Регистрация / Вход
Прислать материал

14.613.21.0013

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.613.21.0013
Тематическое направление
Рациональное природопользование
Исполнитель проекта
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт оптики атмосферы им. В.Е.Зуева Сибирского отделения Российской академии наук
Название доклада
Развитие региональной системы мониторинга парниковых газов, предназначенной для анализа распределения и многолетней изменчивости их концентрации на территории Западной Сибири
Докладчик
Белан Борис Денисович
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Разработка и исследование комплекса научно-технических решений, направленных на совершенствование региональной системы мониторинга и создание базы данных парниковых газов для повышения точности измерений, расширения набора измеряемых параметров, организации автоматической калибровки приборов и унификации ее компонентов.
Для реализации указанной цели необходимо решение следующих задач.
Задача 1. Разработка типового поста фонового мониторинга парниковых газов, включающего измерительные приборы, средства коммуникации, системы автоматической калибровки, климат-контроля приборного контейнера, бесперебойного питания, метеокомплекс.
Задача 2. Разработка типовой камеры для измерения потоков парниковых газов с поверхности почвы.
Задача 3. Разработка комплекса оборудования для внедрения технологии измерения потоков парниковых газов в приземном слое атмосферы по данным измерений на двух высотах.
Задача 4. Разработка программного обеспечения для проведения мониторинга в автоматическом режиме на каждом посту.
Задача 5. Для приведения измерений на всех постах к единому знаменателю проведение ежегодного облета всех постов на самолете-лаборатории с установленными на борту прецизионными газоанализаторами.
Задача 6. Замена газоанализаторов, на более совершенные, на действующих постах мониоринга.
Задача 7. Продолжение мониторинга парниковых газов на действующей сети с целью определения переводных коэффициентов в накопленные ранее многолетние ряды измерений.
Актуальность и новизна исследования
Одной из главных проблем волнующих человечество в настоящее время, является проблема возможного глобального потепления климата и последующих катастрофических изменений окружающей среды. Для более надежного прогнозирования климата необходимы максимально точные данные о распределении концентрации парниковых газов и тенденции их изменения, как в целом по земному шару, так и для отдельных регионов. Территория России в этом плане оказывается «белым пятном» при численном моделировании изменений климата. Измерения, если и ведутся, то в отдельных местах силами немногочисленных энтузиастов, что явно недостаточно для громадной территории России. Мировая практика показывает, что простое измерение концентрации парниковых газов недостаточно, для прогноза ее изменения. Необходима оценка мощности источников и стоков. Это можно сделать на основании измерения потоков парниковых газов в приземном слое воздуха. Поэтому желательно также ввести в состав постов измерители флуктуаций параметров вертикальных потоков и организовать отбор проб воздуха на разных высотах. Это позволит определять не только концентрацию парниковых газов, но и потоки углерода.
По результатам мониторинга, при наличии стока углерода из атмосферы над территорией России это может стать дополнительным аргументом в переговорном процессе при обсуждении продления действия Киотского протокола, а также позволит уточнить прогноз климата по глобальным моделям. Таким образом, развитие сети позволит впервые получить фактические, а не оценочные данные о балансе углерода над обширным регионом, который в основном представляет лесные массивы и априори должен быть аккумулятором.
Описание исследования

Работы по определению концентрации парниковых газов были начаты в июле 1997 года, в рамках соглашения между Национальным институтом исследования окружающей среды (Цукуба, Япония) и Институтом оптики атмосферы СО РАН (Томск, Россия), который опирался на Договор о совместных работах по защите окружающей среды, заключенный Правительством СССР и Правительством Японии 18 апреля 1991 года. Продолжение работ осуществляется в рамках международного российско-японского проекта «Изменение вертикального профиля парниковых газов над регионами Сибири» по программе российско-японского научно-технического сотрудничества на 2013-2016 г.г.  За этот период партнерами создана распределенная по пространству, многоуровневая по вертикали, система мониторинга парниковых газов на территории Западной Сибири, не имеющая мировых аналогов. В ходе работ сложилось распределение обязанностей между сторонами. Японской стороной представлено прецизионное оборудование, легитимное для мирового сообщества, и поверочные смеси, которые соответствуют первичным стандартам ВМО-CO2 и ВМО-CН4 от NOAA/ESRL (США). Частично оплачивается аренда мачт и самолетов. NIES имеет прекрасную метрологическую базу, что позволяет тестировать прецизионные приборы. Российская сторона осуществила монтаж оборудования на мачтах, болоте и самолетах. Ведет измерения и текущее обслуживание оборудования. Сбор и первичную обработку данных. Под контролем ФСТЭК РФ производит обмен данными. По результатам совместной интерпретации результатов опубликовано несколько десятков публикаций в изданиях разного уровня. Ввиду отсутствия сетевых данных о парниковых газах на территории России, опубликованные результаты используются при численном моделировании изменений климата, на что имеются многочисленные ссылки. Учитывая неопределенности, имеющиеся в настоящее время при прогнозе изменений климата, представляется весьма вероятным, что востребованность результатов совместной работы еще долго сохранится. Выполнены работы по интеркалибровке измерений на постах действующей сети мониторинга с данными авиационного зондирования. Проведенное сопоставление показало совпадение данных самолетного и аэрологического зондирования, характеризующих состояние тропосферы в разные периоды года над типичным фоновым районом юга Западной Сибири вплоть до границ тропопаузы. Приведенный анализ данных мониторинга состояния атмосферы полученных различными методами показывает, что они взаимно дополняют друг друга. Результаты мониторинга на действующей системе показывают, что увеличение концентрации углекислого газа в приземном слое атмосферы колеблется в пределах 2 – 2.5  млн-1  в год. Для метана зафиксировано  наличие роста в пределах 3 – 6 млрд-1 в год. На ряде пунктов мониторинга установлены новые, более точные измерители СО2 и СН4. Сравнение синхронно измеренных данных показало, что для СО2 СКО составило величину менее 0,1 млн-1. Для метана среднемесячные СКО колебались от единиц до нескольких десятков млрд-1. Это говорит о том, что работавшие до установки нового прибора датчик СО2 был достаточно надежен, тогда как измеритель СН4 оказался менее точным.

