Организация мониторинга парниковых и окисляющих атмосферу

«Îïòèêà àòìîñôåðû è îêåàíà», 19, ¹ 11 (2006)
ÓÄÊ 551.510.42
Ì.Þ. Àðøèíîâ1, Á.Ä. Áåëàí1, Ä.Ê. Äàâûäîâ1, Ã. Èíîóéå2, Î.À. Êðàñíîâ1,
Ò. Ìà÷èäà2, Ø. Ìàêñþòîâ2, Ô. Íåäýëýê3, Ì. Ðàìîíåò4, Ô. Ñèàñ4,
Ã.Í. Òîëìà÷åâ1, À.Â. Ôîôîíîâ1
Îðãàíèçàöèÿ ìîíèòîðèíãà ïàðíèêîâûõ è îêèñëÿþùèõ
àòìîñôåðó êîìïîíåíò íàä òåððèòîðèåé Ñèáèðè è íåêîòîðûå
åãî ðåçóëüòàòû. 1. Ãàçîâûé ñîñòàâ
2
1
Èíñòèòóò îïòèêè àòìîñôåðû ÑÎ ÐÀÍ, ã. Òîìñê, Ðîññèÿ
Íàöèîíàëüíûé èíñòèòóò èññëåäîâàíèÿ îêðóæàþùåé ñðåäû, ã. Öóêóáà, ßïîíèÿ
3
Ëàáîðàòîðèÿ àýðîëîãèè, ã. Òóëóçà,
4
Ëàáîðàòîðèÿ íàóê î êëèìàòå è îêðóæàþùåé ñðåäå, ã. Ïàðèæ, Ôðàíöèÿ
Ïîñòóïèëà â ðåäàêöèþ 25.07.2006 ã.
Ïðèâîäÿòñÿ îïèñàíèå ñîçäàííîé â ðåçóëüòàòå ìåæäóíàðîäíîé êîîïåðàöèè ìíîãîóðîâíåâîé ñèñòåìû
ìîíèòîðèíãà ïàðíèêîâûõ è îêèñëÿþùèõ àòìîñôåðó êîìïîíåíò, à òàêæå ïåðâûå ðåçóëüòàòû, ïîëó÷åííûå
ê íàñòîÿùåìó âðåìåíè.
Ìîíèòîðèíã âåäåòñÿ ïî òðåì íàïðàâëåíèÿì: 1) îïðåäåëåíèå ýìèññèè ïàðíèêîâûõ ãàçîâ (íà Èêñèíñêîì
(Áàê÷àðñêîì) áîëîòå); 2) èññëåäîâàíèå ïîòîêîâ â ïðèçåìíîì ñëîå âîçäóõà (ïðîñòðàíñòâåííîå ðàñïðåäåëåíèå
ïàðíèêîâûõ ãàçîâ ïðîèçâîäèòñÿ ñ ïîìîùüþ âûñîòíûõ ìà÷ò â Òîìñêîé îáëàñòè, ßìàëî-Íåíåöêîì ÀÎ, Òþìåíñêîé îáëàñòè, Õàíòû-Ìàíñèéñêîì ÀÎ); 3) èçó÷åíèå ïðîñòðàíñòâåííîãî ðàñïðåäåëåíèÿ. Èçìåðåíèå âåðòèêàëüíîãî ðàñïðåäåëåíèÿ ïàðíèêîâûõ ãàçîâ â ïîãðàíè÷íîì ñëîå àòìîñôåðû îñóùåñòâëÿåòñÿ åæåíåäåëüíî
ñ áîðòà ñàìîëåòà Àí-2, îöåíêà ðåãèîíàëüíîãî âêëàäà â ãëîáàëüíûé áàëàíñ – ñ ñàìîëåòà Àí-30. Â 2006 ã.
ñòàðòîâàë ïðîåêò YAK-1, â õîäå êîòîðîãî èçìåðåíèÿ íà Àí-30 òåìè æå ïðèáîðàìè îñóùåñòâëÿþòñÿ ïî ìàðøðóòó Íîâîñèáèðñê–ßêóòñê–Íîâîñèáèðñê ñ ïåðåìåííûì ïî âûñîòå ïðîôèëåì ïîëåòà.
Ââåäåíèå
Îäíîé èç îñíîâíûõ â íàñòîÿùåå âðåìÿ ÿâëÿåòñÿ ïðîáëåìà âîçìîæíûõ ãëîáàëüíûõ èçìåíåíèé
îêðóæàþùåé ñðåäû è êëèìàòà çà ñ÷åò ðîñòà êîíöåíòðàöèè ïàðíèêîâûõ ãàçîâ, ñâÿçàííîãî ñ àíòðîïîãåííîé äåÿòåëüíîñòüþ. Âòîðàÿ ñòîðîíà ýòîé ïðîáëåìû, òàêæå îáóñëîâëåííàÿ àíòðîïîãåííîé äåÿòåëüíîñòüþ, êàñàåòñÿ íåóãëåðîäíûõ ïàðíèêîâûõ
ãàçîâ è âòîðè÷íûõ àòìîñôåðíûõ ïðèìåñåé, îïðåäåëÿþùèõ îêèñëÿþùèå ñâîéñòâà àòìîñôåðû.  ïåðâóþ î÷åðåäü, ýòî òðîïîñôåðíûé îçîí, îêñèäû àçîòà, ñåðû, àýðîçîëü.
Ôîðìèðîâàíèå ñîñòàâà âîçäóõà êîíêðåòíîãî
ðåãèîíà îïðåäåëÿåòñÿ ñóììîé íåñêîëüêèõ ôàêòîðîâ:
ôîíîâûì ñîäåðæàíèåì ïðèìåñåé â âîçäóøíîé ìàññå, ïðèøåäøåé èëè íàõîäÿùåéñÿ â äàííûé ìîìåíò
íà èíòåðåñóþùåé íàñ òåððèòîðèè; áàëàíñîì ìåæäó
ìåñòíûìè èñòî÷íèêàìè è ñòîêàìè íà íåé; òðàíñôîðìàöèåé ïðèìåñåé, ïðîèñõîäÿùåé ïîñòîÿííî, íî
ñóùåñòâåííî èçìåíÿþùåé ìåõàíèçìû è èíòåíñèâíîñòü â òå÷åíèå ñóòîê.
