1. Введение
2. Основные сведения о диоксиде углерода
2.1 Природные источники и стоки
2.2 Антропогенные источники
2.3 Обзор исследований углекислого газа
3. Прибор и методы измерения
4. Анализ полученных данных
4.1 Калибровка
4.2 Тренд концентрации диоксида углерода на станции Петергоф
4.3 Годовой ход
4.4 Аномальные случаи
4.5 Суточный ход
4.6 Оценка интенсивности эмиссии СО2 для территории пригорода Санкт-Петербурга
5. Выводы
6. Литература
В настоящее время перед человечеством стоит ряд глобальных проблем таких как энергетическая, продовольственная, демографическая и т.д. Одной из них является проблема загрязнения окружающей среды. Техногенная деятельность людей изменила состав атмосферы, что привело к уменьшению содержания озона в стратосфере полярных и приполярных районов, ухудшению качества воздуха, а также к климатическим изменениям. По этой причине в декабре 1997 года было принято глобальное соглашение об охране окружающей среды, которое обязывало развитые страны и страны с переходной экономикой стабилизировать или сократить выбросы парниковых газов в атмосферу, это соглашение было названо Киотский протокол[1].
Солнечное излучение, максимум которого приходится на видимую и ультрафиолетовую (УФ) области спектра, проходит через атмосферу и поглощается поверхностью Земли. Для установления баланса планета излучает такое же количество энергии, но ее максимум приходится на инфракрасную (ИК) область спектра. Треть полученного излучения уходит в космос, оставшаяся часть поглощается парниковыми газами, в результате нижние слои атмосферы нагреваются [2]. Этим и объясняется парниковый эффект. Основными парниковыми газами, по классификации Всемирной Метеорологической организации (WMO), являются углекислый газ (СО2), метан (СН4) и закись азота (N2O) [3].
Углекислый газ – важный долгоживущий газ в атмосфере Земли, играющий большую роль в регуляции температуры атмосферы.
Источники углекислого газа разделяются на природные и антропогенные. Естественные источники: животные и растения, выделяющие диоксид углерода при дыхании (28.56%), почвы – из-за дыхания и разложения (28.56%), океан, так как является огромным резервуаром углекислого газа (42.84%), и вулканы (0.03%) [4]. К антропогенным источникам относится сжигание ископаемого топлива (87%), производство цемента (4%) и сельскохозяйственное освоение земель ( 9%) [5].
Резкое изменение концентрации диоксида углерода началось после доиндустриального периода из-за увеличения антропогенных источников. Начиная с 1958 на станции Мауна-Лоа проводятся регулярные измерения концентрации атмосферного СО2 и анализируется зависимость измерений от источников [6].
В Санкт-Петербурге определение содержания СО2 в воздухе на высоте 3 метра над поверхностью земли проводятся непрерывно с января 2013 года на кафедре Физики атмосферы в Санкт-Петербургском государственном университете с помощью газоанализатора (Greenhouse Gas Analyzer GGA-24r-EP). Газоанализатор расположен в 35 километрах от центра Санкт-Петербурга, в Старом Петергофе (59.88 с.ш., 29.83 в.д.).
Целью работы является исследование изменений концентраций углекислого газа, выявление факторов, на них влияющих; анализ суточного и годового хода СО2, а также сравнение полученных данных с независимыми измерениями.
Анализ измерений углекислого газа в Петергофе показывает:
- Скорость роста концентрации углекислого газа для станции Петергоф (СПбГУ), составляет 2.44 ppmv/год, что хорошо согласуется с данными независимых измерений на сети станций NOAA;
- Для концентрации СО2 характерен годовой цикл, с 2013 по 2016 его амплитуда варьировалась от 20 до 30 ppmv;
- Сравнение с данными независимых измерений концентрации СО2 на станциях Териберка и Тикси, показало, что годовой ход в этих пунктах хорошо согласуется с наблюдениями на станции Петергоф в летний период. Различия в годовом ходе для всех трех сравниваемых станций обусловлены разницей в географическом положении, а также а также наличием интенсивных антропогенных источников вблизи станции Петергоф;
- Суточный ход концентраций газа в 2013-2016 году имел для летнего периода максимальную амплитуду в июне 2013 – 48 ppmv, а минимальную в июле 2016 – 30 ppmv. Также анализ суточного хода показал, что в теплое время года максимальные концентрации, достигаемые утром, обусловлены ночным накоплением загрязняющих примесей и процессами выделения СО2 при дыхании почвы и растений. Минимальные концентрации регистрируются днём, когда параллельно происходят активное конвективное перемешивание воздуха нижних и верхних слоёв атмосферы и процессы фотосинтеза;
- В холодное время года и при штилевых условиях концентрация диоксида углерода зависит только от интенсивности антропогенных источников, что было продемонстрировано на примере февраля 2013, ноября 2014 и января 2016;
- Среднегодовые значения интенсивности эмиссии СО2 в Петергофе для 2014-2015 гг. составили: 6100±4000 т/(км2∙год). Полученные значения лежат в пределах между значениями интенсивности эмиссии СО2 для фоновых условий и для условий с высокими уровнями антропогенных загрязнений.
