CC BY
195
Аркадий Иванов
заведующий лабораторией оптики рассеивающих сред Института физики им. Б.И. Степанова НАН Беларуси, член-корреспондент
Трансграничный перенос загрязнений в атмосфере Беларуси
Анализ трансграничного и межрегионального переноса загрязняющих веществ в атмосфере вследствие природных явлений и техногенных катастроф и оценка его влияния на экосистемы и климат являются приоритетной проблемой для современного общества. Важным этапом в формировании системы контроля межрегионального переноса в Европе стали работы в рамках Программы ЕМЕР (Совместная программа наблюдений и оценки распространения загрязнителей воздуха на большие расстояния), созданной в 80-е гг. прошлого столетия. К сожалению, в соответствии с этой программой в абсолютном большинстве случаев измерения осуществляются локальными методами в приземном слое, данные набираются за относительно продолжительный промежуток времени. Это не позволяет эффективно контролировать потоки загрязняющих компонентов в атмосфере, поскольку крупномасштабный перенос осуществляется, в основном, вне приземного слоя. Тем самым затрудняется непосредственное использование результатов измерений для оценки и корректировки достоверности расчетов моделей переноса загрязнений. В настоящее время Европейский Союз создает программы, направленные на решение задач в области мониторинга крупномасштабного переноса загрязнений, с применением достижений в области дистанционного зондирования атмосферы с выдачей информации в реальном масштабе времени. Именно такой подход реализован в государственной программе прикладных научных исследований «Создание аппаратурного комплекса и методов мониторинга трансграничного и межрегионального переноса загрязнений в атмосфере с использованием дистанционных и локальных измерительных систем» («Трансграничный мониторинг»). В работе принимали участие сотрудники 15 организаций НАН Беларуси, Минобразования, Минприроды. Ниже изложены основные результаты, полученные в рамках этой программы в период 2004—2005 гг.
АППАРАТУРНЫЙ КОМПЛЕКС ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ АТМОСФЕРЫ И МИРОВЫЕ СЕТИ КОНТРОЛЯ ЕЕ СОСТОЯНИЯ
Технические разработки коснулись в основном дистанционной аппаратуры. Лазерное зондирование атмосферы осуществлялось с помощью приборов, называемых лидарами. Идея зондирования основана на измерении временной структуры света импульсного лазера, рассеянного разными участками атмосферы, по которой можно получить информацию о газовых, аэрозольных и метеорологических характеристиках воздуха с большим пространственно-временным разрешением. Перед началом работы в Институте физики НАН Беларуси (ИФ) существовал комплекс лидаров разного назначения, предназначенный для изучения пространственного распределения концентрации некоторых газов и структуры аэрозолей. В процессе выполнения программы разработаны и изготовлены электронные блоки двухканальной системы регистрации локационного сигнала в режиме счета фотонов и программное обеспечение для проведения измерений; образец трехволнового излучателя лидара и многоканальная лидарная система для панорамной и стационарной лидар-ных станций. На основе модернизированного эксимерного XeCl-ла-зера создан УФ-излучатель для зондирования стратосферного озона. Создан образец двухволнового источника лазерного излучения для использования его при измерении тропосферного озона. Все это расширило возможности лазерного зондирования.
Разработан и создан прибор для измерения приземного озона трассовым методом. Данные прибор и метод внедрены в Национальной системе мониторинга окружающей среды Республики Беларусь (НСМОС).
Разработан экспериментальный программный комплекс обнаружения тепловых аномалий (пожаров) с космического корабля.
