"НАУКА И ТЕХНОЛОГИИ РОССИИ"

Результаты наблюдений из космоса за атмосферным воздухом в крупных городах добавляют тёмных красок в картину нашей жизни. Уровень загрязнения воздуха порой опасен для здоровья. Директор НИИ аэрокосмического мониторинга «АЭРОКОСМОС» академик РАН Валерий Бондур рассказал, как повысить достоверность оценки и прогнозирования загрязнения воздуха городских агломераций и что следует предпринимать городским властям для снижения опасности.

Бондур Валерий Григорьевич, директор НИИ аэрокосмического мониторинга «АЭРОКОСМОС» (c 2004 г.) Министерства образования и науки РФ и Российской академии наук, доктор технических наук, академик РАН (избран по Отделению наук о Земле в 2003 году). С 1974 по 1999 год прошёл путь от старшего инженера до заместителя директора по науке – главного конструктора ЦНИИ «Комета». С 1999 по 2003 год руководил Центром экологического мониторинга и информационных технологий этой организации. Им разработаны физические основы и общесистемные принципы создания сложных аэрокосмических систем мониторинга Земли, ряд новых методов дистанционного зондирования, на основании результатов теоретических и экспериментальных аэрокосмических исследований им выявлен ряд новых явлений и закономерностей в океане, атмосфере, в геологической среде, на суше и в околоземном космическом пространстве.

Валерий Григорьевич, зачем нужно исследовать загрязнения атмосферного воздуха в крупных городах?

– Города Земли – это специфическая среда обитания, в которой в настоящее время проживает более 50% населения планеты. Они выделяют много вредных веществ в атмосферу, в том числе СО, СО2, SО2, NOx, О3, аэрозоли. Распространение загрязнений воздушной среды приводит к негативным, а зачастую и угрожающим последствиям для атмосферы и окружающей среды в целом, а также для жизни и здоровья людей.

Источников загрязнения в мегаполисах несколько, включая стационарные, связанные с выбросами промышленных предприятий. Но основной источник – это автомобильный транспорт. В современной Москве на его долю приходится 94% всех загрязнений воздуха. Городские сооружения уменьшают распространение ветров – загрязнения плохо выдуваются. При снижении подвижности воздуха возникают тепловые аномалии – контрасты температуры достигают 5–7 оС. Не случайно город называют тепловым пятном. Над городами возникают инверсии, способствующие накоплению примесей, образованию дымок и смога. Таким образом, большой город – это источник опасности для живущих в нём людей.

Атмосфера над мегаполисами содержит в 10 раз больше аэрозолей и в 25 раз больше загрязняющих газов, чем в среднем по планете.

Чем больше город, тем больше негативный эффект от него. Неблагоприятная экологическая обстановка наблюдается во всех городах с населением более миллиона человек, в 60% городов – с населением от 500 тысяч до 1 миллиона человек и в 25% городов – с населением от 250 тысяч до 500 тысяч человек.

Больше всего городов-миллионников в Китае – 99. В Индии их – 37, во всех странах Евросоюза – 17, в России – 14, и в самое ближайшее время к ним прибавятся ещё два города.

Чтобы иметь полную информацию об изменении состояния воздушной среды мегаполисов, давать городским властям научно обоснованные рекомендации по её улучшению и своевременно оповещать граждан об опасных ситуациях, нужен непрерывный мониторинг. Причём одних наземных методов исследования недостаточно. У космических, по сути инновационных, методов и технологий немало преимуществ: они дают большую обзорность, у них высокая детализация и достоверность, а также широкий спектр регистрируемых параметров. И, что очень важно, они более эффективны, чем наземные или авиационные методы, с экономической точки зрения.

Как начинался проект «МЕГАПОЛИС», которым вы руководите, и почему он стал международным?

– Старт проекта в 2009 году совпал с кризисом. Финансирование сократилось, и нам пришлось сузить объект исследований до одного крупного города – Москвы. В нашем проекте было четыре участника: НИИ «АЭРОКОСМОС» как головная организация, МГУ имени М.В. Ломоносова, Институт физики атмосферы имени А.М. Обухова РАН и Гидрометцентр России.

Партнёрский европейский проект начался за полгода до нашего в соответствии с 7-й Рамочной программой Евросоюза (FP7) по направлению «Окружающая среда». Его название MEGAPOLI похоже на название нашего проекта, правда, цели несколько иные. Европейский проект ориентирован преимущественно на сбор данных, проведение научных обсуждений, моделирование ситуаций. «МЕГАПОЛИС» же концентрировался на получении практического результата – разработке технологий для дальнейшего мониторинга атмосферного воздуха крупных городов с целью уменьшения антропогенных воздействий на окружающую среду и улучшения качества жизни в них.

К слову, в европейском проекте участвовало 23 организации из 11 европейских стран. Объём финансирования составлял 5,5 миллиона евро, что более чем вдвое превышало объём средств, выделенных на наш проект по ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007–2013 годы». Координатором проекта MEGAPOLI был наш соотечественник – профессор Александр Бакланов, заместитель директора Датского метеорологического института.

Мы подписали партнёрское соглашение, в котором определили, что делаем вместе, а что отдельно, и какими данными будем обмениваться. Мы предоставляли европейцам информацию, полученную космическими методами, они нам – результаты наземного мониторинга и математического моделирования. Одна из задач обоих проектов – выяснить, как сильно влияют мегаполисы на климат планеты, как далеко распространяются загрязнения из городов за их пределы? Учитывая, что европейские исследования охватывали несколько городов, такое сотрудничество давало синергетический эффект. Деньги друг другу мы не платили.

Какие технологии разработаны в рамках вашего проекта?

– Прежде всего это интегрированные технологии комплексного мониторинга воздушной среды с использованием аэрокосмических и наземных методов, а также методов математического моделирования. С помощью последних оценивалось влияние воздуха на окружающую среду планеты в региональном и глобальном масштабе.

Ещё одна технология связана с анализом данных дистанционного зондирования для определения значимых параметров воздушной среды. Это пространственное распределение в горизонтальной плоскости и по вертикали концентрации вредных веществ, а также выявление динамики их распространения.

Мы определили параметры атмосферы, которые можно регистрировать спутниковой аппаратурой, выбрали и обосновали методы и технологии, позволяющие комплексировать наземные и аэрокосмические данные, разработали методы оценки и прогноза качества воздуха, выбрали средства, необходимые для контроля и оценки состояния воздушной среды мегаполисов. Создана база данных наземных и дистанционных наблюдений, а также результатов моделирования состояния атмосферы мегаполисов.

Кроме того, были разработаны новые методы оценки качества воздушной среды. Существовавшие до этого методы основывались на использовании одного параметра, к примеру NO или СО2. Наши специалисты совместно с учёными МГУ им. М.В. Ломоносова и Института физики атмосферы предложили учитывать комплексные параметры, которые дают взвешенную оценку по совокупности загрязняющих веществ.

Как всё это работает?

– Оперативная информация с различных российских и иностранных спутников поступает к нам либо на наземные приёмные станции, либо из архивов различных организаций через интернет. Большая часть данных открыта, но иногда приходится покупать лицензию на их приём или время работы спутника (так называемая виртуальная станция). Затем эта информация сопоставляется с данными наземного мониторинга, обрабатывается с помощью созданных нами компьютерных программ для восстановления значимых параметров воздушной среды и анализируется.

Рисунок 1. Максимальная концентрация диоксида азота в тропосфере над Москвой пришлась на июнь-июль (2008 год). В Подмосковье в тот же период она была в 2–2,5 раза ниже

На станции экологического мониторинга МГУ с оборудованием ИФА РАН мы измеряли концентрацию вредных веществ наземными приборами и сравнивали их с аэрокосмическими данными, которые хорошо регистрируют флуктуации параметров, но не дают достоверных средних значений. А наземные данные – как раз наоборот, но они носят локальный характер. Всё это позволило проводить валидацию и калибровку космических данных.

Что показали исследования атмосферного воздуха Москвы?

– Мы установили, что при отсутствии аномальных внешних воздействий главными источниками загрязнения нашего московского мегаполиса являются аэрозольные частицы (пыль) с диаметром менее 10 мкм (PM10) и окислы азота – NO и NO2. Причём весной, летом и осенью преобладают аэрозоли. А зимой за счёт снежного покрова и адвекции из более чистых северных регионов концентрация PM10 в Москве значительно ниже. В то же время в холодный период времени из-за меньшей фотохимической активности разрушение оксидов азота идёт медленнее, и их концентрация в столице растёт.

