Модификация балансовой методики для оценки выброса диоксида азота крупными источниками загрязнения по данным ДЗЗ

Диоксид азота (NO2) - один из основных атмосферных загрязнителей, возникающий в результате деятельности человека: сжигания топлива, промышленных процессов, работы двигателей внутреннего сгорания, а также лесных пожаров. Диоксид азота является высокотоксичным газом, который вызывает раздражение дыхательных путей и поэтому его содержание в атмосфере населённых пунктов тщательно контролируется, а также составляются карты качества воздуха городов, где фигурирует содержание NO2. В рамках климатических процессов, NO2 выступает как сильный окислитель и прекурсор тропосферного озона, который уже в свою очередь является сильным парниковым газом. Таким образом, мониторинг атмосферного диоксида азота является актуальной научной задачей.
Спутниковые наблюдения NO2 за последние десятилетия стали важнейшим инструментом для экологического мониторинга и научных исследований. В настоящее время на орбите присутствует более десятка инструментов для измерения концентрации NO2 в атмосфере, из них можно отдельно выделить спектрометр TROPOMI, который работает с 2018 года. Этот инструмент измеряет интегральное содержание NO2 в атмосфере с большой шириной полосы обзора – 2600 км и хорошим пространственным разрешением. Данные этого прибора накапливаются в ЦКП «ИКИ – Мониторинг» в виде композитных изображений за произвольные периоды времени и пригодны для дальнейшей тематической обработки.
В ИКИ РАН разрабатывается балансовая методика оценки выбросов в атмосферу малых газовых составляющих и парниковых газов, замкнутая относительно данных ДЗЗ. Ранее она применялась в предположении, что исследуемый газ не имеет стока за счёт химических превращений внутри исследуемого объёма атмосферы. Такое предположение не применимо при оценках выброса NO2, поскольку это химически активный газ, время жизни в атмосфере которого сильно варьируется от потока ультрафиолета и окружающей температуры температуры. В рамках проделанной работы была проведена модификация балансовой методики путём добавления в неё учёта времени жизни NO2 в зависимости от времени года. Далее, к глобальным суточным композитам интегрального содержания NO2 TROPOMI за период с 2018 по 2023 годы была применена модифицированная балансовая методика для того, чтобы определить выбросы загрязнителя для 24 крупных городов России. Полученные результаты сравнивались с данными кадастра ECMWF CAMS global emission inventories. Несмотря на достаточно грубые приближения для расчёта времени жизни NO2 было получено многократное улучшение результатов расчётов по сравнению с вариантом без учёта химических реакций и хорошее соответствие расчётов выбросов по модифицированной балансовой методике независимым кадастровым оценкам (коэффициенты корреляции 0,99 и 0,95, коэффициенты регрессии 1,4 и 0,9 для тёплых и холодных сезонов, соответственно). В будущем, работа будет проведена для других химически активных газов, например, озона.

Работа выполнена в рамках темы «Эмиссия» государственного задания ИКИ РАН (гос. регистрация № 125111112878-8). В работе использованы данные и средства инфраструктурного обеспечения центра коллективного пользования ИКИ РАН «ИКИ-Мониторинг» (http://ckp.geosmis.ru/).