ASSESSMENT OF THE IMPACT OF METEOROLOGICAL PARAMETERS ON AIR QUALITY IN INDUSTRIAL CITIES OF KAZAKHSTAN USING MODERN ATMOSPHERIC ANALYSIS AND MODELING SYSTEMS
DOI:
https://doi.org/10.54668/2789-6323-2025-118-3-48-65Keywords:
air quality, pollutants, meteorological parameters, correlation analysis, backward trajectories of air masses transferAbstract
This paper examines the influence of meteorological parameters on air pollution levels in two industrial cities of Kazakhstan – Ust-Kamenogorsk and Pavlodar. The analysis is based on air quality monitoring data from both automatic and manual observation stations, as well as GDAS1 meteorological records for 2024. Data analysis was performed using RStudio and the OpenAir package. Correlation analysis revealed statistically significant relationships between meteorological conditions (temperature, humidity, wind speed) and concentrations of various pollutants, such as SO2, CO, NO, O3. Particular attention is paid to seasonal variations and photochemical processes affecting the formation of ozone and secondary pollutants. The backward trajectory method (SplitR) was applied to determine potential pollutant source directions, highlighting the contribution of both local and transboundary emissions. Cluster analysis of air mass trajectories confirmed the complex and multidirectional nature of atmospheric circulation.
References
Крюкова С.В., Симакина Т.Е. Оценка влияния метеорологических параметров на концентрации загрязняющих веществ в атмосфере Санкт-Петербурга // Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. – 2015. – №5-2. – С. 299-305.
Кряжевских К.А., Дорофтеева Д.А. Проблема загрязнения городов и пути решения // Вопросы российской юстиции. – 2023. – №24. – С. 318-324.
Давыдова И.С., Гапоненко А.В. Проблема загрязнения атмосферного воздуха в городах // Sciences of Europe. – 2017. – №14-2(14) – С. 3-5.
Информационные бюллетени о состоянии окружающей среды Республики Казахстан. – [Электрон. ресурс]. – https://www.kazhydromet.kz/ru/ecology/ezhemesyachnyy-informacionnyy-byulleten-o-sostoyanii-okruzhayuschey-sredy, дата обращения: 22.05.2025
Ежедневные бюллетени состояния воздушного бассейна – [Электрон. ресурс]. – https://www.kazhydromet.kz/ru/ecology/ezhednevnyy-byulleten-sostoyaniya-vozdushnogo-basseyna-nmu/2024, дата обращения: 22.05.2025
Карта текущих и прогнозных данных качества атмосферного воздуха Республики Казахстан – [Электрон. ресурс]. – http://ecodata.kz:3838/app_dem_visual/, дата обращения: 07.05.2025 г.
Carslaw D.C., Ropkins K. OpenAir – An R package for air quality data analysis. Environmental Modelling & Software, 2012, Vol. 27-28. Pp. 52-61. https://doi.org/10.1016/j.envsoft.2011.09.008
Stein, A.F., Draxler, R.R, Rolph, G.D., Stunder, B.J.B., Cohen, M.D., and Ngan, F. NOAA’s HYSPLIT atmospheric transport and dispersion modeling system. Bull. Amer. Meteor. Soc., 2015, Vol. 96, pp. 2059-2077, http://dx.doi.org/10.1175/BAMS-D-14-00110.1
Василевич М.И., Щанов В.М. Применение траекторного подхода с использованием модели HYSPLIT при оценке переноса воздушных масс от возможных источников эмиссии. Известия Коми научного центра УрО РАН – 2019 – №3 (39) – С. 18-22.
Pérez I., Artuso F., Mahamud M., Kulshrestha U., Sánchez M.L., García M. Applications of Air Mass Trajectories. Advances in Meteorology, 2015, pp. 1-20, https://doi.org/10.1155/2015/284213
Global Data Assimilation System (GDAS1). NOAA Air Resources Laboratory – [Электрон. ресурс]. – https://www.ready.noaa.gov/data/archives/gdas1/, дата обращения: 22.05.2025
Яковенко В.А. Хлор в атмосферном воздухе населенных мест // Гигиена и санитария. – 1936. – №9. – C. 8-15.
Потапов П.К. Поражение лёгких при интоксикации продуктами пиролиза хлорсодержащих полимерных материалов / диссертация на соискание учёной степени кандидата медицинских наук. Федеральное государственное бюджетное военное образовательное учреждение высшего образования «Военно-медицинская академия имени С.М. Кирова» министерства обороны Российской Федерации, Санкт-Петербург. – 2021 г. – 128 c.
Информационно-коммуникационная платформа Zakon.kz – [Электрон. ресурс]. – https://www.zakon.kz/sobytiia/6477947-v-ustkamenogorske-zafiksirovali-prevyshenie-khlora-provoditsya-proverka.html, дата обращения: 30.05.2025
Friendly M., Corrgrams: Exploratory Displays for Correlation Matrices. The American Statistician, 2002, 56 (4), pp. 316-324 https://doi.org/10.2307/3087354
Zhang G., Ding C., Jiang X., Pan G., Wei X., Sun Y. Chemical Compositions and Sources Contribution of Atmospheric Particles at a Typical Steel Industrial Urban Site. Sci Rep., 2020, Vol.10(1):7654. https://doi.org/10.1038/s41598-020-64519-x
Pant P., Harrison Roy M., Estimation of the contribution of road traffic emissions to particulate matter concentrations from field measurements: A review, Atmospheric Environment, 2013, Vol. 77, pp. 78-97. ISN 1352-2310. https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2013.04.028
Белан Б.Е., Савкин Д.Е., Толмачев Г.Н. Зависимость образования озона в приземном слое от температуры воздуха // Оптика атмосферы и океана. – 2017. – №11. – C. 971-979. – https://doi.org/10.15372/AOO20171110
Белан Б.Д. Тропосферный озон. 5. Газы – предшественники озона. // Оптика атмосферы и океана. – 2009. – Т. 22. №03. – С. 230-268.
