2 в воздушном бассейне Москвы About delay of growth of со



Скачать 190,93 Kb.
Дата20.11.2017
Размер190,93 Kb.
Хлыстов А.И., Сомов Б.В.
Государственный астрономический институт им. П.К. Штернберга, Москва, Россия, khlai@sai.msu.ru

О замедлении роста содержания СО2 в воздушном бассейне Москвы

About delay of growth of СО2 content in air basin of Moscow

Khlystov A.I. , and Somov B.V.
Sternberg Astronomical Institute, Moscow, Russia, khlai@sai.msu.ru
On the basis of the long-term investigations by astrophysical method it is shown that the CO2 content in the Earth’s atmosphere above Moscow during 36 last years grows up by 2.5 times in great excess of planetary growth. We assume that this trend caused by increased autopark of Moscow. The seasonal variations of the CO2 content in air basin of Moscow have the well-defined minimum at the late July – early August and maximum from November till February.

На основе многолетних исследований астрофизическим методом показано, что содержание CO2 в атмосфере Москвы за последние 36 лет выросло в 2.5 раза, что значительно превышает планетарный рост. Мы предполагаем, что такой тренд вызван увеличившимся автопарком Москвы. Сезонные вариации содержания СО2 в воздушном бассейне Москвы имеют хорошо выраженный минимум в конце июля - начале августа и максимум с ноября по февраль.

В течение последних десятилетий проблема глобального потепления климата стала областью интересов не только учёных, но также политиков, бизнесменов и религиозных деятелей, которые уже не только говорят о ней, но и принимают определённые меры для её решения. Более 40 стран подписали Киотский Протокол об ограничении выбросов в атмосферу «парниковых газов». Постепенно приходит понимание того, что бездействие приведёт в будущем к громадным экономическим потерям, связанным с необходимостью адаптации промышленности, сельского хозяйства и миллиардных масс населения к новым климатическим условиям. Вместе с тем, новые оценки экономистов показывают, что затраты на стабилизацию климата не представляют серьёзной опасности для современной экономики. Ввиду чрезвычайной сложности климатообразующих процессов, количественные оценки глобального потепления страдают большой неопределённостью. Например, в работе [1], на конец 21 в. прогнозируется повышение средней температуры поверхности Земли в интервале от 1.5 до 6 ºС. Главную неопределённость в расчёты вносит процесс моделирования отклика атмосферы на изменения концентрации «парниковых» газов (CO2 , CH4 и N2O). Так, по некоторым оценкам, океанский фитопланктон удаляет из атмосферы около половины поступающей в атмосферу двуокиси углерода. Но само количество фитопланктона, в свою очередь, зависит от температуры воды. Поэтому расчётная концентрации CO2 в атмосфере, исходя из количества сгоревших ископаемых топлив, может заметно отличаться от реальной. В этой связи, постоянный многолетний мониторинг содержания углекислоты в атмосфере является одной из важнейших составляющих комплексной программы по стабилизации климата.

В настоящее время мониторинг содержания углекислоты в атмосфере для условий «сельской» местности осуществляет Лаборатория по мониторингу и контролю климата Национального Управления по исследованию океанов и атмосферы (CMDL NOAA) [2], ипользуя сеть метеопункты на Аляске (Бэрроу), Гавайях (Мауна-Лоа) и метеообсерватории на островах Восточные Самоа и Южном полюсе. Систематические наблюдения были начаты в 1973 г. Насколько нам известно из литературы, длительных рядов измерений концентрации CO2 в атмосферах крупных городов или промышленных центров, являющихся основными источниками выбросов двуокиси углерода в атмосферу, не имеется. В связи с этим, мониторинг содержания углекислоты в атмосфере Москвы, проводимый нами уже более 35 лет, приобретает особую значимость.

