| 1 |
10 июня 2021 г.-31 декабря 2021 г. |
Этап 1: Мегаполис как остров загрязнения и тепла: междисцплинарный гидроклиматический, геохимический и экологический анализ |
| Результаты этапа: Усовершенствован модельный комплекс COSMO-ART, в который успешно внедрен блок, учитывающий городскую урбанизацию (URB); подготовлены новые данные эмиссий загрязняющих веществ с учетом реального содержания черного углерода в атмосфере Москвы, проведены первые тестовые расчеты. Выполнен анализ данных модельных и экспериментальных аэрозольных характеристик, характерных для городской среды.
Проведены модельные эксперименты по определению наиболее эффективных
физических параметризаций параметров подстилающей поверхности для последующего
регионального (WRF-ARW) и микроклиматического RANS-моделирования в пределах Московского региона.
Заложены основы создания инструментального комплекса Лаборатории «UIrban Environment», начат курс измерений концентрации числа частиц, распределения по размерам в диапазоне от нано- до микрометров в Аэрозольном комплексе МГУ. C 20 февраля по 24 апреля 2021 г проведена измерительная кампания «День-ночь» по измерению аэрозольных параметров в реальном времени и 12-ти часовому отбору в дневное и ночное время. Исследуются суточные тренды черного углерода одновременно с изменчивостью высоты пограничного слоя, метеорологических параметров, особенностей энергетической и транспортной нагрузки города.
Проведена обработка данных пульсационных измерений на трех уровнях метеорологической мачты МО МГУ за период ноябрь 2019 – май 2020. Для расчета трехмерной циркуляции и переноса аэрозольных частиц над территорией кампуса МГУ использовалась DNS/LES/RANS модель, развиваемая в НИВЦ МГУ и ИВМ РАН. Развита система классификации опасных атмосферных явлений.
Выполнен анализ 60 образцов снега из модельного бассейна р. Сетунь с определением его основных физико-химических показателей и содержания около 60 химических элементов в твердой и жидкой фазах снега. Проанализировано содержание ПАУ во взвеси снега и фракциях пыли и почв. Охарактеризована фракционная структура тяжелых металлов и металлоидов в дорожной пыли восточной (промышленно развитой) и западной (со значительным воздействием автотранспорта) частей Москвы. Ведется разработка модели формирования стока воды, баланса наносов и загрязняющих веществ на примере бассейна малой городской реки Сетунь, которая позволит оценить их изменения под воздействием природных и антропогенных факторов. За основу взята физически обоснованная почвенно-гидрологическая модель SWAT с распределенными параметрами, включающая модули для описания транспорта загрязняющих веществ. Входные данные модели организованы в виде ГИС-проекта, объединяющего метеорологическую информацию с суточным разрешением и пространственные данные о водосборе (цифровая модель рельефа, почвенная и геологическая карты, данные о землепользовании, карта растительности). Для определения параметров модели и ее верификации проведена серия натурных гидролого-гидрохимических наблюдений.
С помощью модели выполнены пробные расчеты стока взвешенных наносов и интенсивности водной эрозии на территории водосбора.
|
| 2 |
1 января 2022 г.-31 декабря 2022 г. |
Этап 2: Мегаполис как остров загрязнения и тепла: междисцплинарный гидроклиматический, геохимический и экологический анализ |
| Результаты этапа: Развита методология для анализа аэрозольной нагрузки мегаполиса с высоким уровнем загрязнения воздуха на основе единого подхода количественного определения характеристик экологически-опасных компонентов аэрозолей, разработки инструментальной базы измерений в реальном времени массовых концентраций в стандартах качества воздуха , анализа их суточной, сезонной и годовой варьируемости в эмиссиях транспорта, промышленности, системы отопления и жилого сектора.
Созданы основы функционирования атмосферного подразделения Лаборатории городской экологии и климата на базе инструментального Аэрозольного комплекса МГУ, состоящего из системы непрерывных измерений числа частиц и распределения по размерам от 5 нм до 10 мкм, массовой концентрации черного и органического углерода, отбора аэрозолей импактором РМ10 и на фильтры автоматизированными сборниками для последующего анализа элементов, ионов, полиароматических углеводородов методами аналитической химии.
Оценена величина городского аэрозольного загрязнения в Москве у поверхности Земли и в столбе атмосферы по данным модели COSMO-ART и измерениям. Выявлено уменьшение концентрации аэрозоля в период локдауна COVID-19, связанное как с ограничительными мерами, так и метеорологическими особенностями; оценены также непрямые эффекты аэрозоля на облачность для этого периода.
Разработана лагранжева модель переноса частиц в турбулентном потоке над урбанизированной поверхностью. Создана вихреразрешающая модель пограничного слоя атмосферы над городской поверхностью, учитывающая мезомасштабную атмосферную циркуляцию. С использованием мезомасштабной модели COSMO и уточненных параметров подстилающей поверхности получены данные субкилометрового разрешения о метеорологическом режиме Московского региона для периодов волн жары.
