Мониторинг естественных эмиссий газовых примесей на территории Сибирского и Дальневосточного Федеральных округов в атмосферу на основе космических данных

Для мониторинга загрязнений атмосферы, которые воздействуют на газовый баланс и приводят к изменениям в климатических процессах как на региональном, так и на глобальном уровне, перспективно применение космических методов и средств. Разработка новых методов и технологических решений для обработки и анализа спутниковых данных позволяет осуществлять оценку объемов естественных газовых примесей, а также исследовать сезонную и многолетнюю изменчивость их распространения. Изучение механизмов воздействия природных процессов на динамику газового состава атмосферы является важной задачей для выявления глобальных и региональных изменений климата.
В настоящее время природные пожары рассматриваются как один из важнейших факторов, влияющих на состав атмосферы. Основными источниками естественных эмиссий углеродсодержащих газовых компонент и аэрозолей на территории Северной и Восточной Евразии являются природные пожары в лесах бореальной зоны, основная часть которых приходится на территорию Российской Федерации (Бондур, 2011, 2015). Применение космических данных и оценка на их основе объёмов эмиссий, поступивших в атмосферу вследствие природных пожаров, обеспечивает эффективный мониторинг, вне зависимости от пространственных масштабов районов исследования (Бондур, 2010, 2011, 2015).
Метан, моно- и двуокись углерода являются одними из наиболее значимых газов, влияющих на радиационный баланс атмосферы. Сезонные изменения их концентраций в атмосфере подвержены влиянию погодных условий, гидрологии, характеристик экосистемы и топографии конкретного региона.
В настоящей работе были разработаны методы обработки данных космического мониторинга, характеризующих изменчивость параметров воздушной среды при различных природных и антропогенных процессах, воздействующих на экосистемы.
Для оценки объёмов эмиссий углеродсодержащих газовых примесей (CO, CO2), обусловленных природными пожарами, был использован метод, учитывающий площади, пройденные огнем, плотность распределения биомассы, полноту сгорания биомассы и эмиссионные коэффициенты (Seiler, Crutzen, 1980; Бондур, 2011, 2015; Бондур, Гинзбург, 2016; Бондур, Чимитдоржиев, 2008). Получение необходимой информации об очагах пожаров и площадях территорий, пройденных огнём, обеспечивается системой космического мониторинга природных пожаров, разработанной в НИИ «АЭРОКОСМОС» (Бондур, 2011, 2015). На основе результатов обработки космической информации и привлечения дополнительных данных с помощью разработанных программных средств производится расчёт объёмов эмиссий малых газовых компонент и мелкодисперсного аэрозоля для исследуемой территории (Бондур, 2011, 2014, 2015). Для построения карт распределения концентраций CO, CO2 и CH4 используются данные надирных спутниковых измерений прибора AIRS (КА AQUA).
В качестве тестовых участков для исследования были выбраны территории Сибирского и Дальневосточного Федеральных округов, ввиду характерного для них широкого распространения природных пожаров как крупных источников CO и CO2 (Бондур, Гинзбург, 2016), (Бондур, 2015; Бондур, Гинзбург, 2016; Бондур, Чимитдоржиев, 2008), а также наличию обширной площади заболоченных районов, которые в свою очередь эмитируют CH4. Для этих регионов осуществлен космический мониторинг состояния воздушной среды и были проанализированы особенности пространственного распределения CO2, CO и CH4.
В результате исследований произведена оценка объемов газовых примесей CO и CO2 за пожароопасный период 2014-2015 гг., построены карты распределения их концентраций, а также карты распределения концентраций метана (CH4) в 2015 гг. для территории Сибирского и Дальневосточного Федеральных округов. Анализ полученных результатов позволил выделить особенности среднемесячных вариаций концентраций этих вредных примесей при сопоставлении с информацией о распределении пожаров на исследуемых территориях и объемах эмиссий от них, что позволило более детально исследовать пути влияния химических процессов на атмосферу в результате поступления больших объемов газовых примесей от природных источников в атмосферу.
Исследования проведены при финансовой поддержке Минобрнауки России (уникальный идентификатор проекта RFMEFI58614X0004).