Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка методов мониторинга динамики естественных и антропогенных эмиссий газовых примесей и аэрозолей в атмосферу на основе космических данных и результатов моделирования

Докладчик: Бондур Валерий Григорьевич

Должность: Директор, Академик Ран, Доктор технических наук

Цель проекта:
Реализуемый проект направлен на решение задач, связанных с необходимостью: - разработки методов аэрокосмического мониторинга естественных и антропогенных эмиссий газовых примесей и аэрозолей; - разработки методов и технологических решений, направленных на сбор и обработку данных космического мониторинга для проведения оценки объемов естественных и антропогенных эмиссий газовых примесей и аэрозолей в воздушной среде под действием природных и антропогенных факторов; - разработки комплексной математической модели газовой и аэрозольной динамики атмосферы в региональном и глобальном масштабах; - разработки прототипа комплекса программных и (или) технических решений, реализующих разработанные методы космического мониторинга и математического моделирования; - проведения экспериментальных исследований по мониторингу динамики антропогенных и естественных эмиссий газовых примесей и аэрозолей в атмосфере с использованием разработанных методов. Поставленные комплексные задачи, включают в себя исследования в области наук о Земле, применение современных методов дистанционного зондирования, приёма и обработки космической информации, методов математического моделирования, а также разработка новых методов, алгоритмов и программных продуктов для оценки объемов естественных и антропогенных эмиссий и распространения малых газовых компонент и аэрозолей в воздушной среде. Цель проекта: Разработка методических подходов и технологических решений оценки объемов естественных и антропогенных эмиссий газовых примесей и аэрозолей на основе результатов космического мониторинга и математического моделирования для анализа их воздействия на состояние воздушной среды и климатические процессы на территории Северной Евразии путем объединения совместных Российско-Европейских исследований в интересах обеспечения охраны окружающей среды, повышения надежности прогнозов изменения климата и улучшения качества жизни.

Основные планируемые результаты проекта:
В ходе выполнения проекта должны быть получены следующие результаты:
- методы космического мониторинга для комплексной оценки естественных и антропогенных эмиссий газовых примесей и аэрозолей в воздушную среду.
- комплексная математическая модель газовой и аэрозольной динамики атмосферы в региональном и глобальном масштабах.
- прототип комплекса программных и технических решений, реализующих разработанные методы космического мониторинга и математического моделирования.
- результаты экспериментальных исследований.
Разрабатываемые методы космического мониторинга естественных и антропогенных эмиссий газовых примесей и аэрозолей предназначенные для решения практических задач выявления источников, оценки объемов и динамики распространения загрязняющих веществ в атмосфере на пожароопасных территориях, а также для промышленных и густонаселенных областей, характеризующихся наличием антропогенных источников вредных газовых примесей и аэрозолей, позволят обеспечить:
- выявления очагов эмиссий вредных газовых примесей и аэрозолей по многоспекральным космическим данным;
- оценки объёмов эмиссий вредных газовых примесей и аэрозолей;
- дистанционного измерения параметров, характеризующих области распространения эмиссий вредных газовых примесей и аэрозолей;
- идентификации природных и антропогенных источников эмиссий вредных газовых примесей и аэрозолей в исследуемых областях.
Разрабатываемая комплексная модель газовой и аэрозольной динамики в атмосфере будет обеспечивать:
- моделирование многокомпонентных газовых примесей и аэрозолей в атмосфере и учитывать все взаимосвязанные механизмы формирования и эволюции газовых примесей и аэрозолей (динамика атмосферы, фотохимическая трансформация, гомогенная бинарная/тернарная нуклеация, конденсация/испарение, коагуляция, жидкофазные химические реакции с учетом процессов массообмена на интерфейсе газ-частица (капля));
- учет основных механизмов и динамики образования вторичных аэрозольных частиц, возникающих при трансформации в атмосфере большого числа органических веществ, находящихся в газовой и конденсированной фазах;
- ассимиляцию данных космического мониторинга.
Научная новизна заключается в разработке новых и усовершенствовании существующих методов и технологий космического мониторинга и математического моделирования состава атмосферы, для более точной комплексной оценки объёмов эмиссий и распространения вредных газов и аэрозолей в пространстве и времени, обусловленных природными и антропогенными факторами, на основе различных спутниковых данных и результатов математического моделирования с помощью комплексной модели газовой и аэрозольной динамики в атмосфере, обеспечивающих объективную оценку влияния вредных примесей на состояние воздушной среды для предотвращения негативного влияния на окружающую среду, климат, а также для улучшения качества жизни людей.
При разработке методов космического мониторинга и математического моделирования оценки объемов естественных и антропогенных эмиссий и распространения газовых компонент и аэрозолей в воздушной среде будут реализованы технологии, обеспечивающие сбор данных космического мониторинга, в т.ч. с систем (комплексов) приема данных и существующих баз спутниковых данных, их предварительную обработку, тематическую обработку, визуализацию ее результатов.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Разработанные в ходе проекта методы и технологии оценки объёмов эмиссий и распространения малых газовых компонент и аэрозолей в воздушной среде с использованием космически данных и методов математического моделирования, обеспечат возможность комплексного мониторинга загрязнений атмосферы для исследования последствий влияния природных и антропогенных факторов на воздушную среду.
Выполнение данного ПНИ позволит применять самые современные подходы для оценки состояния атмосферы под влиянием природных и антропогенных факторов, гармонизировать данные и стандартизировать программные средства, что сэкономит значительные средства по интеграции информационных ресурсов необходимых для оценки состояния окружающей среды на глобальном, региональном и локальном уровнях, а также обеспечит снижение негативных воздействий на атмосферу и качество жизни. Исследования разработанных в ходе проекта методов и технологий в системе комплексного мониторинга внесёт значимый вклад в решение проблем, связанных с охраной окружающей среды и обеспечением экологической безопасности.
Полученные при проведении ПНИ результаты будут способствовать прогнозированию негативного влияния природных и антропогенных факторов на климат и позволят составлять рекомендации для снижения негативных последствий и адаптации к ним, включая научную оценку потенциальных преимуществ и недостатков разработанных методов и технологий. Они будут конкурентоспособны в исследуемой области в сравнении с известными российскими и европейскими разработками. Разработанные методы и технологии будут превосходить мировой уровень.

