Самолет— лаборатория ТУ-134 «Оптик»/Ан-30 «Оптик-Э»
Самолет— лаборатория ТУ-134 «Оптик»/Ан-30 «Оптик-Э»
Международный
Выявление скачкообразного усиления роста концентрации углекислого газа над территорией Западной Сибири и особенностей переноса примесей в Сибирском регионе, включая их поступление в Арктику.
Проголосовало:
Поделиться в соц. сетях:

Авторы проекта:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева Сибирского отделения Российской академии наук (ИОА СО РАН)

Номинация:

Научное достижение

Наименование проекта:

Самолет— лаборатория ТУ-134 «Оптик»/Ан-30 «Оптик-Э»

«Выявление скачкообразного усиления роста концентрации углекислого газа над территорией Западной Сибири и особенностей переноса примесей в Сибирском регионе, включая их поступление в Арктику.»

Описание проекта:

Самолет-лаборатория Ту-134 «Оптик»/Ан-30 «Оптик-Э» предназначен для крупномасштабных исследований вертикального распределения основных малых газовых составляющих атмосферы и аэрозолей, оптических и метеорологических параметров воздуха, подстилающей поверхности, включая водную. Он оснащен современным научным измерительным комплексом локальных и дистанционных средств диагностики окружающей среды, что позволяет решать широкий круг экологических задач: от исследований трансграничного и регионального переноса загрязняющих средств до паспортизации отдельных источников загрязнений на территории городов, поиска утечек газо— и нефтепродуктов, регистрации очагов загрязнений подстилающей поверхности и очагов лесных пожаров.

Преимущества: Вспомогательные системы самолета обеспечивают научное оборудование энергопитанием, метрологическим обеспечением, поддерживают соответствующие климатические условия в салоне для их работы и обслуживающего персонала. Самолет-лаборатория полностью автономен, что позволяет сопровождать изучаемое атмосферное явление на расстоянии в тысячи километров и следить за эволюцией его характеристик. По своим базовым характеристикам «Оптик» соответствует лучшим зарубежным аналогам, имеющимся в США: WP-3D «Orion» (NOAA), «Electra» (NASA).Аналогов в России нет. Рабочий диапазон высот 0—12000 м, дальность 2700—3400 км. Технические решения защищены 4 патентами России.

Награды: Дипломы Международных выставок, медаль конкурса «СИБИРСКИЕ АФИНЫ», (выставка-конгресс «Средства и системы безопасности. Антитеррор. IT-технологии. Системы телекоммуникаций и связи», 2017)

География проекта:

Территория России. Преимущественно: Арктика, Западная и Восточная Сибирь.

Цели и задачи:

Одной из основных целей проекта является мониторинг изменений парниковых газов, определяющих радиационный баланс Земли и климатические изменения на планете. Самолет-лаборатория позволяет решать широкий круг экологических задач: от исследований трансграничного и регионального переноса загрязняющих средств до паспортизации отдельных источников загрязнений на территории городов, поиска утечек газо— и нефтепродуктов, регистрации очагов загрязнений подстилающей поверхности.

Итоги реализации:

На основании уникального мониторинга вертикального распределения парниковых и окисляющих атмосферу газов, выполняющегося ежемесячно, над одним и тем же районом, начиная с 1997 года по настоящее время, показано, что многолетний тренд концентрации СО2 и N2O во всей толще атмосферы сохраняется над Западной Сибирью с темпом 1.9 млн—1/год и

0.73 млрд—1/год соответственно. При этом зафиксирован очень бурный темп увеличения СО2 на высоте 500 метров, начавшийся в 2005 году и сохраняющийся в текущее время, который достигает 4 млн—1/год. Это может свидетельствовать о том, что биосфера не успевает поглощать избыток углекислого газа.

