Технология оценки интенсивности выбросов диоксида азота крупными локализованными источниками по данным TROPOMI с учётом метеоусловий

Задача мониторинга качества воздуха становится всё актуальнее из-за растущего антропогенного воздействия. Особое внимание уделяется крупным городам, промышленным предприятиям, транспортным артериям, где основным загрязнителем является токсичный газ - диоксид азота (NO₂). Необходимо осуществлять постоянный мониторинг таких объектов, оценивать выбросы от них в динамике. Но для корректной оценки эмиссии необходимо учитывать множество факторов, в том числе условия наблюдения. В настоящей работе предлагается технология оценки выбросов диоксида азота от крупных локализованных источников на территории России с использованием данных прибора TROPOMI спутника SENTINEL-5P (Copernicus Sentinel-5P (processed by ESA), 2021) и учётом метеоусловий: температуры и скорости ветра (Copernicus Climate Change Service, Climate Data Store, 2023).
В работе решается задача выделения стационарных источников загрязнения, определения их центров, установления границ для анализа, а также оценки локального значения фоновой концентрации для каждого источника. Для идентификации источников и их центров применён пороговый метод с использованием многолетнего «безветренного» композитного изображения с концентрацией диоксида азота, при создании которого учитывались только пиксели со скоростью ветра не выше 1,5 м/с (Бриль и др., 2024). Подход заключается в выделении кластеров пикселей, значения концентрации в которых превосходили заданный порог. Итеративный анализ с изменяющимися пороговыми значениями позволил выявить уникальные источники загрязнения различной интенсивности (Константинова и др., 2024). Среди всех источников определены локализованные, эмиссию от которых легко разделить, и они не оказывают влияния на выбросы друг друга. Рассматриваются подходы определения границ для анализа мощности источника также на основе многолетнего композитного «безветренного» композитного изображения.
Важным моментом при анализе эмиссий является учёт периода наблюдения, так как наблюдаются завышенные значения концентрации NO₂ в зимние месяцы, связанные с увеличенным временем жизни рассматриваемого газа. Это приводит к тому, что на спутниковых данных наблюдается накопленная концентрация, а не текущий выброс от источника. В связи с этим, для оценки эмиссий точечных источников и сравнения их с друг другом предлагается оценивать концентрацию только в летний период. При анализе пространственного распределения средних концентраций NO₂ в дни с разной скоростью ветра, установлено, что при анализе выбросов источника в фиксированных границах в периоды сильного ветра часть эмиссии оказывается недооцененной. В работе предлагаются подходы учёта выноса выбросов диоксида азота из рассматриваемых границ источника. Результаты показывают, что значительная часть эмиссии уносится ветром, и без учёта данного фактора невозможно обеспечить сопоставимость источников, поскольку они находятся в различных условиях наблюдения. В результате сформированы рейтинги крупных источников на территории России по уровню атмосферного загрязнения диоксидом азота, а также проанализирована динамика выбросов в межгодовом разрезе.
Работа выполнена при поддержке темы «Эмиссия» (госрегистрация № 125111112878-8) с использованием инфраструктуры Центра коллективного пользования «ИКИ-Мониторинг» (Лупян и др., 2019)