Технология оценки интенсивности выбросов диоксида азота крупными локализованными источниками для 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). Поэтому очень важно 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 с использованием данных прибора TROPOMI спутника SENTINEL-5P (Copernicus Sentinel-5P (processed by ESA), 2021) и учётом метеоусловий, в первую очередь скорости ветра (Copernicus Climate Change Service, Climate Data Store, 2023).
На первом этапе формулируется задача выделения стационарных источников загрязнения, определения их центров, установления границ и оценки фонового уровня концентрации для последующего вычисления статистических параметров. Для идентификации источников и их центров применён пороговый метод с использованием многолетнего композитного изображения концентрации диоксида азота в безветренные дни, учитывающего только пиксели со скоростью ветра не выше 1,5 м/с (Бриль и др., 2024). Технология заключалась 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). Центром каждого источника выбран пиксель с максимальной концентрацией. Среди всех источников определены локализованные, эмиссию от которых легко разделить, и они не оказывают влияния на выбросы друг друга. Границы источников определялись кругами фиксированного радиуса, который совместно с фоновым уровнем концентрации также установлен на основе композитных данных по безветренным дням. Для этого оценивались средние значения концентраций в кольцах, и радиус кольца, начиная с которого средняя концентрация переставала расти, и определил границы источника, а фон определялся как средняя концентрация, выходящая на плато.
При анализе пространственного распределения средних концентраций NO₂ на композитных изображениях, рассчитанных для различных диапазонов скорости ветра, установлено, что при оценке мощности источника выбросов в фиксированных границах в дни с сильным ветром часть эмиссии оказывается недоучтённой, поскольку загрязняющие вещества распространяются на значительно большие территории вокруг источника. В связи с этим, для корректного определения мощности источников и их количественного ранжирования при использовании стационарных границ необходимо введение поправочного коэффициента, учитывающего скорость ветра. Для расчёта данного коэффициента были построены зависимости средних выбросов диоксида азота от скорости ветра для каждого изучаемого источника, а также определён характер уменьшения величины выбросов с ростом скорости ветра. С учётом полученных зависимостей восстановлены значения ежедневных выбросов от каждого источника, агрегированные далее на месячные и годовые интервалы, что позволило составить рейтинги крупных и промышленных городов России по уровню загрязнению атмосферы, оценить динамику выбросов в межгодовом разрезе.
Работа выполнена при поддержке темы «Эмиссия» (госрегистрация № 122101700045-7).