Ïðè ïðåîáëàäàþùåì íà çåìíîì øàðå çàïàäíîâîñòî÷íîì ïåðåíîñå íàáëþäàåòñÿ ýêñïîðò çàãðÿçíÿþùèõ âåùåñòâ èç Åâðîïû â Ñèáèðü. Ýòè ðåãèîíû
ñóùåñòâåííî îòëè÷àþòñÿ ïî õàðàêòåðó âûáðîñîâ –
ïðåäøåñòâåííèêîâ âòîðè÷íûõ ïðèìåñåé.  Åâðîïå
948
ãëàâåíñòâóþùóþ ðîëü èãðàþò âûáðîñû NOx è ÑÎ
ïðîìûøëåííîñòüþ è òðàíñïîðòîì, â Ñèáèðè – ïîñòóïëåíèå óãëåâîäîðîäîâ îò ëåñíûõ ýêîñèñòåì. Ïîýòîìó âàæíî îïðåäåëèòü áþäæåò çàãðÿçíÿþùèõ
âåùåñòâ â àòìîñôåðå Ñèáèðè, â òîì ÷èñëå èç êàêîé
÷àñòè Åâðîïû (þæíîé, öåíòðàëüíîé èëè ñåâåðíîé)
è êàêîå êîëè÷åñòâî âåùåñòâ ýêñïîðòèðóåòñÿ â Ñèáèðü. Äëÿ Ñèáèðè ïðîáëåìà èçó÷åíèÿ êîìïîíåíòîâ
óãëåðîäíîãî öèêëà è îêèñëÿþùèõ êîìïîíåíòîâ óñóãóáëÿåòñÿ ïî÷òè ïîëíûì îòñóòñòâèåì íàáëþäàòåëüíîé ñåòè.
 íàñòîÿùåé ñòàòüå ïðèâîäÿòñÿ îïèñàíèå ñîçäàííîé â ìåæäóíàðîäíîé êîîïåðàöèè ìíîãîóðîâíåâîé ñèñòåìû ìîíèòîðèíãà ïàðíèêîâûõ è îêèñëÿþùèõ àòìîñôåðó ïðèìåñåé, à òàêæå ïåðâûõ ðåçóëüòàòîâ, ïîëó÷åííûõ ê íàñòîÿùåìó âðåìåíè.
1. Èçìåðåíèå ýìèññèè ïàðíèêîâûõ
ãàçîâ
Îïðåäåëåíèå ýìèññèè ãàçîâ âåäåòñÿ íà Èêñèíñêîì
(Áàê÷àðñêîì)
áîëîòå
(56°49′35″ ñ.ø.,
82°51′27″ â.ä.), ïðèìåðíî â 16 êì íà þãî-çàïàä îò
ñ. Ïëîòíèêîâî Áàê÷àðñêîãî ðàéîíà Òîìñêîé îáëàñòè, íà ïîëåâîì ñòàöèîíàðå Èíñòèòóòà àãðîõèìèè
è ïî÷âîâåäåíèÿ ÑÎ ÐÀÍ (ã. Íîâîñèáèðñê). Ýòî
Àðøèíîâ Ì.Þ., Áåëàí Á.Ä., Äàâûäîâ Ä.Ê. è äð.
áîëîòî âûáðàíî ïîòîìó, ÷òî îíî ÿâëÿåòñÿ òèïè÷íûì
äëÿ Âàñþãàíñêîé òåððèòîðèè è íà íåì ïîëó÷åí
äëèííûé ðÿä íàáëþäåíèé, âûïîëíåííûõ ñîòðóäíèêàìè ÈÏÀ ÑÎ ÐÀÍ.
Íà ñòàöèîíàðå óñòàíîâëåíî 12 êàìåð èç îðãñòåêëà ðàçìåðîì 0,9 × 0,9 × 0,6 ì, èç êîòîðûõ ïî
òðóáêàì ïðîêà÷èâàåòñÿ âîçäóõ ÷åðåç äâà äàò÷èêà,
÷óâñòâèòåëüíûõ ê êîíöåíòðàöèè ìåòàíà è äâóîêèñè
óãëåðîäà. Ñõåìà ðàñïîëîæåíèÿ êàìåð ïðèâåäåíà íà
ðèñ. 1.
à
Êðîìå òîãî, íà ñòàöèîíàðå óñòàíîâëåíà ñòàíäàðòíàÿ ìåòåîìà÷òà ñî ñëåäóþùèì îáîðóäîâàíèåì:
– äàò÷èêè òåìïåðàòóðû è âëàæíîñòè HMD45A/D
ôèðìû Vaisala (Ôèíëÿíäèÿ);
– äàò÷èêè ñêîðîñòè è íàïðàâëåíèÿ âåòðà
Model 05103 ôèðìû Young Wind Monitor (ÑØÀ);
– óëüòðàçâóêîâîé àíåìîìåòð ôèðìû CSAT
Campbell Scientific, Inc. (Êàíàäà);
– äàò÷èê òåìïåðàòóðû ïî÷âû QMT103 Vaisala
(Ôèíëÿíäèÿ);
– äàò÷èê äàâëåíèÿ PTB210 ôèðìû Vaisala
(Ôèíëÿíäèÿ);
– äàò÷èê óðîâíÿ âîäû PTX 1830/1730 Druck
ltd. (Âåëèêîáðèòàíèÿ).
Ïåðå÷èñëåííûå êîìïëåêñû ðàáîòàþò ñëåäóþùèì îáðàçîì. Êðóãëîñóòî÷íî êàæäûé ÷àñ â òå÷åíèå
15 ìèí îïðåäåëÿþòñÿ êîíöåíòðàöèè ìåòàíà è äâóîêèñè óãëåðîäà â çàêðûòîé êàìåðå. Ïîñëå êàæäîãîèçìåðåíèÿ êàìåðà ïðîâåòðèâàåòñÿ. Äàííûå çàïèñûâàþòñÿ â ëîããåð CR10X ñ ïåðèîäè÷íîñòüþ 1 ðàç
â 10 ìèí.
Íà ðèñ. 2 ïðèâåäåíû ðåçóëüòàòû èçìåðåíèÿ
ïîòîêîâ ìåòàíà â êàæäîé èç 6 êàìåð íà îáîèõ ó÷àñòêàõ áîëîòà.