Анализ переноса примесей на территорию Сибири, выполненный по результатам оригинальных крупномасштабных лётных кампаний, позволил установить, что Уральские горы препятствуют проникновению примесей в районы Сибири, граничащие с ними. Поэтому трансграничный перенос примесей из Европы в Азию по прямым траекториям (вдоль круга широты) с запада на восток возможен только в свободной тропосфере, в слое выше 2 км. В пределах пограничного слоя атмосферы поступление примесей из Европы в Сибирь возможно только по траекториям, огибающим Уральские горы с севера или юга.

В холодный период года Сибирь является источником углекислого газа, а летом резервуаром для его стока. Наземные экосистемы Сибири являются источником метана, хотя в верхние слои тропосферы может поступать дополнительное его количество вследствие адвекции из других регионов, например, Ближнего Востока.

Вертикальные разрезы концентрации озона показали, что в нижней тропосфере имеет место конкуренция между фотохимическим образованием O3 in situ из газов предшественников и его стоком на поверхность; в свободной же тропосфере его содержание определяется стратосферно-тропосферным обменом и адвекцией. Формирование поля аэрозольных наночастиц в свободной тропосфере определяется процессами преобразований по типу газ-частица in situ (нуклеацией).

На основании исследования пересечения облаков самолетом-лабораторией исследовано распределение газов в их зоне. Оказалось, что в облаке происходит деструкция озона и растворение углекислого газа, а для угарного газа наблюдается обратный эффект — увеличение его концентрации в облаке. Величина деструкции озона в облаках составила в среднем

15 млрд—1, сток СО2 составил в среднем 4.7 млн—1. Рост концентрации оксида углерода 14.1 млрд—1. Оценка годового стока озона и диоксида углерода в облаках показала, что эти величины близки к их годовому балансу в тропосфере. Это указывает на необходимость учета таких механизмов при моделировании атмосферных процессов.

В 2017 году продолжался уникальный мониторинг вертикального распределения парниковых и окисляющих атмосферу газов над югом Западной Сибири. В ходе полетов воздух отбирался в стеклянные колбы на высотах 0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 3,0; 4,0; 5,5 и 7,0 км и анализировался затем в лаборатории Национального института исследования окружающей среды (Япония) с помощью газохроматографического метода. Полеты осуществляются ежемесячно (в третьей декаде месяца) в послеполуденное время в условиях безоблачной или малооблачной погоды, начиная с июля 1997 года по настоящее время. Место проведения зондирования постоянно и находится юго-западнее Новосибирска, для исключения влияния города. Полеты проводятся над массивом Караканского бора, расположенным вдоль правого берега Новосибирского водохранилища.

Обобщение данных показало, что многолетний тренд концентрации СО2 и N2O во всей толще атмосферы сохраняется над Западной Сибирью с темпом 1.9 млн-1/год и 0.73 млрд-1/год, соответственно. При этом, зафиксирован очень бурный темп увеличения СО2 на высоте 500 метров, , который достигает 2,5 млн-1/год. Это свидетельствует о том, что биосфера не успевает поглощать избыток углекислого газа и это может привести к усилению глобального потепления и катастрофическим последствиям для окружающей среды.

В рамках российско-французского проекта YAK-AEROSIB в июне 2017 года проведен эксперимент по определению эмиссии и переноса от предприятий нефтегазового комплекса Западной Сибири газовых и аэрозольных примесей воздуха по маршруту Новосибирск-Сургут-Норильск-Игарка-Новосибирск. Это позволило уточнить мощность источников примесей, что необходимо для моделирования процессов по химико-транспортным моделям. Анализ переноса примесей по территории Сибири позволил установить, что Уральские горы препятствуют проникновению примесей в районы Сибири, граничащие с ними. Поэтому трансграничный перенос примесей из Европы в Азию по прямым траекториям (вдоль круга широты) с запада на восток возможен только в свободной тропосфере, в слое выше 2 км. В пределах пограничного слоя атмосферы поступление примесей из Европы в Сибирь возможно только по траекториям, огибающим Уральские горы с севера или юга. Внутри региона зафиксирован с помощью лазерного локатора перенос аэрозоля из района Сургута в район Лесосибирска (Красноярский край). Полученные данные используются французскими коллегами для тестирования и усовершенствования разработанных ими химико-транспортнных моделей.

