AIR QUALITY MONITORING AND PROGNOSIS IN MOSCOW REGION

Р.М. Вильфанд, И.Н. Кузнецова, И.Ю. Шалыгина, А.М. Звягинцев, М.И. Нахаев, П.В. Захарова, В.А. Лапченко

Abstract


The possibilities to forecast meteorologic parameters and air pollutant levels that determine urban air quality are estimated and exemplified. Basic information about urban air pollutants and their impacts on human health is reviewed. Data derived from regular monitoring of air pollution in Moscow are used to calculate seasonal and diurnal variations in the levels of dominant air pollutants in the megalopolis. An integral meteorologic parameter is suggested for forecasting meteorological conditions unfavorable for depollution of air (MCUDA) and correspondent decreases in air quality as exemplified with Moscow. Quantitative estimates of decreased urban air quality, which occur in summer because of increases in the frequencies of MCUDA episodes and in activities of photochemical processes, are provided. The causes and factors of the episodes of air pollution exceeding hygienic norms are discussed. Such episodes may occur because of local sources of pollutants as well as because pollutants inflow from distant sources, especially in warmer seasons. Ozone outbreaks in Moscow Region are most often detected in July and August because of photochemical generation of ozone during hot and dry weather periods. The necessity and feasibility of regular monitoring of ground air ozone and particulate matter (PM10) in Russia is substantiated. The approach to air quality prognosticating based on chemical transport model developed at the Hydrometeorological Center of Russia is outlined. The problems of biases in numerical modelling and of model data postprocessing required at the stage of model implementation are emphasised.

Keywords


urban air quality, monitoring, prognosis, adverse meteorological conditions, pollution outbreaks.

References


Арефьев В.Н., Кашин Ф.В., Милехин Л.И. и соавт. Концентрация приземного озона в Обнинске в 2004–2010 гг. // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. – 2013. – Т. 49. – С. 74– 84.

Аршинова В.Г., Белан Б.Д., Рассказчикова Т.М. и соавт. Влияние города Томска на химический и дисперсионный состав атмосферного аэрозоля в приземном слое // Оптика атмосферы и океана. – 2008. – Т. 21. – С. 486–491.

Белан Д.Б. Тропосферный озон. Содержание озона в тропосфере. Механизмы и факторы, его определяющие // Оптика атмосферы и океана. – 2008. – Т. 21. – С. 600–618.

Вильфанд Р.М., Ривин Г.С., Розинкина И.А. Система COSMO-RU негидростатического мезомасштабного краткосрочного прогноза погоды Гидрометцентра России: первый этап реализации и развития // Метеорология и гидрология. – 2010. – № 8. – С. 5–20.

Воздействие взвешенных частиц на здоровье. Рекомендации в отношении политики для стран Восточной Европы, Кавказа и Центральной Азии // Всемирная организация здравоохранения. Европейское региональное бюро. – 2013. – С. 14 (www.euro.who.int).

Глазкова А.А., Кузнецова И.Н., Шалыгина И.Ю. и соавт. Суточный ход концентрации аэрозоля (РМ10) летом в Московском регионе // Оптика атмосферы и океана. – 2012. – Т. 25. – С. 495–500.

Глебова И.С. Оценка комфортности и привлекательности жизнедеятельности в городе (на примере г. Казани) // Современные проблемы науки и образования. – 2013. – № 5 (www. science-education.ru/111-10020).

Горчаков Г.И., Семутникова Е.Г., Зоткин Е.В. и соавт. Вариации газовых компонент загрязнения в воздушном бассейне г. Москвы // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. – 2006. – Т. 42. – С. 176–190.

Горчаков Г.И., Аношин Б.А., Семутникова Е.Г. Статистический анализ вариаций массовой концентрации грубодисперсного аэрозоля в г. Москве // Оптика атмосферы и океана. – 2007. – Т. 20. – С. 501–505.

Горчаков Г.И., Семутникова Е.Г., Карпов А.В. и соавт. Недельный цикл загрязнения воздуха в г. Москве: количественные характеристики и уточнение методики статистического прогноза концентраций примесей // Оптика атмосферы и океана. – 2010. – Т. 23. – С. 784– 792.

Доклад о состоянии окружающей среды в городе Москве в 2012 г. – М. : Мосэкомониторинг, 2013. – 180 с.

Еланский Н.Ф., Локощенко М.А., Беликов И.Б. и соавт. Закономерности изменчивости концентраций малых газовых составляющих в приземном воздухе г. Москвы // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. – 2007. – Т. 43. – С. 219–231.

Еланский Н.Ф., Мохов И.И., Беликов И.Б. и соавт. Газовые примеси в атмосфере над Москвой летом 2010 г. // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. – 2011. – Т. 47. – С. 729–743.

Зарипов Р.Б., Коновалов И.Б., Кузнецова И.Н. и соавт. Использование моделей WRF ARW и CHIMERE для численного прогноза концентрации приземного озона // Метеорология и гидрология. – 2011. – № 4. – С. 48–60.