20
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
Ï, ìêã/(ì2 ⋅ ÷)
1
2 3 4 5 6
Ó÷àñòîê áîëîòà
ñ ðàñòèòåëüíîñòüþ
1
2 3 4 5 6
Ðåêóëüòèâèðîâàííûé
ó÷àñòîê áîëîòà
Ðèñ. 2. Ïîòîêè ìåòàíà íà îáåèõ èçìåðèòåëüíûõ ïëîùàäêàõ
Âèäíî, ÷òî íà ïåðâîçäàííîì áîëîòå ïîòîêè ìåòàíà ìîãóò â íåñêîëüêî ðàç ïðåâûøàòü ýìèññèþ èç
ðåêóëüòèâèðîâàííîãî. Çàìåòíû òàêæå ðàçëè÷èÿ íà
îòäåëüíûõ ó÷àñòêàõ îäíîãî è òîãî æå èçìåðèòåëüíîãî ñàéòà. Îíè ìîãóò äîñòèãàòü 3 ðàç.
2. Èçìåðåíèÿ â ïðèçåìíîì ñëîå
âîçäóõà
á
Ðèñ. 1. Ñõåìû ðàñïîëîæåíèÿ èçìåðèòåëüíûõ êàìåð íà
ïîëèãîíå â Ïëîòíèêîâî: à – ó÷àñòîê áîëîòà â ïåðâîçäàííîì âèäå; á – ðåêóëüòèâèðîâàííûé ó÷àñòîê â ñîâåòñêîå
âðåìÿ
Äëÿ ìîíèòîðèíãà ñîñòàâà âîçäóõà â 1992 ã.
â Òîìñêîì àêàäåìãîðîäêå áûë ñîçäàí àâòîìàòè÷åñêèé ïîñò, ïîëó÷èâøèé íàçâàíèå TOR-ñòàíöèÿ (ïî
íàçâàíèþ ïðîåêòà Tropospheric Ozone Research ïðîãðàììû EUROTRAC) [1]. C 2006 ã. íà÷àë ðàáîòàòü
åùå îäèí ïîñò íà ïîëèãîíå «Ôîíîâûé», âáëèçè
ï. Êèðååâñê Òîìñêîé îáëàñòè. Àíàëèç ðàáîòû ýòèõ
ïîñòîâ ïîäðîáíî äàí â [2–5]).  ðàìêàõ ìåæäóíàðîäíîãî ñîòðóäíè÷åñòâà ñ ßïîíèåé ãåîãðàôèÿ ïîñòîâ áûëà ðàñøèðåíà äëÿ èññëåäîâàíèÿ ïðîñòðàíñòâåííîãî ðàñïðåäåëåíèÿ ïàðíèêîâûõ è îêèñëÿþùèõ
àòìîñôåðó êîìïîíåíòîâ.
Îðãàíèçàöèÿ ìîíèòîðèíãà ïàðíèêîâûõ è îêèñëÿþùèõ àòìîñôåðó êîìïîíåíò íàä òåððèòîðèåé Ñèáèðè… . 1.
4*.
949
Èçìåðåíèÿ ïðîâîäÿòñÿ ñ ïîìîùüþ âûñîòíûõ
ìà÷ò, ðàñïîëîæåííûõ â ñëåäóþùèõ ïóíêòàõ:
ñò. Êàðàñåâîå, Òîìñêàÿ îáëàñòü; ä. Áåðåçîðå÷êà,
Òîìñêàÿ îáëàñòü; ã. Íîÿáðüñê, ßìàëî-Íåíåöêèé
ÀÎ; ïîñ. Äåìüÿíñêîå, Òþìåíñêàÿ îáëàñòü; ïîñ. Èãðèì, Õàíòû-Ìàíñèéñêèé ÀÎ. Êàæäàÿ ìà÷òà îñíàùàåòñÿ êîìïëåêñîì îäíîòèïíûõ ïðèáîðîâ: íåäèñïåðñèîííûé èíôðàêðàñíûé ãàçîàíàëèçàòîð ÑÎ2 LI-820,
äàò÷èê òåìïåðàòóðû è âëàæíîñòè HMD45A/D
(2 øò.); äàò÷èê ñêîðîñòè è íàïðàâëåíèÿ âåòðà
YOUNG Model 05103, èçìåðèòåëü îñàäêîâ YOUNG
Model 52202; ïèðàíîìåòð Kipp&Zonen Model CM3;
ðåãèñòðàòîð äàííûõ CR10X â êîìïëåêòå ñ òåëåôîííûì ìîäåìîì COM210 (ðèñ. 3).
òàõ çíà÷èòåëüíî ðàçíîîáðàçíåå. Ïîñêîëüêó ïîòîê
ìåòàíà íàïðàâëåí â îñíîâíîì ñíèçó ââåðõ, ò.å. åãî
èñòî÷íèêîì ñëóæèò ïîäñòèëàþùàÿ ïîâåðõíîñòü
400
CO2, ìëí–1
.
..
390
380
ñò. Êàðàñåâîå
ïîñ. Èãðèì
ïîñ. Äåìüÿíñêîå
370
1/VI 1/IX 1/XII 1/III 1/VI 1/IX 1/XII 1/III 1/VI
2004–2006 ãã.
Ðèñ. 4. Âðåìåííàÿ äèíàìèêà óãëåêèñëîãî ãàçà íà ñò. Äåìüÿíñêîå, Êàðàñåâîå è Èãðèì
CH4, ìëðä–1
ñò. Êàðàñåâîå
ïîñ. Èãðèì
ïîñ. Äåìüÿíñêîå
2200
2100
2000
1900
1/IX
1/XI
2005–2006 ãã.
1/I
Ðèñ. 5. Òî æå äëÿ ìåòàíà
2100 CH4, ìëðä–1
2050
2000
2
1
Ðèñ. 3. Ðàñïîëîæåíèå äàò÷èêîâ íà âûñîòíîé ìà÷òå
Èçìåðåíèÿ âåäóòñÿ íåïðåðûâíî ñ ïåðåêëþ÷åíèåì çàáîðíûõ óñòðîéñòâ, ðàñïîëîæåííûõ íà äâóõ
âûñîòàõ: íà âåðõíåé òî÷êå ìà÷òû è íà óðîâíå, ðàâíîì 0,5 ðàññòîÿíèÿ îò ðàçíèöû ìåæäó âûñîòîé äåðåâüåâ, îêðóæàþùèõ ìà÷òó, è åå âåðõíåé òî÷êîé.
