Результаты 35-летних исследований содержания СO2 в атмосфере Москвы астрофизическим методом

Показано , что астрономический мониторинг содержания атмосферных газов в городах и промышленных центрах по зволяет получать наиболее представительные данные . В Москве с 1969 г . по 1991 г . концентрация СО ₂ росла умеренны ми темпами и к концу периода увеличилась на 48 %. Затем положительный тренд скачком вырос , и к 1999 г . содержание углекислого газа в атмосфере Москвы превысило уровень 1969 г . в 2.5 раза . С началом нового тысячелетия рост количе ства СО ₂ прекратился , и сейчас его концентрация продолжает удерживаться на уровне 2003 г .

We show that astronomical monitoring of atmospheric gases content in cities and industrial centers allows to obtain the most representative data. In Moscow, in 1969–1991, the СО ₂ concentration had been growing moderately and by the end of the period it had increased by 48 %. Then, the positive trend grew dramatically, and by 1999 the carbon dioxide content in the Moscow atmosphere had exceeded the 1969 level by 2.5 times. With the turn of the new millennium, the СО ₂ concentration growth stopped and at present it keeps at the 2003 level.

В настоящее время постоянный мониторинг фо нового содержания СО 2 в земной атмосфере осуще ствляется в США [1], где эти работы были начаты в 1973 г . и ведутся на метеопунктах , расположенных вдали от промышленных центров и городов , преци зионным методом отбора проб ( точность порядка 0.1 %). Очевидно , для принятия адекватных мер по стабилизации климата необходимо также контроли ровать источники выбросов углекислого газа в крупных городах и промышленных центрах . Однако здесь приборы для измерения концентрации углеки слоты методом отбора проб воздуха непригодны , так как их показания сильно искажаются локальны ми источниками СО 2 [2]. В условиях города наибо лее представительные данные могут быть получены астрофизическим методом [3], поскольку он позво ляет получать общее количество молекул углеки слого газа сразу во всей толще атмосферы .

Примененный нами астрофизический метод [4–7] исследования изменения со временем содержания СО 2 во всей толще атмосферы над Москвой являет ся стандартным для исследования атмосферы Солн ца , но до нас никем в геофизике не применялся . В геофизических исследованиях используются прибо ры с невысоким спектральным разрешением , поэто му приходится теоретически моделировать не кон кретные линии СО 2 , а сразу весь выбранный участок спектра . Это с неизбежностью приводит к трудно оцениваемым ошибкам , обусловленным как неопре деленностью значений сил осцилляторов линий , так и значительными вариациями интенсивностей мно гочисленных линий водяного пара даже в течение одного дня наблюдений [8]. Еще один источник ошибок – использование одинаковых теоретических функций для аппроксимации профилей всех иссле дуемых линий . В действительности , как было пока зано в [3], профили солнечных и теллурических ли ний существенно различаются . В результате точ ность таких исследований оказывается недостаточ ной для получения достоверных выводов .

Исследования изменения содержания СО2 со временем во всей толще атмосферы над Москвой начались в ГАИШ МГУ в 1969 г. на башенном солнечном телескопе АТБ-1 ГАИШ. Для регистрации участка спектра с центром вблизи 2.08 мкм использовался спектрограф с разрешающей силой 150 000, что на порядок выше, чем в [9].

Высокое разрешение спектрографа позволило найти в инфракрасной области спектра две линии углекислого газа с длинами волн 2.075611 мкм и 2.075851 мкм , профили которых полностью свобод ны от искажающего влияния соседних линий . Не делая никаких предположений о форме профилей исследуемых линий , мы рассчитали их теоретиче ские профили на основе строгого решения уравне ния переноса излучения в земной атмосфере . Из сравнения теоретически вычисленных и полученных из наблюдений эквивалентных ширин линий можно найти полное количество молекул СО 2 в вертикаль ном столбе воздуха в точке наблюдения . По нашим оценкам , астрофизический метод позволяет полу чать данные о содержании молекул СО 2 в атмосфере с точностью не хуже 5 %.