Звягинцев А.М., Беликов И.Б., Еланский Н.Ф. и соавт. Статистическое моделирование максимальных суточных концентраций приземного озона // Оптика атмосферы и океана. – 2010. – Т. 23. № 2. – С. 1–9.

Звягинцев А.М. Статистическое прогнозирование концентраций приземного озона в г. Москве // Метеорология и гидрология. – 2008. – № 8. – С. 49–59.

Звягинцев А.М., Какаджанова Г., Крученицкий Г.М. и соавт. Периодическая изменчивость приземной концентрации озона в западной и центральной Европе по данным наблюдений // Метеорология и гидрология. – 2008. – № 3. – С. 38–47.

Звягинцев А.М., Блюм О.Б., Глазкова А.А. и соавт. Загрязнение воздуха на Европейской части России и в Украине в условиях жаркого лета 2010 года // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. – 2011. – Т. 47. – С. 757–766.

Звягинцев А.М., Кузнецова И.Н., Тарасова О.А. и соавт. Изменчивость концентраций основных загрязнителей воздуха в Лондоне // Оптика атмосферы и океана. – 2014. – Т. 27. – С. 424–434.

Коновалов И.Б., Еланский Н.Ф., Звягинцев А.М. и соавт. Валидация химическотранспортной модели нижней атмосферы Центрально-Европейского региона России с использованием данных наземных и спутниковых измерений // Метеорология и гидрология. – 2009. – № 4. – С. 65–74.

Кузнецова И.Н., Нахаев М.И., Шалыгина И.Ю. и соавт. Метеорологические предпосылки формирования зимних эпизодов высокого загрязнения воздуха в г. Москва // Метеорология и гидрология. – 2008. – № 3. – С. 48–59.

Кузнецова И.Н., Зарипов Р.Б., Коновалов И.Б. и соавт. Вычислительный комплекс «модель атмосферы – химическая транспортная модель» как модуль системы оценки качества воздуха // Оптика атмосферы и океана. – 2010. – Т. 23. – № 6. – С. 485–492.

Кузнецова И.Н., Звягинцев А.М., Семутникова Е.Г. Экологические последствия погодных аномалий летом 2010 года // Анализ условий аномальной погоды на территории России летом 2010 года: сборник докладов совместного заседания Президиума Научно-технического совета Росгидромета и Научного совета РАН «Исследования по теории климата Земли» / Под ред. Н.П. Шакиной. – М. : Росгидромет, РАН, 2011. – С. 59–64.

Кузнецова И.Н., Глазкова А.А., Шалыгина И.Ю. и соавт. Сезонная и суточная изменчивость концентраций взвешенных частиц в приземном воздухе жилых районов Москвы // Оптика атмосферы и океана. – 2014. – Т. 27. – С. 473–482.

Кузнецова И.Н., Кадыгров Е.Н., Миллер Е.А. и соавт. Характеристики температуры в нижнем 600-метровом слое по данным дистанционных измерений приборами МТП- 5 // Оптика атмосферы и океана. – 2012. – Т. 25. – С. 877–883.

Кузнецова И.Н. Влияние метеорологических условий на содержание РМ10 и СО в летних эпизодах 2010 года // Физика атмосферы и океана. – 2012. – Т. 48. – С. 566–577.

Кузнецова И.Н., Коновалов И.Б., Глазкова А.А. и соавт. Наблюдаемая и рассчитанная изменчивость концентрации взвешенного вещества РМ10 в Москве и Зеленограде // Метеорология и гидрология. – 2011. – № 3. – С. 48–60.

Кузнецова И.Н., Шалыгина И.Ю., Нахаев М.И. и соавт. Неблагоприятные для качества воздуха метеорологические факторы // Труды Гидрометцентра России. – 2014. – Вып. 351. – С. 154–172.

Лапченко В.А., Звягинцев А.М. Приземный озон в Крыму // Пространство и Время. –2014. – № 2(16). – С. 254–257.

Матвеев Л.Т. Влияние большого города на метеорологический режим // Изв. РАН. Сер. геогр. – 2007. – № 4. – С. 97–102.

Ревокатова А.П., Суркова Г.В., Кирсанов А.А. и соавт. Прогноз загрязнения атмосферы Московского региона с помощью модели COSMO-ART // Вестник МГУ, сер. геогр. – 2012. – № 4. – С. 25–32.

Рубинштейн К.Г., Гинзбург А.С. Оценка изменения температуры воздуха и количества осадков в крупных городах (на примере Москвы и Нью-Йорка) // Метеорология и гидрология. – 2003. – № 2. – С. 29–38.

Сонькин Л.Р. Синоптико-статистический анализ и краткосрочный прогноз загрязнения атмосферы. – Л. : Гидрометеоиздат, 1991. – 223 с.

Суркова Г.В., Блинов Д.В., Кирсанов А.А. и соавт. Моделирование распространения шлейфов воздушных загрязнений от очагов лесных пожаров с использованием химико-транспортной модели COSMO-Ru7-ART // Оптика атмосферы и океана. – 2014. – Т. 27. – С. 75–81.

