Выделение стационарных источников загрязнений атмосферы на территории России с использованием возможностей ЦКП «ИКИ-Мониторинг»

В настоящее время одной из важных задач является определение источников и количества выбросов загрязняющих веществ в атмосферу. Для её решения могут быть эффективно задействованы спутниковые данные, позволяющие получать объективную информацию о состоянии атмосферы на больших территориях.
Для мониторинга состояния воздуха в информационной системе Вега-Science (http://sci-vega.ru/, семейство Созвездие-Вега), функционирующей на базе Центра Коллективного Пользования ЦКП «ИКИ-Мониторинг» (http://ckp.geosmis.ru/) предоставляется доступ к информационным продуктам концентрации газовых веществ (Бриль и др., 2023) по данным спутника Sentinel-5P (прибор TROPOMI) (Copernicus Sentinel-5P (processed by ESA), 2021). Настоящая работа посвящена выделению источников выбросов в атмосферу, в частности диоксида азота (NO2), с помощью данных информационных продуктов. Поскольку NO2 – газ, распространяющийся на десятки километров от источника по направлению ветра, его концентрация над источником будет сильно зависеть от метеорологических условий. Чтобы локализовать стационарные источники выбросов были проведены работы по созданию композитного изображения с усреднённым значением концентрации только в те дни, когда наблюдались стабильные синоптические условия, в частности, отсутствие ветра. Учитывалась информация только за летний период (с мая по октябрь), когда наблюдается наибольшее покрытие данными, в том числе в северных широтах, а также минимальное время жизни газа. При этом за один сезон таких дней и, как следствие, измерений оказалось незначительное количество, поэтому на сезонных композитных изображениях помимо постоянных источников выделялись лесные пожары, представляющие собой природные источники выбросов NO2. Чтобы исключить такие шумы как пожары, было создано единое композитное изображение за весь период миссии Sentinel-5P (TROPOMI), начиная c 2018 по 2023 год. Для выделения непосредственно самих источников по полученному изображению, был применён пороговый подход, при котором выделялись кластеры пикселей, в которых значение превышало выбранный порог. Первоначальные попытки определения границ источника по порогу концентрации приводили к выделению в некоторых случаях слишком больших районов, где могло находиться несколько источников загрязнений. Поэтому была построена классовая карта источников в зависимости от выбираемого порога. На первом шаге выделялись наиболее крупные источники высоким порогом, для каждого следующего более низкого порога выделенные на предыдущем шаге области исключались, что позволило решить проблему объединения источников.
В результате анализа выделенных областей были выявлены источники выбросов NO2, которые можно разделить на несколько типов: города-миллионники и крупные города, где основным источником выбросов является автотранспорт; промышленные города с предприятиями металлургической и химической промышленности; города и рабочие посёлки при ГРЭС и цементных заводах. В докладе приводятся рассчитанные статистические данные по источникам в межгодовом и ежемесячном разрезе.
Следует отметить, что представленный в настоящей работе подход применим для выделения стационарных источников выбросов не только NO2, но и других загрязняющих веществ.
Работа выполнена при поддержке темы «Эмиссия» (госрегистрация № 122101700045-7).
Работа выполнена с использованием возможностей ЦКП «ИКИ-Мониторинг» (Лупян и др. 2019), включая УНУ «Вега - Science» (Лупян и др., 2021), функционирование и развитие которого осуществляется при поддержке Минобрнауки (тема «Мониторинг» № 122042500031-8).