Метеорологический Синтезирующий Центр - Восток (МСЦ-В)
МСЦ-В занимается выполнением оперативных и научных исследований по оценке уровней загрязнения воздуха тяжелыми металлами (ТМ) и стойкими органическими загрязнителями (СОЗ).
________________________________________________________________________________
Перспективные направления работ
Буклет "МСЦ-В - виды деятельности и результаты"
Ежегодный отчет ЕМЕП "Тяжелые металлы и СОЗ: Оценка загрязнения токсичными веществами в региональном и глобальном масштабах"
Сотрудничество с АНО ЭСЦ "Восток" по содействию российским предприятиям в:
- выполнении требований регламентов по безопасному обращению химических веществ
- реализации требований CBAM - Механизма Трансграничного Углеродного Регулирования (Углеродный след)
_________________________________________________________________________________
В соответствии со своим мандатом MСЦ-В провел модельную оценку уровней загрязнения тяжелыми металлами и СОЗ на 2021 год. Были рассчитаны концентрации в воздухе, потоки выпадений и информация о трансграничном переносе Pb, Cd, Hg, ПАУ, ПХДД/Ф, ПХБ-153 и ГХБ. Результаты описаны в EMEP Status report и доступны в Базе данных МСЦ-В.
Было продолжено исследование Eurodelta-Carb моделей Б(a)П, начатое Целевой группой по мониторингу и моделированию (TFMM) в 2021 году в рамках более широкого научного исследования по моделированию вторичного органического аэрозоля и черного углерода. Основными задачами исследования Eurodelta-Carb по Б(a)П был анализ производительности моделей оценки качества воздуха и неопределенности их результатов. Читать далее...
MСЦ-В внёс вклад в работу Целевой группы по полушарному переносу загрязнения воздуха (TF HTAP), направленную на оценку загрязнения ртутью и СОЗ. В частности, Центр участвовал в совместных мероприятиях TF HTAP, направленных на многомодельную оценку и атрибуцию тенденций и будущих сценариев загрязнения ртутью, а также на оценку влияния лесных пожаров и сжигания биомассы на загрязнение окружающей среды различными загрязнителями. Читать далее...
Экспертами MСЦ-В был подготовлен информационный обзор о потенциально опасных химических веществах (ПХВ), таких как гексабромциклододекан (ГБХД), полихлорированные нафталины (ПХН) и пентахлорбензол (ПХБ). В обзор вошли нормативно-правовые акты, информация об их производстве, использовании и выбросах, а также результаты мониторинга и модельной оценки их переноса и судьбы в окружающей среде. Читать далее...
В соответствии с договором между MSC-E и Комиссией OSPAR проведен анализ секторов выбросов Pb, Cd и Hg в 2020 году в странах-участницах OSPAR. Кроме того, проведена модельная оценка атмосферных поступлений Pb, Cd и Hg в регионы OSPAR. Результаты анализа данных о выбросах и модельной оценки потоков выпадений на область OSPAR были представлены на гибридном совещании, организованном Комиссией OSPAR. Результаты этой работы были обобщены в техническом отчете [Ilyin et al., 2023].
В рамках долгосрочного сотрудничества между ЕМЕП и Хельсинкской комиссией (HELCOM) проводится ежегодная оценка нагрузки воздушного загрязнения тяжелыми металлами и СОЗ на Балтийское море. Читать далее...
MСЦ-В продолжил сотрудничество и обмен данными со Стокгольмской конвенцией по СОЗ. Сбор и уточнение национальных кадастров выбросов СОЗ в рамках Стокгольмской конвенции предоставляет дополнительную информацию для оценки выбросов стран ЕМЕП. Кроме того, национальные кадастры выбросов используются для обновления сценариев глобальных выбросов для моделирования в глобальном масштабе и оценки граничных условий региона ЕМЕП. Также, обновленные данные мониторинга концентраций СОЗ, собранные в хранилище данных Глобального плана мониторинга (GMP DWH), используются для анализа глобального переноса СОЗ.
