Анализ данных контроля загрязнения атмосферного воздуха

Радиационное воздействие  является средством оценки влияния механизма потенциального изменения климата. Этот показатель выражает нарушение или изменение энергетического баланса системы «земля-атмосфера» в ваттах на квадратный метр (Вт.м-2). Положительные значения радиационного воздействия означают потепление, а отрицательные значения — охлаждение.

Климатические изменения  могут отличаться от изменений, обусловленных  глобальным средним радиационным воздействием. Воздействие воздушных судов  на региональный климат может быть существенным.

Озон является «парниковым» газом. Он также защищает поверхность  земли от вредного ультрафиолетового  излучения (UV) и относится к категории  широко распространенных загрязнителей воздуха. Окислы азота NOx, выбрасываемые воздушными судами, принимают участие в химии озона.

Научные данные об изменении климата:

• Повышение концентрации «парниковых» газов с момента окончания доиндустриального периода (т. е. примерно с 1750 г.) привело к положительному радиационному воздействию на климат, в результате чего наметилась тенденция к нагреванию поверхности земли и другим климатическим изменениям. 

• Концентрация «парниковых» газов в атмосфере, таких, как двуокись углерода, метан, а также двуокись азота (N2O), значительно увеличилась, причем увеличение составило соответственно примерно 30, 145 и 15 % (данные по состоянию на 1992 г.). В основном эти тенденции обусловлены антропогенной деятельностью, главным образом сжиганием ископаемого топлива, изменением землепользования и сельским хозяйством.

• Многие «парниковые» газы сохраняются в атмосфере в течение длительного времени (применительно к двуокиси углерода и окиси азота этот период составляет от нескольких десятилетий до нескольких веков). В этой связи сохранение объема эмиссиии двуокиси углерода примерно на достигнутом уровне (1994 г.) приведет к почти постоянным темпам увеличения ее концентрации в атмосфере по крайней мере в течение двух столетий и к концу XXI века ее концентрация составит примерно 500 частей на миллион по объему (ppmv) (что примерно в 2 раза превышает доиндустриальную концентрацию, составлявшую 280 ppmv).

• По знаку радиационное воздействие тропосферных аэрозолей, образуемых в результате сгорания ископаемых топлив и биомассы, а также из других источников, является отрицательным, и несмотря на то, что в основном их присутствие характерно для конкретных регионов и субконтинентальных районов, последствия для климатических систем могут проявиться в масштабах континента или полушария. В отличие от «парниковых» газов, сохраняющихся в атмосфере длительное время, антропогенные аэрозоли недолговечны, и в этой связи их радиационное воздействие находится в прямой зависимости от увеличения или уменьшения объема эмиссии.

• В настоящее время наши возможности количественного определения степени антропогенного влияния на глобальный климат на основе имеющихся данных климатических наблюдений носят ограниченный характер, поскольку ожидаемый результат по-прежнему в значительной степени зависит от разнообразных природных явлений, а определенность в отношении ключевых факторов отсутствует. К их числу относятся масштабы и характер долгосрочных изменений в природе и постепенно формируемая схема воздействия, обусловленного изменением концентраций «парниковых» газов и аэрозолей и трансформированием ландшафта. Тем не менее итоговые данные однозначно подтверждают влияние антропогенной деятельности на глобальный климат.

Более глубокое понимание  глобального углеродного цикла  и химии атмосферы позволит использовать имеющиеся данные об эмиссии для  прогнозирования концентрации «парниковых» газов и аэрозолей в атмосфере  и изменения степени естественного  радиационного воздействия. Затем  для составления перспективных  прогнозов относительно климата  можно будет использовать климатические  модели.

• по сравнению с 1990 г. к 2100 г. средняя глобальная температура воздуха на поверхности увеличится от 1 до 3,5 °C. Во всех случаях средние темпы потепления будут, по всей вероятности, превышать темпы, наблюдавшиеся за последние 10 000 лет. Региональные изменения температуры могут существенно отличаться от средних глобальных изменений, а на фактические изменения в диапазоне от одного года до 10 лет будут оказывать значительное влияние естественные переменные. Предполагается, что общее потепление приведет к увеличению количества очень жарких дней и уменьшению количества очень холодных дней.

• Предполагается, что в результате теплого расширения океанов и таяния ледников и ледниковых куполов, средний уровень моря повысится. По сравнению с 1990 г. к 2100 г. уровень моря может повыситься на 15—95 см.

• Следствием более высоких температур станет ужесточение гидрологического цикла, что повлечет за собой возможность возникновения более сильных засух и/или паводков в одних местах и менее сильных засух и/или паводков в других местах. Ряд моделей свидетельствует об увеличении интенсивности осадков, что может привести к исключительно сильным ливневым дождям.

