Доктор физико-математических наук Н. Ф. ЕЛАНСКИЙ, заведующий отделом исследований состава атмосферы Института физики атмосферы им. А. М. Обухова РАН

В XX в. антропогенная деятельность резко ускорила происходящие в атмосфере Земли процессы. Их изучение и прогнозирование приобрело важную социальную значимость и стало одним из условий устойчивого движения вперед любого государства. Вот почему Конференция ООН по окружающей среде и развитию 1992 г. приняла решение о создании системы глобального мониторинга атмосферы - Global Atmospheric Watch (GAW).

стр. 20

ЗАДАЧИ GAW

Главная цель этой организации - комплексные наблюдения за основными характеристиками воздушной среды, обеспечивающие раннее обнаружение ее изменений, возможность оценки их последствий для живой природы и климата, проведение эффективной экологической политики. Сама же программа опирается на национальные гидрометеорологические службы. В настоящее время в ней участвуют более 80 стран и задействованы не менее 350 соответствующих станций (в основном в Западной и Центральной Европе, Северной Америке, Японии). Из них 22 - глобальные, т.е. обсерватории для проведения комплексных наблюдений, остальные - региональные.

Первые действуют в чистых фоновых районах. В них измеряют содержание большого числа ключевых для химии атмосферы веществ, прежде всего озона, разрушающих его соединений, парниковых газов, аэрозольных компонентов, а также радиационные и метеорологические характеристики, необходимые для анализа и интерпретации их изменчивости: солнечную ультрафиолетовую радиацию, скорость фотодиссоциации (распада) озона, диоксида азота, вертикальных профилей температуры и ветра. Получаемые в результате данные предназначены в основном для решения проблем общемирового значения - изменения климата планеты, ослабления ее озонового слоя на высотах 10 - 50 км и т.д.

Региональные станции также размещают вне зон эмиссий от автомагистралей, промышленных или сельскохозяйственных объектов. Их задача - слежение за состоянием воздушной среды в конкретном районе. А соответствующую информацию используют для оценки трансграничных потоков загрязнений, влияния воздушных примесей и кислотных осадков на растительность, идентификации источников и определения величины различных выбросов, опасных концентраций в воздухе токсичных соединений, озона и др.

стр. 21

Добавим: имеющиеся в распоряжении GAW космические аппараты позволяют контролировать многие ключевые показатели в тропосфере, стратосфере и районах, где нет наземных средств наблюдения. Сведения от них вместе с поступающими от глобальных и региональных станций позволяют составить единую картину, что выполняют в нескольких международных центрах.

GAW И РОССИЯ

К сожалению, в настоящее время глобальная сеть перечисленных обсерваторий неполная и неоднородная ни по набору измеряемых параметров, ни по размещению. Дело в том, что в каждом регионе с характерным для него климатом и биосферой необходимо иметь как минимум одну такую станцию. А этого пока нет. Причем, скажем, на обширной территории России они вообще отсутствуют. Есть только несколько, способных вести наблюдения за отдельными ключевыми примесями и параметрами. К тому же там в нужном объеме не выполняют стандартные процедуры контроля качества данных, что затрудняет вхождение указанных станций в систему GAW.

Между тем включиться в нее быстрее и полнее - в наших собственных интересах. Тогда мы получим доступ к соответствующему массиву информации, что поможет идентифицировать антропогенные и природные источники всевозможных выбросов, их трансграничные потоки, поглощение растительностью, оценить вклад природной среды нашей страны в очищение ее надземного воздушного пространства от загрязнений и ущерб.

В Институте физики атмосферы им. А. М. Обухова (ИФА) РАН разработана концепция национальной системы мониторинга состава атмосферы, которая станет частью GAW. Она была распространена среди отечественных научных учреждений, рассмотрена и в целом одобрена в марте 2004 г. на специальном совещании в Росгидромете. Ныне его специалисты совместно с РАН готовят план действий по формированию такой структуры. Создавать ее целесообразно в виде двух глобальных, а также ограниченной сети хорошо оборудованных региональных станций; связующим звеном между ними станет передвижная железнодорожная обсерватория*. Схема станет эффективной для обширного пространства России и не потребует относительно больших финансовых затрат.

Согласно рекомендациям Всемирной метеорологической организации и предложениям многочисленных экспертных групп одна из перечисленных обсерваторий необходима в центре Сибири (Красноярский край) - в зоне бореальных лесов**, на значительном удалении от промышленных объектов. При установке здесь мачты высотой 250 - 300 м она будет передавать сведения, репрезентативные для значительной ча-

* См.: О. В. Базанова. Маршруты "Тройки". - Наука в России, 2004, N 2 (прим. ред.).