GLEMOS (Global EMEP Multi-media Modelling System) — мульти-масштабная модельная платформа для оценки загрязнения окружающей среды широким кругом токсичных веществ, разработанная в рамках программы ЕМЕП. GLEMOS предназначена для численного моделирования распространения, циркуляции и накопления разнообразных загрязняющих веществ (например, таких как тяжелые металлы и стойкие органические соединения) в природных средах (атмосфера, океан, почва, растительность). Характерной особенностью платформы является, возможность выбора как модельного домена (от глобального до локального масштаба), так и и пространственного разрешения. Модульная архитектура системы позволяет гибко настраивать конфигурацию модели под условия конкретной задачи и свойства загрязняющего вещества.
Сфера практического применения GLEMOS включает:
Общая схема модульной архитектуры
|
Модульная архитектура является ключевой особенностью модельной платформы GLEMOS. Ее целью является гибкость выбора и настройки модельной конфигурации при моделирования загрязняющих веществ с сильно отличающимися свойствами. Каждый тип природной среды представлен в модели набором процедур, описывающих общие процессы, которые объединены в программные модули. Каждый модуль может быть присоединен или отключен от модели на этапе компиляции кода при помощи управляющих скриптов. Все загрязняющие вещества объединяются в группы, характеризующиеся подобными свойствами (например, тяжелые металлы, стойкие органические загрязнители и др.). Каждая группа загрязняющих веществ представлена в модели, набором модулей определяющих и их свойства и поведение в каждой природной среде. Кроме того, каждое загрязняющее вещество может быть представлено в виде различных физических состояний и химических соединений, специфичных для конкретной среды. Модули загрязняющих веществ могут присоединяться к модельной платформе с помощью процедуры, аналогичной той, которая использована для природных сред.
Основные группы веществ, включенные в текущую версию модели — ртуть, тяжелые металлы в составе атмосферного аэрозоля (Pb, Cd) и стойкие органические загрязнители (СОЗ). Дополнительная группа загрязняющих веществ, которые используется, в основном, для тестирования и оценки эффективности модели, включает инертные радиоактивные изотопы (131I, 134Cs, 137Cs, 132Te, и т.д). Кроме того, в ближайшем будущем планируется включить отдельную группу модулей для моделирования атмосферного аэрозоля с целью усовершенствования описания атмосферных процессов, относящихся к распространению тяжелых металлов и СОЗ (распределение газ-частицы, сорбция, гетерогенная химия и др.)
GLEMOS может применяться для оценки загрязнения на различных географических масштабах и с разным пространственным разрешением. Базовая сетка модели на глобальном масштабе имеет горизонтальное разрешение 1°×1°. При этом она имеет переменный шаг в зональном направлении при приближении к полюсами, для того, чтобы избежать чрезвычайно малых пространственных масштабов (и, связанных с ними, очень малых шагов интегрирования по времени). К северу от 82° с. ш. и к югу от 82° ю. ш., соответственно, ячейки сетки объединяются по две, сохраняя линейный шаг сетки не менее 15 км. Кроме того, в областях в непосредственной близости от полюсов (в радиусе 1°) отдельные ячейки сетки объединены в две круговые ячейки.
По вертикали расчетная область модели охватывает атмосферу до 10 гПа (около 30 км). Значительный вертикальный охват требуется для моделирования атмосферного переноса долгоживущих веществ в глобальном масштабе, чтобы избежать необходимости установки граничных условий на верхней границе, а также чтобы учесть возможный обмен между стратосферой и тропосферой. Вертикальная структура текущей версии модели состоит из 20 неоднородных сигма слоев, 10 из которых покрывают нижние 5 км тропосферы, и высота приземного слоя составляет около 75 м.
