ВВЕДЕНИЕ ........................................................ 6

1    ИНФОРМАЦИОННОЕ И МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОГО
     МОДЕЛИРОВАНИЯ МАССОЭНЕРГООБМЕННЫХ ПРОЦЕССОВ, ПРОТЕКАЮЩИХ
     В АТМОСФЕРЕ ПРИРОДНО-ТЕХНИЧЕСКОИ ГЕОСИСТЕМЫ ............... 15
1.1  Физико-географическое описание и климатические
     особенности природно-технической геосистемы промышленных
     регионов Республики Казахстан на примерах
     Карачаганакского нефте газоконденсатного месторождения и
     Павлодарской области ...................................... 16
     1.1.1  Физико-геофафическое описание и климатические
            особенности природно-технической геосистемы ........ 16
     1.1.2  Орографическое описание промышленных регионов ...... 28
1.2  Статистические показатели по источникам загрязнения
     атмосферы технополиса и их анализ ......................... 28
     1.2.1  Параметры и характеристики источников выбросов
            вредных примесей Карачаганакского
            нефтегазоконденсатного месторождения (КНГКМ) ....... 28
     1.2.2  Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу от
            стационарных источников ............................ 31
     1.2.3  Загрязнение атмосферы передвижными источниками ..... 36
1.3  Статистические показатели загрязнения атмосферы
     по классам вредных веществ и их анализ .................... 38
     1.3.1  Годовые и месячные показатели загрязнения .......... 38
     1.3.2  Сезонные колебания загрязнения ..................... 42
     1.3.3  Современное состояние экологической обстановки
            природной среды Павлодарской области ............... 43
       1.3.3.1  Общее состояние атмосферного воздуха
                Павлодарской области ........................... 43
       1.3.3.2  Современное состояние атмосферного воздуха
                городов Павлодара, Екибастуза и Аксу ........... 44
     1.4  Статистические показатели влияния атмосферного
          загрязнения на здоровье населения региона и их
          анализ ............................................... 49
       1.4.1  Модели экологической оценки влияния
              атмосферного загрязнения от стационарных
              источников на состояние здоровья населения
              городов Павлодар, Екибастуз и Аксу ............... 50
       1.4.2  Показатели состояния здоровья городского
              населения Павлодарской области и их
              обусловленность влиянием атмосферного
              загрязнения ...................................... 55

2    МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ГЛОБАЛЬНЫХ
     МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ РЕАЛЬНОЙ АТМОСФЕРЫ ............ 61
2.1  Основные уравнения динамики реальной атмосферы ............ 62
     2.1.1  Уравнения движения реальной атмосферы в поле
            массовых сил ....................................... 62
     2.1.2  Учет неровностей земной поверхности ................ 65
     2.1.3  Уравнения баланса влаги в атмосфере ................ 66
     2.1.4  Уравнения притока тепла ............................ 69
     2.1.5  Учет в уравнениях движения неоднородности
            атмосферных сред ................................... 72
2.2  Исследование бароклинных процессов в сжимаемой атмосфере .. 73
     2.2.1  Уравнение для полной производной от давления и
            температуры в насыщенной атмосфере ................. 74
     2.2.2  Прогностические уравнения для сглаженных значений
            метеорологических элементов в сжимаемой атмосфере .. 76
     2.2.3  Вывод уравнений для изменения давления
            применительно к сглаженным величинам во влажной
            атмосфере .......................................... 79
     2.2.4  Уравнение для неадвективных изменений давления
            при отсутствии конденсации. Оценка роли
            турбулентной диффузии .............................. 80
     2.2.5  Численная модель неадвективных изменений давления .. 81
2.3  Динамика вертикальных движений в облачной атмосфере ....... 83
     2.3.1  Вывод уравнения для вертикальной скорости
            в насыщенной атмосфере ............................. 84
     2.3.2  Определение вертикальных скоростей во влажной
            ненасыщенной атмосфере ............................. 85
     2.3.3  Расчет вертикальных движений в многослойной
            облачной атмосфере ................................. 86
     2.3.4  Примеры расчета вертикальных движений вблизи
            облаков ............................................ 88
     2.3.5  Параметризация конвективных процессов в численных
            прогнозах .......................................... 90
     2.3.6  Учет фронтальных поверхностей при расчете
            вертикальных движений .............................. 94
2.4  Численная модель бароклинных процессов атмосферы
     и краткосрочного прогноза ................................. 96
     2.4.1  Основные уравнения атмосферной циркуляции .......... 96
     2.4.2  Конечно-разностная схема решения задачи ............ 98
     2.4.3  Учет приземного трения и орографии ................ 100
     2.4.4  Полуявная схема реализации прогностической
            модели ............................................ 101
     2.4.5  Организация оперативных расчетов. Результаты
            испытания ......................................... 106
     2.4.6  Учет турбулентного обмена между океаном и
            атмосферой ........................................ 112
     2.4.7  Вычислительная экспериментальная проверка
            алгоритмов, описывающих динамический эффект
            орографии и трения ................................ 114
     2.4.8  Расчет радиационного притока тепла ................ 114
     2.4.9  Особенности расчета радиационных притоков тепла
            для облачных случаев .............................. 116