 

Результаты исследования

На первом этапе был выполнен аналитический обзор и анализ научно-технической литературы в области мониторинга атмосферы. Сделана сравнительная оценка вариантов возможных решений исследуемой проблемы с учетом результатов прогнозных исследований, проводившихся по аналогичной тематике. На основании обзора сделано обоснование и уточнение направления исследований и способов решения поставленных задач. Проведены патентные исследования, определены технические и методологические решения, подлежащие защите как РИД. Направлены заявки по регистрации баз данных программных комплексов. Определены технических характеристик оборудования, проведены тендеры на заключение договоров (контрактов) с поставщиками на закупку комплектующих и оборудования. Продолжен мониторинг состава атмосферы на имеющихся системах.

На втором этапе разрабатывались методики по определению потоков парниковых газов, алгоритмы и программное обеспечение для проведения мониторинга в автоматическом режиме на каждом посту, алгоритмы и программное обеспечение для измерения потоков парниковых газов в приземном слое атмосферы по данным измерений на двух высотах. Создана концепция усовершенствования действующей системы мониторинга с целью повышения точности измерений, расширения определяемых параметров и характеристик. Проведен анализ и выбор оборудования для реализации методики измерения потоков парниковых газов на сети постов, определение оптимальных уровней для реализации методик. Осуществлены работы по интеркалибровке измерений на постах сети мониторинга с данными авиационного зондирования. Проведены аукционы по приобретению оборудования. Подготовлены публикации по теме ПНИ. Продолжены работы по мониторингу на действующей системе.

На третьем этапе выполнения проекта разработаны и изготовлены экспериментальные образцы типового поста фонового мониторинга парниковых газов и типовой камеры для измерения потоков парниковых газов с поверхности почвы. Разработаны программы и методики экспериментальных исследований типового поста фонового мониторинга парниковых газов и типовой камеры. Проведены экспериментальные исследования экспериментальных образцов типового поста фонового мониторинга парниковых газов и типовой камеры.  Продолжен мониторинг на действующей системе. Проведены работы по интеркалибровке измерений на постах сети мониторинга с данными авиационного зондирования. Выполнены дополнительные патентные исследования. Подготовлены заявки на патентование и публикации по теме ПНИ.  Проведен ряд мероприятий, направленных на освещение и популяризацию промежуточных результатов ПНИ.

На третьем этапе выполнения проекта разработан и изготовлен  экспериментальный образец комплекса оборудования для измерения потоков парниковых газов в приземном слое атмосферы по данным измерений на двух высотах, разработке Программы и методики его экспериментальных исследований. Выполнены экспериментальные исследования экспериментального образца комплекса оборудования для измерения потоков парниковых газов в приземном слое атмосферы по данным измерений на двух высотах. Проведены дополнительные патентные исследования и подготовлены заявки на полезные модели. Проведены работы по интеркалибровке измерений на постах сети мониторинга с данными авиационного зондирования. Продолжен мониторинг на действующей системе.  Подготовлены публикации по теме ПНИ. Осуществлено участие в выставках.

Практическая значимость исследования
Данные системы мониторинга парниковых газов могут быть востребованы потребителями при решении следующих задач.
В области природоохранной деятельности: оценка качества воздуха.
В чрезвычайных ситуациях: контроль последствий природных катастроф, определение состава и объема аварийных выбросов, анализ состава выбросов природных пожаров.
В сельском хозяйстве: для прогноза состояния сельхозугодий и урожая.
В лесном хозяйстве: состояние растений, пожары.
Нефте и газодобывающая отрасли: контроль состояния месторождений, утечек продуктопроводов.
Космическая отрасль: калибровка датчиков космических аппаратов, методика исключения влияния атмосферы на результаты спутникового зондирования наземных объектов.
В международной деятельности: данные о распределении и трансграничном переносе парниковых соединений, калибровка зарубежных спутников, подготовка международных соглашений.
В климатологии: использование фактических данных для прогнозирования изменения климата.
В ходе реализации проекта изготовлены экспериментальные образцы поста и камеры. Для их тиражирования необходимо выполнить ОКР с разработкой рабочей документации. Потребителями продукции могут вузы, которые занимаются проблемами окружающей среды и научно-исследовательские организации. В идеале такими комплексами надо оснастить гидрометеорологические станции Росгидромета. Это несколько тысяч штук. Поскольку типовых постов в мире сейчас не производится, а каждая исследовательская группа создает их самостоятельно, то не исключено, что продукция может быть востребована за рубежом. Многое будет зависеть от пробной эксплуатации образцов и выбранных технологических и конструкторских решений.