Моделирование ветрового переноса
диоксида азота за территорию Москвы

Диоксид азота (NO₂) является одним из наиболее распространённых малых газовых компонентов антропогенного происхождения, загрязняющих атмосферу. Он относится к группе оксидов азота NOₓ, куда входят монооксид азота NO и диоксид азота NO₂. Основными источниками образования оксидов азота служат продукты сгорания топлива на тепловых электростанциях и в котельных, выхлопные газы автомобильного транспорта, отходы и выбросы металлургических, нефтегазовых и химических производств, а также сжигание отходов. В атмосфере NO₂ участвует в фотохимических реакциях: при фотолизе он распадается с образованием атомарного кислорода, который далее взаимодействует с молекулярным кислородом, приводя к образованию тропосферного озона. Современные средства дистанционного зондирования позволяют фиксировать изменения содержания диоксида азота в атмосфере. К ним относятся спутниковые спектрометры (OMI, GOME-2, TROPOMI на Sentinel-5P), наземные DOAS- и MAX-DOAS-системы, лидары, авиационные и мобильные измерения.
Наиболее интенсивные аномалии концентраций газа наблюдаются в Москве и Московской области, Санкт-Петербурге, а также в других крупных агломерациях. Это связано с высокой плотностью населения, интенсивным транспортным потоком, сосредоточением промышленных объектов и энергетических установок, а также с метеорологическими условиями, которые способствуют накоплению загрязнителей — слабым ветром, температурными инверсиями и застойными явлениями. В Московском регионе максимумы NO₂ часто приурочены к МКАД, вылетным магистралям и промышленным зонам.
Повышенные концентрации NO₂ негативно влияют на здоровье человека и экосистемы. Он вызывает раздражение дыхательных путей, обостряет астму и другие респираторные заболевания, способствует образованию кислотных дождей и ухудшению видимости. Поэтому дистанционный мониторинг NO₂ является важным инструментом экологического контроля, оценки эффективности природоохранных мер и изучения атмосферных процессов в крупных городах и промышленных регионах.В работе на основе уравнения турбулентной диффузии, исследуется динамика распределения малого газового компонента в атмосфере. Таким образом, уравнение учитывает адвективный перенос воздушными течениями, турбулентное перемешивание, а также распад газа. При моделировании процессов распространения примеси предпочтение обычно отдаётся аналитическому или численному решению уравнения турбулентной диффузии в декартовых координатах [1,2,3,4]. Аналитические решения, как правило, получают для упрощённых условий: стационарного однородного ветра, постоянных коэффициентов диффузии, точечного или линейного источника, линейного распада. В нашей работе решения строятся в виде квадратур на основе фундаментального решения соответствующего оператора. Получены решения крупномасштабных уравнений для пространственного распределения малого газа в атмосфере.