** Бореальные леса (называемые "легкими" планеты) произрастают в средних широтах, интенсивно выделяют кислород и столь же активно поглощают углекислый газ (прим. ред.).

стр. 22

сти всего окружающего региона. Другая должна располагаться в чистом высокогорном районе - на Северном Кавказе (предпочтительно в Ставропольском крае), контролировать вынос примесей вверх за пределы загрязненного пограничного слоя и давать оценку изменениям состояния глобальной атмосферы под воздействием деятельности людей.

В каждой эколого-климатической области (с однородным состоянием воздушной среды), рассматриваемой как единая фотохимическая система, предпочтительно разместить по одной хорошо оснащенной региональной станции. Именно они (вместе с несколькими более мелкими наблюдательными пунктами) на основе применения численных моделей атмосферы способны следить за ее изменениями, прогнозировать таковые на будущее и оценивать их возможные последствия в масштабе определенной местности.

Свести получаемую всеми станциями информацию воедино призвана передвижная обсерватория, обеспечивающая калибровку сетевых приборов, валидацию (оценку качества) спутниковых данных, выявляющая природные и техногенные экстремальные ситуации, прослеживающая их развитие и выполняющая многие другие функции. Предполагается, что она будет выезжать также в другие страны с целью уточнения источников примесей, фотохимических и динамических процессов, действующих на континенте. А поскольку отечественные космические аппараты, ведущие мониторинг состава атмосферы, в ближайшие годы будут работать в основном в рамках двухстороннего и многостороннего международного сотрудничества, нам это разрешит направить главные силы и средства на развертывание наземной сети станций. Участие же отечественных специалистов в интернациональных проектах будет полноценным и эффективным благодаря созданным ими методам и алгоритмам дистанционного зондирования, уникальным техническим разработкам.

СУЩЕСТВУЮЩАЯ БАЗА

Одну из обсерваторий запланировано дооборудовать на базе Кисловодской высокогорной научной станции ИФА РАН при объединении ее с расположенной поблизости метеостанцией Росгидромета. Обе находятся в зоне альпийских лугов - на плато Шаджатмаз (в 18 км к югу от Кисловодска) в предгорьях Северного Кавказа на высоте 2070 м над уровнем моря. Южнее - один из крупнейших в России Кавказский заповедник, да и весь данный регион - относительно чистый, сельскохозяйственного направления. Климат там умеренный, влажность невысокая, наибольшая продолжительность солнечных дней на юге нашей страны.

Кисловодскую станцию образовали в 1978 г. для контроля наличия малых примесей в атмосфере. С тех пор тут ежедневно измеряют общее содержание в воздухе озона, оксида углерода, оксида и диоксида азота, спектральный состав солнечного излучения и т.д., эпизодически - приземную концентрацию названных и других газов, микрофизичес-

стр. 23

кие и химические свойства аэрозолей и др. С 2004 г., кроме того, в непрерывном режиме определяют концентрацию, элементный состав субмикронного и сажевого аэрозоля, коэффициент рассеяния и прочие характеристики частиц сажи, регулярно отбирают пробы воздуха для анализа на наличие летучих органических соединений. Уникальность станции в том, что она дает информацию о состоянии атмосферы над континентом и дальнем переносе примесей из Европы, Африки, Центральной Азии и Ближнего Востока.

Местоположение будущей обсерватории в указанном районе полностью отвечает требованиям GAW, а ее организация на основе объединения с расположенной неподалеку метеостанцией имеет несомненные преимущества - преемственность рядов многолетних измерений ключевых параметров, использование уже накопленных материальных, научных и кадровых ресурсов.

В рамках соглашения о сотрудничестве между РАН и Обществом М. Планка (Германия), при поддержке Международного научно-технического центра (Москва) наши специалисты с коллегами из Института биогеохимии М. Планка, Института леса им. В. Н. Сукачева СО РАН изучили и подготовили проект о совместном возведении в районе поселка Ярцево (в 450 км к северу от Красноярска) мачты. Она предназначена для измерения содержания парниковых газов, органических соединений, определения физико-химических свойств аэрозолей, радиационных, метеорологических параметров на высоте до 250 м и будет основой сибирской обсерватории.

