Влияние Московского мегаполиса на состав и состояние региональной атмосферы

Московский мегаполис входит в число 20-ти самых крупных мегаполисов мира. Интенсивные выбросы в атмосферу загрязняющих веществ оказывают воздействие не только на состояние атмосферы над мегаполисом, но и далеко за его пределами. К настоящему времени накоплена большая информация о химическом составе и термодинамическом состоянии атмосферы над Москвой и ее окрестностями. Участники проекта, как представители организаций, в течение многих лет ведущих мониторинг атмосферы, имеют доступ ко всей собранной информации. Появляется возможность в рамках проекта провести комплексный анализ данных и исследовать сложные процессы взаимного влияния изменений состава атмосферы и ее термодинамического состояния в условиях меняющейся городской инфраструктуры и климата. Общая оценка изменения регионального климата может быть получена по метеорологическим измерениям на Метеообсерватории МГУ и на сети московских метеорологических станций (данные о температуре воздуха с 1779 г.). Для определения на этом фоне тонкой структуры пограничного слоя атмосферы (ПСА) и высоты слоя перемешивания будут использованы данные микроволнового акустического зондирования вертикальных профилей температуры и ветра, а также результаты прямых измерений на телевизионной башне в Москве и высотной мачте в Обнинске. Привлечение данных, полученных на станциях Московской области, на мобильной железнодорожной лаборатории (эксперименты TROICA 1995-2010 гг.) и со спутников, открывают возможность изучить вертикальную и пространственную структуру «острова тепла» и ее зависимость от времени суток и сезона. Для определения механизма формирования «острова тепла» будут проведены расчеты антропогенных и турбулентных потоков тепла, поглощения уходящего ИК излучения парниковыми газами и приходящей солнечной радиации аэрозольной дымкой.

Впервые для изучения пространственной и временной изменчивости ключевых газовых примесей и аэрозолей в приземном слое атмосферы будет привлечен весь массив данных, полученных в Московском регионе на станциях Росгидромета, Мосэкомониторинга, ИФА РАН, НПО «Тайфун», МГУ. Это позволит проследить изменения качества воздуха в 2000-е годы, достоверно выделить недельный цикл в загрязненности городской атмосферы и определить условия возникновения экстремальных ситуаций. Особый акцент будет сделан на оценке эмиссий газов CO, NOx, CH4 и SO2 от городских источников. Будут разработаны методики определения эмиссий по дистанционным измерениям ослабления прямого или рассеянного солнечного излучения, прошедшего через шлейф загрязненного воздуха. Специальные измерения будут проведены в районе московских ТЭЦ и крупных автомагистралей. Будут применены и другие подходы: с использованием бокс-модели и временной изменчивости интегрального содержания СО и NO2 в вертикальном столбе. Полученные среднемесячные и среднегодовые значения эмиссий будут использованы в диагностических и прогностических химико-транспортных моделях COSMO-ART и SILAM.

На Звенигородской научной станции ИФА РАН будут проводиться измерения аэрозоля методами фотометрии и спектронефелометрии. По данным измерений восстанавливается микроструктура аэрозоля, радиационно- и климатически- значимые параметры. Одновременно с аэрозолем, будут проводиться наблюдения содержания в вертикальном столбе СО, NO2 ,CH4 , HCHO на ЗНС и концентрации парниковых газов CO2 , N2O, CH4 , CO, H2O на разных высотных уровнях на мачте в Обнинске. Ассимиляция этих данных и обратное моделирование с помощью химико-транспортной модели COSMO-Ru-ART позволит установить соотношение между эмиссиями газов и аэрозоля и оценить степень воздействия Москвы на региональную фотохимическую и климатическую системы. Модель COSMO-Ru-ART адаптирована к использованию на суперкомпьютере ГМЦ. В качестве начальных и граничных данных обычно используются результаты расчетов на глобальной модели ICON, а значения эмиссий – из базы данных инвентаризации TNO. Данные наблюдений концентрации примесей, общего их содержания в столбе и рассчитанные значения эмиссий должны существенно повысить качество модельных экспериментов, что позволит провести коррекцию базы данных TNO и других инвентаризаций , которые для России построены по косвенным данным о плотности населения, потреблении топлива и т.д. Также будет реализована возможность валидации спутниковых наблюдений загрязняющих и парниковых газов и аэрозолей.