Для получения достоверных данных о долговре менных ( на интервале порядка десятков лет ) вариа циях СО 2 в атмосфере Земли необходимо проводить записи спектра Солнца строго при одних и тех же условиях . Это подразумевает неизменность характе ристик телескопа , спектрографа , регистрирующей аппаратуры , способа обработки ( это можно контро лировать ), а также идентичность физических усло вий в атмосфере ( температура , давление , скорость и направление ветра ). Проведенные нами исследова ния показали , что прослеживается слабая зависи мость измеряемых концентраций СО ₂ от направле ния ветра : при южном ветре содержание в атмосфе ре над юго - западом Москвы несколько уменьшает ся , а при северном ветре – возрастает . При этом вы яснилось , что при скорости ветра около 3–4 м / с на блюдается слабый максимум в измеряемых величи нах содержания СО ₂ в атмосфере .

Большое значение для получения надежных дан ных о многолетних изменениях количества углеки слого газа в атмосфере имеет вопрос о его сезонных изменениях [2].

Результаты 35- летних исследований содержания СО ₂ в атмосфере Москвы астрофизическим методом

Изучение сезонных вариаций СО ₂ в атмосфере над Москвой мы провели по материалам наблюде ний , проведенных в сезоны с февраля по ноябрь в 1992–1995 гг . Оказалось , что количество углекисло ты минимально в конце июля – начале августа и воз растает зимой ( с максимумом с ноября по февраль ). Это согласуется с измерениями других авторов [10]. Согласно нашим измерениям , в течение года кон центрация СО 2 в атмосфере Москвы меняется при мерно на 20 %. Чтобы не вводить « сезонную » по правку , мы проводили наблюдения примерно в одно и то же время – в конце сентября , когда условия в атмосфере близки к средним и можно пользоваться ее характеристиками из справочников ( что облегча ет обработку наблюдений ).

Результаты измерения количества углекислого газа в Москве за более чем 30 лет наблюдений в ГАИШ МГУ астрофизическим методом приведены на рисунке ( кривая I). Из рисунка видно , что с 1969 по 1991 г . концентрация СО 2 повысилась на 45 %. С 1991 г . темпы роста резко возросли , и к 2000 г . со держание углекислого газа в атмосфере превыси ло уровень 1969 г . примерно в 2.5 раза . В 2000– 2003 гг . произошло сначала замедление , а затем и прекращение увеличения концентрации СО ₂ в ат мосфере над городом .

На этом же рисунке показана скорость нараста ния концентрации СО 2 на большом удалении от го родов и промышленных центров по усредненным данным из работы [1] для метеопунктов Бэрроу ( Аляска ), Мауна - Лоа ( Гавайи ), о - ва Восточные Са моа и Южного полюса ( кривая II). Из рисунка вид но , что скорость нарастания концентрации СО 2 в атмосфере над Москвой значительно превышает соответствующие показатели , по которым и была построена усредненная кривая II в работе [1].

Кривая III на нашем рисунке показывает дина мику роста количества автомобилей в Москве по дан ным из [11–14]. Хорошо видно , что с 1992 г . начался

Изменение концентрации СО ₂ в Москве ( кривая I), фоно вая концентрация ( кривая II) и число автомобилей в Москве ( кривая III, ось ординат справа ) за период с 1969 по 2003 г .

быстрый рост числа автомобилей в Москве . И именно на этот год приходится резкий излом кривой I, показывающей изменение количества СО 2 . Такое согласие в поведении двух графиков подтверждает выводы Москомприроды [14] о том , что в Москве автомобили являются главным источником выбро сов углекислоты в атмосферу (85 % всех выбросов в 1998 г . и около до 92 % в 1999 г .).

Следует обратить внимание на то , что , согласно рисунку , в 2003–2005 гг . численность автопарка Москвы продолжала расти , хотя и наметилась тен денция к замедлению . В то же время рост концен трации углекислого газа практически прекратился . Мы объясняем это постепенной заменой отечест венных автомобилей иномарками с лучшими эколо гическими характеристиками , а также принимаемы ми правительством Москвы мерами по экологиза ции транспорта и совершенствованием транспорт ной инфраструктуры города .