Как смог переполнил Чуйскую долину зимой. Инженер изучил и наглядно показал проблему загрязнения воздуха

Воздух | 14:00, 13 января 2021 | Обновлено в 20:57, 17 января 2021 | 23 787
// Павел Исаенко

Экология АКИpress - Инженер, гражданский исследователь Павел Исаенко на протяжении последних недель по собственной инициативе проводил свое исследование загрязненности воздуха в столице и Чуйской области.

«Сделал большой материал про смог в Бишкеке и Чуйской долине с данными, картами и фотографиями», - пишет он.

Результаты анализа он опубликовал в январе.

АКИpress с разрешения автора публикует его текст.

Как смог переполнил Чуйскую долину зимой

Здесь я хочу поделиться своими наблюдениями за смогом в Чуйской долине и инструментальными измерениями загрязнения.

Первый важный тезис: смог — проблема не только и не столько Бишкека, а всей Чуйской долины. Вся долина на десятки и сотни километров заполнена смогом, от Киргизского хребта до Курдайских гор.

Смог или туман?

Слово “смог” (англ. smog) происходит от слов smoke (дым) и fog (туман). Строго говоря, смог — это разновидность тумана, который вызван загрязнением воздуха дымом. Обычный туман — это аэрозоль из капель воды при высокой (более 95% относительной влажности воздуха). Обычно влага конденсируется на частицах пыли, называемых ядрами конденсации. Если в воздухе содержится много пыли, она сама по себе ухудшает видимость, а пылевые частицы служат ядрами конденсации для воды, вызывая туман при достаточно низкой относительной влажности воздуха (70% и ниже) и при условиях, при которых обычный туман не возникает (например, солнечный день и отсутствие источников воды). Я всегда измеряю температуру и влажность воздуха вместе с концентрацией пылевых частиц.

Процитирую Википедию:

Впервые термин «смог» был введён доктором Генри Антуаном де Во (англ. Henry Antoine Des Voeux) в 1905 году в статье «Туман и дым» (Fog and Smoke), написанной для Конгресса здравоохранения (Public Health Congress). 26 июля 1905 года лондонская газета Daily Graphic процитировала его: «Он сказал, что нет нужды в науке, чтобы понять, что этот дымовой туман — смог — порождение города, которое не встречается в сельской местности» (англ. «[He] said it required no science to see that there was something produced in great cities which was not found in the country, and that was smoky fog, or what was known as ‘smog’»).

В отличие от Англии, в слабоурбанизированных странах Азии (Индия, Пакистан, Афганистан, Кыргызстан, Казахстан) смог характерен не только для городов, но и для сельской местности с высокой плотностью населения и использованием огня для хозяйственных нужд.

Смог не только в Бишкеке

Чуйская долина с точки зрения очищения от загрязнения — неблагоприятное место.

Процитирую статью О.А. Подрезова, А.О. Подрезова и В.Е. Рязанова:

Загрязнение атмосферы города в любой сезон года определяется выбросами загрязняющих веществ и режимами погодных условий, которые либо способствуют их накоплению в атмосфере, либо благоприятны для рассеивания. Накоплению примесей в приземном слое и плохое их рассеивание по высоте способствуют развитие приземных инверсий температуры, когда она растет с высотой, затишья и туманы. При таких условиях диффузия примесей по высоте и площади за счет турбулентности, конвекции и горизонтального переноса их ветром крайне мала. При этом образование мощных и интенсивных инверсий играет решающую роль. Инверсии можно образно уподобить крышке, плотно закрывающей сверху приземные слои воздуха толщиной в среднем до 300–500 м. Напротив, интенсивный солнечный прогрев земной поверхности, умеренные и сильные ветры (6 м/с и более) не дают возникнуть инверсиям температуры, способствуют развитию турбулентности и конвекции, что обеспечивает интенсивное рассеивание вредных веществ, как по высоте, так и по площади.

и далее:

Способность атмосферы к самоочищению обычно характеризуют безразмерным индексом — параметром самоочищения атмосферы Р, который интегрально учитывает благоприятные и неблагоприятные для рассеивания погодные условия. Считается, что при 0,8 < Р создаются условия, благоприятные для рассеивания примесей, при 0,8 < Р < 1,2 — они ограниченно благоприятны и при Р > 1,2 — неблагоприятны для рассеивания.
По данным работы [8], многолетние средние значения индекса Р (климатические нормы) для Бишкека по месяцам и года в целом равны

Хорошо видно, что в атмосфере Бишкека для года в целом, а также зимы, лета и осени условия рассеивания примесей или неблагоприятны или весьма неблагоприятны. Только весной они хотя и улучшаются за счет прогрева земной поверхности (разрушение инверсий, усиление турбулентности и конвекции), ветрового оживления атмосферы и увеличения осадков, но все же остаются в категории неблагоприятных условий.

