Главная – Журналы – Оптика атмосферы и океана 2023 номер 6

На основе спутниковых данных о выбросах в атмосферу черного углерода (black carbon - ВС) выполнены модельные оценки его концентрации в приземной атмосфере четырех районов Российской Арктики: на Кольском п-ове, в Архангельской обл., на территориях Ненецкого и Гыданского заповедников, зимой и летом 2000-2016 гг. Дальний перенос ВС в атмосфере анализируется по авторской методике расчета функции чувствительности к потенциальным источникам субмикронного аэрозоля, основанной на статистике обратных траекторий движения воздушных масс. В целом вклады антропогенных источников в содержание ВС в воздухе всех рассматриваемых районов преобладают над вкладами природных пожаров. Концентрация ВС в приземном воздухе максимальна в районе Ненецкого заповедника и над акваторией Печорского моря, где основным источником этой примеси круглый год являются факелы сжигания попутного газа в ближайших крупнейших нефтегазовых провинциях России. Приведены средние, медианные и максимальные концентрации ВС в приземном воздухе зимой и летом, рассчитанные по межгодовым вариациям этого показателя, которые обусловлены различиями циркуляции воздушных масс, переносящих примесь, а также пространственными и межгодовыми вариациями эмиссий ВС от пожаров.

На основе наблюдений характеристик аэрозоля в Баренцбурге (архипелаг Шпицберген) в 2011-2021 гг. проанализированы сезонная и межгодовая изменчивости аэрозольной оптической толщи атмосферы (АОТ), объемная концентрация аэрозоля и массовая концентрация черного углерода в приземном слое. В годовом ходе всех характеристик можно выделить два максимума: весенний (или зимне-весенний) и летний, обусловленных переносом загрязняющих веществ из средних широт в зимне-весенний период и дымового аэрозоля летом. В межгодовой изменчивости отмечается значимый отрицательный тренд грубодисперсной компоненты АОТ (-0,012 за 11 лет) и массовой концентрации поглощающего вещества (на 46,7 нг/м³ за 10 лет).

Новая коронавирусная пневмония быстро распространилась по всему миру. Всемирная организация здравоохранения подчеркивала, что коронавирус SARS-CoV-2 передается в основном между людьми, находящимися в тесном контакте друг с другом, а также в случае прикосновения к зараженным поверхностям с последующим касанием глаз, носа или рта без предварительной очистки рук. Возможными постоянными источниками распространения вируса могут быть большие скопления больных в госпиталях при несоблюдении требований организации функционирования лечебного учреждения. В случае аварийного выброса вируссодержащего аэрозоля из такого учреждения метеорологические условия могут стать ключевым фактором, влияющим на распространение вируса. Нами была разработана программа математического моделирования возможного распространения патогенных примесей в атмосфере вокруг ковидных госпиталей с учетом различных метеорологических условий. Проведены расчеты, основанные на использовании современных методов решения системы дифференциальных уравнений пограничного слоя атмосферы, которые адаптированы для описания распространения вредных атмосферных примесей над реальным сложным рельефом местности с учетом городской застройки различной этажности, лесных массивов, водоемов, изменяющихся метеорологических условий и множества других факторов. Программа может быть использована для оценки риска и угрозы распространения вируса при перепрофилировании терапевтического лечебного учреждения в ковидный госпиталь.

Впервые приведены результаты исследований содержания твердых частиц PM₁ - PM₁₀ в атмосфере западного побережья южного Байкала с высоким временным разрешением. Установлено, что основными источниками поступления РМ в атмосферу южного Байкала являются как антропогенные, так и природные объекты. В зимний период увеличивается влияние объектов теплоэнергетики, о чем свидетельствуют синхронные повышения концентраций субмикронного аэрозоля РМ₁ и диоксида серы. В летний период значительный вклад в загрязнение атмосферы твердыми частицами вносят удаленные лесные пожары. Выявлена связь между повышением концентрации РМ₁ в атмосфере в исследуемом районе и мезометеорологическими особенностями (температурные инверсии и мезомасштабный перенос шлейфов от крупных ТЭЦ). Повышения концентраций РМ₁ в большинстве случаев происходят в ночные и утренние часы, что связано с уменьшением толщины пограничного слоя атмосферы.

