ВЛИЯНИЕ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ НА КОНЦЕНТРАЦИИ PM₂.₅ И СВЯЗАННЫЕ ЭПИЗОДЫ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА В Г. КАРАГАНДА, ЦЕНТРАЛЬНЫЙ КАЗАХСТАН (2017–2024 ГГ.)

Аннотация

Караганда, один из самых загрязненных промышленных городов мира, сталкивается с серьезными проблемами качества воздуха из-за выбросов от угольной промышленности, металлургического производства и угольных электростанций. В данном исследовании изучается влияние метеорологических параметров на концентрацию PM₂.₅ и связанные с этим эпизоды загрязнения воздуха в Караганде, Центральный Казахстан, с использованием ежемесячных данных за период 2017–2024 годов. Для изучения изменчивости загрязнения воздуха, обусловленной метеорологическими условиями, были проанализированы метеорологические параметры, включая температуру (°C), относительную влажность (%), атмосферное давление (гПа), скорость ветра (м/с) и концентрации загрязняющих веществ, в том числе взвешенных частиц (пыль, мг/м³), PM₂.₅ (мг/м³), PM₁₀ (мг/м³), диоксида серы (SO₂, мг/м³), монооксида углерода (CO, мг/м³), диоксида азота (NO₂, мг/м³), озона (O₃, мг/м³), аммиака (NH₃, мг/м³) и формальдегида (HCHO, мг/м³). Были проведены анализ временных рядов и корреляционные оценки, а также применены три взаимодополняющих регрессионных подхода: множественная линейная регрессия (MLR), регрессия случайного леса и градиентный бустинг с использованием LightGBM для надежной характеристики взаимосвязей между метеорологическими условиями и уровнями PM₂.₅. Результаты указывают на постоянно высокий уровень загрязнения, с превышением среднесуточных концентраций PM₂.₅, PM₁₀, пыли, фенола, формальдегида и озона, причем наиболее выраженные превышения наблюдались для PM₂.₅. Эпизоды загрязнения воздуха были особенно сильными в холодное время года, что было вызвано выбросами тепловых электростанций и систем отопления жилых домов. Многолетние тенденции выявили увеличение числа случаев высоких концентраций, в основном из-за PM₂.₅, PM₁₀, SO₂ и CO, что подчеркивает значительный вклад промышленных и энергетических выбросов в городскую атмосферу. Метеорологические условия, особенно периоды штиля или слабого ветра (0–3 м/с), еще больше усугубляли накопление загрязняющих веществ в периоды таких явлений, причем только в 2024 году было зафиксировано 106 таких дней. Эти данные подчеркивают решающую роль как источников выбросов, так и погодных условий в формировании качества воздуха в Караганде и служат основой для целенаправленных стратегий по смягчению последствий.

Ключевые слова: Караганда, PM₂.₅, метеорологические параметры, эпизоды загрязнения воздуха