Труды КНЦ (Естественные и гуманитарные науки вып.3/2025(4))

Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Естественные и гуманитарные науки. 2025. Т. 4, № 3. С. 14-32. Transactions of the Kola Science Centre of RAS. Series: Natural Sciences and Humanities. 2025. Vol. 4, No. 3. P. 14-32. Abstract Based on a short review of Russian and foreign studies, the need to carry out research on the development of strategies for reducing atmospheric pollution in settlements located in areas with complex orography (mountain circuses, basins) is noted. Continuing the series of studies in this paper, using the example of shallow open-pits as analogues of mountain basins, a specific problem of natural ventilation depending on background atmospheric stratification is investigated by numerical modeling. Computer models are created in a non-specialized COMSOL program code. Various atmospheric stratification conditions are considered in numerical experiments: the background stratification parameter is varied from 0.0 to +0.025 °C/m in increments of 0.005 °C/m. It is shown that the results of aerodynamic calculations performed on the basis of constructed computer models for neutral stratification conditions demonstrate strict compliance with the ventilation schemes according to the classification of the classics of aerology of the V. S. Nikitin and N. Z. Bitkolov open-pits. A significant restructuring of the structure of air flows and the transfer of direct-flow and recirculation-direct-flow ventilation schemes to recirculation is predicted, taking into account the mechanisms of buoyancy and background stratification. The "stretching" of the recirculation zone and its extension along almost the entire sole of the open- pit with an increase in the inversion state is shown. At large values of the slope angles of the open-pit, the layered alignment of flows in the opposite direction is demonstrated. An increase in the ventilation time of open-pits in comparison with the neutral state of the atmosphere is predicted by 2-3 times with an increase in the inversion state of the atmosphere. Keywords: atmospheric pollution, mountain basins, shallow open-pits, natural ventilation schemes, buoyancy and background stratification mechanisms, inversion, numerical modelling Acknowledgements: The research was carried out within the framework of the research topic No. 1023032200038-4 "Transformation of natural and man-made systems in the context of the transition to low-carbon economic development and the changing climate of the Arctic zone of the Russian Federation (using the example of the Murmansk Region)". Part of the research was carried out at the expense of the grant of the Russian Science Foundation No. 23-77-30008. For citation: Amosov P. V., Baklanov А. А. On the relationship of natural ventilation of mountain basins and open-pits with the degree of stability of atmospheric stratification // Transactions of the Kola Science Centre of RAS. Series: Natural Sciences and Humanities. 2025. Vol. 4, no. 3. P. 14-32. doi:10.37614/2949-1185.2025.4.3.002. Введение Известно, что рельеф может оказывать значительное влияние на степень загрязнения атмосферы [1, 2]. Различные формы местности могут как усиливать, так и снижать концентрацию вредных веществ в воздухе. Одной из основных причин такого влияния является ветровой и турбулентный перенос. Рельеф может изменять направление и интенсивность ветра, что непосредственно влияет на рассеивание загрязняющих веществ. Ветер, проходя через ущелья, горные котловины или цирки, может усиливать концентрацию загрязняющих веществ или задерживать их в определённых локальных областях, что приводит к более высокому уровню загрязнения воздуха. Другой важный фактор влияния рельефа на загрязнение воздуха связан с образованием температурной инверсии, значительно снижающей ветровой и турбулентный воздухообмен, что приводит к накоплению загрязняющих веществ внутри горных котловин и цирков. Исследования влияния рельефа на качество воздуха имеют значительное практическое значение для разработки стратегий по сокращению загрязнения атмосферы и улучшению качества воздуха в городах и населённых пунктах, расположенных в районах со сложной орографией, например в горных цирках и котловинах [3, 4]. Степень загрязнения воздуха промышленностью зависит не только от специфики предприятий и их мощности, но и от уровня урбанизированности населённого пункта, а также от климатических условий, определяющих потенциал загрязнения атмосферы [5]. В качестве примера влияния природных факторов на экологию авторы обзора по промышленному загрязнению [5] приводят Кузбасс. Загрязнение воздуха представляет особенно сильную опасность в межгорных котловинах Восточной Сибири. Чрезмерно высокая концентрация промышленных предприятий в Кузбассе в условиях замкнутости котловинного рельефа и преобладания антициклонального типа погоды (штили и устойчивая стратификация пограничного и приземного слоёв атмосферы) создаёт крайне сложные © Амосов П. В., Бакланов А. А., 2025 15