УДК 004
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-3-551-554
ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПРИЗЕМНОЙ АТМОСФЕРЫ В ТУЛЬСКОЙ ОБЛАСТИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СЕРВИСОВ COPERNICUS
М.С. Ивлиева
В статье рассмотрены спутниковая программа мониторинга качества атмосферного воздуха Copernicus, целью которой является мониторинг качества воздуха и климата, а также содержание химических веществ, среди которых наиболее распространяемы: оксид азота (NO), диоксид азота (NO2), озон (O3), диоксид серы (SO2), мелкодисперсные частицы (РМ10, РМ 2,5) Для количественной характеристики применяются инфракрасные спектрометры, которые с помощью преобразований Фурье позволяют получить наглядную картину ситуации в режиме on-line. В данной статье приведены концентрации озона, двуокиси азота, взвешенных частиц РМ10 и аэрозольных частиц РМ5 за 2020 г. для территории Тульской области с помощью сервиса Copernicus. Для сравнительного анализа данные концентраций тех же веществ за 2022 г. были произведены с помощью модели ENSEMBLE Мосэкомо-ниторинга. Высокоточные измерения позволяют контролировать данные вещества каждый день. В статье проанализированы причины возникновения данных веществ в приземной атмосфере.
Ключевые слова: служба мониторинга атмосферы Copernicus, качество воздуха, спутниковый мониторинг, геоэкологическое моделирование, климат, химия атмосферы.
По последним данным мониторинга станций за качеством атмосферного воздуха концентрация загрязняющих веществ неуклонно растет. На территории Тульской области это увеличение в основном связано с антропогенными выбросами в результате производства металлургии, производства неметаллической продукции, химических веществ, обеспечение электрической энергией, роста количества автотранспорта [1].
Поскольку загрязнение приземной атмосферы серьезно влияет на глобальный климат, научные исследования направлены на точный учет для лучшего понимания глобального баланса.
В настоящее время разработана программа Copernicus целью которой является мониторинг качества воздуха, климата и содержания озона с высоким пространственно-временным разрешением и ежедневным глобальным охватом. Основные спутники могут измерять концентрацию около 10 химических веществ, среди которых: оксид азота (NO), диоксид азота (NO2), озон (O3), диоксид серы (SO2), мелкодисперсные частицы (РМ10, РМ 2,5). Измерения проводятся в молекулах вещества на определённом измеряемом квадрате земли практически по всему атмосферному слою [7].
Спутник мониторинга был запущен 13 октября 2017 года и работает на низкой полярной орбите Земли со сроком службы 7 лет. На борту система имеет многоспектрический датчик TROPOspheric, который регистрирует отражательную способность длин волн от ультрафиолетового до коротковолнового инфракрасного, взаимодействующих с различными составляющими атмосферы, включая аэрозоли, моноокись углерода, формальдегид, диоксид азота, озон, диоксид серы и метан. Спутник также позволяет оценивать некоторые характеристики облачности. Прибор отличается очень высоким пространственным разрешением примерно 7 км х 7 км, обеспечивая глобальное ежедневное покрытие. Встроенный модуль охватывает спектральный диапазон от 4190 до 4340 см- 1 (спектральное разрешение: 0,45 см -1).-1 ) и используется для измерения концентрации метана и монооксида углерода в атмосфере Земли. Сеть наблюдений за общим углеродным столбом представляет собой глобальную сеть наземных инфракрасных спектрометров с преобразованием Фурье, измеряющих спектры солнечного поглощения в ближней инфракрасной области для получения усредненных по столбцу мольных долей CO 2 в сухом воздухе и СН 4 среди других газов. Измерения имеют высокую точность, поскольку влияние свойств поверхности и аэрозолей на измерения минимально. Измерения масштабируются по эталонной шкале Всемирной метеорологической организации с применением посткоррекции, что гарантирует высокую точность [2].
На дату 22.01.2020 г. наблюдается повышенная концентрация озона на территории Тульской, около 100 мкг/м3 или 0,1 мг/м3. Для определения концентраций загрязняющих веществ за 2022 год была использована модель ESSEMBLE.
Если сравнивать данные на 2022 год, то по данным усреднённых концентраций на территории Центральной России по данным Мосмониторинга наблюдалась максимальная концентрация 0,059 мг/м3. [4] За два года видимое значительное улучшение. Концентрация озона определяется скоростями одновременно протекающих реакций образования разложения озона. Для определения закономерностей воздействия климатических условий на концентрации озона требуется многомерный анализ данных [5].
На дату 22.01.2020 в Тульской области наблюдается концентрация двуокиси азота около 10 мкг/м3 или 0,001 мг/м3. По данным усреднённых концентраций на территории Центральной России по данным Мосмониторинга в 2022 г. наблюдалась максимальная концентрация 0,053 мг/м3. Источники образования оскидов азота на территории Центральной России являются выбросы организаций метал-
лургического производства, производства неметаллической продукции, химических веществ, обеспечение электрической энергией. В результате фотохимического превращения в атмосфере оксиды азота превращаются в двуоксиды.