Текущие результаты проекта:
На данном (первом) этапе проекта получены следующие основные результаты:
- выполнен анализ естественных и антропогенных факторов, влияющих на изменение газового состава атмосферы и концентрацию аэрозолей;
- проведен обзор параметров, измеряемых при космическом мониторинге естественных и антропогенных эмиссий газовых примесей и аэрозолей в атмосферу;
- проведен обзор методов дистанционного зондирования, используемых для мониторинга динамики естественных и антропогенных эмиссий газовых примесей и аэрозолей в атмосферу;
- выполнен анализ существующих моделей, используемых для описания и прогнозирования загрязнения атмосферного воздуха;
- проведен выбор возможных направлений проведения исследований в области разработки методов и технологий космического мониторинга и математического моделирования для выявления, оценки объемов и прогнозирования динамики распространения природных и антропогенных загрязнений атмосферы;
- проведен выбор возможных направлений решения отдельных исследовательских задач в области мониторинга и прогнозирования динамики природных и антропогенных загрязнений по космическим и другим данным, а также по результатам математического моделирования;
- выполнена сравнительная оценка эффективности возможных направлений исследований в области разработки методов и технологий космического мониторинга и математического моделирования состояния атмосферы при наличии эмиссий антропогенных и естественных источников загрязнений;
- проведено обоснование выбора оптимального варианта направления исследований в области разработки методов и технологий мониторинга и прогнозирование состояния атмосферы при наличии антропогенных и естественных эмиссий газовых примесей и аэрозолей;
- осуществлен поиск и анализ фондов и баз данных интеллектуальной собственности по теме исследований;
- проведены теоретические исследования физических механизмов эмитирования загрязняющих веществ в атмосферу, обусловленных природными и антропогенными факторами переноса загрязнений воздушными массами;
- разработаны рабочие гипотезы и построены модели эмиссий газовых примесей и аэрозолей в атмосфере от различных антропогенных и естественных источников.