Суда выполняют полеты в верхних слоях тропосферы и  нижних слоях стратосферы (на высотах  примерно 9—13 км), а крейсерские высоты сверхзвуковых воздушных судов  проходят на несколько километров выше (примерно 17—20 км) в стратосфере. Предполагается, что с увеличением концентрации NOx, концентрация озона в верхних слоях тропосферы и нижних слоях стратосферы увеличится, а концентрация метана уменьшится. На больших высотах повышение концентрации NOx приведет к уменьшению слоя стратосферного озона. Время пребывания в атмосфере предшественника озона (NOx) в этих регионах увеличивается с высотой, что обусловливает зависимость влияния воздушных судов на озон от высоты, на которой выбрасывается NOx, причем выбросы в тропосфере оказывают влияние в региональном масштабе, а выбросы в стратосфере — в глобальном масштабе. Водяной пар, SOx (из которых образуются сульфатные частицы) и сажа5 играют непосредственную и косвенную роли в изменении климата и химии озона.

2.1Каковы прогнозы относительно увеличения объема авиационной эмиссии в будущем?

Согласно прогнозам в  период между 1990 — 2015 гг. глобальный объем  пассажирских воздушных перевозок, выражаемый в коммерческих пассажиро-километрах, будет возрастать на 5 % в год, а общий объем потребления авиационного топлива, включая пассажирские, грузовые и военные полеты6, в течение того же периода, будет возрастать на 3 % в год; в основном разница обусловлена повышением эффективности воздушных судов. В будущем тенденция к совершенствованию техники с целью уменьшения эмиссии на коммерческий пассажиро-километр сохранится и что к 2050 г. будет обеспечена возможность оптимального использования имеющегося воздушного пространства (т. е. будет обеспечена идеальная организация воздушного движения). Если эти тенденции не будут материализованы, объемы потребляемого топлива и эмиссии будут выше. Вторым допущением является то, что в будущем парк воздушных судов, количество аэропортов и объем соответствующей инфраструктуры будут по-прежнему увеличиваться, а рост спроса на воздушные перевозки не ограничится. При отсутствии необходимой инфраструктуры объем перевозок в масштабах, предусмотренных этими сценариями, не увеличится.

3.1 Двуокись углерода

В 1992 г. объем авиационной  эмиссии двуокиси углерода составлял  примерно 0,14 Гт С.год-1. В 1992 г. это соответствовало примерно 2 % общей антропогенной эмиссии двуокиси углерода

В 1992 г. объем авиационной  эмиссии двуокиси углерода составлял 2, 4 % полного объема эмиссии двуокиси углерода, образуемой в результате сжигания ископаемого топлива, или 2 % полной антропогенной эмиссии  двуокиси углерода.

Примерно 13 % эмиссии двуокиси углерода, создаваемой всеми транспортными источниками.Объем авиационной эмиссии двуокиси углерода будет постоянно возрастать и к 2050 г. достигнет значения 0,23—1,45 Гт С.год-1.

к 2050 г. объем этой эмиссии  увеличится в три раза до 0,40 Гт С.год-1 или будет составлять 3 % от прогнозируемой общей антропогенной эмиссии двуокиси углерода по отношению к среднесрочному сценарию эмиссии. По сравнению с 1992 г. объем эмиссии двуокиси углерода к 2050 г. может увеличиться от 1,6 до 10 раз.

Достигнутая на данный момент концентрация двуокиси углерода и обусловленное  ею радиационное воздействие являются следствием эмиссии примерно за последние 100 лет.

4.1 Озон

По оценкам, в 1992 г. эмиссия  NOx дозвуковых воздушных судов привела к увеличению концентрации озона на крейсерских высотах полетов в северных средних широтах примерно на 6 % по сравнению с атмосферой, не подверженной воздействию эмиссии воздушных судов. По прогнозам к 2050 г. этот показатель увеличится примерно до 13 %. Влияние на концентрацию озона в других регионах мира носит значительно меньшие масштабы. В среднем, упомянутое повышение концентрации будет способствовать нагреву поверхности земли.

Авиационная эмиссия NOx более эффективно способствует образованию озона в верхних слоях тропосферы, чем эквивалентный объем эмиссии на поверхности. Повышение содержания озона в верхних слоях тропосферы также более активно способствует увеличению степени радиационного воздействия, чем увеличение его содержания на более низких высотах. По прогнозам, такое повышение концентрации привело в 1993 г. к увеличению полного озонового столба в северных средних широтах примерно на 0,4 %,а к 2050 г.эта величина составит 1,2 %.

Однако авиационная эмиссия  серы и воды в стратосфере способствует разложению озона, что частично компенсирует инициируемое NOx увеличение концентрации озона. Количественно степень этого влияния пока не определена. Поэтому необходимо провести дополнительную оценку воздействия эмиссии дозвуковых воздушных судов на стратосферный озон.