Ravina M., Caramitti G., Panepinto D. et al. Air quality and photochemical reactions: analysis of NOx and NO2 concentrations in the urban area of Turin, Italy. Air Qual Atmos Health, 2022, Vol.15, pp. 541-558. https://doi.org/10.1007/s11869-022-01168-1
Kanaya Y., Masato F., Hajime A., Nobuyuki T., Yuichi K., Yoko Y., Makoto K., Yutaka K.. Urban photochemistry in central Tokyo: 2. Rates and regimes of oxidant (O3 + NO2) production. Journal of Geophysical Research, 2008, Vol. 113. D06301. https://doi.org/10.1029/2007JD008671
Sanford S., The relation between ozone, NOx and hydrocarbons in urban and polluted rural environments. Atmospheric Environment, 1999, Vol. 33, Issue 12. pp. 1821-1845. https://doi.org/10.1016/S1352-2310(98)00345-8
Чомаева М.Н. Взаимовлияние негативного воздействия кислотных осадков на окружающую среду и человека // Международный журнал гуманитарных и естественных наук. – 2020. – №5-3. – C. 27-29
Котельников С.Н., Степанов Е.В. Роль водного аэрозоля в разложении озона в приземной атмосфере // Краткие сообщения по физике ФИАН. – 2019. – №9. – C. 23-30.
Carslaw D.C., & Beevers S.D. Estimations of road vehicle primary NO2 exhaust emission fractions using monitoring data in London. Atmospheric Environment, 2005, Vol. 39(1), pp.167–177. https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2004.08.053
State of Air Report 2005. A report on the state of the air in South Africa, 2009 – Электронный ресурс: https://www.gov.za/sites/default/files/gcis_document/201409/state-air-report-2005.pdf, дата обращения: 23.05.2025
Folinsbee LJ. Human health effects of air pollution. Environ. Health Perspect., 1993, Vol.100, pp. 45-56. https://doi.org/10.1289/ehp.9310045
Kazemi G.M., Laneve G., Rezaei H. et al. Monitoring Trends of CO, NO2, SO2, and O3 Pollutants Using Time-Series Sentinel-5 Images Based on Google Earth Engine. Pollutants, 2023, Vol.3, pp. 255-279. https://doi.org/10.3390/pollutants3020019
Abdelkareem M., Tan Y., El Attar R.M. et al. Assessing the emissions of CO, SO2, and NOX and predicting potential zones of CO concentration from sugarcane factories in Egypt. J. Earth Syst. Sci., 2020, Vol.129, №.91. https://doi.org/10.1007/s12040-020-1339-7
Monks P.S., Granier C., Fuzzi S. et al. Atmospheric composition change – global and regional air quality. Atmospheric Environment, 2009. Vol.43, Issue 33. pp. 5268-5350, ISSN 1352-2310, https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2009.08.021
Приказ Министра по инвестициям и развитию Республики Казахстан от 14 июня 2017 года № 345. Об утверждении Правил метеорологического обеспечения гражданской авиации – [Электрон. ресурс]. – https://adilet.zan.kz/rus/docs/V1700015358, дата обращения: 22.06.2025
Kourtidis K., Kelesis A., & Petrakakis M. Hydrogen sulfide (H2S) in urban ambient air. Atmospheric Environment, 2008. Vol. 42(32), pp.7476–7482. https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2008.05.066
Traven L., Linšak Ž., Crvelin G. et al. Atmospheric parameters play an important role in driving hydrogen sulphide concentrations in ambient air near waste management centres. Environ. Monit Assess. 2023, Vol. 195, №1451, https://doi.org/10.1007/s10661-023-12047-2
Галкин С. Исследование вклада угольной энергетики в загрязнение атмосферного воздуха города усть-каменогорска сероводородом // Вестник ВКТУ. – 2022. – Вып.4. – С. 8-19
Масштабное исследование воздуха г. Усть-Каменогорска – [Электрон. ресурс]. – https://nauka.kz/page.php?page_id=1001&lang=1&news_id=10037&new, дата обращения: 22.06.2025
Qian Y., Wenjia W., Jiale C., Han L., Zimeng Zh., Piaopiao K. Lei D., Zhang L., Zhao Y. Surface-Air Exchanges of H2S and SO2 in an Urban Wetland in Eastern China. Science of The Total Environment, 2024, Vol. 951, pp.175701, ISSN 0048-9697. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.175701
Кондратьев И.И. Атмосферный трансграничный перенос загрязняющих веществ из центров эмиссии восточной Азии на юг Дальневосточного региона России // Вестник ДВО РАН. – 2008. – №1. – C. 107-112.
Downloads
Published
How to Cite
Issue
Section
License
Copyright (c) 2025 Жанат Байгазинов, Саян Сальменбаев, Нурлан Мухамедияров, Касым Жумадилов, Медет Актаев, Лаура Кенжина, Елена Поливкина, Ажар Ташекова, Алмагуль Мухамедиярова, Валерий Монаенко, Назира Берікбол
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
