Анализ загрязнения бенз(а)пиреном атмосферы городов Сибири по данным наземного и спутникового мониторинга

Регулярные измерения среднемесячных концентраций бенз(а)пирена (БП) в городах проводятся на постах контроля загрязнения атмосферы (ПНЗА), входящих в сеть мониторинга Росгидромета. Корреляционный анализ между данными измерений БП с различных ПНЗА городов позволил выявить наличие высокого уровня связей (Рапута, Леженин, 2024; Рапута и др., 2025). Были установлены зависимости как для относительно близкорасположенных друг от друга постов, так и для значительно удалённых, несмотря на существенные различия в воздействующих на ПНЗА источников города (Raputa et al., 2016). Полученные закономерности позволили обнаружить существенное влияние метеорологических факторов, способствующих высоким уровням загрязнения атмосферы городов. При этом наиболее значимым фактором является среднемесячная повторяемость штилей. Полученные зависимости между концентрациями БП на постах могут быть использованы для разработки интерполяционных моделей полей атмосферного загрязнения. Детализацию полей загрязнения территорий города следует проводить путём совместного численного анализа данных измерений состава атмосферного воздуха, наземного и спутникового мониторинга загрязнения снежного покрова (Raputa et al., 2016).
Поле атмосферного загрязнения территорий городов формируется под воздействием выбросов от большого количества достаточно мелких источников. Это означает, что основные выпадения БП происходят в их ближайших окрестностях, что позволяет оценить уровни их относительной эмиссии БП с привлечением зимних спутниковых снимков городов (Raputa et al., 2016). Для проведения оценивания полей атмосферного загрязнения БП территорий городов требуются результаты измерений с ПНЗА, спутниковые снимки для зимнего периода времени, которые отвечают следующим требованиям: разрешение (от 1 км/пиксель); отсутствие туманов и облачности над исследуемой территорией; длительное отсутствие выпадения снега.
При проведении расчетов использовались спутниковые снимки с КА Landsat-8 с последующей обработкой растровых изображений RGB-каналов. При этом исходный растр переводится в серый спектр. В итоге приходим к 2D матрице, отображающей интенсивность тонов (от 0 до 255) в пикселе, и последующей её нормировкой в диапазоне от 0 до 1 (0 - черный, 1 - белый). В далее ставится в соответствие тональность снежного покрова и концентрация примеси. При этом необходимо на снимке исключить сторонние объекты: здания, лесные массивы, горные гряды и т.д. Для этого вводится порог интенсивности тона пикселя. Каждому снимку порог подбирается индивидуально. Пиксели со значением выше порога считаются “снежными”. Для проведения расчетов полей концентраций на снимок накладывается прямоугольная сетка. Узлы сетки выполняют роль условных источников, интенсивность которых определяется средним тоном “снежных пикселей” в окрестностях узла сетки.
На примере городов Кемерово и Иркутска проведён численный анализ данных наземного и спутникового мониторинга. В расчетах использовались результаты измерений среднемесячных концентраций БП на ПНЗА этих городов. Сеточная область включала 50 узлов по горизонтали и 30 – по вертикали. Установлено согласие пространственного изменения тональности загрязнения снежного покрова и результатов численного восстановления полей концентраций БП на территориях рассматриваемых городов. При этом зоны максимальных концентраций приурочены к центральным частям городов, что соответствует на спутниковых снимках областям наибольшей затемнённости снежного покрова. При приближении к периферии городов происходит плавное снижение концентраций. На окраинах городов снежный покров наименее загрязнён и, как следствие, концентрации БП существенно снижаются. Следует отметить, что из оценок параметров моделей следует наличие значимых высокодисперсных фракций БП, слабо оседающих на снежный покров. Этот вывод вполне согласуется с результатами сравнения данных измерений взвешенных веществ и БП на ПНЗА гг. Кемерово, Иркутска в атмосферном воздухе и снеге, а также с изменениями тональностей серого цвета снегового покрова на спутниковых снимках города в окрестностях постов (Прокачева, Усачев, 2013).
Исследования выполнены в рамках государственного задания ИВМиМГ СО РАН FWNM-2025-0003.