1 Состояние вопроса исследования и актуальность работы
Пробки на дорогах и загрязнение атмосферы – это две основные проблемы, от которых страдают современные города и у них есть общие причины [1]. Заторы возникают в результате движения автотранспорта по улицам и проспектам с ограниченной пропускной способностью [2], что оказывает значительное влияние на эффективность транспортно-экспедиционной деятельности транспортных предприятий [3, 4]. Загрязнение происходит из-за того, что выбросы вредных веществ, большая доля которых приходится на транспортные средства, превышают поглощающую и разрежающую способность воздушного бассейна, в котором расположен город.
Поэтому разумно предположить, что транспортная политика и меры, разработанные для уменьшения заторов в городе, также окажут влияние на загрязнение воздуха.
Атмосферные загрязнители можно разделить на две большие группы:
1) загрязнители, которые оказывают местное и региональное воздействие;
2) загрязнители, которые оказывают глобальное или планетарное воздействие.
Основными загрязнителями атмосферы первой группы являются твердые частицы, диоксид серы, монооксид углерода, озон, оксиды азота и летучие органические соединения [5]. Кроме того, многие тяжелые металлы присутствуют в твердых частицах в атмосфере [6].
Твердые частицы в атмосфере представляют собой сложную смесь органических и неорганических веществ, начиная от морской соли и частиц почвы и заканчивая частицами сажи, образующимися при сжигании ископаемого топлива [7]. Твердые частицы в результате сгорания могут выбрасываться непосредственно в виде элементарного и органического углерода или могут образовываться в атмосфере из других загрязняющих веществ. Они также могут выделяться при повторном осаждении уличной пыли. Общее количество твердых частиц, присутствующих в атмосфере, называется общим количеством взвешенных частиц.
Диоксид серы или сернистый ангидрид (SO2) представляет собой бесцветный газ, который образуется из-за присутствия серы в топливе, в первую очередь, в дизельном топливе. Позже он окисляется в атмосфере и образует сульфаты, которые входят в состав твердых частиц.
Монооксид углерода (CO) – это бесцветный газ без запаха, который образуется в результате неполного сгорания. CO препятствует транспортировке кислорода в кровь, а в высоких концентрациях он вызывает смерть.
Озон, окислитель, является основным загрязнителем атмосферы, составляющим так называемый фотохимический смог, который образуется в результате химических реакций в атмосфере в присутствии ультрафиолетового излучения. Аэрозоли, образующиеся в результате фотохимического процесса, приводят к снижению видимости, придавая атмосфере красновато-коричневый оттенок.
Наиболее важными оксидами азота являются оксид азота (NO) и диоксид азота (NO2). Диоксид азота поглощает свет в видимом диапазоне, что ухудшает видимость и является частью цепной реакции, которая приводит к образованию фотохимического смога.
Кроме перечисленных выше загрязняющих веществ в атмосфере можно обнаружить много тяжелых металлов. Свинец, пожалуй, является наиболее распространенным из них из-за его использования в качестве добавки в обычных бензинах.
Основными глобальными загрязнителями являются так называемые парниковые газы. Наиболее важными из них являются углекислый газ (CO2), метан (CH4), закись азота (N2O) и тропосферный озон (O3). Эти газы улавливают инфракрасное излучение, повторно излучаемое землей в космос, поэтому увеличение их концентрации вызывает нагрев атмосферы. Результатом является увеличение числа экстремальных погодных явлений и других климатических последствий. Эти газы имеют длительный срок службы и распределяются по всей атмосфере, поэтому их действие не зависит от места, где они выбрасываются.
Автомобили являются одним из основных источников загрязнения атмосферы в крупных городах [8-10]. Автомобили, работающие на двигателях внутреннего сгорания, в целом выделяют три типа загрязняющих веществ:
1) выбросы из выхлопных труб;
2) выбросы в результате испарения;
3) пыль, поднимаемая с улицы.
Выбросы из выхлопной трубы являются продуктом сгорания топлива (будь то бензин, дизельное топливо или другое производное нефти) [11]. Поскольку сгорание не является совершенным, образуется ряд загрязняющих веществ, таких как монооксид углерода и оксиды азота. Кроме того, в процессе сгорания в атмосферу выбрасываются некоторые загрязняющие вещества, присутствующие в топливе, такие как свинец и сера [12]. Выбросы из выхлопных труб зависят от характеристик транспортного средства, его технологии и объема двигателя; например, тяжелые транспортные средства, как правило, имеют более высокие единичные выбросы (выбросы на пройденный километр), чем легкие транспортные средства [13]. Выбросы также зависят: от наличия элементов, снижающих выбросы, таких как каталитические нейтрализаторы; от технического состояния транспортного средства; от эксплуатационных факторов, таких как скорость движения и уровень ускорения; характеристик топлива, например, содержания серы.
