Мониторинг состояния атмосферы

  Уровень загрязнения атмосферы остается высоким. В 74% городов степень загрязнения воздуха оценивается как очень высокая и высокая и только в 16% городов - как низкая.

 
Число городов (%), где ИЗА 14 (1), 7-13 (2), 5-6 (3), 5 (4)

  Если  учитывать численность населения, проживающего в городах с высоким  и очень высоким загрязнением воздуха, то ситуация оказывается еще  более неблагополучной. Из 200 городов  с населением 65,4 млн. жителей, где проводятся наблюдения и имелась возможность оценить уровень загрязнения атмосферы по показателю ИЗА, 94% населения (61,5 млн) живет в условиях высокого и очень высокого загрязнения атмосферы.

 
Численность населения (%) в городах, где ИЗА 14, 7-13, 5-6, 5 по данным 200 городов с общей  численностью населения 65,4 млн. человек.

  В целом по России 37% городского населения  проживает на территориях, где не проводятся наблюдения за загрязнением атмосферы, а 60% - в городах с высоким и очень высоким уровнем загрязнения атмосферы.

      
Численность населения (%) в городах, где ИЗА 14 (1), 7-13 (2), 5-6 (3), 5 (4) , численность населения РФ в городах, где уровень загрязнения не оценивался из-за отсутствия наблюдений или их недостаточного количества (5)

 

Мониторинг  состава атмосферы

 
 

Мониторинг  состава атмосферы и прогнозирование  его изменений являются одним из важнейших условий устойчивого развития страны. Мониторинг дает необходимую информацию как для решения фундаментальных научных проблем, связанных с изучением и прогнозированием глобальных изменений среды обитания человека и климата Земли, так и для выработки эффективной экологической политики, в частности, в области принятия и исполнения Международных соглашений: Монреальского и Киотского протоколов, Конвенций о трансграничном переносе  загрязнений, об устойчивых органических загрязнениях и целом ряде других. Учитывая, что природно-экологические условия России, их разнообразие являются важнейшим ресурсом в сфере регулирования глобального баланса парниковых газов и многих загрязняющих примесей, такая информация может стать основанием для получения страной компенсации за ущерб, наносимый поступающими на ее территорию загрязнениями.

 

         Основная цель создаваемой Российской системы мониторинга состава атмосферы (РСМСА) заключается в проведении комплексных наблюдений содержания в атмосферном воздухе газовых и аэрозольных примесей, радиационных и термодинамических параметров для обнаружения изменений состояния атмосферы и прогнозирования возможных последствий.

РСМСА дополнит систему глобального мониторинга  состава атмосферы (GAW), действующую под эгидой ВМО и испытывающую крайнюю необходимость в создании сети станций на севере Евразии. Структура РСМСА повторяет в основном структуру GAW. На территории России создаются две обсерватории (глобальные станции) – на Северном Кавказе и в центре Сибири, и около десятка региональных станций. Особенностью РСМСА является включение в эту систему Передвижной железнодорожной обсерватории, способной вести измерения всех ключевых примесей и параметров на большей части территории России и в соседних странах.        

    В состав сети входят две стационарных обсерватории, глобальные станции, одна передвижная обсерватория, 10-11 региональных станций и корреспондентские  станции (рис.1). В число последних  включаются все наблюдательные станции  или наблюдательные пункты, которые ведут измерения в рамках международных, национальных, областных и отраслевых экологических программ хотя бы одного необходимого для контроля состава атмосферы параметра.

Такое относительно небольшое количество станций при  оптимальном их размещении способно давать необходимую информацию о составе атмосферы над всей территорией страны, антропогенных и природных эмиссиях ключевых примесей, процессах регионального и дальнего переноса загрязняющих веществ, включая перенос через российскую границу, а также давать независимую оценку состояния глобальной атмосферы.

 

 

    Согласно  рекомендациям ВМО и предложениям многочисленных экспертных групп, одна из обсерваторий должна располагаться в центре Сибири в зоне бореальных лесов на значительном удалении от промышленных объектов. При наличии высотной мачты (250-300 м) такая обсерватория способна давать информацию, репрезентативную для значительной части всего Сибирского региона.

 

 

    Вторая  обсерватория должна располагаться в высокогорной незагрязненной местности. Таким местом может быть Северный Кавказ. Ее отличительная особенность –

    способность контролировать состав свободной атмосферы, вынос загрязнений вверх за пределы  загрязненного пограничного слоя и  давать оценку изменениям состава глобальной атмосферы под воздействием человеческой деятельности.

 

 

    Сеть  региональных станций должна охватывать все эколого-климатические области России. В пределах каждой из этих областей воздушную среду можно, в первом приближении, рассматривать как единую фотохимическую систему. Т.е. достаточно иметь одну станцию высокого уровня, ведущую комплексные измерения, и несколько наблюдательных пунктов, чтобы, используя современные численные модели атмосферы, следить за состоянием воздушной среды в масштабе региона и прогнозировать ее изменения.

 

 

    Передвижная обсерватория на базе двух специализированных железнодорожных вагонов объединяет все станции в единую сеть и сводит отдельные фрагменты химического состояния атмосферы в единую картину. Также она обеспечивает калибровку сетевых приборов, валидацию спутниковых данных и выполняет многие другие функции, в том числе обычной стационарной станции или обсерватории. В дополнение к перечисленным выше задачам мониторинга она может выявлять природные и техногенные экстремальные ситуации и прослеживать их развитие. Передвижная обсерватория действует на сети железных дорог России и стран СНГ. Предполагается, что обсерватория будет направляться и в другие страны, с целью уточнения источников примесей, фотохимических и динамических процессов, действующих на континенте.

