Исследование состава воздуха в крупном городе (Москве) и закономерностей его изменений в зависимости от метеорологических условий.НИР

Источник финансирования НИР

грант РФФИ

Этапы НИР

# Сроки Название
1 1 января 2014 г.-31 декабря 2014 г. Исследование состава воздуха в крупном городе (Москве) и закономерностей его изменений в зависимости от метеорологических условий.
Результаты этапа: В 2014 году завершѐн анализ многолетних изменений состава приземного воздуха в Москве по данным непрерывных 11-летних измерений на совместной Экологической станции ИФА РАН и МГУ за 2002-2012 гг. Оценена статистическая значимость полученных трендов, исследованы закономерности суточного и годового хода O3, NO, NO2, CO и SO2. Исследованы статистические связи содержания двуокиси серы с количеством использованного в городском отоплении мазута, а также со скоростью ветра по данным содара «MODOS» и с температурой воздуха Т на 2 м. Помимо анализа данных Экологической станции с 2002 г., рассмотрены также изменения средних уровней загрязнения воздуха за последние полвека (для SO2 – с 1957 г., для NO2 и CO – с 1966 г.) по архивным данным постов Минздрава СССР и ЦВГМО. Выявлены статистически значимые максимумы спектральной плотности, связанные с годовым ходом и межгодовой изменчивостью. Исследованы закономерности недельного хода приземного содержания O3, NO, NO2, CO и SO2 в среднем за 2002-2010 гг. Обнаружены статистически достоверные различия между содержанием малых газов (кроме SO2) в будние дни и в субботу, а также в субботу и в воскресенье. В зависимости от дня недели существенно меняется и средний суточный ход – так, в воскресенье суточный ход озона в среднем характеризуется отсутствием дополнительного ночного максимума, характерного для городов. Дополнительные «эффект субботы» и «эффект понедельника» статистически достоверны и служат следствием инерции рассеивания и накопления примесей. В отличие от остальных газов, SO2 не показывает явного недельного хода, поскольку городское отопление работает приблизительно с одинаковой интенсивностью в разные дни недели. На основе единой базы данных продолжены исследования влияния V, Т и относительной влажности на приземное содержание малых газов, а также CO2 в МГУ. Помимо прочего, исследована природа дополнительного минимума эмпирической зависимости содержания O3 от V в слое 40-200 м. Продолжены исследования ветрового режима Москвы. Обнаружен эффект систематического завышения средних оценок V по содарным данным на больших высотах с неполной выборкой содарных данных. Обобщены результаты содарного зондирования в МГУ за 2004-2012 гг. Суточный ход V в слое до 40–60 м отмечен дневным максимумом и ночным минимумом, в слое 80–120 м слабо выражен и характеризуется утренним минимумом, а выше 140–160 м наблюдаются дневной минимум и ночной максимум. Промежуток 80–120 м приблизительно характеризует высоту обращения. Статистическая связь V с приземной T прямая в холодном сезоне, обратная в тѐплом и отсутствует в апреле и октябре. Наибольшие V в среднем за 10 мин в слое до 500 м достигают 30-35 м/с при нахождения столицы на периферии обширных циклонов и при наличии низкоуровневой струи. Получены предварительные оценки среднемноголетней величины правого поворота ветра в слое до 500 м (20?), а также высоты приземного слоя воздуха над Москвой (в среднем – 40-60 м). Успешно завершѐн ремонт содара «ЭХО-1» и возобновлено зондирование с его помощью в МГУ. Завершено создание единой электронной базы всех данных радиозондирования в ЦАО в слое до 4 км за 1991–2000 гг. Продолжено изучение «острова тепла» в Москве и его вековых изменений. Предложен новый показатель осреднѐнной по площади города интенсивности острова тепла. Обнаружена остановка роста интенсивности во второй половине XX века – вероятно, вследствие экстенсивного роста города. Исследован недельный ход Т в Москве, характеризующийся в среднем за 50 лет постепенным увеличением T в рабочие дни и быстрым похолоданием в выходные (амплитуда – около 0,025 ?С). Вероятным объяснением служит индустриальная дымка, постепенно накапливающаяся с понедельника до пятницы и уменьшающая эффективное ночное излучение в городе, особенно в зимние ночи. Изучены изменения температуры грунта в Москве за последние 115 лет, а также явление «подземного острова тепла». Предложен индекс для его оценки.