Изучение трансграничного переноса (ТП) требует использования не только сведений о состоянии атмосферы Беларуси, но и аналогичных данных в сопредельных регионах. С 2000 г. в Европе существует лидарная сеть EARLINET для контроля аэрозоля. В настоящее время она включает в себя 24 станции 12 стран Европы, в том числе и наши. С 2005 г. под эгидой Института физики создана лидарная сеть СНГ, включающая 7 центров. Детальные исследования пара-
Рис. 1. а
-Г L/чР
\ ¿Щг^^А
/р'Мр^» г' Minsk Мглою / (I
Уж W _ ■
о
. * f1** , Titnsli
V i С tai
кик Kill
•-ЙМ ИГ". t -AIi-Mst II-™ lil.nl
Рис. 1. б
HP -
*V>3-
BO'S-
г
(* * „ * •
• *" . * i *
** -ii ■ . * *
4 V- . у
Л
« • ч
=p
о0 ВОРЕ 120^ часлч
»ОМ Недоплат * Сдайкйшйл&п
Рис. 1. а — лидарные сети Европы, стран СНГ и Восточной Азии; б — мировая фотометрическая сеть AERONET, предназначенная для контроля спектральной прозрачности атмосферы и состава аэрозоля; в — озонометрическая сеть NDSC
-Р
метров аэрозоля посредством солнечных сканирующих радиометров осуществляются в рамках мировой сети AERONET, а содержания озона разными методами — в сети NDSC. Ученые Беларуси работают в указанных системах. Мировые сети контроля состояния атмосферы представлены на рис. 1. Таким образом, при решении задач программы «Трансграничный мониторинг» (ТМ) использовался единый банк данных по большой территории Земного шара.
МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ ДАННЫХ
В работе предложено большое количество методов обработки данных. Остановимся лишь на некоторых из них.
• Создано программное обеспечение для количественных оценок вертикального распределения концентраций крупной и мелкой фракций тропосферного аэрозоля на основе использования данных согласованного зондирования аэрозольного слоя многоволновым лидаром и солнечным радиометром ШБЬ Эта модель предполагает, что аэрозоль состоит из двух фракций (крупной и мелкой, с границей около 0,5 мкм) с параметрами интегрального по высоте распределения частиц по данным ШБЦ но с изменяющимися концентрациями на разных высотах. Частицы имеют постоянный показатель преломления. Формируется три типа систем уравнений: лидарные (для всех используемых длин волн); фотометрические (интегральная по высоте характеристика аэрозольного слоя: спектральная оптическая толщина или интеграл по высоте концентрации мелкой и крупной фракций и т. д.) и уравнения ограничения на гладкость профилей концентраций аэрозольных фракций. Строятся функции правдоподобия для модели, а затем находятся высотные профили концентраций мелкой и крупной фракций, которые обеспечивают максимум функции правдоподобия.
• Предложен алгоритм, позволяющий с помощью разделения вкладов от различных участков поверхности Земли в регистрируемое излучение детектировать малый пожар и оценивать его площадь в пикселе при наличии фактора ложной тревоги (облака или блика от водной поверхности). Указанный алгоритм использует локальную априорную информацию о спектральном поведении откликов от различных составляющих пикселя, а также параметры текущего состояния поверхности и атмосферы (температура, влажность, МДВ и пр.). В результате вероятность обнаружения пожаров повысилась с 60 до 80 %. Были разработаны методика и алгоритмы, а также программные средства, позволяющие повысить точность определения координат обнаруженных температурных аномалий.
• Реализована серия методик: отбора и выделения СО2 атмосферного воздуха, определения соотношений стабильных изотопов углерода и концентраций радиоуглерода в углекислоте воздуха, концентраций радиоуглерода в поверхностных водах и растительности, определения концентрации трития в водородсодержащих объектах исследования.
ОЗОН В ВЕРХНИХ СЛОЯХ АТМОСФЕРЫ
Озон является одной из самых изменчивых составляющих земной атмосферы. Общее содержание озона (ОСО) в атмосфере над
Рис. 2. Количество отрицательных озоновых аномалий с дефицитом озона 20 % и более, наблюдавшихся над Европой за период 1978—2003 гг.
