению с прилегающей сельской местностью.

Даже при отсутствии смога загрязненная атмосфера сильно ослабляет приток радиации, в особенности в ультрафиолетовой области спектра земной поверхности, в некоторых случаях до 90%. Поскольку ультрафиолетовая радиация обладает бактерицидными свойствами, это явление косвенным образом может способствовать развитию вирусных и других заболеваний. В крупных городах снижается число дней с хорошей видимостью.

Одним из заметных результатов измерения метеорологического режима городской атмосферы является изменение повторяемости туманов и сильной дымки в городе [4].

Таблица 1.

Изменение мезоклимата городов, вызванное загрязнением атмосферы