2 1 января 2015 г.-31 декабря 2015 г. Исследование состава воздуха в крупном городе (Москве) и закономерностей его изменений в зависимости от метеорологических условий.
Результаты этапа:
3 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. Исследование состава воздуха в крупном городе (Москве) и закономерностей его изменений в зависимости от метеорологических условий.
Результаты этапа: В ходе работы над проектом выполнены все заявленные цели и задачи. Подробно исследован состав воздуха в современном крупном городе (Москве) по данным непрерывных измерений в течение 11 лет на совместной Экологической станции ИФА РАН и МГУ. Выявлены закономерности суточного, недельного и годового хода, а также сезонные особенности и многолетние изменения приземного содержания пяти малых атмосферных газов: озона, окиси и двуокиси азота, окиси углерода и двуокиси серы. Исследованы предельные (наибольшие и наименьшие) уровни этих газов и их связи с метеорологическими условиями. Впервые по многолетним данным выявлены закономерности суточного и годового хода предельно низких (близких к 0) их значений. Получены эмпирические функции влияния основных метеоэлементов (скорости ветра, температуры и относительной влажности) на приземное содержание этих газов. Показано, что с усилением ветра содержание окислов азота и углерода в целом уменьшается, О3 – растёт, SO2 – уменьшается, начиная с промежуточного значения (1-2 м/с) вследствие преобладания высоких источников этого газа. Обнаруженный дополнительный максимум содержания СО2 при большой скорости ветра, видимо, связан с его дальним переносом. Собраны многолетние данные о составе воздуха в Москве (начиная с 1955 г.) и получены предварительные оценки изменений за последние 60 лет. Продолжено непрерывное зондирование атмосферы в МГУ с помощью двух акустических локаторов: «MODOS» и «ЭХО-1». Исследованы основные закономерности распределения с высотой скорости и направления ветра, низкоуровневые струи в профилях скорости, повороты ветра с высотой и во времени и их связи с синоптическими процессами. Суточный ход скорости ветра в слое до 40-60 м отмечен дневным максимумом и ночным минимумом, в слое от 80 до 120 м слабо выражен и характеризуется утренним минимумом, а выше 140-160 м наблюдаются дневной минимум и ночной максимум. Высотный промежуток от 80 до 120 м характеризует высоту обращения ветра. Получены оценки статистических связей данных о вертикальной составляющей скорости ветра и её стандартном отклонении по результатам синхронных измерений четырьмя содарами в Обнинске; изучены особенности суточного хода обеих характеристик. Создана база данных радиозондирования в Долгопрудном в слое до 4 км с 1991 года (оцифровано около 400 тысяч значений с бумажных носителей) и данных измерений на телебашне Останкино; выявлены закономерности современных изменений температуры над Московским регионом на разных высотах. Обнаружено замедление потепления, разнонаправленные изменения температуры в годовом ходе и, как следствие, – усиление континентальности климата Москвы в последние годы. Обнаружена приуроченность максимума годовой амплитуды температуры к высотам 200-300 м. Подробно исследован термический режим в слое воздуха до 4 км над столицей в период аномальной жары летом 2010 года. Исследованы вековые изменения интенсивности городского «острова тепла» Москвы с конца 19-го века до последних лет по данным наземной сети. Стабилизация её значений во второй половине 20-го века была связана с экстенсивным в это время развитием города. Получены оценки высотной и глубинной протяжённости «острова тепла», исследованы закономерности «подземного острова тепла». По многолетним радиометрическим данным двух орбитальных спутников получены оценки интенсивности «поверхностного острова тепла», а также локальных «островов холода» в 22 городских лесопарках. Выявлена тесная связь интенсивности «островов холода» с их площадью. Впервые по многолетним данных описано явление городского «острова сухости» Москвы в поле значений относительной влажности и исследованы его изменения. Кроме того, исследованы вековые изменения температуры грунта, характеристик влажности и других климатических показателей в Московском регионе. Исследовано влияние температуры воздуха и атмосферной влажности на энергопотребление в Москве. По результатам проекта опубликовано и сдано в печать 35 работ, включая 17 журнальных статей и 9 статей в сборниках.

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".