каждым конкретным регионом определяется фотохимическими процессами его образования и гибели на высотах верхней стратосферы и процессами переноса озона воздушными массами в более низких слоях. В средних и высоких широтах большая часть озона аккумулируется в нижней и средней стратосфере, т.е. на тех высотах, где значительную роль в озоновом бюджете играют процессы переноса. Поэтому следует ожидать, что фактор крупномасштабного переноса озона вместе с воздушными массами играет значительную роль в формировании ОСО над территорией республики в течение всех сезонов года. Многолетние наблюдения за атмосферным озоном в рамках мировой озонометрической сети позволили установить, что начиная примерно с 70-х гг. наблюдается уменьшение общего содержания озона в атмосфере в глобальных масштабах. Одним из проявлений наблюдаемого состояния озоносферы можно рассматривать участившиеся случаи возникновения отрицательных озоновых аномалий — явления, представляющего собой резкое, кратковременное, значительное по величине уменьшение ОСО в локальной области атмосферы (рис. 2). Пример перемещения таких аномальных зон показан на рис. 3. Озоновые аномалии формируются далеко за пределами территории Беларуси (в основном в Северной Атлантике) и попадают к нам за счет переноса этих локальных областей с избытком или недостатком озона воздушными массами. Области с дефицитом ОСО передвигаются на восток, изменяя при этом форму и размеры. Глубина аномалий сначала увеличивается, а затем уменьшается, после чего исчезает. Большей частью над нами располагаются аномалии в завершающей стадии. Дефицит ОСО при этом составляет 20—30 %.
Рис. 3. Отрицательная озоновая аномалия 07-15.01.04 г. (показано отклонение от многолетнего среднего значения)
ПЕРЕНОС ЗАГРЯЗНЕНИЙ, ОБУСЛОВЛЕННЫЙ АНТРОПОГЕННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬЮ
Рассмотрим влияние постоянной производственной деятельности человека в окружающих нас регионах на перенос аэрозоля на территорию Беларуси. При этом не будем рассматривать возникающие иногда аномалии в виде крупных пожаров.
Для исследования высотной трансформации параметров аэрозоля были отобраны данные лидарных наблюдений, полученные в сети EARLINET на станциях:
• Aberystwys (52Ы, 4W) — крайняя северо-западная станция сети ЕАШИЕТ на побережье Великобритании. При западном переносе для нее характерна минимальная степень наличия техногенных воздействий. Результаты измерений станции рассматриваются как фоново-реперные для сравнения с данными измерений в других регионах.
• Palaiseau (491\1, 2Е) — в юго-западном направлении от Парижа. Станция расположена перед первым индустриальным Парижским регионом.
• Бельск (511\, 20Е) — станция южнее Варшавы в лесной зоне, без источников индустриальных выбросов.
• Минск (531\, 27Е) — станция Института физики им. Б.И. Степанова НАН Беларуси.
На рис. 4 приведены результаты обработки наблюдений в летний период при выраженном западном переносе, охватывающем исследуемый европейский регион. Наблюдается рост параметров мутности при переходе от западных регионов к восточным.
Минимальная аэрозольная нагрузка на всех высотах реализуется в районе реперной станции АЬе^Ьл^. В Palaiseau в слое до 2 км содержание аэрозоля несколько возрастает. Аэрозольная нагрузка и оптическая аэрозольная толща атмосферных масс после пересечения пространства Европы в Бельске и Минске существенно увеличивается (до 5 раз). При этом для станций в Бельске и Минске они оказываются выше средних значений соответствующих параметров вне периода западного переноса.
Для изучения влияния траекторий переноса воздушных масс на характеристики аэрозольной компоненты в регионе Беларуси посредством кластерного анализа была проведена классификация тра-
Рис. 4. Средние профили показателя обратного рассеяния летом при западном переносе через пространство Европы на станциях: Aberystwys, Palaiseau (Paris), Belsk, Minsk; оптическая аэрозольная толща (OD) и число измерительных дней указаны на рисунке
Рис. 5. Распределение потоков малых и больших (0) частиц в зависимости от типа траекторий
екторий и выделено 6 характерных групп. Были рассчитаны средние значения общего содержания больших и малых частиц в атмосфере, а также потоков частиц для массивов наблюдений, проведенных в период, когда траектории переноса относились к одной из выделенных групп. Диаграммы, представляющие величины потоков аэрозольного вещества в атмосфере, приведены на рис. 5. Видно, что результирующие потоки аэрозольных масс максимальны для западного переноса. Это обусловлено большой частотой реализации западного переноса для региона Беларуси.