Конфигурация горизонтальной сетки модели 1°×1° |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Вертикальная структура сетки модели |
Процесс |
Описание |
Атмосфера |
|
Адвекция | Схема Ботта второго порядка, модифицированная для сферической геометрии |
Сохранение массы | Вычисление вертикальных скоростей из уравнения неразрывности, используя аналитическую инверсию схемы Ботта |
Турбулентная диффузия | Неявная разностная схема второго порядка |
Химия (ртуть) | Окислительно-восстановительные реакции с O3, OH, Cl, Br, BrO в газовой фазе и облачной воде |
Распределение газ-частицы (СОЗ) | Мгновенное равновесие регулируемое уравнением Юнге-Панкова |
Деградация (СОЗ) | Реакция с OH в газовой фазе; фото-деградация аэрозольной фракции (ПАУ) |
Океан |
|
Адвекция | Трехслойная конечно-разностная схема второго порядка типа «чехарда» |
Распределение между фазами (СОЗ) | Мгновенное равновесие регулируемое эмпирическими коэффициентами |
Седиментация | Скорость седиментации, аппроксимируемая формулой Стокса |
Деградация (СОЗ) | Процесс первого порядка, описываемый эмпирическими скоростями деградации |
Почва |
|
Вертикальный перенос | Перенос с конвективными потоками воды, диффузия и биотурбация |
Разделение между фазами (СОЗ) |
Мгновенное равновесие регулируемое эмпирическими коэффициентами со свободно доступным органическим углеродом; процесс динамического обмена первого порядка с потенциально доступным органическим углеродом |
Деградация (СОЗ) | Процесс первого порядка, описываемый эмпирическими скоростями деградации |
Обмен между средами |
|
Сухое выпадение | «Резисторный» подход; скорости сухого выпадения аэрозоля, зависящие от размера частиц |
Влажное выпадение | Внутри облачное и подоблачное вымывание, эмпирический подход |
Газовый обмен | «Резисторный» подход; упрощенная двухслойная модель |
Более детально параметризация модели и описание подходов представлены в технических отчетах [Travnikov and Ilyin, 2005; Gusev et al., 2005; Tarrason and Gusev, 2008; Travnikov et al., 2009, Jonson and Travnikov, 2010, Travnikov and Jonson, 2011].
Модельная платформа GELMOS тестировалась в ряде численных экспериментов, проводившихся в рамках Целевой Группы по Полусферному Переносу Загрязнителей Воздуха (TF HTAP). Программа оценки моделей включала в себя тестирование атмосферного переноса, сравнение результатов моделирования с данными наблюдений и оценку неопределенности расчетов типа «источник-приемник» на глобальном масштабе. Кроме того, атмосферный модуль переноса GLEMOS был тестирован в численном эксперименте, основанном на расчете атмосферного переноса радиоактивных изотопов от аварийного выброса на АЭС Фукусима-1 (Япония).
Разработка и обновление модельной платформы GLEMOS является непрерывным процессом, направленным на улучшение производительности модели и поддержку ее подходов и параметризаций в соответствии с развитием современных научных представлений. В частности, ближайшие изменения модели будут включать в себя:
Travnikov O. and I.Ilyin [2005] Regional Model MSCE-HM of Heavy Metal Transboundary Air Pollution in Europe. EMEP/MSC-E Technical Report 6/2005, p.59.
Gusev A., Mantseva E., Shatalov V., Strukov B. [2005] Regional Multicompartment Model MSCE-POP. EMEP/MSC-E Technical Report 5/2005.
Travnikov O., J.E. Jonson, A.S Andersen, M. Gauss, A. Gusev, O. Rozovskaya, D. Simpson, V. Sokovykh, S. Valiyaveetil and P. Wind [2009] Development of the EMEP global modelling framework: Progress report. Joint MSC-E/MSC-W Report. EMEP/MSC-E Technical Report 7/2009.
Jonson J. E. and Travnikov O. (Eds.). [2010] Development of the EMEP global modeling framework: Progress report. Joint MSC-W/MSC-E Report. EMEP/MSC-W Technical Report 1/2010.
Travnikov O. and Jonson J. E. (Eds.). [2011] Global scale modelling within EMEP: Progress report. EMEP/MSC-E Technical Report 1/2011
Ряд загрязняющих веществ (например, ртуть и некоторые СОЗ) характеризуются долгим временем пребывания в атмосфере (до одного года), в силу глобального характера их дисперсии и возможности переноса между континентами. Кроме того, обмен этих веществ между различными природными средами также увеличивает их способность к переносу в долгосрочной перспективе. Таким образом, оценка загрязнения окружающей среды с такими загрязнителями должна выполняться в глобальном масштабе с учетом возможного вклада межконтинентального переноса в региональное загрязнение.