От себя добавлю, что стоит провести исследования изменения параметра самоочищения атмосферы для Бишкека и для других пунктов Чуйской долины за последние 20 лет. Если для Бишкека этот параметр вырос сильнее, чем для остальной долины, то это будет означать вклад интенсивной застройки в нарушение проветриваемости города.

Из-за этих особенностей Чуйской долины смог в ней плохо рассеивается, он лишь перемещается ветром в разные стороны, что хорошо видно по изменению показаний стационарных датчиков, когда то одни районы больше загрязнены, то другие.


Смог смещён на северо-восток

Распределение загрязнения отлично согласуется с направлением ветра:


Смог смещён на юго-восток


Смещение смога на юго-восток вызвал северо-западный ветер

Смог в Чуйской долине начался ещё до наступления холодов. В октябре и начале ноября вся долина покрылась дымом от сжигания мусора и стерни на полях.


Смог в Бишкеке от сжигания мусора и стерни на полях 4 ноября 2020 г.


Горящие поля в Байтикской впадине (район села Воронцовка) 4 ноября 2020 г.

Наглядно это показано в этом видео.


Смог в селе Озёрном 7 ноября 2020 г.


Локальные очаги загрязнения в районе села Озёрное к северу от Бишкека 7 ноября 2020 г.


Локальные очаги загрязнения в Бишкеке от сжигания мусора 7 ноября 2020 г.

В ноябре и начале декабря, как правило, была зависимость уровня загрязнения от расположения и концентрации его источников. Так, например, при движении от Бишкека к югу в сторону Аламединского ущелья смог заканчивался в селе Беш-Кюнгей, не считая локальных всплесков в сёлах. В самом ущелье загрязнение отсутствовало. Очень наглядно это видно на картинке:


Поездка из Бишкека в Аламединское ущелье 1 декабря 2020 г.

Были и исключения, когда ветер перемещал смог, например, от Бишкека далеко на юг, при этом к северу воздух был относительно чистый.


Загрязнение предгорий вплоть до начала ущелья Ала-Арча 22 ноября 2020 г.

С начала декабря ситуация изменилась. Из-за обширного сибирского антициклона не было ветра, из-за температурных инверсий загрязнение накапливалось в воздухе у земли. Слабые ветра только меняли концентрацию загрязнения в разных местах.

Постепенно смог заполнил огромную территорию даже вдали от населённых пунктов.


Измерения в районе аэропорта “Манас” 6 декабря 2020 г.


Смог в районе аэропорта “Манас” 6 декабря 2020 г.


Измерения вдоль дороги к востоку от Бишкека 9 декабря 2020 г.


Смог в районе села Красная Речка 9 декабря 2020 г.

Северный ветер сдувал смог к югу от Бишкека, им заполнилась Байтикская впадина, где несколько дней был густой туман. В сёлах к высокому фоновому загрязнению добавлялось локальное.


Смог в сёлах Воронцовка (Таш-Дёбё) и Арашан 13 декабря 2020 г. Чёрные цифры — концентрация PM2.5, синие — влажность, красные — температура.


Смог в Воронцовке 13 декабря 2020 г.


Смог в Байтикской впадине со стороны Малинового ущелья 13 декабря 2020 г.

В эти дни южная часть Бишкека оказывалась более грязной, чем центр, даже несмотря на разницу в высоте.


Измерения во время пресс-тура от мэрии к флагштоку 15 декабря 2020 г.


Смог на холмах за селом Орто-Сай 15 декабря 2020 г.

Росла концентрация загрязняющих веществ на большой площади.


Смог в Бишкеке и к северо-востоку от него 24 декабря 2020 г.

В Аламединском ущелье на высоте 1800 м над уровнем моря был туман при относительно небольшой — 70% — относительной влажности воздуха. При этом концентрация частиц PM2.5 превышала среднесуточную ПДК в 4 раза и была равна максимально разовой.


Загрязнение в Аламединском ущелье 27 декабря 2020 г. Чёрные цифры — концентрация PM2.5, синие — влажность, красные — температура.


Смог в селе Кой-Таш 27 декабря 2020 г.


Аламединское ущелье 27 декабря 2020 г. Сверху — облачность, снизу — смог.