Рисунок 2. Данные о температуре и концентрации вредных веществ, полученные в результате наземного и космического мониторинга воздуха московской агломерации в январе 2010 года

Результаты комплексного мониторинга также показали, что тепловые пятна в столице России специфические – зимой превышение температуры доходит до 9 и более градусов, тогда как в среднем любой другой мегаполис теплее окружающей среды за его пределами на 5–7 градусов.

Как вы помните, летом 2010 года в европейской части России была аномальная жара, вызвавшая чрезвычайно сильные пожары. Мы изучали влияние пожаров на атмосферу Москвы и оценивали уровень концентрации опасных для здоровья человека веществ. В частности, ежедневно определялась концентрация угарного газа (CO) – самого вредного газа для человека. С 3 по 9 августа 2010 года она была максимальной. На основе данных космического и наземного мониторинга был определён комплексный суточный индекс загрязнения воздуха в августе того года. Концентрация некоторых газов, в том числе NO, CO и CO2, в десятки раз превышала предельно допустимые значения.

Рисунок 3. Концентрация газов в московском воздухе с 3 по 9 августа 2010 года, включая NO, CO и CO2, в десятки раз превышала предельно допустимые значения, а комплексный индекс загрязнения был выше нормы почти в полтора раза

В результате мониторинга и моделирования мы также опровергли гипотезу о том, что ветры из Западной Европы существенно влияют на загрязнение Москвы. Сам город загрязняет себя более всего. Однако, как было установлено нами, это загрязнение существенно меньше, чем от сильных пожаров, происходивших летом 2010 года.

Наконец мы разработали предложения для администраций крупных городов по предотвращению и смягчению последствий вредных выбросов в атмосферу. В их числе рациональное размещение источников загрязнений, снижение выбросов от автотранспорта и от стационарных источников, медико-демографическая оценка территорий, гигиеническое нормирование атмосферных загрязнений, образовательно-просветительские программы и другие мероприятия.

Уменьшить выбросы от автотранспорта вполне реально, если сократить пробки путём создания интеллектуальной транспортной системы, ужесточить требования к экологическому классу автомобилей и топлива, создать в городе экологические зоны, развивать сеть велодорожек.

Каковы объекты интеллектуальной собственности?

– На основании результатов проекта «МЕГАПОЛИС» зарегистрировано три патента; ещё на две заявки получены положительные решения. Государственную регистрацию получили шесть программ для ЭВМ. Так что и программное обеспечение, и лицензии мы сможем продавать.

Вы предвосхитили мой вопрос о коммерциализации результатов ваших исследований. В каких ещё формах она идёт?

– Вопрос о коммерциализации результатов проектов в сфере рационального природопользования неоднозначный. Здесь, скорее всего, надо говорить о предотвращённом ущербе: насколько это улучшит состояние среды, здоровье людей. Он будет ощутим, если следовать в том числе и нашим рекомендациям. Например, в Томской области, по оценке природоохранных органов, предотвращённый эколого-экономический ущерб от применения интегрированных технологий оценки загрязнений атмосферы крупных городов составляет около 20–30 миллионов рублей в год.

Примеры коммерциализации лучше привести по завершившимся в 2009 году проектам в рамках этой же ФЦП. В ходе выполнения проекта «Разработка интегрированных технологий мониторинга растительных ресурсов наземных экосистем» было получено восемь патентов, зарегистрировано семь программ для ЭВМ и четыре базы данных. Внедрённые результаты нашей интеллектуальной деятельности превышают 300 миллионов рублей. Внедряем в основном в Сибири, где много лесов. Там есть спрос на мониторинг вырубок, лесных пожаров. Также мы выполнили проект для компании, которая строила новую линию электропередач на севере Тюменской области – через тундру, тайгу. В результате выполнения работ с использованием наших технологий создан геоинформационный продукт, с помощью которого заказчик выбрал оптимальную трассу для строительства ЛЭП в этом сложном регионе.

С оригинальным текстом интервью можно ознакомиться на сайте издания:

http://www.strf.ru/material.aspx?CatalogId=222&d_no=51481

http://www.strf.ru/material.aspx?d_no=51481&CatalogId=222&print=1 (печатная версия)

Документальный фильм «Рациональное природопользование как мостик в будущее»

http://www.strf.ru/material.aspx?CatalogId=222&d_no=47212