3    МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ПРОЦЕССА ПЕРЕНОСА ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ
     ВЕЩЕСТВ В ПОГРАНИЧНОМ СЛОЕ АТМОСФЕРЫ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ
     ЕЕ ЦИРКУЛЯЦИИ ДЛЯ ОЦЕНКИ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ОБСТАНОВКИ ........ 118
3.1  Исходные условия и постановка задачи математического
     моделирования ............................................ 118
     3.1.1  Исходная система уравнений локальных атмосферных
            процессов ......................................... 123
     3.1.2  Постановка краевых и начальных условий для
            системы уравнений гидротермодинамики .............. 126
     3.1.3  Модель пограничного слоя атмосферы
            с незакрепленной верхней границей воздушной
            массы ............................................. 128
     3.1.4  Замыкание системы уравнений гидротермодинамики
            относительно оператора турбулентного обмена ....... 131
     3.1.5  Общая структура и основные входные данные
            для реализации модели переноса в атмосфере ........ 133
     3.1.6  Требования к моделям, методике выходной
            информации, метеорологической информации и
            расчетов приземной концентрации отдельных
            ингредиентов от группы источников ................. 135
3.2  Численная модель переноса и диффузии примесей с учетом
     классификации атмосферной устойчивости ................... 137
     3.2.1  Математическая модель ............................. 137
     3.2.2  Метеорологические параметры ....................... 139
     3.2.3  Численный метод ................................... 140
     3.2.4  Параметризация источников выбросов ................ 143
     3.2.5  Иллюстративный пример ............................. 144

4    МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПЕРЕНОСА ВРЕДНЫХ ПРИМЕСЕЙ
     В ПРИЗЕМНОМ СЛОЕ АТМОСФЕРЫ ............................... 146
4.1  Модели атмосферной циркуляции и распространения примесей
     в приземном слое атмосферы ............................... 146
     4.1.1  Системы уравнений квазиоднородного приземного
            слоя .............................................. 146
     4.1.2  Поток тепла и влаги в почву ....................... 150
4.2  Вывод уравнений блочной модели переноса вредных
     примесей в приземном слое атмосферы и описание
     взаимодействий между блоками ............................. 156
4.3  Численные схемы блочной модели переноса вредных примесей
     в бароклинной атмосфере .................................. 162
4.4  Вычислительный эксперимент и его результаты .............. 165
     4.4.1  Метеорологические условия и состояние
            загрязнения ....................................... 165
     4.4.2  Зависимость загрязнения от метеорологических
            условий ........................................... 166
     4.4.3  Связь состояния загрязнения атмосферы от условий
            ее циркуляции ..................................... 168

5    МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ВРЕДНЫХ
     ВЫБРОСОВ ПРИ АВАРИЙНЫХ ВЫБРОСАХ В
     НЕФТЕГАЗОКОНДЕНСАТОДОБЫВАЮЩИХ РЕГИОНАХ ................... 173
5.1  Анализ исходных данных параметров струи, истекающей
     из буровой скважины при аварии ........................... 174
5.2  Определение параметров струи, истекающей из буровой
     скважины при аварии ...................................... 177
5.3  Процессы, определяющие перенос загрязняющих веществ
     в атмосфере при аварийных выбросах ....................... 183
5.4  Модель расчета концентрации от нестационарного
     непрерывного источника при аварийном выбросе ............. 193
5.5  Моделирование аварийных выбросов из глубоких скважин
     с использованием струйной модели ......................... 200

6    ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОГО
     ЭКСПЕРИМЕНТА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ МАССОЭНЕРГООБМЕННЫХ
     ПРОЦЕССОВ, ПРОТЕКАЮЩИХ В АТМОСФЕРЕ ПРИРОДНО-ТЕХНИЧЕСКИХ
     ГЕОСИСТЕМ ................................................ 204
6.1  Экологическое картографирование районов технополиса ...... 204
     6.1.1  Построение геоэкологической карты с учетом
            орографии местности на примере Карачаганакского
            нефтегазоконденсатного месторождения .............. 204
     6.1.2  Ранжирование районов технополиса по степени
            экологической безопасности ........................ 217
6.2  Разработка методов коррекции, управления и
     прогнозирования экологической ситуацией района
     технополиса .............................................. 223
     6.2.1  Построение геоэкологической карты
            распространения примесей с применением
            гидродинамической модели пограничного слоя
            атмосферы и его результаты ........................ 223
     6.2.2  Прогнозирование экономического ущерба от
            загрязнения атмосферы ............................. 235
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ .............................. 239
Приложение А. ТЕОРЕТИКО-МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
   РЕГУЛИРОВАНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТЬЮ .................. 251
Приложение Б. ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ, УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ,
   СИМВОЛОВ, ЕДИНИЦ И ТЕРМИНОВ ................................ 332