Рис.1. Распределение среднесуточных значений концентрации озона на территории Тульской области на дату 22.04.2020 г. [3]
Лиыресенс*
Ойнинс* Коломна
Рязань
калуга
Тула
Новомосковску гу/:' на* Узловая
Рис.2. Распределение среднесуточных значений концентрации двуокиси азота (N02) на территории Тульской области на дату 22.04.2020 г. [3]
< 144. ЦД а ладил
Зеленоград Пушийнй Мд/тл3
— -50
Кр* Балашиха г Электросталь -40
!ХНЦОБо Москва Московская -30
Маисяп1, Жуковский -20 -10
Подолы* Вое. Г леек и 0
Обнинс Коломна
Серпухов Рязань
Калуга Тула Новомосковск ■
Рис. 3. Распределение среднесуточных значений концентрации взвешенных частиц (РМ10) на территории Тульской области на дату 22.04.2020 г. [3]
На дату 22.01.2020 в Тульской области наблюдается концентрация взвешенных частиц около 10 мкг/м3. По данным усреднённых концентраций на территории Центральной России по данным Мосмониторинга в 2022 г. наблюдалась максимальная концентрация 0,048 мг/м3. РМ10 образуются в Тульской области за счёт строительной промышленности, добычи полезных ископаемых, а на их распространение влияет направление и скорость ветра.
на территории Тульской области на дату 22.04.2020 г. [3]
На дату 22.01.2020 наблюдается концентрация мелких аэрозолей около 10 мкг/м3. Причины возникновения те же, что и для крупных частиц РМ 10, но в связи с их меньшей массой ореол их распространения более обширен, также как и способность проникать в почву на большую глубину.
Таким образом, методы измерения вертикальных профилей тропосферной химии являются наиболее важными источниками для долгосрочных климатических исследований. Тенденции развития моделирования направлено на изучение взаимодействия климата и химии атмосферы [6].
Список литературы
1. Доклад об экологической ситуации в Тульской области за 2020 год.
2. Copernicus - Europe's eyes on Earth: Copernicus Brochure.-Brusselse: European Commission Directorate-General for Communication Publications, 2015. P. 12.
3. Информационный ресурс Climate.copernicus [Электронный ресурс] URL: https://climate.copernicus.eu (дата обращения: 10.03.2023).
4. Информационный ресурс Mosecom.mos. [Электронный ресурс] URL: https://mosecom.mos.ru/vozdux (дата обращения: 10.03.2023).
5. Шермухамедов У.А. Тенденции развития в исследовании тропосферного озона. Фундаментальные и прикладные научные исследования: Актуальные вопросы, достижения и инновации. Пенза, 2019. C. 52-14.
6. Исследование загрязнения воздуха в Европе, на Донбассе, на юге России на основе сервисов Copernicus. Материалы IV Международной научно-практической конференции, посвященной 90-летию УГАТУ «Проблемы обеспечения безопасности (безопасность - 2022). Уфа, 2022. C. 290-297.
7. Крючков А.С., Лукьчнова Т.С. Перспективы использования службы мониторинга атмосферы коперника (CAMS) для геоэкологических исследований загрязнения атмосферного воздуха на локальном уровне (на примере диоксида азота).
Ивлиева Маргарита Сергеевна, аспирант, jody_ka@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
INVESTIGATION OF SURFACE ATMOSPHERE POLLUTION IN THE TULA REGION
USING COPERNICUS SERVICES
M.S. Ivlieva
The article discusses the Copernicus satellite program for monitoring atmospheric air quality, the purpose of which is to monitor air quality and climate, as well as the content of chemicals, among which the most common are: nitrogen oxide (NO), nitrogen dioxide (NO2), ozone (O3), sulfur dioxide (SO2), fine particles (RM10, RM 2,5) Infrared spectrometers are used for quantitative characterization, which, using Fourier trans-
553
forms, allow us to obtain a visual picture of the situation in on-line mode. This article presents the concentrations of ozone, nitrogen dioxide, suspended particles PM10 and aerosol particles PM5 for 2020for the territory of the Tula region using the Copernicus service. For comparative analysis, data on concentrations of the same substances for 2022 were produced using the ENSEMBLE Mosecomonitoring model. High-precision measurements make it possible to monitor these substances every day. The article analyzes the causes of these substances in the surface atmosphere.
Key words: Copernicus atmospheric monitoring service, air quality, satellite monitoring, geoecologi-cal modeling, climate, atmospheric chemistry.
Ivlieva Margarita Sergeevna, postgraduate, _ jody_ka@mail. ru, Russia, Tula, Tula State University