Ткачук С.В. Обзор индексов степени комфортности погодных условий и их связь с показателями смертности // Труды Гидрометцентра России. – 2012. – Вып. 347. – С. 223–245.

Чубарова Н.Е., Горбаренко Е.В., Незваль Е.И. и соавт. Аэрозольные и радиационные характеристики атмосферы во время лесных и торфяных пожаров в 1972, 2002 и 2010 гг. в Подмосковье // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. – 2011. – Т. 47. – C. 774–789.

Шакина Н.П., Иванова А.Р., Кузнецова И.Н. Волны холода и их проявление в озонометрических данных кисловодской высокогорной научной станции // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. – 2004. – Т. 40. – С. 485– 500.

Шалыгина И.Ю., Кузнецова И.Н., Нахаев М.И. и соавт. О прогнозировании приземного озона в большом городе (на примере Москвы) //Оптика атмосферы и океана. – 2007. – Т. 20. – С. 651–658.

Air pollution in Europe 1990–2004 // European Environment Agency Report. – 2007. – No. 2. – 84 p.

Avnery Sh., Mauzerall D.L., Liu J. et al. Global crop yield reductions due to surface ozone exposure: 2. Year 2030 potential crop production losses and economic damage under two scenarios of O3 pollution // Atmos. Environ. – 2011. – Vol. 45. – P. 2297–2309.

Despres V.R., Huffman J.A., Burrows S.M. et al. Primary biological aerosol particles in the atmosphere: A Review // Tellus B. – 2012. – Vol. 64, 15598. DOI: 10.3402/tellusb.v64i0.15598.

EEA 2010. The European environment. State and outlook 2010. Synthesis. – Copenhagen : European Environment Agency, 2010. – 228 p.

Haagen-Smit A.J. A lesson from the smog capital of the world // Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. – 1970. – Vol. 67. – P. 887–897.

Gorchakov G., Semoutnikova E., Karpov A. et al. Air Pollution in Moscow Megacity // Advanced Topics in Environmental Health and AirPollution Case Studies. Intech. – 2011. – P. 211–236.

Ghude S.D., Jena C., Chate D.M. et al. Reductions in India’s crop yield due to ozone // Geophys. Res. Lett. – 2014. – Vol. 41. – P. 5685–5691.

Guerreiro C.B.B., Foltescu V., de Leeuw F. Air quality status and trends in Europe // Atmos. Environ. – 2014. – Vol. 91. – P. 376–384.

Fuhrer Ju. Ozone risk for crops and pastures in present and future climates (review) // Naturwissenschaften. – 2009. – Vol. 96. – P. 173–194.

Kallistratova M.A., Kouznetsov R.D. Lowlevel jets in the Moscow Region in summer and winter observed with a Sodar Network // Boundary-Layer Meteorol. – 2012. – Vol. 143. – P. 159–175. DOI 10.1007/s10546-011-9639-8.

Pollack I.B., Ryerson T.B., Trainer M. et al. Trends in ozone, its precursors, and related secondary oxidation products in Los Angeles, California:A synthesis of measurements from 1960 to 2010 // J. Geophys. Res. – 2013. – Vol. 118. – Р. 5893–5911.

Sofiev M., Prank M., Finardi S., et al. Influence of Regional Scale Emissions on Megacity Air Quality // MEGAPOLI Deliverable D5.5. / Sofiev M., Prank M., Baklanov A. (Eds.) – MEGAPOLI Scientific Report11–12. – Helsinki-Cpenhagen, 2011. – 60 p. (http://megapoli.dmi.dk/publ/MEGAPOLI_sr11-12.pdf).

Tarasova O.A., Brenninkmeijer C.A., Joeckel P. et al. A climatology of surface ozone in the extra tropics: cluster analysis of observations and model results // Atmos. Chem. Phys. – 2007. – Vol. 7. – P. 6099–6117.

Sillman S. The relation between ozone, NOxand hydrocarbons in urban and polluted rural environments // Atmos. Environ. – 1999. – Vol. 33. – P. 1821–1845.

Vogel B., Vogel H., Baumner D. et al. The comprehensive model system COSMO-ART – Radiative impact of aerosol on the state of the atmosphere on the regional scale // Atmos. Chem. Phys. – 2009. – Vol. 9. – P. 8661–8680.

Wild O. Modelling the global tropospheric ozone budget: exploring the variability in current models // Atmos. Chem. Phys. – 2007. – Vol. 7. – P. 2643–2660.

WHO 2005. Air Quality Guidelines: Global Update 2005. Particulate matter, Ozone, Nitrogen Dioxide and Sulfur Dioxide. – WHO, 2006. – 484 p.

WMO/IGAC. GAW Report No. 205. Impacts of Megacities on Air Pollution and Climate. – Geneva, WMO, 2012. – 314 p.

Wu S., Mickley L.J., Jacob D.J. et al. Why are there large differences between models in global budgets of tropospheric ozone? // J. Geophys. Res. – 2007. – Vol. 112. – P. 2156–2202.




DOI: http://dx.doi.org/10.24855/biosfera.v6i4.178

© ФОНД НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ "XXI ВЕК"