Изучение долговременных вариаций СО2 в атмосфере над Москвой были начаты нами в 1969г. на солнечном телескопе АТБ-1 ГАИШ со спектрографом высокого разрешения, позволяющем регистрировать профили отдельных линий в спектре полос молекулы СО2. Использовались фотоэлектрические регистрограммы профилей двух линий углекислоты с длинами волн λ20758.51 Å и λ20756.11 Å, не искажённые соседними линиями солнечного спектра, что очень важно для получения надёжных значений эквивалентных ширин линий. Согласно исследованиям, проведённым в работе [3], эквивалентные ширины регистрируемых нами линий пропорциональны полному числу молекул на луче зрения, направленному на Солнце, что можно пересчитать в значения приземной концентрации молекул.

Второй массив данных был получен 27.09.1991 г., и в результате сравнения с данными 1969 г. оказалось, что за прошедшие 22 года содержание молекул СО2 в атмосфере над Москвой выросло, примерно, на 48 % [4,5]. В то же время, общепланетный рост концентрации углекислоты за период с 1973 по 1991 г., по данным [2], составил всего около 8 %.

Обнаруженный нами в 1991 г. факт значительного превышение содержания СО2 над городом по сравнению с сельской местностью, спустя 7 лет было подтверждён в работе [8], в которой были проведены измерения концентрации СО2 в пригороде и через весь город Феникс (штат Аризона, США) на высотах от 2 м до 1.6 км. Оказалось, что над городом концентрация СО2 возрастает примерно в 1.5 раза по сравнению с пригородом.

В 1998 - 1999 гг. мы получили новые записи спектров линий λ20758.51 Å и λ20756.11 Å молекулы СО2 на солнечном телескопе АТБ-1 ГАИШ. Чтобы исключить влияние на получаемые результаты приземной инверсии температуры воздуха, обнаруженное нами ранее [6], для обработки выбирались только околополуденные наблюдения, а для максимального приближения к условиям "средней" атмосферы, наблюдения проводились в конце лета - начале осени, когда условия в атмосфере близки к среднегодовым, что облегчает обработку наблюдений и уменьшает ошибки. Результаты обработки показали, что с начала 90-х годов начался быстрый рост обилия углекислоты в воздушном бассейне Москвы, достигнув к концу 1999 г. значения, в 2.5 раза превышающее уровень 1969 г. [7]. За этот же период, в пунктах, находящихся на значительном удалении от больших городов и промышленных центров, то есть, относящихся к "сельскому" типу, соответствующий прирост количества углекислоты составил всего лишь около 11% [2].



В 2003г. исследования изменеия содержания углекислоты в Москве были продолжены. 16 мая были получены 5 регистрограмм с линиями СО2, а 11 и 30 сентября - ещё 12 записей линий молекулярного спектра. Поскольку эквивалентные ширины регистрируемых нами линий пропорциональны величине приземной концентрации молекул СО2 [9], мы провели привязку наших данных к измерениям концентрации диоксида углерода на климатической обсерватории Мауна Лоа [2]. Методом экстраполяции мы получили, что в 1969 году содержание молекул СО2 в Москве превышало уровень концентрации в Мауна Лоа на 7.7%. Пересчитанные таким способом результаты наших наблюдений с 1969 по 2003 г. приведены на рис. 1 (кривая 1). Здесь же показан ход роста концентрации СО2 так называемого "сельского" типа по усредненным данным Лаборатории по мониторингу и контролю климата Национального Управления по исследованию океанов и атмосферы (CMDL NOAA) [2] (кривая 2). Хорошо видно, что скорость нарастания концентрации СО2 в атмосфере над Москвой значительно превышает соответствующие показатели для метеопунктов Бэрроу (Аляска), Мауна-Лоа (Гавайи), о-ва Восточные Самоа и Южного полюса, по данным которых и была построена усредненная кривая 2 в работе [2].
Рис. 1
Совершенно очевидно, что повышенные концентрации двуокиси углерода в городах вызваны наличием здесь многочисленных котелен, ТЭЦ и других производств, использующих ископаемое топливо, а также автомобилей с двигателями внутреннего сгорания. Из всех этих источников выбросов СО2 в атмосферу главным оказался автотранспорт.

Действительно, согласно данным Москомприроды [8], в 1998 г. автотранспорт в Москве давал 85% всех выбросов двуокиси углерода, а в 1999 г., согласно результатам исследований Центра Теоретического Анализа Экологических Проблем [9], этот показатель вырос уже до 92.3%.