Химический состав переносимого аэрозоля самый разнообразный. Во многих случаях частицы могут содержать тяжелые металлы в количествах, вредных для живых организмов. По оценкам Метеорологического синтезирующего центра «Восток» Программы ЕМЕР, на территорию Беларуси годовой поток свинца составляет более 100 т, кадмия — около 7 т, ртути — 2,1 т. При этом доля трансграничной составляющей для свинца более 80 %, кадмия более 70 %, ртуть же на 99 % имеет источники за пределами Беларуси. Территориальная структура выпадений представлена на рис. 6. Видно, что основной градиент выпадений свинца — с юга на север, кадмия — с запада на восток. Тем самым максимальные расчетные уровни выпадений свинца характерны для южных (полесских) регионов Беларуси, кадмия — для западных. Выполненный расчет критических нагрузок свинца на природные экосистемы Беларуси показал, что они
а 5
Рис. 6. Уровни выпадений свинца (а) и кадмия (б) на территории Беларуси по данным расчетов в рамках программы ЕМЕР, г/км2 год
варьируют в пределах от 0,8 до 4,2 мг/м2/год (при использовании эффект-ориентированного подхода) и от 0,01 до 4,37 мг/м2/год (при сохраняющем подходе). Средневзвешенные значения пороговых нагрузок свинца на естественные экосистемы Беларуси составляют соответственно двум подходам 2,57 и 1,41 мг/м2/год. На рис. 7 даны карты уровней критических нагрузок свинца и их превышений для экосистем Беларуси. При расчете с использованием сохраняющего подхода превышения допустимых уровней выпадения для свинца составляют 14 % площадей всех естественных угодий страны и равны в среднем 3,7 г/га/год. Эти превышения отмечены главным образом в открытых экосистемах, ассоциациях с торфяно-болотны-ми почвами и экосистемах, расположенных в ячейках сети ЕМЕР 50*50 км2, где уровни выпадений свинца более чем в 2 раза превышают средние по республике.
2
Рис. 7. Распределение соотношений уровней выпадения свинца и значений критической нагрузки для естественных экосистем (по сохраняющему подходу) 1 — выпадения превышают критические нагрузки; 2 — выпадения не превышают критические нагрузки
ПЕРЕНОС, СОДЕРЖАЩИЙ
РАДИОАКТИВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ
Высокая плотность загрязнения радионуклидами почвы после аварии на Чернобыльской АЭС в зоне отчуждения является потенциально опасным источником загрязнения воздуха не только в этой зоне, но и в других регионах республики. Радиоактивное загрязнение воздуха в настоящее время формируется под действием процессов вторичного ветрового подъема (ресуспензии) и переноса радиоактивных частиц, которые зависят от многочисленных факторов природного и антропогенного происхождения. К различным источникам ресуспензии радионуклидов, вызванным деятельностью человека, относятся: движение транспортных средств по грунтовым дорогам, обработка почвы тракторами (например боронование, пахота и внесение удобрений), а также сельскохозяйственные работы, требующие применения специальной техники (например, посев и уборка урожая). Повышенные уровни запыленности могут возникать также в окрестностях специализированных промыш-
ленных и лесохозяйственных предприятий. Любая техногенная активность на загрязненной поверхности почвы является определенным источником радиоактивного аэрозоля в приземном слое атмосферы. Хотя эти источники локальны по размерам, их присутствие может вызвать резкое увеличение вторичного загрязнения, и поэтому имеется потенциальная возможность получения людьми высокой дозы облучения.