Но "сердцем" национальной системы мониторинга состояния атмосферы станет не имеющий мировых аналогов научный комплекс на колесах - два специализированных вагона, изготовленных на Торжокском заводе (Тверская область). Один - для непрерывных наблюдений всех необходимых показателей, другой - химическая лаборатория для анализа проб воздуха и аэрозолей, детального контроля загрязненности приземного воздуха и частично вод, почвы, растительности на химический, изотопный, биологический состав. Поэтому во время стоянок передвижная обсерватория будет играть роль базовой станции GAW, а в движении - давать крайне важные сведения о пространственной структуре полей примесей, их эмиссиях и стоках, процессах переноса и химической трансформации.

Вместе с тем на территории России ученые выделили 11 эколого-климатических областей, где химическое состояние воздушной среды с большой достоверностью близко к однородному. И в каждой из них требуется по одной хорошо оснащенной региональной станции, в качестве которых после дооборудования можно использовать уже действующие. Так, одна из старей-

стр. 24

ших лабораторий нашей страны - станция Ловозеро Полярного геофизического института РАН (Кольский полуостров) - расположена в лесотундре, на берегу водохранилища, давшего ей имя. Ближайший населенный пункт - поселок с тем же названием - находится в 5 км. Промышленных предприятий в окрестностях нет, дальний перенос загрязнений возможен сюда лишь из городов Ревда, Апатиты, Мончегорск, Мурманск, расположенных к западу и северо-западу от Ловозера. Сейчас тут ведут непрерывные измерения содержания и вертикального распределения диоксида азота, приземного озона, потоков ультрафиолетовой радиации, некоторых метеорологических и большого числа других параметров, характеризующих гелиогеофизические процессы в полярной атмосфере. Зимой наблюдают за вертикальным распределением озона в стратосфере и мезосфере*. Станция входит в сеть GAW по исследованиям приземного озона.

Следующая аналогичная отечественная лаборатория - Звенигород - размещена в лесной местности, в 40 км к юго-западу от Москвы. Выносы сюда из столицы отмечены в течение всего 15% времени за год, вот почему в будущем здесь возможен биоклиматический полигон и контроль дальнего переноса из Европы. С 1974 г. тут непрерывно фиксируют общее содержание в столбе воздуха углекислого газа, метана, с 1990-го - аэрозоля, вертикальных профилей диоксида азота, потоки солнечной радиации и пропускание атмосферы. Существенно и то, что данная станция может работать в паре с расположенной в 60 км от нее к юго-юго-западу Обнинской, имеющей высотную метеорологическую мачту. Те же задачи в Москве выполняет станция Воробьевы горы, функционирующая на территории МГУ им. М. В. Ломоносова (кстати, в промежутках между поездками упомянутая выше передвижная обсерватория пользуется ее приборами). С февраля 2002 г. на ней налажен постоянный контроль основных примесей - озона, оксидов азота, углерода и серы, углеводородов, аэрозолей. А все необходимые радиационные и метеорологические параметры измеряют на находящейся рядом метеостанции МГУ.

ПРОЕКТ GAW TROICA

Потребность мирового научного сообщества в информации о выбросах и циклах движения атмосферных примесей в Северной Евразии достаточно высока. Поэтому

* Мезосфера - слой атмосферы на высоте 50 - 85 км, над стратосферой. Характеризуется понижением температуры с высотой от 0 на нижней границе до -90°С на верхней (прим. ред.).

стр. 25

в ближайшее время, пока не сформирована российская система мониторинга атмосферы, целесообразно развернуть исследования в рамках самостоятельного проекта (под эгидой Всемирной метеорологической организации) "Трансконтинентальные наблюдения атмосферной химии" (Transcontinental Observations Into the Chemistry of the Atmosphere - GAW TROICA). Он будет базироваться на уже действующих у нас станциях и передвижной обсерватории. Включение последней в сферу ответственности Всемирной метеорологической организации будет способствовать вовлечению в эту работу ведущих зарубежных и отечественных научных коллективов.

Пересекая большие территории России, не оказывая собственного влияния на состав атмосферы (в отличие от автомобильных лабораторий), наш поезд-обсерватория дает уникальные сведения о пространственном распределении и интенсивности отечественных городских и промышленных эмиссий, химических процессах в их шлейфах, воздействии загрязнений на природную среду в сельской местности. Благодаря этому метеорологические и гидрологические службы многих стран, в частности евразийских, получат информацию об антропогенных и природных источниках вредных выбросов, процессах их дальнего переноса и фотохимической трансформации, что позволит прогнозировать экстремальные экологические ситуации, изменение состава воздуха, ультрафиолетовой освещенности, радиационного баланса и климата Земли.

Permanent link to this publication: