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 . 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.

62 Вопрос. Климат. Задачи климатологии. Классификация климатов Земного шара.

Ответ:

Кли́мат — многолетний режим погоды, характерный для данной местности в силу её географического положения.

Климат — статистический ансамбль состояний, через который проходит система: гидросфера → литосфера → атмосфера за несколько десятилетий. Под климатом принято понимать усреднённое значение погоды за длительный промежуток времени (порядка нескольких десятилетий) то есть климат — это средняя погода. Таким образом, погода — это мгновенное состояние некоторых характеристик (температура, влажность, атмосферное давление). Отклонение погоды от климатической нормы не может рассматриваться как изменение климата, например, очень холодная зима не говорит о похолодании климата. Для выявления изменений климата нужен значимый тренд характеристик атмосферы за длительный период времени порядка десятка лет. Основными глобальными геофизическими циклическими процессами, формирующими климатические условия на Земле, являются теплооборот, влагооборот и общая циркуляция атмосферы.

Главными задачами климатологии являются изучение глобальной климатической системы и прогноз возможных изменений глобального и локального климатов на ближайшее время и на далекую перспективу.