Лесные пожары на загрязненных радионуклидами территориях — серьезная международная проблема, затрагивающая благополучие тысяч людей в нескольких странах. Только в четырех сопредельных областях Беларуси, России и Украины, наиболее загрязненных радионуклидами, ежегодно происходит от нескольких сотен до тысяч лесных пожаров. В связи с этим разработана и обоснована концептуальная модель оценки атмосферного переноса радионуклидов с дымом лесных пожаров на большие расстояния и определены основные принципы ее построения.
Одним из показателей наличия переноса частиц является отношение удельных активностей радионуклидов в аэрозолях и почве. Изменение этого отношения может говорить о переносе аэрозолей. С этой целью в 2004—2005 гг. был определен радионуклидный состав подстилающей поверхности почвы и аэрозолей. Исследования проводились в северном направлении от границы Республики Беларусь с Украиной, прилегающей к ЧАЭС. На основании измерения отношения удельных активностей к 239,240Ри в почве и воздухе показано, что интенсивный трансграничный перенос имеет место для пунктов, расположенных вблизи границы с Украиной, а более дальний перенос радиоактивных аэрозолей в 2004 г. не отмечался. Возможно, это явилось следствием того, что этот год был спокойным в отношении лесных пожаров и атмосферных аномалий. Наблюдались повышенные концентрации радиоуглерода в районе Игналин-ской АЭС. Этот уровень содержания 14С связывается с поступлением в воздушное пространство и поверхностные воды «избыточного» 14С атомной электростанции, работающей в штатном режиме. Отмечалось также и некоторое повышенное значение концентрации трития в поверхностных водах района Игналинской АЭС. В то же время данные Республиканского центра радиационного контроля и мониторинга окружающей среды Минприроды (РЦРКМ) по коэффициентам дефляции показали, что свежие радиоактивные выпадения на поверхности в районе Игналинской АЭС отсутствовали.
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ
ПЕРЕНОСА ЗАГРЯЗНЕНИЙ В АТМОСФЕРЕ
Анализ переноса загрязнений не может осуществляться без разработки соответствующих моделей переноса. В программе созданы (или адаптированы к условиям Беларуси) различные модели переноса аэрозолей и газов (в том числе и радиоактивных) от действия крупных загрязняющих источников (под ними могут пониматься как трубы котельных, так и города), лесных пожаров, ветровой эрозии почв с охватом территорий от нескольких десятков до сотен километров (модели локальные и межрегиональные); с выдачей концентраций загрязняющих веществ на различных высотах и количеством осевших на землю компонент за разное время. При этом следует отметить, во многих вариантах переноса загрязнений необходимо задавать модель пограничного слоя и знать «обратные траектории» переноса воздушных масс. С этой целью выполнено следующее:
• построена трехмерная нестационарная и неоднородная по горизонтали модель пограничного слоя атмосферы с возможностью подключения модели приземного слоя атмосферы в качестве нижнего подслоя. Проведена адаптация параметров модели к белорусскому региону. Она позволяет не только получить поля ветра и коэффициента турбулентного обмена для моделирования переноса примеси в атмосфере, но и решать чисто климатологические задачи;
• разработана программа расчета трехмерных траекторий движения воздушных масс в свободной атмосфере и атмосферном пограничном слое. Программа основывается на метеоданных, представляемых Республиканским гидрометеоцентром, дополненных расчетом вертикальной компоненты скорости ветра. Траектории можно рассчитывать для всех областных центров Беларуси, а также Березинского заповедника, т.е. тех мест, где измеряются метеоданные. Сопоставление результатов расчетов обратных траекторий по разработанной программе с данными NASA и расчетами других авторов показало их удовлетворительное согласие. Программа в дальнейшем будет использоваться для интерпретации данных локального мониторинга окружающей среды и идентификации регионов, являющихся источниками загрязнений воздушного бассейна Республики Беларусь. Рассмотрим некоторые модели переноса. В 1986 г. авария на ЧАЭС вследствие взрыва и последующих ветровых потоков привела к радиоактивному загрязнению больших территорий. С использованием исходной информации о выбросах и метеорологической обстановке тех дней выполнено численное моделирование распространения частиц полидисперсной примеси на расстояния до тысячи километров в переменном поле ветра из нестационарного точечного источника. Рассчитан нестационарный след примеси. Разработана процедура вычисления зависимости массы осевшей примеси от времени в различных точках зоны загрязнения. На рис. 8 а представлены положения струи примеси в различные моменты времени после начала выброса. Они отражают тот факт, что в первые часы после аварии дул юго-восточный ветер. В течение пяти суток его направление плавно менялось так, что струя примеси постепенно разворачивалась по часовой стрелке более чем на 360°. На рис. 8 б изображены изолинии загрязнения в средней к станции зоне на пятые сутки после аварии. Предполагалось, что высота источника H = 1200 м, стратификация атмосферы слабо устойчивая;
• разработана модель переноса аэрозолей, поступающих в ат-
■по -too л ян и» 4ft « > ni п п
цш
Рис. 8. а — положение струи примеси на разные моменты времени после аварии на ЧАЭС; б — изолинии концентраций примеси в средней зоне загрязнения (без учета загрязнения ближней зоны крупными частицами) . Концентрации на изолиниях выбраны равными 0.01, 0.03.....3.0 Ки/км2
мосферу в результате ветровой эрозии почвы. Загрязненные территории Беларуси, Украины и европейской части России с плотностью загрязнения выше 1 Ки/км2 по цезию-137 в первом приближении представлены 30 источниками, охватывающими основные пятна загрязнения по данным РЦРКМ. Написаны алгоритм и программа расчета среднегодовых приземных концентраций ф и среднемесячных выпадений аэрозолей (цезия-137) А на загрязненных и прилегающих территориях. При этом сделан учет вклада в загрязнение вследствие выноса радиоактивности из дальних зон сильного загрязнения (ф , А) и пыления местной подстилающей поверхности (фм, Ам). Модельные расчеты (таблицы 1 и 2) согласуются с экспериментальными данными. В таблицах физм и Аизм — соответствующие измеренные характеристики, А и Ам для юго-востока и северо-запада рассчитаны как средние для нескольких городов, расположенных в этих частях республики. Результаты работы внедрены в РЦРКМ Минприроды;
Таблица 1
Результаты расчета среднегодовых концентраций цезия-137 в воздухе
Населенный пункт Концентрация в приземном воздухе, мкБк/м3
Фм Ф Ф=Фм+ Фд Ф ~изм
Гомель 13,0 8,1 21,1 13,1
Могилев 5,5 3,1 8,6 18,4
Минск 3,7 1,1 4,8 7,6
Таблица 2
Результаты расчета осредненных за год месячных выпадений цезия-137
Место наблюдения Плотность выпадений, Бк/(м2*мес.)
А м А д А=А + А м д А изм
Минск 0,0040 0,0034 0,0074 0,012
Юго-восток 0,056 0,034 0,090 0,073
Северо-запад 0,0011 0.0034 0.0045 0.0075
• создана и апробирована на примере лесных пожаров локальная модель переноса примесей в атмосфере. В этой модели отслеживается ветровой перенос двух примесей: мелких частиц золы и недожога (размер 0—100 мкм) и твердых частиц дыма. Считается, что средние и крупные частицы золы и недожога в атмосферу не поступают, а остаются на подстилающей поверхности непосредственно возле очага пожара. В качестве входных данных используются космические снимки лесных пожаров, метеоусловия с ближайшей к пожару метеостанции, цифровые карты местности. На рис. 9 представлено аэрозольное загрязнение воздуха и подстилающей поверхности через 18 часов после обнаружения лесного пожара в районе Полоцка;
• адаптирована к условиям Беларуси методика Госкомгидромета СССР (1987 г.) мониторинга и прогноза переноса загрязнений в локальном и мезомасштабах. Расчет выбросов вредных веществ