Представлен подход, основанный на совокупности методов (статистических, микроскопических, верификационных) анализа данных, полученных с применением аэрозольных сенсоров, диффузионного аэрозольного спектрометра, прибора для отбора проб воздуха, а также оптического микроскопа в составе анализатора структуры твердых тел. Установлено, что такой подход позволяет выполнить комплексное исследование фракционного состава аэрозольных частиц и массовой концентрации аэрозоля РМ_2,5. При этом дорогостоящее оборудование используется для проведения верификации средств измерения, относящихся к экономичному ценовому сегменту, и не требуется для непрерывного использования. Сопоставление результатов измерений использованными приборами продемонстрировало согласованный ход данных и высокий уровень коэффициента корреляции (значение R варьировалось от 0,92 до 0,98). Полученные результаты подтверждают возможность создания сети аэрозольного мониторинга для крупной городской агломерации при относительно небольших финансовых затратах.

Проведена сравнительная оценка величин концентраций РМ_2,5 в приземной атмосфере над территорией города и акваторией р. Енисея. Для временных периодов от нескольких суток до двух лет показано, что за редким исключением загрязнение над рекой ниже, чем над территорией города. Эта закономерность сохраняется в периоды неблагоприятных метеорологических условий и во время загрязнения городской атмосферы дымом лесных пожаров.

Результаты экспериментального определения плотности частиц приземного аэрозоля различного состава и размера публиковались на протяжении многих лет. Предложены алгоритм и параметры численной оценки массовой концентрации субмикронного и микронного городского аэрозоля, в основе которых лежат обобщенные литературные данные о плотности частиц приземного аэрозоля, а также результаты наших натурных наблюдений за микрофизическими характеристиками и составом приземного аэрозоля в Москве. С применением этого алгоритма и экспериментальных данных о распределении числа аэрозольных частиц по размерам в диапазоне диаметров 0,3-10 мкм, полученных в ходе регулярных наблюдений в Институте физики атмосферы им. А.М. Обухова в Москве в 2020-2022 гг., была рассчитана массовая концентрация различных фракций приземного аэрозоля. Сравнительный анализ результатов такой оценки и данных измерений массовой концентрации аэрозольных частиц с использованием портативного аэрозольного спектрометра GRIMM 1.108 за последние два года показал хорошее соответствие между рассчитанными и измеренными значениями. Выбраны значения плотности для четырех диапазонов размеров аэрозольных частиц для корректной численной оценки массовой концентрации фракций РМ_2.5 и РМ₁₀ городского аэрозоля.

Предложены методы оценивания основных характеристик подъема газоаэрозольных примесей от высотных труб, основанные на спутниковых снимках дымовых шлейфов и их теней на земной поверхности. Они базируются на так называемом фундаментальном «законе 2/3», вытекающем из теории подобия и размерности и позволяющем описать связь между высотами подъема дымового шлейфа и его горизонтальным переносом относительно источника примеси. Проведена апробация предлагаемого подхода для трех крупных тепловых станций Сибири: Ново-Иркутской ТЭЦ, Барнаульской ТЭЦ-3, Омской ТЭЦ-5. В численном анализе использовались спутниковые снимки дымовых выбросов этих станций и данные аэрологического зондирования атмосферы. Выполнены оценки высот подъема и потоков плавучести шлейфов и проведено сравнение с результатами расчетов с использованием нормативных динамических и тепловых характеристик выбрасываемых дымовых смесей от высотных труб ТЭЦ.