Ðåçóëüòàòû èçìåðåíèé ñ ÷àñòîòîé 1 Ãö çàïèñûâàþòñÿ â ðåãèñòðàòîð äàííûõ. Íàêîïëåííûå ìàññèâû
ïåðåäàþòñÿ ÷åðåç ìîäåì â ÈÎÀ ÑÎ ÐÀÍ 1 ðàç
â ìåñÿö.
 íàñòîÿùåå âðåìÿ â ìîíèòîðèíãîâîì ðåæèìå
ðàáîòàþò 5 ñòàíöèé. Äëÿ ðàñøèðåíèÿ ïëîùàäè èññëåäîâàíèÿ ïîëó÷åíî ðàçðåøåíèå ÔÑÒÝÊ ÐÔ íà
îáîðóäîâàíèå åùå äâóõ è íàïðàâëåí çàïðîñ äëÿ
óêîìïëåêòîâàíèÿ âîñüìîé ìà÷òû.
Ðèñ. 4 è 5 ïîêàçûâàþò èçìåíåíèå êîíöåíòðàöèè äèîêñèäà óãëåðîäà è ìåòàíà íà òðåõ ñòàíöèÿõ.
Âèäíî, ÷òî äëÿ óãëåêèñëîãî ãàçà, íåçàâèñèìî îò
ìåñòà ðàñïîëîæåíèÿ, âðåìåííàÿ äèíàìèêà îïðåäåëÿåòñÿ îäíèìè è òåìè æå àòìîñôåðíûìè ïðîöåññàìè.
Ðàçëè÷èÿ èìåþòñÿ òîëüêî ïî àìïëèòóäå èçìåíåíèÿ êîíöåíòðàöèè. Ìåòàí âåäåò ñåáÿ â ýòèõ ïóíê950
1950
1 – CH4 âåðõíèé óðîâåíü
2 – CH4 íèæíèé óðîâåíü
1900
01.10.2005
01.01.2006
01.04.2006
Ðèñ. 6. Âðåìåííàÿ äèíàìèêà ìåòàíà íà äâóõ óðîâíÿõ íà
ñò. Êàðàñåâîå
(î ÷åì ìîæíî ñóäèòü èç ðèñ. 6), òî ìîæíî ñäåëàòü
ïðåäâàðèòåëüíûé âûâîä, ÷òî ìåõàíèçìû ôîðìèðîâàíèÿ ïðîñòðàíñòâåííûõ ïîëåé ýòèõ ãàçîâ ðàçëè÷íû.
3. Èçìåðåíèå â ïîãðàíè÷íîì ñëîå
àòìîñôåðû
Èçìåðåíèå âåðòèêàëüíîãî ðàñïðåäåëåíèÿ ïàðíèêîâûõ ãàçîâ â ïîãðàíè÷íîì ñëîå àòìîñôåðû îñóùåñòâëÿåòñÿ ñ áîðòà ñàìîëåòà Àí-2, ïðèíàäëåæàùåãî Òîìñêîìó îáëàñòíîìó óïðàâëåíèþ ÐÎÑÒÎ.
Íà áîðòó ñàìîëåòà óñòàíàâëèâàþòñÿ ãàçîàíàëèçàòîð
LI-800 äëÿ èçìåðåíèÿ óãëåêèñëîãî ãàçà, äàò÷èêè
òåìïåðàòóðû è âëàæíîñòè ôèðìû Vaisala.
Àðøèíîâ Ì.Þ., Áåëàí Á.Ä., Äàâûäîâ Ä.Ê. è äð.
Âûëåò ñàìîëåòà ïðîèçâîäèòñÿ èç àýðîïîðòà
ÐÎÑÒÎ (ä. Ãîëîâèíî Òîìñêîãî ðàéîíà Òîìñêîé
îáëàñòè). Èçìåðåíèÿ îñóùåñòâëÿþòñÿ íàä ä. Áåðåçîðå÷êà Òîìñêîãî ðàéîíà âáëèçè òî÷êè ñ êîîðäèíàòàìè 56°08′25″ ñ.ø., 84°20′50″ â.ä. Ýòîò ðàéîí ðàáîò
âûáðàí â ñâÿçè ñ íåîáõîäèìîñòüþ ïðèâÿçêè äàííûõ
èçìåðåíèé, ïðîèçâîäèìûõ íà ìà÷òå, ê äàííûì, ïîëó÷àåìûì â ñâîáîäíîé òðîïîñôåðå ñ ïîìîùüþ ñàìîëåòà Àí-30. Ïîëåòû âûïîëíÿþòñÿ åæåíåäåëüíî
ïðè íàëè÷èè áåçîáëà÷íûõ óñëîâèé ïîãîäû: â òåïëîå
âðåìÿ ãîäà â âûñîòíîì äèàïàçîíå 150–3000 ì, â
õîëîäíîå âðåìÿ 150–2000 ì.
Íà ðèñ. 7 ïîêàçàíû âåðòèêàëüíûå ïðîôèëè óãëåêèñëîãî ãàçà â ðàçëè÷íûå ñåçîíû, ïîëó÷åííûå
ñ ïîìîùüþ êîìïëåêñà îáîðóäîâàíèÿ, óñòàíîâëåííîãî íà Àí-2.
Âèäíî, ÷òî íàèáîëüøèå èçìåíåíèÿ êîíöåíòðàöèè ÑÎ2 íàáëþäàþòñÿ â ïðèçåìíîì ñëîå âîçäóõà –
îò 345 äî 400 ìëí–1. Ê âåðõíåé ãðàíèöå ïîãðàíè÷íîãî ñëîÿ äèíàìèêà óìåíüøàåòñÿ îò 352 äî 382 ìëí–1.
C ó÷åòîì òîãî, ÷òî âáëèçè ïóíêòà èçìåðåíèé ðàñïîëîæåíû ëåñíûå ìàññèâû, òàêîé ðåçóëüòàò çàêîíîìåðåí.
