Угарный газ в окружающем воздухе
Откуда он появился и что означают резонансные картинки на общедоступных сайтах?
Во второй половине октября украинцы были встревожены сообщениями о повышении на больших территориях в пределах страны количества угарного газа в воздухе. Картинки, похожие на ту, что приводится ниже с сайта Windy, широко разошлись в соцсетях. Некоторые запаниковали. Предлагаем разобраться с тем, что же все это значит.
Читайте также
Рисунок – Карта концентрации угарного газа 1 ноября 2019 г., 02:00, по данным сайта Windy.com.
Откуда появился угарный газ в воздухе
Во-первых, не стоит паниковать, потому что концентрация, подобная той, что отмечена на рисунке, соответствует значению около 0.9 мг/м3, что еще далеко от предельно допустимой концентрации угарного газа (5 мг/м3). С другой стороны, спрогнозированная моделью цифра почти в 10 раз больше фоновых концентраций этого вещества (около 0.1 мг/м3). Поскольку сервис Windy пользуется данными европейской моделирующей системы CAMS, то приведенные значения представляют собой средние концентрации в вычислительных ячейках системы, площадь которых в настоящее время составляет около 12 км2. На примере данных измерений Центральной геофизической обсерватории (ЦГО), с которыми можно ознакомиться на сайте этой организации, можно убедиться в том, что концентрация угарного газа очень сильно меняется в пределах Киева. Ведь в городах всегда много локальных источников, которые приводят к повышенным уровням локального загрязнения и не могут быть точно учтены в глобальной модели, которой является CAMS. А значит, локальные уровни загрязнения могут быть значительно выше тех концентраций, которые показывает сайт Windy. Например, 18 октября, концентрация угарного газа в Киеве, по данным ЦГО, достигала 4.9 мг/м3. Следовательно, хотя уровни загрязнения, которые прогнозировал сайт Windy и не свидетельствуют о катастрофической ситуации,их нельзя игнорировать, особенно когда повышенные по сравнению с фоном концентрации прогнозируются на больших территориях, как показано на рисунке.
Каковы же источники отмеченных высоких уровней угарного газа на территории Украины?
На мой взгляд, их несколько.
- Во-первых, в украинских городах, помимо автотранспорта, действуют достаточно мощные промышленные источники загрязнений, в т.ч. и угарного газа. Например, в Киеве это ТЭЦ, мусоросжигающий завод «Энергия» и другие.
- Во-вторых, в Украине в теплое время года, в том числе и в этом году, бывает много пожаров – лесных, торфяных, пожары на мусорных свалках.
На рисунке, показывающем пожары в Европе за 31 октября 2019 года по спутниковым данным, Украина ярко выделяется по количеству пожаров по сравнению другими европейскими странами. И это не исключение, а скорее правило для теплой и сухой осени. Спутники фиксируют только достаточно большие по площади пожары, но к ним прибавляются еще множество мелких костров, которые устраивают люди, сжигающие листья. В сентябре 2015 года лесные пожары привели к сильному загрязнению многих украинских городов. И в тогдашнем интервью телеканалу ТСН я обратил внимание, что по концентрациям угарного газа, вызванных именно пожарами, Украина регулярновыделяется на фоне остальных европейских стран. Но тогда подобные расчеты были доступны только специалистам, они не были представлены на общедоступных сайтах погоды, поэтому информация не вызвала большого резонанса.
- Третья причина - метеорологическая.
Октябрь этого года характеризуется необычайно устойчивой антициклонической циркуляцией и вызванной ею маловетреной сухой погодой. Слабый ветер естественно способствует застойным явлениям и повышению уровня загрязнения. Но это еще не все. Высушенная поверхность Земли сильнее остывает ночью по сравнению с окружающим воздухом. В результате образуются более сильные, чем обычно, приземные инверсии, из-за которых загрязнители не перемешиваются (подробнее об инверсиях смотрите в статье Что такое фотохимический смог и чем он опасен ). Именно поэтому на картинках сайта Windy наибольшие концентрации появляются именно ночью.
Рисунок – карта пожаров на территории Европы 31 октября 2019 года по спутниковым данным MODIS и VIIRS, представленными на сайте COPERNICUS.
Рисунок – синоптическая карта Британской службы погоды MetOffice.
Несколько слов о системе CAMS, данные расчетов которой мы обсуждаем. Это система моделирования нескольких загрязнителей: тропосферного озона (O3), оксида и диоксида азота (NO, NO2), диоксида серы (SO2), угарного газа (CO), мелкодисперсных частиц, аммиака (NH3), общего количества неменатновых летучих органических соединений. В основе этой системы лежат расчеты семи моделей распространения загрязнений, и она сопровождается специалистами из двух десятков европейских организаций. Система работает в двух режимах: реанализа и прогноза. Реанализ - это когда система пытается с учетом имеющихся измерений восстановить как можно точнее временную историю загрязнения за исторический период на трехмерной сетке модели, покрывающей всю тропосферу. В наши дни результаты расчетов реанализа очень точны, поскольку в них учитываются не только данные прямых измерений загрязнителей, но и данные спутникового мониторинга некоторых из этих веществ. Спутник Sentinel-5P, запущенный в 2017 г., передает данные по содержанию в атмосфере шести веществ, в т.ч. по угарному газу, диоксидам азота и серы. Горизонтальное разрешение спутниковых данных даже выше, чем у модели, но, в отличие от модели, которая описывает изменение содержания веществ по вертикали, спутник измеряет общее содержание каждого вещества в вертикальной колонке атмосферы. За счет использования спутниковых данных и других усовершенствований, данные реанализа модели CAMS считаются очень точными и зачастую заменяют исследователям измерения. В прогнозном режиме расчета в результаты модели вносятся дополнительные погрешности, в первую очередь, связанные с необходимостью задания характеристик источников загрязнений.
Надеемся, что эта статья поможет читателям сайта Метеопрог лучше понимать данные расчетов моделей атмосферных загрязнений, которые появляются в Интернете. Не будем забывать также, что загрязнение воздуха напрямую зависит от нашего сознательного отношения к природе.
Автор статьи: Иван Ковалец - доктор технических наук, зав. отделом Информатики окружающей среды ИПММС НАН Украины.