Всё пространство к югу от Токмака до гор было заполнено густым туманом при влажности не более 80%, недостаточной для образования тумана в чистом воздухе.


Загрязнение в районе Ысык-Аты 28 декабря 2020 г. Чёрные цифры — концентрация PM2.5, синие — влажность, красные — температура.


Туман (смог) в районе села Юрьевка 28 декабря 2020 г.


Загрязнение по дороге Ысык-Ата — Бишкек 28 декабря 2020 г. Чёрные цифры — концентрация PM2.5, синие — влажность, красные — температура.

Экстремально высокое загрязнение в сёлах к западу от Бишкека: в Сокулуке, Новопавловке, Военно-Антоновке; к юго-западу: Арчалы, Джал, Шалта.


Загрязнение к западу и юго-западу от Бишкека 30 декабря 2020 г. Чёрные цифры — концентрация PM2.5, синие — влажность, красные — температура.

Чуйская долина и Иссык-Куль

Наконец, во время поездки на Иссык-Куль 31 декабря удалось измерить измнение загрязнения вдоль всей дороги через Чуйскую долину, Боомское ущелье и северо-запад Иссык-Кульской котловины. Как было видно по предыдущим картинкам, смог сместился к югу, ближе к горам, поэтому к северу, ближе к реке Чу, загрязнение было меньше.


Первый участок объездной дороги от Бишкека до Токмака 31 декабря 2020 г.

В районе Токмака загрязнение увеличилось.


Окрестности Токмака 31 декабря 2020 г.

В конце объездной дороги началось заметное снижение загрязнения, а к Кемину оно впервые достигло безопасных значений, дальше продолжало падать. Всего за 25 км концентрация PM2.5 снизилась в 15 раз.


Окрестности Кемина 31 декабря 2020 г.


Въезд в Боомское ущелье 31 декабря 2020 г.

В Боомском ущелье воздух оказался абсолютно чистым, за исключением редких всплесков возле кафе и других построек. Иногда датчик показывал 0. Такая картина сохранялась и по дороге по северному побережью Иссык-Куля, лишь в населённых пунктах воздух становился грязнее.


Боом 31 декабря 2020 г.


Окрестности Балыкчы 31 декабря 2020 г.


Северо-западное побережье Иссык-Куля 31 декабря 2020 г.

Изменение концентрации частиц PM2.5 по всему маршруту показано на графике:


Изменение концентрации PM2.5 по дороге Бишкек — Иссык-Куль 31 декабря 2020 г.
Изменение температуры и влажности по дороге Бишкек — Иссык-Куль 31 декабря 2020 г.

Как видно, температура и относительная влажность воздуха имеют чёткую отрицательную корреляцию. Можно сделать вывод, что изменение относительной влажности является, прежде всего, следствием изменения температуры, а не изменения количества влаги в воздухе. Всплески концентрации частиц могут быть связаны с потоком выхлопных газов от грузовиков, а температура в Бооме может меняться от поворота к повороту в зависимости от того, солнечный или теневой участок; это можно отнести к погрешности измерения.

В доме отдыха днём типичная концентрация частиц PM2.5 была 0–1 мкг/куб.м. Лишь когда в соседнем пансионате по вечерам жгли уголь для подогрева бассейна концентрация кратковременно (1 час) повышалась до 30–40, максимум до 170 мкг/куб.м.

К огромному моему сожалению, во время поездки вокруг Иссык-Куля и по дороге в Бишкек по техническим причинам не удалось произвести измерения, а это было бы интересно, так как чисто визуально картина смога существенно отличалась от той, что была неделю тому назад.

Уже во второй половине Боома над горами стала проступать дымка, она усиливалась и к выезду из ущелья в Чуйскую долину перед глазами стоял смог во всей его безобразной красе.


Смог в Чуйской долине на выезде из Боомского ущелья 6 января 2021 г.

Как смог влияет на погоду

Далее следуют сведения, которые требуют перепроверки специалистами.