4. Èçìåðåíèå âåðòèêàëüíîãî
ðàñïðåäåëåíèÿ êîìïîíåíòîâ
Äëÿ ýêñïåðèìåíòîâ ïî îöåíêå ðåãèîíàëüíîãî
âêëàäà â ãëîáàëüíûé áàëàíñ èñïîëüçóþòñÿ ñàìîëåòû Àí-30 Íîâîñèáèðñêîãî àâèàïðåäïðèÿòèÿ (àýðîïîðò «Ñåâåðíûé») [6]. Äëÿ íàïîëíåíèÿ ñòåêëÿííûõ
êîëá çàáîðòíûì âîçäóõîì, êîòîðûé çàòåì èñïîëüçóåòñÿ â ãàçîõðîìàòîãðàôè÷åñêîì àíàëèçå, ïðèìåíÿåòñÿ áåçìàñëÿíûé äèàôðàãìåííûé íàñîñ GAST
DÎÀ-Ð108. Èçãîòîâèòåëü Trademark of Gast Manufacturing Inc., ÑØÀ.
Çàáîð ïðîá è èçìåðåíèå ãàçîâîãî ñîñòàâà âîçäóõà ïðîèçâîäÿòñÿ (åæåìåñÿ÷íî â 20-õ ÷èñëàõ,
â çàâèñèìîñòè îò ïîãîäíûõ óñëîâèé), â òå÷åíèå 3 ÷,
âêëþ÷àÿ ïîäëåò è îòëåò îò ìåñòà çîíäèðîâàíèÿ.
Ìåñòî çîíäèðîâàíèÿ âûáðàíî þãî-çàïàäíåå ã. Íîâîñèáèðñêà, ÷òîáû øëåéô ãîðîäà íå âëèÿë íà ïîêàçàíèÿ ïðèáîðîâ. Ìàðøðóò ïîëåòà ïðîèñõîäèò íàä
ñîñíîâûì áîðîì âäîëü ïðàâîãî áåðåãà Îáñêîãî âîäîõðàíèëèùà, âáëèçè íàñåëåííûõ ïóíêòîâ Çàâüÿëîâî è Îðäûíñêîå è èìååò íà÷àëüíûå êîîðäèíàòû
Ðèñ. 7. Âåðòèêàëüíîå ðàñïðåäåëåíèå óãëåêèñëîãî ãàçà â ðàéîíå ä. Áåðåçîðå÷êà â ïîãðàíè÷íîì ñëîå àòìîñôåðû
Îðãàíèçàöèÿ ìîíèòîðèíãà ïàðíèêîâûõ è îêèñëÿþùèõ àòìîñôåðó êîìïîíåíò íàä òåððèòîðèåé Ñèáèðè… . 1.
951
54°05′ ñ.ø., 81°50′ â.ä. è êîíå÷íûå 54°35′ ñ.ø.,
82°40′ â.ä. Äèàïàçîí âûñîò ñîñòàâëÿë 500–7000 ì.
Ïðèâåäåì íåêîòîðûå ðåçóëüòàòû ýòîãî âèäà
ìîíèòîðèíãà, êîòîðûé íà÷àò â èþëå 1997 ã. è ïðîäîëæàåòñÿ ïî íàñòîÿùåå âðåìÿ.
 ïåðâîì ïðèáëèæåíèè ìîæíî ñ÷èòàòü, ÷òî íà
ïðèâîäèìûõ íèæå ðèñóíêàõ êîíöåíòðàöèÿ ãàçîâ íà
âûñîòå 500 ì îòðàæàåò äåéñòâèå ìåñòíûõ èñòî÷íèêîâ, íà âûñîòå 2000 ì – ðåãèîíà Çàïàäíîé Ñèáèðè
è ñåâåðà Êàçàõñòàíà, íà âûñîòå 7000 ì – ãëîáàëüíîå ñîäåðæàíèå íà ýòîé øèðîòå. Èç ðèñ. 8,à ñëåäóåò, ÷òî êîíöåíòðàöèÿ ÑÎ2 ïîâñåìåñòíî óâåëè÷èâàåòñÿ. Âìåñòå ñ òåì âèäíî, ÷òî â ïåðèîä ñ 1997 ïî
1999 ã. è â 2003 ã. ñîäåðæàíèå óãëåêèñëîãî ãàçà íàä
þãîì Çàïàäíîé Ñèáèðè áûëî âûøå, ÷åì ãëîáàëüíîå.
390
385
380
375
370
365
360
355
350
ÑCO2, ìëí–1
500 ì
2 000 ì
7 000 ì
1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 ã.
à
2100
ÑCH2, ìëðä
–1
2050
2000
1950
1900
1800
1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 ã.
á
380
375
370
365
360
355
350
345
340
335
ÑCO2, ìëí
–1
èþëü
1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 ã.
â
Ðèñ. 8. Ìíîãîëåòíèé õîä êîíöåíòðàöèè ãàçîâ íàä òåððèòîðèåé Çàïàäíîé Ñèáèðè
Ìåòàí íà âñåõ âûñîòàõ âåäåò ñåáÿ èíà÷å
(ðèñ. 8,á). Âíà÷àëå îòìå÷àåòñÿ ðîñò (1997–1998 ãã.),
íî â ïåðèîä ñ 1999 ïî 2002 ã. ðîñò ïðèîñòàíàâëèâàåòñÿ, à çàòåì íàáëþäàåòñÿ õîä, áëèçêèé ê íåéòðàëüíîìó.
952
395
390
385
380
375
370
365
360
355
350
ÑCO2, ìëí–1
I
II
III IV
V
VI VII VIII IX X
XI XII
Ðèñ. 9. Ãîäîâîé õîä êîíöåíòðàöèè óãëåêèñëîãî ãàçà â ïðèçåìíîì ñëîå â ðàéîíå Òîìñêà
1850
1750
Åñëè ïîâûøåííûå êîíöåíòðàöèè ìåòàíà íà
íèæíèõ âûñîòàõ ïîíÿòíû (íàëè÷èå áîëîò íà òåððèòîðèè Çàïàäíîé Ñèáèðè), òî ðîñò ÑÎ2 ïðè îáèëèè
ðàñòèòåëüíîñòè, àêêóìóëèðóþùåé óãëåêèñëûé ãàç,
âûçûâàåò âîïðîñû. Êàê âûïîëíÿþò ñèáèðñêèå ëåñà
ôóíêöèþ ïî ïîãëîùåíèþ óãëåêèñëîãî ãàçà – âèäíî
èç ðèñ. 8,â, íà êîòîðîì ïîêàçàí ìíîãîëåòíèé õîä
èçìåíåíèÿ êîíöåíòðàöèè ÑÎ2 äëÿ ëåòíåãî ïåðèîäà.
Èç ðèñ. 8,â ñëåäóåò, ÷òî â ïåðèîä èíòåíñèâíîé
ëåòíåé âåãåòàöèè þã Çàïàäíîé Ñèáèðè è Ðîññèÿ
â öåëîì ÿâëÿþòñÿ ìåñòîì ñòîêà óãëåêèñëîãî ãàçà èç
àòìîñôåðû. Êîíöåíòðàöèÿ ÑÎ2 íà âûñîòå 500
è 2000 ì çíà÷èòåëüíî íèæå, ÷åì íà óðîâíå 7000 ì.
Áîëåå òîãî, èç ðèñ. 8,â âèäíî, ÷òî çà 9-ëåòíèé
ïåðèîä ñòîê óãëåðîäà îñòàåòñÿ îòíîñèòåëüíî ïîñòîÿííûì.
Ïî-âèäèìîìó, òàêèå ðàçëè÷èÿ â ìíîãîëåòíèõ
èçìåíåíèÿõ êîíöåíòðàöèè óãëåêèñëîãî ãàçà (ñðåäíåãîäîâûõ (ðèñ. 8, à) è ëåòíèõ (ðèñ. 8, â)) îáóñëîâëåíû êîðîòêèì âåãåòàöèîííûì ïåðèîäîì íà òåððèòîðèè Ñèáèðè. Â ïîäòâåðæäåíèå ýòîé ãèïîòåçû
ïðèâåäåì ãîäîâîé õîä êîíöåíòðàöèè óãëåêèñëîãî
ãàçà, ïîëó÷åííûé íà TOR-ñòàíöèè äëÿ ïðèçåìíîãî
ñëîÿ âîçäóõà (ðèñ. 9).
Âèäíî, ÷òî òîëüêî â òå÷åíèå 3 ìåñ ñòîê ÑÎ2
ïðåâûøàåò åãî ãåíåðàöèþ. Ñëåäîâàòåëüíî, â ñðåäíåãîäîâîì ðàçðåçå òåððèòîðèÿ áóäåò áîëüøå îòäàâàòü åãî, ÷åì àêêóìóëèðîâàòü.
Îêñèä óãëåðîäà ÿâëÿåòñÿ ïðåäøåñòâåííèêîì
äèîêñèäà óãëåðîäà, ïåðåõîäÿ â ïîñëåäíèé â õîäå
îêèñëèòåëüíûõ ïðîöåññîâ. Ïîýòîìó çíàíèå åãî ïðîñòðàíñòâåííî-âðåìåííîé èçìåí÷èâîñòè ìîæåò ïîìî÷ü ïðè ïðîãíîçå êîíöåíòðàöèè óãëåêèñëîãî ãàçà.
Ðèñ. 10,à ïîêàçûâàåò, ÷òî êîíöåíòðàöèÿ îêñèäà
óãëåðîäà, åñëè íå ñ÷èòàòü âñïëåñêà â 2003 ã., çà
ðàññìàòðèâàåìûé ïåðèîä óìåíüøàåòñÿ. Ñîïîñòàâëåíèå êîíöåíòðàöèé íà âûñîòå 500 è 7 000 ì (ïîñëåäíþþ ìîæíî íàçâàòü ãëîáàëüíûì ôîíîì) óêàçûâàåò,
÷òî òåððèòîðèÿ Çàïàäíîé Ñèáèðè ÿâëÿåòñÿ ñòîêîì
äëÿ ýòîãî êîìïîíåíòà âîçäóõà.
Çàêèñü àçîòà ÿâëÿåòñÿ ïðåäøåñòâåííèêîì îêñèäîâ àçîòà, îêèñëÿþùèõ àòìîñôåðó. Õîä åå êîíöåíòðàöèè, ïðèâåäåííûé íà ðèñ. 10,á, ïîêàçûâàåò òåíäåíöèþ ê ðîñòó â òå÷åíèå âñåãî ïåðèîäà èçìåðåíèé.
Òàêèì îáðàçîì, èç âñåõ ïðîàíàëèçèðîâàííûõ
êîìïîíåíòîâ äâà âûÿâëÿþò òåíäåíöèþ ê ñòàáèëèçàöèè êîíöåíòðàöèè èëè äàæå ê óìåíüøåíèþ, à äâà –
Àðøèíîâ Ì.Þ., Áåëàí Á.Ä., Äàâûäîâ Ä.Ê. è äð.
ê ðîñòó. Ýòî õîðîøî ñîãëàñóåòñÿ ñ äàííûìè äðóãèõ
èçìåðåíèé, îáîáùåííûõ â [7].
300
250
ÑCO, ìëðä–1
500 ì
2 000 ì
7 000 ì
200
150
100
50
1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 ã.
à
320
319
318
317
316
315
314
313
312
311
ÑN2O, ìëðä–1
1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 ã.
á
Ðèñ. 10. Ìíîãîëåòíèé õîä îêñèäà óãëåðîäà (a) è çàêèñè
àçîòà (á) íàä Çàïàäíîé Ñèáèðüþ
5. Èçìåðåíèå ïðîñòðàíñòâåííîãî
ðàñïðåäåëåíèÿ â ñâîáîäíîé
àòìîñôåðå
Ýòîò âèä ìîíèòîðèíãà ðåàëèçóåòñÿ â ðàìêàõ
ðîññèéñêî-ôðàíöóçñêîãî ïðîåêòà YAK-1. Öåëüþ
ïðîåêòà ÿâëÿåòñÿ àíàëèç ñåçîííûõ è ìåæãîäîâûõ
èçìåíåíèé èñòî÷íèêîâ è ñòîêîâ ÑÎ2, ïåðåíîñà îçîíîîáðàçóþùèõ âåùåñòâ èç Çàïàäíîé Åâðîïû â Àçèþ
(Ñèáèðü) ïóòåì èçìåðåíèÿ åæåìåñÿ÷íîãî âåðòèêàëüíîãî ðàñïðåäåëåíèÿ ÑÎ, ÑÎ2, Î3 è ðàñ÷åòà ãðàäèåíòîâ êîíöåíòðàöèè ýòèõ ãàçîâ â íàïðàâëåíèè
ñ çàïàäà íà âîñòîê (Åâðîïà–Àçèÿ); âåðòèêàëüíûõ
ãðàäèåíòîâ ìåæäó ïîãðàíè÷íûì ñëîåì è ñâîáîäíîé
òðîïîñôåðîé íà ðàçëè÷íûõ ó÷àñòêàõ òðàññû.
Äëÿ ðåàëèçàöèè öåëåé ïðîåêòà ðàáîòû âåäóòñÿ
ïî òðàññå Íîâîñèáèðñê–ßêóòñê–Íîâîñèáèðñê. Ñõåìà ïîëåòà ïðèâåäåíà íà ðèñ. 11.
Äëÿ ýêñïåðèìåíòîâ ïî îöåíêå ðåãèîíàëüíîãî
âêëàäà â ãëîáàëüíûé áàëàíñ óãëåðîäà òàêæå èñïîëüçóåòñÿ ñàìîëåò-ëàáîðàòîðèÿ Àí-30 «Îïòèê-Ý».
Íà áîðòó ñàìîëåòà, êðîìå øòàòíîãî [6], óñòàíîâëåíî äîïîëíèòåëüíîå îáîðóäîâàíèå: óëüòðàôèîëåòîâûé îçîíîìåòð (ìîäåëü 49Ñ) è êîððåëÿöèîííûé
ãàçîàíàëèçàòîð ÑÎ (ìîäåëü 48ÑTL) ïðîèçâîäñòâà
ôèðìû Thermo Environmental Instruments, ÑØÀ;
íåäèñïåðñèîííûé èíôðàêðàñíûé ãàçîàíàëèçàòîð
ñåðèè LI-6262 ôèðìû LI-COR, ÑØÀ, ïðåäíàçíà÷åííûé äëÿ èçìåðåíèÿ óãëåêèñëîãî ãàçà è âîäÿíîãî
Ðèñ. 11. Ñõåìà ïîëåòà ïî ïðîåêòó YAK-1
Îðãàíèçàöèÿ ìîíèòîðèíãà ïàðíèêîâûõ è îêèñëÿþùèõ àòìîñôåðó êîìïîíåíò íàä òåððèòîðèåé Ñèáèðè… . 1.
953
CO2, ìëí–1
392
391
6000
Âûñîòà, ì
390
389
4000
388
387
2000
386
385
85
90
95
100
Äîëãîòà, ãðàä
105
110
384
Ðèñ. 12. Âåðòèêàëüíûé ðàçðåç àòìîñôåðû ïî ìàðøðóòó Íîâîñèáèðñê–ßêóòñê
ïàðà â àòìîñôåðå. Â äàëüíåéøåì, äëÿ íàïîëíåíèÿ
ñòåêëÿííûõ êîëá çàáîðòíûì âîçäóõîì, êîòîðûé
áóäåò èñïîëüçîâàòüñÿ â ãàçîõðîìàòîãðàôè÷åñêîì
àíàëèçå, áóäåò óñòàíîâëåíà àâòîìàòè÷åñêàÿ ñèñòåìà
«MPI.BGG modular Flask Sampler». Èçãîòîâèòåëü –
Max-Planck-Institute für Biogeochemie.
×òîáû ïîëó÷èòü èìåííî âåðòèêàëüíûé ðàçðåç
àòìîñôåðû ïî âñåìó ìàðøðóòó, ïîëåò âûïîëíÿåòñÿ
ïåðåìåííî ïî âûñîòå îò ìèíèìàëüíî âîçìîæíîé
âûñîòû 500 ì íàä ðåëüåôîì è 100 ì â çîíå àýðîïîðòà äî 7000 ì íà òðàññå. Íà îáîèõ ó÷àñòêàõ Íîâîñèáèðñê–ßêóòñê è ßêóòñê–Íîâîñèáèðñê òàêèõ
âåðòèêàëüíûõ ñíèæåíèé ñåìü. Ïîëåò òóäà è îáðàòíî âûïîëíÿåòñÿ ðàçíûìè ìàðøðóòàìè: òóäà – ñåâåðíûì, îáðàòíî – þæíûì.  ðåçóëüòàòå íà êàæäîì ìàðøðóòå ïîëó÷àåòñÿ 14 ïðîôèëåé, êîòîðûå
ðàçíåñåíû ïî ãîðèçîíòàëè (â çàâèñèìîñòè îò âûñîòû) íà 50–250 êì. Òàêîé ïðîôèëü ìàðøðóòà ïîçâîëÿåò îöåíèâàòü ãðàäèåíòû èçìåðÿåìûõ ïàðàìåòðîâ
ñ øàãîì 50–500 êì.
Ê íàñòîÿùåìó ìîìåíòó âûïîëíåí ïåðâûé ïîëåò
ïî ïðîåêòó. Íà ðèñ. 12 ïðèâåäåí âåðòèêàëüíûé ðàçðåç êîíöåíòðàöèè óãëåêèñëîãî ãàçà. Âèäíî, ÷òî ðàñïðåäåëåíèå åå íåîäíîðîäíî è îáíàðóæèâàåò ìàêñèìàëüíûå çíà÷åíèÿ â ñðåäíåé ÷àñòè ðàçðåçà.
Ïðåäâàðèòåëüíûé àíàëèç òðàåêòîðèé ïîêàçàë,
÷òî èìåííî ñþäà ïîñòóïàë àðêòè÷åñêèé âîçäóõ èç
áîëåå ñåâåðíûõ ðàéîíîâ, ãäå êîíöåíòðàöèÿ ÑÎ2,
êàê ïðàâèëî, âûøå [7].  ïîñëåäóþùåì, ÷òîáû äîáèòüñÿ ïîñòàâëåííîé öåëè, ïðåäïîëàãàåòñÿ âûáèðàòü âðåìÿ ïîëåòà ïðè çàïàäíî-âîñòî÷íîì ïåðåíîñå.
Çàêëþ÷åíèå
Îáúåäèíåíèå ðåñóðñîâ è óñèëèé ìåæäóíàðîäíîé êîîïåðàöèè ïîçâîëèëî ñîçäàòü ñèñòåìó ìîíèòîðèíãà ïàðíèêîâûõ è îêèñëÿþùèõ àòìîñôåðó êîìïîíåíòîâ, êîòîðàÿ îõâàòûâàåò âûñîòíûé äèàïàçîí
îò 0 äî 7000 ì è çíà÷èòåëüíóþ òåððèòîðèþ Ñèáèðè.
