УДК 551.510.42
ЗАГРЯЗНЕНИЕ ВОЗДУХА НА ЕВРОПЕЙСКОЙ ЧАСТИ РОССИИ И УКРАИНЕ В УСЛОВИЯХ ЖАРКОГО ЛЕТА 2010 г.
© 2011 г. А. М. Звягинцев*, О. Б. Блюм**, А. А. Глазкова***, С. Н. Котельников****, И. Н. Кузнецова***, В. А. Лапченко*****, Е. А. Лезина******, Е. А. Миллер*, В. А. Миляев****, А. П. Попиков******, Е. Г. Семутникова******, О. А. Тарасова*******, И. Ю. Шалыгина***
*Центральная аэрологическая обсерватория 141700Долгопрудный, Московская обл., ул. Первомайская, 3 E-mail: azvyagintsev@cao-rhms.ru **Национальный ботанический сад им. Н.Н. Грышко НАНУкраины 01014 Украина, Киев, ул. Тимирязевская, 1
E-mail: blum@voliacable.com ***Гидрометцентр Российской Федерации 123242 Москва, Большой Предтеченский пер., 11-13
E-mail: muza@mecom.ru ****Тарусский филиал Института общей физики РАН 249100 Таруса Калужская обл., ул. Энгельса, 6 E-mail: KotelnikovSN@yandex.ru *****Карадагский природный заповедник НАН Украины 98188 Украина, Феодосия, пгт. Курортное, ул. Науки, 24 E-mail: lapchenko@pochta.ru ******Государственное природоохранное учреждение "Мосэкомониторинг" 119019 Москва, ул. Новый Арбат, д. 11, стр. 1 E-mail: info@mosecom.ru *******Всемирная метеорологическая организация Женева, Швейцария E-mail: OTarasova@yandex.ru Поступила в редакцию 10.02.2011 г., после доработки 15.04.2011 г.
Представлены и проанализированы изменения концентраций ряда первичных (РМ10, CO и NOx) и вторичных (озон) загрязнителей атмосферы в московском регионе, Кировской области, г. Киеве и Крыму в условиях аномально жаркого лета 2010 г. В московском регионе концентрации озона, РМю, CO и NOx в период с конца июля по конец августа 2010 г. практически непрерывно превышали предельно допустимые. Наибольшее загрязнение атмосферы наблюдалось в период 4—9 августа, когда регион находился в интенсивном шлейфе пожаров от лесов и торфяников. Максимальные разовые концентрации озона, превысившие предельно допустимые в 2—3 раза, сопровождались высокими концентрациями продуктов горения: концентрации РМ10 и СО были также выше предельно допустимых в 3—7 раз. Максимальные уровни загрязнений наблюдались при метеорологических условиях, неблагоприятных для рассеяния загрязнений, в первую очередь, при малом вертикальном градиенте температуры в нижней части пограничного слоя атмосферы. Оценено число случаев дополнительной смертности вследствие превышений предельно допустимых концентраций РМ10 и озона в Москве. В Кировской области, Киеве и Крыму, практически не подвергшихся влиянию пожаров, при погодных условиях, близких к московским, качество воздуха оставалось, в основном, удовлетворительным.
Ключевые слова: загрязнение воздуха, приземный озон, взвешенные частицы, углерода моноксид, жара, эмиссии пожаров, смертность.
ВВЕДЕНИЕ
Лето 2010 г. на европейской части России и Украине выдалось сухим и необычно жарким, что явилось следствием установления над этими тер-
риториями малоподвижного блокирующего антициклона необычной интенсивности и длительности (около 2 мес) существования [1]. В таких малоподвижных воздушных массах в приземном слое атмосферы нередко возникают эпизоды со
Характеристики станций наблюдений, данные которых использованы в работе
Пункт наблюдений Организация Широта, °N Долгота, °E Измеряемые составляющие
Москва ГПУ "Мосэкомониторинг" 55.7 37.6 O3, PM10, CO, NO, NO2
Вятские Поляны ИОФАН 56.2 51.1 O3
Долгопрудный ЦАО 55.8 37.6 O3
Звенигород ГПУ "Мосэкомониторинг" 55.7 36.8 O3, CO, NO, NO2
Зеленоград ГПУ "Мосэкомониторинг" 56.0 37.3 O3, PM10, CO, NO, NO2
Киев НБС 50.4 30.5 O3, NO, NO2
Коктебель КарПЗ 45.0 35.4 O3, NO, NO2
Павловский Посад ГПУ "Мосэкомониторинг" 55.8 38.7 O3, PM10, CO, NO, NO2
значительным фотохимическим загрязнением воздуха, опасным для здоровья [2]. Экологическую ситуацию в московском регионе усугубили пожары лесов и торфяников к востоку и югу от Москвы, значительно увеличившие концентрации загрязнителей атмосферы в регионе. Схожие ситуации имели место в московском регионе летом 2002 г. [3], а также в Западной Европе в августе 2003 г. [4—6], но они были не столь продолжительны. Настоящая работа посвящена сравнительному анализу состава воздуха в ряде пунктов центральной части европейской территории России (ЕТР) и Украины в июле—августе 2010 г.