Зарегистрировано изменение состояния окружающей природной среды в Красноярске и его окрестностях в период существования дымов масштабных якутских пожаров в августе 2021 г. Показано, что с 7 по 9 августа 2021 г. пожары обусловливали изменение концентрации РМ_2,5 от 25 до 300 мкг/м³. Появление дымовых аэрозолей в атмосфере привело к уменьшению температуры деятельного слоя почвы (ΔT = 5,6 °С) и приземного слоя атмосферы (ΔT = 1,6 °С). Экспериментально прослежена причинно-следственная связь: формирование дымов → экранирование солнечной радиации → уменьшение температуры деятельного слоя почвы → уменьшение температуры приземного слоя атмосферы → формирование тумана на р. Енисей.

Рассмотрены итоги первого испытания измерительного комплекса, предназначенного для исследования содержания аэрозольных примесей и метеопараметров. На основе результатов измерений в августе 2022 г. проведено сравнение опытных образцов комплекса с данными калиброванного оптического аэрозольного сенсора и стационарной метеостанции. Приводится описание выявленных недостатков конструкции комплекса, обсуждаются варианты доработки устройства и расширения его функциональных возможностей. Представлены планы по развертыванию многоточечной сети аэрозольных наблюдений в г. Екатеринбурге и его окрестностях.

Проанализирована динамика состояния растительного покрова территорий арктических углеводородных месторождений (Уренгойского, Восточно-Таркосалинского, Губкинского, Вынгаяхинского, Комсомольского и Тарасовского) Пуровского района Ямало-Ненецкого автономного округа на основе спутниковых данных Terra/MODIS. Проведен расчет средних значений EVI растительности территорий месторождений за полные периоды вегетации с 25 мая по 20 сентября 2013-2022 гг. Установлено, что в среднем значения индекса за весь период вегетации в 2022 г. стали выше на 5-25% по сравнению с 2013 г., а также выявлены тенденции увеличения EVI в заключительном периоде вегетации за 10 лет исследований.

Реализован метод переменной по времени скорости потока для концептуальной модели формирования речного стока с целью улучшения маршрутизации потока в бассейне р. Лены. В отличие от моделей, использующих постоянную скорость, в этом подходе скорость, изменяющаяся во времени, зависит от количества стока, генерируемого в ячейке сетки суши. Для оценки скорости потока в приближении прямоугольного поперечного сечения для речного русла используется уравнение Маннинга. Численные эксперименты с постоянной и переменной скоростями потока позволили сравнить модельный сток с наблюдаемыми суточными гидрографами на стоковых станциях Кюсюр, Табага и Верхоянский Перевоз. Приведена оценка теплового потока в бассейне р. Лены на гидропосту Кюсюр за период 2002-2011 гг.

Представлен комплексный подход к мониторингу нефтезагрязненного почвенно-растительного покрова с использованием дистанционных и наземных методов. Обработка космических снимков Sentinel-2 средствами программы Multispec позволила классифицировать нефтезагрязненные земли, разные типы растительного покрова, объекты инфраструктуры. Отражены методические вопросы картографирования по космоснимкам и верификации полученного результата по фотографиям. Составлена карта, отражающая природно-антропогенную структуру территории Нефтеюганского района ХМАО в условиях нефтегазодобычи, на которой отображены 10 типов растительного покрова, 3 типа антропогенных объектов, нефтезагрязненные земли. Для оценки возобновления древесного и травяного ярусов рассчитан вегетационный индекс NDVI. Значения NDVI на нефтезагрязненных участках на 0,1-0,3 меньше, чем на фоновых. В даты космической съемки, близкие к датам наземных исследований, NDVI = 0,45 (8.08.2020 г.) и 0,42 (23.08.2021 г.) на нефтезагрязненных осоково-сфагновых участках. В мелколиственном и светлохвойном лесу на площадках со свежими нефтеразливами NDVI = 0,32 (25.09.2020 г.) и 0,42 (23.08.2021 г.). Концентрация нефтепродуктов в загрязненных образцах почвы лежит в пределах 280-580 г/кг с превышением ориентировочно допустимых концентраций в 70-145 раз.