По расчетам, наибольшее увеличение концентрации озона, обусловленное  авиационной эмиссией, будет иметь  место вблизи тропопаузы, где степень  природной изменчивости высока. Такие  изменения однозначно не подтверждаются результатами имеющихся на данный момент наблюдений.

5.1Метан

Как предполагается, помимо повышения концентрации тропосферного  озона, авиационная эимиссия NOx приводит к понижению концентрации метана, который также является «парниковым» газом. Уменьшение содержания метана способствует охлаждению поверхности земли. По оценкам, в 1992 г. концентрация метана была примерно на 2 % меньше по сравнению с атмосферой без воздушных судов. По своим масштабам инициируемое воздушными судами снижение концентрации метана значительно отстает от наблюдаемого в целом в 2,5 раза увеличения с момента доиндустриальной эры. Неопределенность с точки зрения источников и поглотителей метана препятствует проведению проверки влияния авиации на концентрацию метана на основе атмосферных наблюдений. К 2050 г. содержание метана в атмосфере без воздушных судов было бы на 5 % меньше. Изменение концентрации тропосферного озона в основном происходит в северном полушарии. В то время как изменение содержания метана носит глобальный характер и, несмотря на то, что среднее глобальное радиационное воздействие аналогично по величине и противоположно по знаку, широтная структура воздействия различна, в результате чего на региональном уровне эти виды радиационного воздействия не компенсируют друг друга.

6.1Водяной пар

Большая часть водяных  паров выбрасывается дозвуковыми  воздушными судами в тропосферу, откуда они быстро, в течение 1—2 недель, выделяются в виде осадков. Меньшая  часть водяных паров выбрасывается  в нижние слои стратосферы, где они  могут накапливаться в больших  концентрациях. Поскольку водяной  пар является «парниковым» газом, такое  увеличение его концентрации способствует нагреву поверхности земли, хотя применительно к дозвуковым воздушным  судам это воздействие не столь значительно, как воздействие других видов авиационной эмиссии, таких, как двуокись углерода и NOx.

7.1Инверсионные следы

По оценкам, в 1992 г. линейнообразные инверсионные следы воздушных судов в среднем в течение года охватывали примерно 0,1 % поверхности земли, причем региональные показатели имеют большее значение. Инверсионные следы ,аналогично тонкой облачности на больших высотах, способствуют нагреву земной поверхности. По прогнозам, в рамках исходного сценария (Fa1) к 2050 г. площадь, охватываемая инверсионными следами, увеличится до 0,5 %, причем темпы прироста будут превышать темпы увеличения потребления авиационного топлива. Более высокие темпы увеличения площади, охватываемой инверсионными следами, обусловлены тем, что объем воздушного движения главным образом будет увеличиваться в верхних слоях тропосферы, где в основном образуются инверсионные следы; другой причиной может также стать повышение топливной эффективности воздушных судов. Образованию инверсионных следов способствуют водяные пары, выбрасываемые авиационными двигателями, а их оптические свойства зависят от состава выбрасываемых или образуемых в авиационном дыме частиц и от внешних атмосферных условий. Радиационное воздействие инверсионных следов зависит от их оптических свойств и площади глобального охвата, причем оба эти фактора носят неопределенный характер. Со спутников инверсионные следы наблюдаются как линейнообразные облака над районами с наиболее интенсивным воздушным движением, которые в 1996—1997 гг. в среднем охватывали примерно 0,5 % площади над Центральной Европой.

8.1 Перистые облака

Результаты наблюдений свидетельствуют  о том, что после образования  устойчивых инверсионных следов начинает развиваться обширная перистая облачность. В рамках отдельных исследований определено, что увеличение площади  перистых облаков (помимо облаков, определенных в качестве линейнообразных инверсионных следов) непосредственно связано с эмиссией воздушных судов. Перистыми облаками покрыто примерно 30 % поверхности земли. В среднем увеличение площади перистых облаков способствует нагреву поверхности земли. Согласно оценке, выполненной в конце 90-х годов, площадь инициируемых воздушными судами перистых облаков составляет 0 — 0,2 % поверхности земли. К 2050 г. эта величина может увеличиться в четыре раза ( от 0 до 0,8 %); однако механизмы, связанные с увеличением площади перистых облаков, пока хорошо не изучены, что обусловливает необходимость в проведении дополнительных исследований.

 9.1Сульфатные и сажевые аэрозоли

По сравнению с поверхностными источниками в 1992 г. концентрация аэрозолей, образуемых в результате полетов  воздушных. Несмотря на то, что накапливание аэрозолей в атмосфере непосредственно зависит от объема потребления авиационного топлива, по прогнозам, в 2050 г. концентрация образуемых в результате полетов воздушных судов аэрозолей на единицу массы будет по-прежнему небольшой по сравнению с поверхностными источниками. Увеличение объема сажи способствует потеплению, а увеличение объема сульфатов — охлаждению земной поверхности. Непосредственное радиационное