Попадание
в атмосферу вредных газовых компонент и аэрозолей природного и антропогенного
происхождения негативно влияет на состояние воздушной среды и здоровье людей.
Одним из основных источников загрязнения воздуха в Северной и Восточной Евразии
являются природные пожары, большая часть которых приходится на лесные
территории России (22% от общей площади лесов на планете) и Северо-Восточную
часть территории Китая. Так что интерес НИИ аэрокосмического мониторинга
«АЭРОКОСМОС» Минобрнауки России и Института дистанционного зондирования и
цифровой Земли Китайской академии наук (RADI CAS) к координации исследований
состояния воздушной среды в природных экосистемах и на урбанизированных
территориях вполне объясним.
Многолетние
наблюдения за природными пожарами ведутся в НИИ «АЭРОКОСМОС» с использованием
специальных методов получения и обработки данных дистанционного зондирования
Земли (ДЗЗ). Космический мониторинг пожаров помогает раннему обнаружению мест
расположения их очагов, оценке их последствий, а также необходим для
оперативного предоставления информации в службы пожаротушения.
«В
годы высокой пожарной активности на территории России происходит сезонное
увеличение концентраций в воздухе моноокиси и двуокиси углерода (CO и CO2),
окислов азота (NOx), летучих органических соединений (ЛОС), аммиака (NH3), а также
мелкодисперсного аэрозоля (PM), которое проявляется во всём Северном полушарии.
Благодаря атмосферной циркуляции, такие вредные примеси распространяются далеко
за пределы очагов возгорания. Поэтому нужны как можно более точные данные о
пространственной и временной изменчивости распределения эмиссий малых газовых
компонентов и аэрозолей, получаемые со спутниковых систем», – рассказывает
директор НИИ «АЭРОКОСМОС» академик РАН Валерий Бондур.
Одно
из направлений деятельности института – разработка новых методов и технологий
космического мониторинга состава атмосферы для оценки объёмов эмиссий и
распространения вредных газов и аэрозолей, наряду с усовершенствованием
существующих методов, – ведётся, в том числе, при поддержке ФЦП «Исследования и
разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического
комплекса России на 2014–2020 годы»
«Особенностью
природных пожаров (лесных и торфяных) являются высокие температуры горения
(800–1000°С). Значительная доля продуктов горения, поступающих в воздушную среду,
может переноситься конвективными течениями в свободную тропосферу вплоть до
высот нижней стратосферы, что обуславливает их быстрый последующий перенос на
значительные расстояния в крупномасштабных циркуляционных системах. Это
приводит к загрязнению окружающей среды на больших пространствах, влияет на
климат планеты и негативно сказывается на здоровье людей.
Для
решения задач нового проекта мы будем использовать специальные методы и
технологии ДЗЗ, производить тематическую обработку космических изображений,
сформированных в ИК-диапазоне спектра электромагнитных волн для выделения
тепловых аномалий, обусловленных очагами пожаров.
Получаемые
маски пожаров будут векторизоваться, – уточняет директор НИИ «АЭРОКОСМОС». – На
основании результатов расчётов мы сформируем атрибутивные таблицы шейп-файлов
пожаров. Применение различных методов обработки данных оперативного
космического мониторинга позволит исключить ложные тепловые аномалии (блики на
различных объектах, детерминированные тепловые источники и прочее). Затем мы
рассчитаем объёмы эмиссий с использованием специальных подходов. В этих
подходах учитывается площадь пройденной пожаром территории, плотность биомассы
на ней, доля сгоревшей биомассы и другие характеристики, что позволит
определять массу различных веществ, выбрасываемых в атмосферу при горении, а
также общую массу вещества, выделяемую в результате пожаров».
В
ходе выполнения проекта будут разработаны методы, алгоритмы, программные
продукты и создан макет системы мониторинга для оценки объёмов эмиссий и
распространения углеродосодержащих малых газовых компонент и аэрозолей в
воздушную среду при природных пожарах. Все результаты, полученные для выбранных
тестовых участков территории России в ходе космического мониторинга, научный коллектив
проекта сведёт в базу данных.
По
теме исследований у НИИ «АЭРОКОСМОС» есть большой научно-технологический задел.
Специалисты института участвовали в разработке новых методов и технологий ДЗЗ,
создании базовых принципов и архитектуры построения систем сбора и хранения
данных оперативного космического мониторинга, разработали алгоритмы и
программное обеспечение для обработки больших потоков аэрокосмических и
наземных данных, предназначенных для мониторинга атмосферы, растительных
ресурсов наземных экосистем, обнаружения лесных и торфяных пожаров. Они
являются авторами ряда изобретений, например: «Способ определения концентрации
углекислого газа в атмосфере», «Способ определения загрязнения атмосферы
мегаполисов», «Способ определения источников выбросов в атмосферу по
изображениям мегаполисов». Не говоря уже о том, что в 2011 году НИИ
«АЭРОКОСМОС» признан лидером в области аэрокосмических исследований Земли
(Приказ Минобрнауки России №1445).
В
активе китайского партнёра: сравнительное исследование результатов дистанционного
зондирования глобального изменения окружающей среды (проводимого в Австралии,
Бразилии, Канаде и Китае); мониторинг и оценка засух, пожаров, наводнений в
Азиатском регионе (в рамках проектов CAS-TWAS); моделирование экстремального
выпадения осадков в пространственном и временном масштабах. Исследовательские
группы RADI CAS предложили новый метод совместного использования сетевых данных
дистанционного зондирования, полученных со спутников TERRA, HJ-1A/1B и FY-2. Он
позволяет учитывать все преимущества спутниковых данных различного разрешения
для получения информации об аэрозолях с высоким разрешением (100 м). Детали этого
метода опубликованы в международном научном журнале Atmospheric Environment.
«С
нашим партнёром – Институтом дистанционного зондирования и цифровой Земли
Китайской академии наук и его директором академиком Китайской академии наук Гуо
Хуадонгом мы взаимодействуем более 10 лет. Подписанное в этом году соглашение
по новому проекту позволит объединить наши ресурсы для совместных исследований
в области дистанционного мониторинга состояния воздушной среды и обмена
данными, разработать методы и технологии мирового уровня, сократить сроки
выполнения работ не менее, чем на 30% и получить синергетический эффект от
кооперации», – сказал Валерий Бондур.
RADI
CAS займётся количественным преобразованием геофизических параметров,
характеризующих состояние воздушной среды и её загрязнений, полученных с
помощью многоспутниковых алгоритмов, исследованием пространственных и временных
характеристик аэрозолей на выбранных тестовых территориях. В задачи китайского
партнёра также входит изучение качества воздушной среды на основе сопоставления
результатов моделирования атмосферного аэрозоля и данных дистанционного
зондирования Земли, взаимодействия аэрозолей, облаков и осадков и их влияния на
стихийные бедствия, сравнительный анализ сильно загрязнённых районов Китая и
России.
В
практическом использовании результатов проекта, по словам директора НИИ «АЭРОКОСМОС»,
могут быть заинтересованы Росгидромет, МЧС России, Минздрав России, промышленные
предприятия, вузы и научно-исследовательские институты, организации субъектов
Российской Федерации, а также различные ведомства и организации Китая и других
стран.