Войти на сайт
МЕЖДУНАРОДНЫЕ ЕЖЕГОДНЫЕ КОНФЕРЕНЦИИ
"СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ДИСТАНЦИОННОГО
ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ ИЗ КОСМОСА"
(Физические основы, методы и технологии мониторинга окружающей среды, природных и антропогенных объектов)

Девятнадцатая международная конференция «СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ ИЗ КОСМОСА (Физические основы, методы и технологии мониторинга окружающей среды, потенциально опасных явлений и объектов)»

XIX.B.74

Математическое моделирование пространственно-временного распределения эмиссий NO2 от локального антропогенного источника на базе данных наблюдений
ГСА / Ресурс-П и оценки эмиссий

Давыдова М. А. (1), Еланский Н. Ф. (2), Захарова С. А. (1), Лукьяненко Д. В. (1), Постыляков О.В. (2), Боровский А.Н. (2)
(1) МГУ имени М.В. Ломоносова, физический факультет, Москва, Россия
(2) Институт физики атмосферы имени А. М. Обухова РАН, Москва, Россия
Высокое пространственное разрешение нового метода восстановления полей концентраций диоксида азота в тропосфере на базе данных наблюдений ГСА “Ресурс - П” [1] позволяет выявлять локальные стационарные источники антропогенного загрязнения и их шлейфы. Это дает определенные возможности в получении достоверных прогнозов и оценок эмиссий локальных антропогенных источников на основе методов математического моделирования.
В настоящей работе рассматривается новый подход к описанию миграций активных антропогенных примесей в атмосфере и получению оценок эмиссий антропогенных источников, основанный на разработке и использовании локальных динамических моделей типа реакция-диффузия-адвекция для эффективных прогностических уравнений. С целью восстановления параметров модели применяется численно-асимптотический подход [2, 3], использующий параметризованное асимптотическое приближение решения прямой задачи в ближней зоне источника (область радиусом < 1 км) при построении численного алгоритма решения обратной задачи по восстановлению параметров модели. Реализация алгоритма основана на использовании данных зондирования состава атмосферы Земли с российского спутника «Ресурс-П», полученных с рекордно высоким пространственным разрешением (2.4 x 2.4 км). Выполнена оценка эмиссий антропогенного вещества (диоксида азота) от конкретного локального источника (предприятие на территории КНР), составлен прогноз распространения примеси и получена оценка времени покрытия территории шлейфом загрязнений. С целью валидации результатов моделирования используются альтернативные химико-транспортные модели и натурные данные.
Применение рациональной математической модели, функциональный вид которой согласован по сложности с объемом имеющихся натурных данных, и численно-асимптотического подхода в сочетании с данными высокоточного космического мониторинга позволяет в короткое время выполнить оценку выбросов окислов азота промышленными предприятиями. Это открывает широкие перспективы для оперативного мониторинга локальных загрязнений атмосферы с целью получения достоверных входных данных для региональных химико-транспортных моделей типа SILAM [4] и METI-LIS [5], повышения эффективности их использования и предупреждения экстремальных ситуаций, связанных с ухудшением качества воздуха в регионах с высокой степенью антропогенного загрязнения.
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (коды проектов 18-29-10080 и 20-05-00826).

Ключевые слова: сингулярно возмущенные модели реакция-диффузия-адвекция, асимптотические методы, обратные задачи по восстановлению параметров модели, оценка эмиссий загрязняющих примесей, высокоточная спутниковая съемка тропосферного NO2
Литература:
  1. Postylyakov O.V., A.N. Borovski, A.A. Makarenkov. First experiment on retrieval of tropospheric NO2 over polluted areas with 2.4-km spatial resolution basing on satellite spectral measurements. // Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering. 2017. V. 10466. P.104662Y-8.
  2. Davydova M. A., Elansky N. F., Zakharova S. A., Postylyakov O. V. Application of a numerical-asymptotic approach to the problem of restoring the parameters of a local stationary source of anthropogenic pollution / // Doklady Mathematics. — 2021. — Vol. 103, no. 1. — P. 26–31.
  3. Zakharova S. A., Davydova M. A., Lukyanenko D. V. Use of asymptotic analysis for solving the inverse problem of source parameters determination of nitrogen oxide emission in the atmosphere // Inverse Problems in Science and Engineering. — 2021. — Vol. 29, no. 3. — P. 365–377.
  4. System for Integrated modeLling of Atmospheric composition. — 2019. — URL: http://silam.fmi.fi/index.html.
  5. Modeling results of atmospheric dispersion of NO2 in an urban area using METI–LIS and comparison with coincident mobile DOAS measurements / C. M. Dragomir [et al.] // Atmospheric Pollution Research. — 2015. — Vol. 6, no. 3. — P. 503—510.

Технологии и методы использования спутниковых данных в системах мониторинга

84