ИСТОЧНИКИ ДАННЫХ
Использованы результаты измерений малых газовых составляющих атмосферы (МГС) — озон, моноксид углерода СО, диоксид азота NO2 — и взвешенных частиц РМ10 в московском регионе на около 30 автоматических станциях контроля загрязнения атмосферы ГПУ "Мосэкомонито-ринг", озона на станции Долгопрудный и в Кировской области, а также озона и NO2 в Киеве и Карадагском природном заповеднике в Крыму (табл.). Аппаратура для наблюдений МГС на станциях ГПУ "Мосэкомониторинг" описана в [7], в частности, для измерений концентрации озона использованы УФ-фотометрические газоанализаторы. Концентрации озона на станции Долгопрудный измеряли с помощью электрохимического газоанализатора [8], на станции Вятские Поляны — с помощью хемилюминесцентных газоанализаторов 3.02 П-А производства ЗАО "ОПТЭК", в Киеве — с помощью УФ-фотометри-ческого газоанализатора TEI-49i производства "THERMO" (США), в Карадагском природном заповеднике — с помощью хемилюминесцентных газоанализаторов 3.02 П-А и "Лань" (последний — производства Украины). Концентрации оксидов азота в Киеве и Карадагском природном заповед-
нике измеряли с помощью хемилюминесцентного газоанализатора "Лань". Для анализа данных дополнительно использованы результаты измерений стандартных метеопараметров (в том числе в Москве — на станции ВВЦ, международный № 27612), радиозондовых измерений на аэрологической станции Долгопрудный, а также измерений профиля температуры в пограничном слое атмосферы на станции Долгопрудный с помощью прибора МТП-5 [9].
РЕЗУЛЬТАТЫ НАБЛЮДЕНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Качество воздуха по рекомендациям ВОЗ [10] принято оценивать, прежде всего, по концентрациям в нем озона, взвешенных частиц (РМ10 и РМ25), СО, N0^ (N0^ = N0 + N0^ и SO2 (в московском регионе концентрации S02 всегда малы и на качество воздуха практически не влияют [11]). В фоновых районах мира вдали от крупных промышленных производств концентрации РМ10, С0, N0^ и S02 обычно на 1—3 порядка меньше предельно допустимых (ПДК), и лишь концентрации озона, который является естественным компонентом атмосферы, могут доходить до 0.5— 0.8 ПДК. В опасных для здоровья концентрациях (выше ПДК) озон обычно образуется в фотохимических реакциях с участием N0^ (практически всегда антропогенного происхождения) и летучих органических соединений (ЛОС), которые могут быть как естественного, так и антропогенного происхождения [2, 12]. Дополнительно озон образуется в атмосфере в фотохимических реакциях окисления СО или метана с участием N0^ в роли катализаторов (т.е. при образовании озона они практически не расходуются).
Летом 2010 г. в результате аномалий крупномасштабных атмосферных процессов над ЕТР доминировали восточные и южные направления пере-
носа воздушных масс (рис. 1), нетипичные для московского региона (обычно преобладает северозападный перенос). Такие направления переноса воздушных масс приводят здесь к повышенным уровням приземного озона [13]. Также должны были заметно повысить уровни озона аномально высокие температуры [8, 14], имевшие место летом во всех рассматриваемых пунктах наблюдений в России и Украине (http://meteo.infospace.ru/). Возникшие на огромных территориях от Московской до Нижегородской областей и южнее пожары лесов и торфяников привели к поступлению продуктов горения в центральные области ЕТР. Шлейфы дымов многократно распространялись на московский мегаполис, вызывая появление сильной мглы (видимость уменьшалась до 100— 200 м), едкие запахи гари и значительное увеличение концентраций предшественников озона.
На рис. 2 приведены временые зависимости максимальных за сутки разовых концентраций важнейших загрязнителей — средних по всем станциям ГПУ "Мосэкомониторинг" и наибольших наблюдаемых на одной из станций — в период, когда загрязнение было наибольшим. Средние концентрации по всем станциям ГПУ "Мосэкомониторинг", как правило, меньше максимальных в 1.3—2.5 раза. При построении рис. 2 принято, что разовые ПДК составляют для озона 160 мкг м-3, СО 5 мг м-3, :Ы02 200 мкг м-3 и РМ10 500 мкг м-3 [15].
В Западной Европе и США подавляющее большинство случаев признания качества воздуха неудовлетворительным вызывается превышениями ПДК озона и РМ10 [16]. Если РМ10, СО и М02 имеют вполне конкретные источники выбросов, которые, в принципе, можно регулировать, то озон образуется в фотохимических процессах непосредственно в атмосфере, и прогнозирование его концентраций с помощью химическо-транспорт-ных моделей затруднено, как правило, из-за неполноты и недостаточного качества исходных данных для расчетов [2, 4]. Согласно накопленной для московского региона статистике [8, 14], необходимыми условиями для возникновения разовых концентраций озона выше ПДК практически всегда являются приземные температура выше 28°С, относительная влажность менее 50% и скорость ветра в приземном слое не более 3 м с-1. Именно такие условия существовали длительное время на большей части европейской территории России и Украины с конца июня по конец августа 2010 г. Эти условия не являются достаточными для формирования концентраций озона, существенно превышающих ПДК, что видно из временного хода концентраций озона в Кировской области и Украине (рис. 3), хотя концентрации озона и здесь
N
0.3 г
W
Е
S
Рис. 1. Розы ветров в пограничном слое атмосферы в московском регионе в июле-августе 2010 г. на уровне 925 гПа по данным аэрологической станции Долгопрудный (1), а также в 2000-2006 гг. по данным 2-х мерных траекторий ЕМЕР (2; http://emep.int).
были повышенными по отношению к средним многолетним значениям [17].
В московском регионе разовые концентрации озона стали систематически превышать ПДК, начиная с 21 июля. Высокому уровню фотохимического загрязнения воздуха в регионе, как правило, сопутствовала мгла, которая, по данным метеорологической станции № 27612, в период с 19 июля по 18 авгу
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.