 

 

    Другой  составной частью Российской системы  мониторинга состава атмосферы  являются космические средства наблюдений. Поскольку наиболее приоритетным направлением атмосферного мониторинга является контроль ее химического состава и возможных его изменений над территорией России, а не в глобальном масштабе, то в ближайшие годы работа космической системы должна проходить в основном в рамках двустороннего и многостороннего Международного сотрудничества в области космических исследований с активным использованием зарубежных спутников и систем наблюдения состава атмосферы. Благодаря разработанным в России методам и алгоритмам дистанционного зондирования, наличию уникальных технических разработок участие российских специалистов в уже действующих и планируемых международных космических проектах может быть полноценным и эффективным. Это позволяет в ближайшие годы сосредоточить огромные средства на развертывании наземной сети станций.

Передвижная обсерватория мониторинга  природной среды

 

 

В 2003 году по техническому заданию разработанному Институтом физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН и ВНИИ железнодорожного транспорта МПС на Торжокском вагоностроительном заводе изготовлена передвижная обсерватория для наблюдения состава атмосферы и загрязнения природной среды.

 

 

Состав  из 2-ух специализированных вагонов:

1 - вагон-лаборатория для наблюдений состава атмосферы в непрерывном режиме;

2 - химическая лаборатория.

 

 

Основные  задачи:

Обсерватория  решает широкий круг научных задач, связанных с изучением атмосферы, состояния экосистем и климата  Земли, и дает необходимую информацию для прогнозирования их изменений  под воздействием человеческой деятельности.

• В рамках Киотского протокола, Монреальского протокола и других международных соглашений ведет контроль исполнения принятых решений по ограничению выбросов в атмосферу парниковых, озоноразрушающих, токсичных и других веществ.
• Ведет калибровку национальных сетей и космических средств наблюдений атмосферы, связывая их в единую систему климатического мониторинга в Евразии.
• Проводит оценку региональных и местных загрязнений атмосферного воздуха и природной среды в интересах отдельных регионов, отраслей народного хозяйства и промышленных предприятий.
• Выполняет роль арбитра в экологических спорах, в том числе, международных.
• Контролирует возникновение и развитие экстремальных ситуаций природного и техногенного происхождения.
• Служит научно-производственной базой для обучения студентов российских и зарубежных учебных заведений в области наук о Земле и экологии.

Области применения:

 

• Контроль  исполнения Международных экологических  соглашений (Киотский и Монреальский протоколы, конвенции о трансграничном переносе загрязнении, ограничении производства устойчивых органических соединений и др.);
• Калибровка наземных наблюдательных сетей, валидация данных космического мониторинга природной среды;
• Выявление и прослеживание экстремальных ситуации и техногенных воздействии на окружающую среду;
• Решение фундаментальных научных проблем, связанных с глобальными изменениями природной среды и климата Земли;
• Контроль загрязнения полосы отвода железнодорожного транспорта;
• Оценка влияния работы железнодорожного транспорта на экологическое состояние окружающей территории.

 

Передвижная обсерватория ТРОИКА состоит из двух специализированных железнодорожных  вагонов: непосредственно вагона-обсерватории и химической лаборатории.

 

 

Вагон-обсерватория ведет все те измерения и отбор проб , которые включены в систему GAW. В химической лаборатории проводится анализ проб воздуха и аэрозолей, а также воды, почвы и растений на химический, элементный и биологический состав. Обсерватория оборудована высокоточной навигационной системой GPS, автоматизированной системой сбора, обработки и передачи данных измерений, видео- и аудиоинформации через спутник. Кроме научного оборудования каждый из вагонов имеет два купе для операторов, кухню, душ, биотуалет, систему отопления и кондиционирования воздуха, комбинированную  систему энергообеспечения с высокой полезной нагрузкой (20 кВт – в вагоне-обсерватории).

 

            В состав  химической лаборатории входит  автомобиль-лаборатория для проведения  специальных измерений и отбора проб на местности. Оба вагона могут работать вместе или раздельно в зависимости от научной программы.

Измерительный комплекс: 
1. Непрерывные измерения концентраци и газов (O3, NO, NO2,СО, СO2, SO2, СН4, неметановые углеводороды) - газоанализаторы, газовые хромотографы. 
2. Непрерывные измерения концентрации и микрофизических свойств аэрозолей 
- счетчики, нефелометры, аэтолометры. 
3. Дистанционное зондирование содержания О3, NO2, СО, СН4 и аэрозолей в атмосфере 
-спектрофотометры, радиометр, поляризационный фотометр. 
4. Отбор и анализ воздуха и аэрозолей на элементный, химический и изотопный состав 
- пробоотборники разных типов, рентгеновский спектрометр, газовые хромотографы. 
5. Измерения солнечной радиации, термодинамических и метеорологических параметров 
-измерители интегральной и УФ радиации, измерители скоростей фотодиссоциации О3 и NO2, измеритель профиля температуры в слое 0-1200 м, акустоанемометр, метеоприборы. 
6. Регистрация данных и их передача по телекоммуникационным каналам 
- GРS, телефон, сервер, персональные компьютеры. 
7. Вспомогательное оборудование.

Характерные особенности и достоинства: 
1. Использование сетевых приборов и международных калибровочных средств. Соответственно, высокое качество данных и привязка их к мировой сети мониторинга атмосферы. 
2.Широкий диапазон измерений содержания примесей от низких фоновых значений до очень высоких концентраций вблизи источников. 
3.Автоматизация измерений и передача основных результатов в Центр данных (г. Москва) в реальном времени. 
4.Оптимальный набор измеряемых параметров позволяет контролировать текущее фотохимическое состояние атмосферы и прогнозировать его изменения, что важно в экстремальных экологических ситуациях.