Рис. 9. Лесной пожар в районе Полоцка через 18 ч модельного времени. а — объемная концентрация аэрозоля на высоте 20 м (мг/м3); б — плотность загрязнения подстилающей поверхности (мг/м2)
в атмосферу строится таким образом, чтобы в зависимости от задания сформировать результаты в виде ответа на определенный запрос пользователя. После определения ряда параметров в качестве исходной информации формируется последовательность расчетных операций, проводится расчет, и результаты сохраняются в виде, подготовленном для отображения их на цифровой карте. Занесены данные о 67 источниках выброса 43 предприятий Беларуси (в том числе 3 ТЭЦ и 8 котельных Минска). Проведены расчеты влияния 11 высотных (более 50 м) источников выбросов в Минске, а также Лукомльской ГРЭС и основных источников Гродно (ПО «Гродно-Азот», «Химволокно», ТЭЦ-2) На рис. 10 приведен пример зоны загрязнения Минска предприятием ТЭЦ-4. Здесь же даны некоторые исходные данные. Подходы, разработанные в рамках задания программы, использованы при создании (в сотрудничестве с МЧС) проекта концепции «Разработка мероприятий по защите населения в случае аварии на АЭС» и послужили основанием для выдачи Минприроды свидетельства об аттестации ОИЭЯИ на выполнение работ по проведению экологического нормирования выбросов вредных веществ, обращению с отходами и экологической паспортизации объектов; • для Беларуси, расположенной в центре Европы по соседству с высокоразвитыми промышленными государствами, большое значение имеет точный учет переноса вредных веществ, обусловленного выбросами внутри и вне нашей страны, для опре-
Рис. 10. Среднестатистическая зона загрязнения Минска предприятием ТЭЦ-4
П4П иш . -тгт..ге П1гиа Т --":/ Л * г ". М№Р4 ч [и;ш Ирниггь: СЦ / м
Ы4кс. цен п., нкгМ ПДК
У/'пипь........¿1.........
г. 3 5 ?П|1 1 СО 6.8 ЗЛИ л мп» л 1 ип 5. Ф£ий1 и.Й 3 нгсо ал } 7. Лннклнг (И .111 9. сн гл а ЩЦ_И^_н_
гцн:к> н>л|||1|н| нк- (: -
V4n.n1 ГрОЦвШф Н 5
СП'ЦЛ »р<ПЯ аЫЛОПМСИЧЧ 1П О г
СрВДМСЕ примм 1 щкгл 1.3? с
5|Р ИН-ЦИГ [41 ГцРНП'Щ
Ки- Р4Д Км- [_12 км-- Р. 31 Ныь1рши., Ими [¡г, Иьг. аы1.р„
1. чп.тл ятЬ1
■г. JII.Hi 11ий И'.У
а; < .:( ,1ч tiif.II
4. 17.5Е. 7.( ~~
ч. ими и К 100
&. оно оо ип п
г. -и] |л г.о:,
9. 1. Н.' 4 1Е I1"::
С 0.25 и. 17 ПВ
Рис. 11. Концентрация угарного газа СО над территорией Беларуси после 9 ч модельного времени
деления тех зон, где этот перенос инициируется, и выработки адекватных защитных мер. С этой целью создана региональная модель переноса 9 загрязняющих компонент, обусловленного выбросами в атмосферу 15 городов Беларуси с интенсивностью для каждого более 2000 т/год. Поле ветра бралось из статистических данных за определенный период времени. На рис. 11 показано поле нормированной концентрации угарного газа на высоте 500 м после 9 ч модельного времени для июня. Видно, что преобладает перенос в западном и юго-западном направлениях и что длинные шлейфы загрязнений характерны для Минска, Новополоцка и Гомеля. Уязвимыми оказываются заповедные зоны и охотничьи хозяйства, расположенные по реке Сож и в Полесье. В легенде к карте (в правой части рисунка) приведены основные числовые характеристики рассматриваемого процесса;
• новым научным аспектом программы является количественная оценка вклада различных центров (районов) в общую картину загрязнения анализируемого региона. Для этого использовано решение соответствующих сопряженных уравнений переноса. В результате:
• проведена оценка вклада промышленных зон Минска и Полоцка в общую картину загрязнения воздушного бассейна Бе-резинского биосферного заповедника двуокисью серы и пылью. «Вклад» Полоцкой промышленной зоны в загрязнение заповедника является преобладающим и составляет 96 % по двуокиси серы и 88 % по пыли;
• развита методология оценки рисков и оценки рецепторной чувствительности территории к размещению источников эмиссии. Приведен пример расчета для территории Минска с использованием кода «Нострадамус». При расчетах были использованы данные о розе ветров, усредненные за многолетний период наблюдений;