954
Ïîëó÷åííûå ê äàííîìó âðåìåíè ðåçóëüòàòû
óêàçûâàþò íà ñóùåñòâåííóþ èçìåí÷èâîñòü èçìåðÿåìûõ êîìïîíåíòîâ êàê âî âðåìåíè, òàê è â ïðîñòðàíñòâå, îïðîâåðãàÿ â ðÿäå ñëó÷àåâ óñòîÿâøèåñÿ
ïðåäñòàâëåíèÿ.
Ðàáîòà âûïîëíåíà ïî ïðîãðàììå ÑÎ ÐÀÍ
¹ 24.3, ïðè ïîääåðæêå ïðîãðàììû Ïðåçèäèóìà
ÐÀÍ ¹ 16, ïðîãðàìì îòäåëåíèÿ íàóê î Çåìëå ÐÀÍ
¹ 9 è 11, ãðàíòîâ ÐÔÔÈ ¹ 04-05-64559, 06-0579036,
06-05-08104,
ïðîåêòà
Ðîñíàóêè
ÐÔ
¹ 02.451.11.7030 è ïðîåêòà ÌÍÒÖ ¹ 3032.
1. Àðøèíîâ Ì.Þ., Áåëàí Á.Ä., Äàâûäîâ Ä.Ê., Êîâàëåâñêèé Â.Ê., Ïëîòíèêîâ À.Ï., Ïîêðîâñêèé Å.Â.,
Ñêëÿäíåâà Ò.Ê., Òîëìà÷åâ Ã.Í. Àâòîìàòè÷åñêèé ïîñò
äëÿ êîíòðîëÿ êà÷åñòâà âîçäóõà // Ìåòåîðîë. è ãèäðîë. 1999. ¹ 3. C. 110–118.
2. Àðøèíîâ Ì.Þ., Áåëàí Á.Ä., Êðàñíîâ Î.À., Ñêëÿäíåâà Ò.Ê., Òîëìà÷åâ Ã.Í., Ôîôîíîâ À.Â. Ìíîãîëåòíèå èçìåíåíèÿ êîíöåíòðàöèè îçîíà è àýðîçîëÿ íà òåððèòîðèè Çàïàäíîé Ñèáèðè // Ãåîãðàôèÿ è ïðèðîäíûå
ðåñóðñû. 2005. ¹ 1. Ñ. 54–58.
3. Arshinov M.Yu., Belan B.D., Sklyadneva T.K., Tolmachev G.N. Long-term variability of the ozone over
West Siberia // TOR-2 Final Report. Munich, GSF.
2003. P. 41–45.
4. Àðøèíîâ Ì.Þ., Áåëàí Á.Ä., Êîâàëåâñêèé Â.Ê., Ïèðîãîâ Â.À., Ñèìîíåíêîâ Ä.Â., Ñêëÿäíåâà Ò.Ê. Ñòðóêòóðà ìíîãîëåòíåãî òðåíäà àýðîçîëÿ â ðàéîíå ã. Òîìñêà
// Îïòèêà àòìîñô. è îêåàíà. 2002. Ò. 15. ¹ 10.
Ñ. 913–916.
5. Àðøèíîâ Ì.Þ., Áåëàí Á.Ä., Çóåâ Â.Å., Êðàñíîâ Î.À.,
Ïèðîãîâ Â.À., Ñêëÿäíåâà Ò.Ê., Òîëìà÷åâ Ã.Í. Ìíîãîëåòíèå âàðèàöèè ïðèçåìíîé êîíöåíòðàöèè îçîíà êàê
îòðàæåíèå ñîëíå÷íîé àêòèâíîñòè // Îïòèêà àòìîñô.
è îêåàíà. 2002. Ò. 15. ¹ 11. Ñ. 987–992.
6. Çóåâ Â.Å., Áåëàí Á.Ä., Êàáàíîâ Ä.Ì., Êîâàëåâñêèé Â.Ê., Ëóêüÿíîâ Î.Þ., Ìåëåøêèí Â.Å., Ìèêóøåâ Ì.Ê., Ïàí÷åíêî Ì.Â., Ïåííåð È.Ý., Ïîêðîâñêèé Å.Â., Ñàêåðèí Ñ.Ì., Òåðïóãîâà Ñ.À., Òîëìà÷åâ Ã.H., Òóìàêîâ À.Ã., Øàìàíàåâ Â.Ñ., Ùåðáà-
Àðøèíîâ Ì.Þ., Áåëàí Á.Ä., Äàâûäîâ Ä.Ê. è äð.
òîâ À.È. Ñàìîëåò-ëàáîðàòîðèÿ Àí-30 «Îïòèê-Ý» äëÿ
ýêîëîãè÷åñêèõ èññëåäîâàíèé // Îïòèêà àòìîñô. è
îêåàíà. 1992. Ò. 5. ¹ 10. Ñ. 1012–1021.
7. The State of Greenhouse Gases in the Atmosphere Using
Global Observations up to December 2004: WMO
Greenhouse Gas Bulletin. 2006. N 1. 4 p.
M.Yu. Arshinov, B.D. Belan, D.K. Davydov, G. Inouje, O.A. Krasnov, T. Machida, Sh. Maksutov,
F. Nedelek, M. Ramonet, F. Sias, G.N. Tolmachev, A.V. Fofonov. Organization and some results of monitoring of greenhouse and oxidizing atmosphere components over Siberia. 1. Gas composition.
A many-level system for monitoring greenhouse and oxidizing atmosphere components is described, which
has been organized as a result of international cooperation. Some obtained results are presented.
Monitoring is carried out in three directions: determination of greenhouse gases emission at Iksinskoe
mash; monitoring flows in the ground layer; study of greenhouse gas spatial distribution. Measurements with
the use of AN-2 aircraft were conducted every week to southwest from Novosibirsk.
The obtained results show a significant spatial and time variability of the measured components, that
sometimes contradicts the presently accepted opinions.
Îðãàíèçàöèÿ ìîíèòîðèíãà ïàðíèêîâûõ è îêèñëÿþùèõ àòìîñôåðó êîìïîíåíò íàä òåððèòîðèåé Ñèáèðè… . 1.
5. Îïòèêà àòìîñôåðû è îêåàíà, ¹ 11.
955