Рис. 1 показывает динамику роста количества автомобилей в Москве по данным из [8-11]. Хорошо видно, что, с 1992 года начался очень быстрый рост числа автомобилей в Москве. И именно на 1992 год приходится резкий излом кривой 1 на рис.1, показывающей изменение количества СО2 в атмосфере над Москвой. Такое согласие в поведении двух графиков является подтверждением того, что автомобили действительно являются в Москве главным источником выбросов углекислоты в атмосферу.

Следует, однако, обратить внимание на то, что после 2000 г. рост концентрации двуокиси углерода в воздушном бассейне Москвы резко замедлился, в то время как количество автомобилей продолжало быстро расти. Мы объясняем это не совсем корректным подсчётом числа автомобилей в Москве. Дело в том, официальная статистика основывается на данных ГИБДД о числе стоящих на учёте в инспекции автомобилях. Однако известно, что снятые с эксплуатации старые автомобили зачастую остаются на учёте в ГИБДД и каждый год продолжают попадать в составляемые статистические отчёты. Таким образом, реальное число автомобилей, курсирующих по улицам Москвы и загрязняющих атмосферу выхлопными газами, оказывается заметно меньше. Результаты наших исследований содержания СО2 в атмосфере над Москвой за 1998 – 2003 гг. говорят в пользу того, что сейчас практически достигнуто равновесие между поступающими в эксплуатацию новыми автомобилями и выходящими из строя старыми.

Рассмотрим теперь вопрос о сезонных изменениях концентрации СО2 в атмосфере, имеющем большое значение для получения надёжных данных о многолетних изменениях углекислоты. Согласно [13], во многих городах мира наблюдается хорошо выраженный сезонный ход концентрации СО2, который обычно имеет минимум в конце лета и максимум в зимние месяцы. Это связывают с сезонностью фотосинтетической деятельности растений летом и с ростом антропогенных выбросов в городах в зимний период в результате увеличения потребления топлива на обогрев помещений. Однако отмечаются и заметные отклонения от этого "типичного" хода. Например, минимум концентрации СО2 в Берлине приходится на декабрь, а в Тегеране - на июнь. Причиной этого могут быть как особенности локальной сезонной производительности антропогенных источников, так и географическое положение пункта наблюдения.

Изучение сезонных вариаций СО2 в атмосфере над Москвой мы проводили по материалам наблюдений, полученных с февраля по ноябрь 1992 - 1995 гг. На рис. 2 представлен сезонный ход так называемой приведённой оптической толщи τ0 в центре наблюдённых линий. Эта величина пропорциональна числу молекул СО2 во всей толще атмосферы, соответствующей наблюдениям в зените (точки - эксперимент, сплошная линия – кривая, аппроксимируемая многочленом 3-й степени).




Рис. 2


Из рис. 2 видно, что приведенные оптические толщи рассматриваемых линий достигают минимальных значений в конце июля - начале августа и возрастают зимой (с максимумом с ноября по февраль). Это хорошо согласуется с измерениями других авторов. Так, согласно [14], в г. Долгопрудном (северная окраина Москвы), локальный метод определения концентрации дал минимум в августе и максимум в феврале. В Звенигороде, находящемся в 50 км к юго-западу от Долгопрудного, спектроскопический метод измерений дал минимум ближе ко второй половине августа, а максимум в конце марта - начале апреля. Примерно такие же результаты были получены локальным методом на горе Чимоне, Италия (высота 2165 м над уровнем моря) и в пункте Колд Бэй (Аляска) [14].

Важно отметить, что для всех цитированных выше работ величина амплитуды сезонных вариаций не превышает 5%, в то время как для Москвы, по нашим данным, она составляет около 20%. Если предположить, что такие сильные изменения концентрации углекислоты в Москве вызваны сезонными колебаниями использования автомобилей, то тогда логично было бы ожидать минимума содержания СО2 в зимний период, когда часть автомобилей простаивает. Однако из графика видно, что это предположение не подтверждается. Мы полагаем, что более вероятным объяснением больших сезонных вариаций СО2 в Москве является эффект повышения фотосинтетической активности растений с повышением уровня концентрации углекислого газа в атмосфере [15].