Примеры оценки уровней глобального загрязнения ТМ и СОЗ приведены ниже. Более подробная информацию находится в отчетах МСЦ-В.
Глобальное распределение воздушных концентраций свинца в 2021 году. Красная рамка обозначает регион ЕМЕП, нг/м3
Глобальное распределение воздушных концентраций кадмия в 2021 году. Красная рамка обозначает регион ЕМЕП, нг/м3
Глобальное распределение воздушных концентраций ртути в 2021 году. Красная рамка обозначает регион ЕМЕП, нг/м3
Глобальное распределение воздушных концентраций Б(а)П в 2021 году. Красная рамка обозначает регион ЕМЕП, нг/м3
Глобальное распределение воздушных концентраций ПХДД/Ф в 2021 году. Красная рамка обозначает регион ЕМЕП, фг ДЭ/м3
Глобальное распределение воздушных концентраций ПХБ-153 в 2021 году. Красная рамка обозначает регион ЕМЕП, пг/м3
Глобальное распределение воздушных концентраций ГХБ в 2021 году. Красная рамка обозначает регион ЕМЕП, пг/м3
Набор данных для оценки трансграничного переноса ТМ и СОЗ в регионе EMEП подготовлен Центром по инвентаризации выбросов и прогнозам на основе данных для 2021 г. официально представленных странами в 2023 г.
Оценки ветрового подъема тяжелых металлов на частицах (Pb, Cd) и ре-эмиссии газообразной ртути основаны на модельной параметризации и рассматриваются как предварительные [Travnikov and Ilyin, 2005; Gusev et al., 2006; Gusev et al., 2007].
Пространственное распределение антропогенных
|
Пространственное распределение природных
|
Пространственное распределение антропогенных
|
Пространственное распределение природных
|
Пространственное распределение антропогенных
|
Пространственное распределение природных
|
Пространственное распределение выбросов Б[a]П
|
Пространственное распределение выбросов Б[b]Ф
|
Пространственное распределение выбросов Б[k]Ф
|
Пространственное распределение выбросов И[cd]П
|
Пространственное распределение выбросов
|
Пространственное распределение выбросов ГХБ
|
Пространственное распределение выбросов ПХБ-153
|
Версия модели GLEMOS с открытым исходным кодом теперь доступна на
платформе GitHub
8 совместное заседание Рабочей группы по воздействиям и Руководящего органа ЕМЕП, сентябрь 2022 г.
Оценка загрязнения СОЗ в национальном, региональном и глобальном масштабах с акцентом на ПАУ
Оценка загрязнения тяжелыми металлами в рамках ЕМЕП: прогресс и планы
Целевая группа по измерениям и моделированию, май 2022 г.
Оценка загрязнения ПАУ/Б(а)П в глобальном, региональном и национальном масштабах
Новые разработки в области оценки загрязнения тяжелыми металлами и СОЗ
Бюро Руководящего Органа ЕМЕП и Рабочей группы по воздействиям, март 2022
Heavy metal and POP pollution assessment: Progress in 2022-2023 work plan
35-е совещание Целевой Группы МСП-Растительность, февраль 2022 г.
Новые загрязняющие вещества
Некоторые токсичные загрязнители рассматриваются как потенциальные кандидаты для будущей оценки, но для них характерны ограниченные данные и знания об их выбросах, переносе и поведении в окружающей среде (Стратегия для научных органов Конвенции). Они включают:
"Обзор информации о производстве, выбросах, измеренных концентрациях и исследованиях по моделированию для отдельных СЕС собран в рамках совместного проекта ЕМЕП/ХЕЛКОМ (Совместный отчет центров ЕМЕП для ХЕЛКОМ, 2022 г.)
EEA Report 2023 |
MSC-E Technical Report 2/2021 Деятельность МСЦ-В (Case study on Spain, France, Poland) |
|
Деятельность стран (Италия, Испания, Польша, Литва, Венгрия, Великобритания) | |
Регламент REACH Полиароматические углеводороды |