Я предположил, что раз аэрозоли в воздухе задерживают солнечный свет, они препятствуют прогреву земной поверхности солнечными лучами, значит, на территории с интенсивным смогом температура воздуха должна быть ниже, чем там, где смога нет. Можно сравнить данные по температуре на метестанциях “Бишкек” и “Байтик”. Первая находится в западной части Бишкека на высоте 760 м над уровнем моря, вторая — в начале Ала-Арчинского ущелья на высоте 1580 м. В горах температура воздуха при прочих равных условиях должна быть ниже, чем на равнине. На каждые 1000 метров подъёма температура в среднем падает на 6 градусов, следовательно, при разнице высот в 820 м на МС “Байтик” температура должна быть на почти 5 градусов ниже, чем в Бишкеке. Кроме того, в городе температура должна быть как минимум на 2–3 градуса выше, чем в окружающей местности. Значит, если окажется, что разность температур между метеостанциями “Бишкек” и “Байтик” меньше, чем 5–8 градусов, то имеет место снижение температуры из-за инверсий и смога. Образованию инверсий, в свою очередь, может способствовать поднимающийся вверх тёплый дым ТЭЦ.

Взяв данные по температуре метеостанций “Бишкек” и “Байтик”, я построил графики изменения температуры на них в декабре 2011 г. и декабре 2020 г.


Графики температуры на МС “Бишкек” и “Байтик” в декабре 2011 г.
Графики температуры на МС “Бишкек” и “Байтик” в декабре 2020 г.

Здесь видно, что в декабре 2020 г. дневные температуры на МС “Байтик” были, как правило, выше, чем на МС “Бишкек”, тогда как в 2011 году картина была противоположной. Также видно, что амплитуда суточных колебаний температуры на МС “Байтик” в декабре 2020 г. была существенно выше, чем на МС “Бишкек”.

Аналогичные графики были построены для первых семи дней января 2011 г. и января 2021 г.

Графики температуры на МС “Бишкек” и “Байтик” в начале января 2011 г.
Графики температуры на МС “Бишкек” и “Байтик” в начале января 2021 г.

Несмотря на фрагментарность данных для МС “Байтик”, всё же видны такие же закономерности, что и для декабря. Начало января в Бишкеке холоднее, чем в предгорьях.

Далее я рассчитал среднемесячные температуры декабря и начала января для разных лет и построил графики разности между температурами “Бишкека” и “Байтика”.


Разница среднемесячных температур на МС “Бишкек” и “Байтик” и вклад смога в снижение температуры.

Здесь видно, что декабрь 2020 г. на МС “Бишкек” был теплее лишь на 0,4 градуса, чем на МС “Байтик”, тогда как в 2011 и 2019 гг. разница составляла более 2 градусов. Для января разница оказалась вообще отрицательной, то есть в городе на равнине оказалось холоднее, чем в предгорьях. И здесь зима 2020–2021 года существенно отличается от прошлых лет в сторону большего холода в Бишкеке. Если учесть, что температура на МС “Бишкек” должна быть примерно на 8 градусов выше, чем на МС “Байтик” (см. выше), то вклад инверсий и смога в “недопрогрев” Бишкека в декабре 2020 г. составлял 7,6°C, а в начале января 2021 г. — целых 13,9°C. То есть без инверсий и смога в Бишкеке было бы не минус 14, а около нуля. Но оценить вклад именно смога в разницу температур на равнине и в предгорьях можно только специальными исследованиями.

Таким образом, температурные инверсии задерживают смог, он препятствует нагреву земной поверхности и способствует понижению температуры воздуха. Чем ниже температура, тем больше жгут угля, чем больше жгут угля, тем сильнее смог, чем сильнее смог, тем меньше солнечного света и тем холоднее, чем холоднее, тем больше жгут угля, сильнее смог, меньше солнечной энергии доходит до земли. Чем хуже прогревается земная поверхность, тем меньше восходящих потоков, которые могут “разогнать” инверсионные слои, которые задерживают смог. Вот такая положительная обратная связь, или порочный круг.

Я бы хотел, чтобы специалисты по климатологии провели исследование влияния смога на температуру воздуха с учётом всех факторов.

Выводы

  • Проблема смога настолько обширна и многогранна, что её невозможно решить какими-то локальными мерами в каком-то одном городе или районе; загрязнение придёт из других мест. Нужны радикальные меры на уровне государства.

  • В таких климатических условиях в Чуйской долине нельзя вообще ничего сжигать, что даёт вредные выбросы, так как при неблагоприятных погодных условиях (а они почти всегда) загрязнение не рассеивается и накапливается в долине.

  • Мы видим “трагедию общин” во всей красе. Мало того, что каждый, кто создаёт загрязнение, приводит к ухудшению качества жизни себя и других, но и, грея себя, способствует усилению холода для всех.

Автор: Павел Исаенко

Коронавирус в Кыргызстане
Карта распространения
Комментарии будут опубликованы после проверки модератором.
Для добавления комментария авторизуйтесь
Фотоматериалы
×

up