Научные результаты:

1. В ходе многолетних измерений обнаружен очень быстрый темп увеличения концентрации СО2 в пограничном слое атмосферы, достигающий величины 2,5 млн-1/год, в то время как глобальный не превышает 2,01 млн-1/год. Анализ возможных причин (выбросы предприятий, пожары, вырубки лесов, болезни, климатические изменения) не выявил причин ускорения процесса. Это свидетельствует о том, что биосфера уже не успевает поглощать избыток углекислого газа, выбрасываемого промышленностью. Очень плохой признак. Поскольку накопление углекислого газа в атмосфере может привести к усилению глобального потепления и катастрофическим последствиям для окружающей среды и экономики.

2. Анализ переноса примесей по территории России позволил установить, что Уральские горы препятствуют проникновению примесей в районы Сибири, граничащие с ними. Поэтому трансграничный перенос примесей из Европы в Азию по прямым траекториям (вдоль круга широты) с запада на восток возможен только в свободной тропосфере, в слое выше 2 км. В пределах пограничного слоя атмосферы поступление примесей из Европы в Сибирь возможно только по траекториям, огибающим Уральские горы с севера или юга. При этом, экранирование западного потока горами создает условия переноса примесей из Китая в Арктику.

3. Внутри региона с помощью лазерного локатора зафиксирован перенос от предприятий нефтегазового комплекса Западной Сибири аэрозоля из района Сургута в район Лесосибирска (Красноярский край), то есть на расстояние 2000 км. При этом, из-за неэффективного рассеяния шлейфы не распадаются, а сохраняют свою целостность на всем протяжении.

4. Зондирование вертикального распределения состава воздуха над акваторией Карского моря показало, что для углекислого газа характерен минимум концентрации в пограничном и приводном слоях. Это свидетельствует о том, что океан поглощает весь избыточный углекислый газ, принесенный с материка. Вертикальные профили концентрации метана не выявляют эмиссии газа с поверхности океана, что было зафиксировано в корабельных измерениях. Концентрация метана в приземном и пограничном слоях меньше, чем над континентом и прибрежными районами. В распределении оксида углерода и озона особых различий с другими районами не обнаружено. Имеются особенности в вертикальном распределении аэрозоля, которые заключаются в повышенном его содержании в верхней тропосфере и доминировании в химическом составе терригенных элементов. Это обусловлено дальним переносом частиц из регионов с открытой подстилающее поверхности.

5. Верификация спутниковых измерений в районе Арктики выявила ряд особенностей.

Оказалось, что для СН4 и СО2 характерно завышение концентрации в слое 0-8 км над континентальной частью Арктического региона и занижение над океаном. Завышение спутником концентрации метана над континентом составляет 28 млрд-1 в пограничном слое и резко возрастает в средней (182 млрд-1) и верхней (113 млрд-1) тропосфере. Занижение над океаном составляет в среднем 37 млрд-1 в пограничном слое, 73 и 71 млрд-1 в средней и верхней тропосфере. Над континентом различия в концентрациях СО2, измеренных разными приборами, составляет в среднем в пограничном слое 18,2 млн-1 и может изменяться от 3,2 до 26,5 млн-1. В средней тропосфере (4 км) средние различия уменьшаются до 10,8 млн-1. При этом диапазон различий даже несколько увеличивается 0,6-25,5 млн-1. В верхней тропосфере (8 км), средняя разница в показаниях обоих приборов уменьшается до 2,8 млн-1. Над океаном занижение по амплитуде оказывается больше. Это говорит о том, что спутниковые методы измерения состава воздуха в Арктике нуждаются в методической и технической доработках.

Сроки реализации:

Проект стартовал в августе 1997 года и реализуется по настоящее время.