Технология восстановления мощности источника выбросов NO₂ по аналитическим решениям одномерных моделей атмосферной диффузии на примере г. Москвы

Загрязнение атмосферного воздуха диоксидом азота (NO₂) является одним из наиболее значимых факторов негативного воздействия на окружающую среду и здоровье населения крупных городов. NO₂ участвует в фотохимических реакциях, приводящих к образованию тропосферного озона и аэрозолей, способствует развитию респираторных и сердечно-сосудистых заболеваний, а также оказывает влияние на состояние растительности и почв. В связи с этим актуальной задачей является не только мониторинг концентраций NO₂, но и независимая оценка мощности его источников, позволяющая верифицировать существующие инвентаризации выбросов и оперативно выявлять изменения эмиссионной нагрузки.
Работа выполнена при поддержке темы «Эмиссия» (госрегистрация № 125111112878-8) с использованием инфраструктуры Центра коллективного пользования «ИКИ-Мониторинг» (Лупян и др., 2019).

Современные системы дистанционного зондирования Земли предоставляют регулярные данные о пространственном распределении интегрального содержания NO₂ в атмосфере. В Институте космических исследований Российской академии наук на базе Центра коллективного пользования (ЦКП) «ИКИ-Мониторинг» (http://ckp.geosmis.ru, Лупян и др., 2019) создана подсистема работы с информацией о концентрациях малых газовых составляющих, получаемой по данным спутниковых наблюдений. Доступ к архивам и инструментам анализа этой информации, в том числе в тематических информационных системах, развиваемых в ИКИ РАН, обеспечивается в системе «Вега-Science» (http://sci-vega.ru/, Лупян и др., 2019, Лупян и др., 2021).

Настоящая работа посвящена разработке технологии восстановления мощности источника выбросов NO₂ по данным спутникового мониторинга, основанной на аналитических решениях простейших одномерных диффузионных уравнений. В основе подхода лежит модельное описание радиального распределения интегрального содержания примеси в окрестности источника, учитывающее турбулентное расплывание шлейфа и химический распад NO₂. Восстановление параметров модели характерного масштаба диффузии и амплитуды источника выполняется по пространственному профилю наблюдаемых концентраций с использованием различных методов, обеспечивающих устойчивость решения.

В докладе рассказано применение разработанной технологии на примере Московской агломерации по данным прибора TROPOMI (Sentinel-5P). Восстановленные значения мощности источника лежат в диапазоне, согласующемся с независимыми оценками выбросов NOₓ для Московского региона.

Предложенная технология может быть использована для независимой верификации инвентаризационных баз выбросов, оперативного контроля изменений эмиссионной нагрузки и оценки вклада отдельных источников в общее загрязнение атмосферы города. Технология допускает расширение на другие загрязняющие вещества, для которых применимы модели пассивной примеси с линейным распадом, и может быть интегрирована в информационные системы, развиваемые в ЦКП «ИКИ-Мониторинг» и «Вега-Science».