Обнаруженные нами значительные сезонные вариации концентрации СО2 в атмосфере Москвы ставят вопрос об их корректном учёте при исследованиях многолетних изменений.

Но как видно из рис. 2, в мае и сентябре, когда мы проводим наблюдения, кривая сезонного хода, в пределах ошибок наблюдений, имеет одинаковые амплитуды. Следовательно, вводить «сезонную» поправку нет необходимости.

Итак, на основе наших многолетних исследований изменения содержания в атмосфере Москвы наиболее эффективного «парникового» газа - двуокиси углерода – можно сделать вывод, что в городах, по мере роста числа автомобилей, обязательно происходит нарастание концентрации СО2. При достижении состояния насыщения автомобильного парка, содержание углекислоты в атмосфере города стабилизируется, но остаётся на уровне, значительно превышающем усреднённое по всему земному шару значение.

Литература

1. Cliver E.W., Boriakoff V, Feynman J. // Geophys. Res. Let., 1998, v. 25, No7, p. 1035 –1038.

2. Лаборатория по мониторингу и контролю климата Национального Управления по

Следованию океанов и атмосферы (NOAA CMDL): www.cmdl.ngdc.noaa.gov/.

3. Хлыстов А.И., Исследование профилей линий теллурического кислорода:

Диc. канд. физ.- мат. наук. М. 1972.

4. Сомов Б.В., Хлыстов А.И. // Кинематика и физика небесных тел.

1993. Т. 9. N 3. С. 84 - 90.

5 Хлыстов А.И., Сомов Б.В. // Астрон. журн. 1993. Т. 70. вып. 6.С.1313 –1320

6. Хлыстов А.И., Ситник Г.Ф., Дивлекеев М.И., Якунина Г.В. //

Труды ГАИШ. 1999. Т. 66, С. 197 - 206.

7. Хлыстов А.И., Сомов Б.В. // Климатические и экологические аспекты солнечной активности. Тр.YII Пулковской международной конференции по физике Солнца, 7 – 11 июля 2003 г.

8. Официальный сервер мэрии Москвы: www.mos.ru.

9. Центр Теоретического Анализа Экологических Проблем: www.iiueps.ru.

10. www.md.mos.ru.

11. www.carclub.ru.

12. Idso, C.D., Idso, S.B. and Balling, R.C.Jr. 1998. The urban CO2 dome of

Phoenix , Arizona. Physical Geography 19: 95–108.

13 Нахутин A.И. Тр. ин-та прикл. геофизики. М.: Гидрометеоиздат.

1991. Вып. 78. С. 11 - 23.

14. Пугачев Н.С., Дианов-Клоков В.И., Доронина Т.Н. Физ. атм. и океана.

1985, Т. 21, N 7, С. 784 - 788.



15. Яншин А.Л. // В сб. "Глобальные изменения природной среды. Москва, "Научный мир",
Каталог: media -> publications -> articles
articles -> Рогожникова Варвара Николаевна
articles -> В. М. Капицын д полит н., профессор, иппк мгу имени М. В. Ломоносова проф кафедры социологии и политологии Исследование
articles -> Программа преддипломной практики Направление подготовки №040200 «Социология» Профиль подготовки Общий профиль
articles -> Алексеев В. В. Кпсс в последние годы своего существования
articles -> Объяснение энергетики и цикличности
articles -> Школьная политика российской империи на национальных окраинах в XIX начале XX вв
articles -> Старостин В. И., Пущаровский Д. Ю., Трофимов В. Т., Борисенок В. И
articles -> Проблема суверенизации союзных и автономных республик СССР в 1990-1991 гг с точки зрения политики и права
articles -> Лукашин Александр Владимирович


Поделитесь с Вашими друзьями:


База данных защищена авторским правом ©grazit.ru 2019
обратиться к администрации

войти | регистрация
    Главная страница


загрузить материал