Регистрация / Вход
Прислать материал

14.586.21.0004

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.586.21.0004
Тематическое направление
Рациональное природопользование
Исполнитель проекта
федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Научно-исследовательский институт аэрокосмического мониторинга "АЭРОКОСМОС"
Название доклада
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
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
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.
Реализуемый проект направлен на решение следующих задач:
- разработка методов аэрокосмического мониторинга естественных и антропогенных эмиссий газовых примесей и аэрозолей;
- разработка 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;
- разработка комплексной математической модели газовой и аэрозольной динамики атмосферы в региональном и глобальном масштабах;
- разработка 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.
Актуальность и новизна исследования
Актуальность исследований, в рамках настоящих прикладных научных исследований, обусловлена следующими факторами:
- серьезным экологическим ущербом, наносимым природными и антропогенными эмиссиями малых газовых компонент и аэрозолей в атмосферу;
- необходимостью предоставления оперативной космической информации для оценки влияния природных и антропогенных факторов на состав атмосферы и разработки рекомендаций по снижению их последствий;
- высокой эффективностью современных космических методов и технологий, а также методов математического моделирования для определения распространения малых газовых компонент и аэрозолей в воздушной среде;
- важностью международного сотрудничества для интеграции усилий Российской Федерации и стран Европейского Союза в области мониторинга загрязнений атмосферы.
Новизна научных и технических решений заключается в разработке новых и усовершенствовании существующих методов и технологий космического мониторинга и математического моделирования состава атмосферы, для более точной комплексной оценки динамики естественных и антропогенных эмиссий, вредных газов и аэрозолей в атмосферу, на основе различных спутниковых данных, 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.


Описание исследования

В ходе выполнения проекта, были разработаны методы космического мониторинга, которые позволяют решать практические задачи по выявлению источников, оценке объемов и динамики распространения загрязняющих веществ в атмосфере на пожароопасных, промышленных и густонаселенных территориях, характеризующихся наличием источников вредных газовых примесей и аэрозолей, оценивать влияние негативных воздействий естественных и антропогенных газовых эмиссий и аэрозолей на воздушную среду, в том числе на изменение климата в локальном, региональном и глобальном масштабах, в том числе:

- Метод космического мониторинга динамики эмиссий и оценка объемов выбросов NO2 и SO2 от антропогенных источников;

- Метод космического мониторинга антропогенных источников горения и оценка выбросов CO2;

- Метод выявления очагов природных пожаров и расчёта объёмов эмиссий вредных газовых примесей CO2, СО, NO2 и аэрозолей от природных пожаров по спутниковым данным;

- Метод космического мониторинга динамики и распространения пепловых выбросов (SO2) в период извержения активных вулканов;

- Метод комплексного мониторинга поля концентрации метана (CH4) в атмосфере и природных источников его эмиссий по космическим данным.

Была разработана комплексная математическая модель, обеспечивающая учет динамики атмосферных процессов, переноса и трансформация многокомпонентных газовых примесей и аэрозолей, химической и фотохимической трансформации, а также кинетических процессов нуклеации, конденсации/испарения и коагуляции, происходящих в мезомасштабном пограничном слое атмосферы, в состав которой входят:

- модуль подготовки входной информации, использующий основные входные данные, необходимые для моделирования атмосферной циркуляции и переноса газовых примесей и аэрозолей в атмосфере;

- модель гидротермодинамики региональных атмосферных процессов с учетом орографических и термических неоднородностей подстилающей поверхности;

- модель переноса и диффузии многокомпонентных газовых примесей и аэрозолей в атмосфере;

- модель фотохимической трансформации;

- модель гомогенной бинарной нуклеации для воспроизведения процессов формирования частиц новой фазы (мельчайшие кластеры) из газов–предшественников;

- модель кинетических процессов конденсации/испарения;

- модель кинетических процессов коагуляции с использованием неравновесной функции распределения частиц по размерам.

Для реализации разработанных методов космического мониторинга и математического моделирования разработан прототип комплекса программных и технических решений, который позволяет осуществлять сбор, хранение и обработку данных о состоянии воздушной среды, поступающих как непосредственно со станций приема космической информации, так и из долговременных архивов донных, полученных с космических аппаратов TERRA, AQUA, AURA, NOAA, Метеор-М и др., а также данных, полученных на основании математического моделирования, с целью 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 (в том числе СО, СО2, NO2 и др.) и аэрозолей.

Технические решения для реализации целей и задач проекта основываются на максимальном использовании существующей в НИИ «АЭРОКОСМОС» программно-технической инфраструктуры, а также модернизации ее отдельных компонентов и дополнении новыми техническими средствами, в состав которого входят: вычислительный сервер; система хранения данных; автоматизированное рабочее место оператора.

 

 

Результаты исследования

В ходе выполнения проекта должны быть получены следующие основные 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.

- проект технического задания на проведение ОКР. 

Разработанные 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, обеспечивают:

- выявление очагов эмиссий вредных газовых примесей и аэрозолей по многоспекральным космическим данным;

- оценку объёмов эмиссий вредных газовых примесей (в том числе CO, CO2, NO2 и др.) и аэрозолей;

- дистанционное измерение параметров, характеризующих области распространения эмиссий вредных газовых примесей и аэрозолей;

- идентификацию природных и антропогенных источников эмиссий вредных газовых примесей и аэрозолей в исследуемых областях.

Разрабатанная комплексная модель газовой и аэрозольной динамики в атмосфере обеспечивает:

- 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.

Прототип комплекса программных и технических решений для мониторинга динамики естественных и антропогенных эмиссий газовых примесей и аэрозолей в атмосферу обеспечивает:

- сбор и предварительную обработку данных, получаемых от внешних источников;

- тематическую обработку данных и их визуализацию (в т.ч. в удаленном режиме), полученных приборами: MODIS (КА Terra, AQUA); OMI (КА AURA); AVHRR (КА NOAA); AIRS (КА AQUA).

- получение архивных данных не позднее 7-10 дней с момента их поступления на ftp-сервер;

- возможность выявления изменения концентрации газовых компонент и аэрозолей.

Практическая значимость исследования
Значимость работы определяется возможностью уменьшения негативного воздействия на окружающую среду путем применения разрабатываемых методов мониторинга естественных и антропогенных эмиссий газовых примесей и аэрозолей с использованием космических данных и методов математического моделирования, а также объединения совместных Российско-Европейских исследований.
Выполнение данного проекта 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.
Использование 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. Они будут конкурентоспособны в исследуемой области в сравнении с известными российскими и европейскими разработками.