Качество приземного воздуха в Московском мегаполисе и его недельный цикл

Контроль качества воздуха является важной задачей в крупных городах, где находится огромное скопление автотранспорта, промышленности, ТЭС, выбрасывающих вредные для здоровья горожан примеси, такие как CO, SO2, NOx, PM10, CH4.
Москва - один из крупнейших мегаполисов мира, по данным за 2014 год её население составило 12,1 миллиона человек, расположена на Восточно-Европейской равнине. Для осуществления оценки состояния воздуха в мегаполисе используются данные спутниковых наблюдений, валидация которых необходима для принятия обоснованных решений в зависимости от сложившейся ситуации.
В данной работе был систематизирован и проанализирован набор данных в период с 2005 по 2014 гг. сети наземных измерительных пунктов ГПГУ «Мосэкомониторинг», созданной в июне 2001 года в Москве, число станций с каждым годом увеличивается и на сегодняшний день превышает значение 30 для рассмотренных в работе загрязняющих примесей. Автоматические станции равномерно распределены по городу, часть из них расположена рядом с источниками загрязнения, для контроля выбросов, также за чертой города были созданы две станции: Звенигород с западной наветренной стороны для оценки фоновых значений концентраций и Павловский Посад с восточной подветренной стороны, для выявления доли загрязнения региона Москвой. Измерения проводились круглосуточно, каждые 20 минут, после усреднения концентраций CO, SO2, NOx, PM10, CH4 была получена секторная структура распределения примесей по городу, среднегодовые значения, позволяющие изучить долговременные изменения состава атмосферы города, построив тренды среднегодовых концентраций, показывающие, насколько увеличилось или уменьшилось количество примеси за последние 10 лет. Для изучения кратковременных изменений были построены сезонные и суточные вариации.
В качестве основного критерия оценки качества воздуха в Москве был выбран индекс загрязнения MPI (multi-pollutant index), для его расчета использовалась среднегодовая концентрация CO, SO2, NO2, PM10 и их предельно допустимые концентрации. [1, 2] Индекс загрязнения характеризует отклонение содержания примеси в воздухе мегаполиса от предельно допустимого значения, чем он меньше, тем чище атмосфера города.
С использованием данных «Мосэкомониторинга» был получен тренд MPI по 4 компонентам CO, SO2, NO2, PM10, характеризующий его временную изменчивость за период с 2005 по 2014 год, а также его пространственная структура.
Для оценки антропогенного влияния на содержание малых газовых составляющих в приземном слое Московского мегаполиса, были рассчитаны недельные вариации для примесей с помощью метода наложенных эпох, а по ним определялись недельные вариации индекса загрязнения MPI.
Для валидации спутниковых наблюдений могут быть использованы концентрационные поля загрязняющих примесей, полученные в результате расчетов химико-транспортной модели SILAM. Результаты, полученные в данной работе, позволили оценить эмиссии Московского мегаполиса, которые были необходимы для проведения расчетов с помощью модели. Эмиссии задавались с шагом 0.1 градуса по долготе и 0.05 градуса по широте для Москвы, а для граничных условий были использованы эмиссии для Европейского региона инвентаризации TNO. Для полученных полей концентраций были рассчитаны недельные вариации примесей в приземном слое в период январь 2014 года и июль 2014 года, когда наблюдалась антициклональная погода. Результаты моделирования недельного цикла были сравнены со значениями, полученными при осреднении за соответственный период данных сети «Мосэкомониторинг».
Работа выполнена при поддержке РФН грант 16-17-10275.