Произошло внедрение программного обеспечения, разработанного в Лаборатории, для мониторинга составляющих радиационного баланса и УФ радиации в Метеорологической Обсерватории МГУ. Разработаны усовершенствованные версии программных кодов для высокоразрешающего гидродинамического моделирования циркуляции воздуха и примесей в городской застройке. Эти коды могут быть применены для решения задач диагноза и прогноза качества воздуха на урбанизированных территориях.
|
| 3 |
1 января 2023 г.-31 декабря 2023 г. |
Этап 3: Мегаполис как остров загрязнения и тепла: междисцплинарный гидроклиматический, геохимический и экологический анализ |
| Результаты этапа: Начата работа метеорологической мачты МГУ в тестовом режиме. Проводится разработка и верификация методик обработки данных. Начат переход к режиму непрерывного мониторинга турбулентной структуры и аэрозольного состава нижней части пограничного слоя атмосферы. Проводится регулярный мониторинг и оперативное устранение неисправностей в работке мачты высотой 21 м на площадке Метеорологической обсерватории МГУ с установленными инерционными датчиками температуры и влажности (2 уровня) и акустическими анемометрами (3 уровня). Проведение адаптации турбулентно-разрешающих моделей, учитывающих перенос аэрозоля в пограничном слое атмосферы к реальной городской застройке, орографии поверхности и распределению растительности в выбранных районах Москвы. Проводится обзор и сравнение параметризаций, описывающих влияние подсеточной турбулентности на движение аэрозольных частиц в воздушной среде при использовании лагранжева подхода к описанию движения частиц. Тестируется возможность применения параметризаций в RANS/LES/DNS модели НИВЦ МГУ и ИВМ РАН с учётом воспроизведения идеализированной и реалистичной геометрии городской застройки.Оценка влияния турбулентной структуры городского пограничного слоя на скорость трансформации аэрозолей. В рамках проекта проводится анализ влияния турбулентной структуры пограничного слоя на перенос примесей и аэрозолей. Для решения задач используется унифицированная численная DNS/LES/RANS модель, развиваемая в НИВЦ МГУ, а в экспериментах рассматривается как суточная динамика, так и идеализированные устойчиво-стратифицированные и конвективные пограничные слои. Измерения оптических свойств и концентрации компонент черного углерода. Непрерывные суточные и сезонные измерения оптического поглощения во всем диапазоне солнечного излучения компонентов черного углерода: BC ff - производится при сжигании ископаемого топлива (газа, дизельного топлива, бензина) BC bb - сжигание биомассы Продолжается внедрение новейших методологий непрерывного анализа оптических и физико-химических характеристик атмосферных аэрозолей на инструментальном Аэрозольном комплексе МГУ, располагающемся на территории Метеорологической обсерватории МГУ. Определение непрямых аэрозольных эффектов. Изучение взаимодействия облачности и аэрозоля и оценки этих эффектов на радиацию по данным измерений и моделирования системой COSMO. Проводились численные эксперименты модельным комплексом COSMO c использованием современной модели ICON для выявления непрямого аэрозольного воздействия на свойства облаков и суммарную солнечную радиацию у поверхности Земли. Проведение оценки риска для здоровья населения в результате воздействия острова тепла и загрязнения. В ходе проведения данного этапа работ были исследованы различия в отклике смертности населения на совместное действие высоких температур (жары) и загрязнения воздуха двух модельных территорий, расположенных на юго-западе и в центре Москвы. Проведение детальных LES-расчеты с высоким пространственным разрешением АПС на фоне крупномасштабных циркуляций, порождаемых взаимодействием атмосферы с городской поверхностью. Статистический анализ данных моделирования. При помощи LES-модели с детальным пространственным разрешением проведены расчеты турбулентных течений и переноса примесей над идеализированными поверхностями городского типа с различной плотностью заполнения поверхностей объектами. Выполнен статистический анализ результатов моделирования и выявлены предпочтительные условия для формирования крупномасштабных квазистационарных вихрей в АПС над поверхностями городского типа. Создание концепции, описывающей физику долгоживущих циркуляционных систем в пограничном слое городской атмосферы, и определение их роли в формировании островов атмосферных загрязнений (газовых и аэрозольных). Подготовка и предварительный анализ четырехмерных (пространственно-временных) метеорологических полей над Московской агломерацией, полученных по результатам ранее выполненного детализированного моделирования атмосферных процессов в рамках региональной мезомасштабной модели COSMO и параметризацией TERRA_URB с шагом сетки 500 м для периодов волн жары в июне и июле 2021 г. Проведение дополнительных численных экспериментов с увеличенным числом вертикальных уровней в пограничном слое атмосферы. Формирование базы данных модельных расчетов для исследования пространственно-временной изменчивости создаваемых Московской агломерацией метеорологических аномалий в пограничном слое атмосферы и чувствительности их тонкой структуры к изменению вертикальному разрешению модели. |