• получена развернутая по территории и во времени картина изменения климата Беларуси, известного под названием «парникового потепления». Подтверждена статистически значимая роль циклической составляющей, а также квазидвухлетних пульсаций в климатической изменчивости. Оценены последствия изменения климата в различных отраслях экономики, приведены основные адаптационные меры. Результаты используются структурами Минприроды и могут быть востребованы также Министерством сельского хозяйства и продовольствия Республики Беларусь, Республиканским гидрометеоцентром;
• для целей моделирования переноса загрязнений в атмосфере Земли была разработана и реализована в виде специальной компьютерной базы пространственных данных цифровая модель территории Беларуси. Для реализации выбран оптимальный набор моделей данных в виде покрытий, реляционных таблиц, нерегулярных сетей и иерархических классификаторов. Метабаза организует пространственную информацию в виде слоев и регулирует процесс генерализации объектов. Частные представления цифровой модели имеют вид электронных карт, все элементы которых связаны с дополнительной семантической информацией, хранящейся в обычной реляционной базе данных. Цифровая модель наряду с прямым ее назначением может быть использована в работах, связанных с обработкой и хранением пространственной информации, для природоохранных мероприятий в рамках Минприроды;
• был создан сайт «Трансграничный мониторинг» (http://www.tm.bas-пеШу/шМех^&т). Сформирована база данных натурных измерений и размещена на информационном сайте. Эта база содержит информацию по следующим разделам: 1. Данные измерений. 2. Ли-дарный мониторинг аэрозоля. 3. Стратосферный аэрозоль. 4. Примеси в приземном слое. 5. Химический состав осадков. 6. Мониторинг озонового слоя. 7. Прогноз переноса загрязнений. 8. Содержание металлов. 9. Радиоактивные аэрозоли. 10. Радиоактивные выпадения. В измерениях различных характеристик, занесенных в базу данных, задействовано более 20 регионов Беларуси. Результаты измерений представлены в виде графиков и числовых массивов.
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
интеграция в международные измерительные сети. Сформирована лидарная сеть в странах СНГ (7 станций от Минска до Владивостока). Коллектив исполнителей вошел в Европейскую лидарную сеть EARLINET (25 станций в 12 европейских странах), глобальную радиометрическую сеть AERONET (более 250 станций), мировую озонометрическую сеть GAW.
совершенствование аппаратуры. Модернизирован лидарный комплекс, создан мобильный лидар и приземный озонометр. Разработан экспериментальный образец аппаратно-программного комплекса, предназначенного для приема и тематической обработки космической информации с космических аппаратов NOAA, а также передачи результатов потребителям (МЧС). Комплекс обеспечивает вероятность обнаружения тепловых аномалий до 80 %.
Мониторинг загрязняющих компонентов атмосферы. Сформированы интегрированный сайт и база данных о параметрах загрязняющих компонентов атмосферы, ориентированные на решение задач контроля крупномасштабного переноса. Оценены воздействия процессов крупномасштабного переноса на содержание взвешенных частиц в атмосфере белорусского региона. Проанализированы аномальные изменения содержания озона в европейском регионе и Беларуси. Дан прогноз последствий изменения климата в республике в различных отраслях экономики.
Моделирование процессов переноса. Разработана методика и создано программное обеспечение для моделирования процесса переноса загрязняющих компонентов в масштабах от локальных до межрегиональных с привязкой к реализующимся метеорологическим ситуациям с учетом характеристик пограничного слоя атмосферы, подстилающей поверхности и вымывания примесей осадками.
