Отчет за 2022

За отчетный период в Алматы и Астане был налажен отбор частиц РМ2.5 и их анализ на содержание OС/EС, ПАУ, ионов и элементов. Также начали определение средневзвешенных концентраций ЛОС в г. Алматы и г. Астане, соответственно. Кроме того, были получены пространственные и временные изменения загрязнителей воздуха в выбранных городах с использованием данных Казгидромета и AirNow.gov. Данные, полученные AirNow.gov, были применены для изучения влияния динамики переноса загрязнения воздуха в эпизоды с высоким и низким уровнем загрязнения. Результаты, полученные в рамках программы в 2021 году, были опубликованы в журнале «Environmental Processes» (CiteScore – 4,0; процентиль Scopus (рейтинг CiteScore) – 66 место) и на основании результатов, представленных в данном отчете, рукопись статьи подана в журнал Journal of Environmental Sciences (IF – 6.796; Q1 ENVIRONMENTAL SCIENCES; CiteScore – 11.1; процентиль Scopus (рейтинг CiteScore) – 95 место).

Анализ данных Национальной сети мониторинга качества воздуха (Казгидромет) показал, что данные по SO2, NO2 и CO в Алматы имеют сезонный характер. Так, уровень SO2 в атмосферном воздухе был выше в месяцы отопительного сезона: значения выше в начале года, затем несколько снижаются к лету, а к концу года снова увеличиваются. NO2 и CO в Алматы имеют иную сезонную картину: значения имеют два пика в течение года – в зимние и летние месяцы, и спады наблюдаются в весенние и осенние месяцы. В Астане на сезонность был проанализирован только СО, так как данные по остальным загрязняющим веществам были отмечены как не надежные. Таким образом, содержание CO в Астане продемонстрировало сходную с SO2 в Астане картину – концентрации были повышены в начале года, снижались к летним месяцам, и снова увеличивались и достигали более высоких значений в конце года. Все загрязнители в Алматы демонстрировали сходную суточную картину – самые низкие значения наблюдались в ночное время (1:00), затем загрязнение атмосферного воздуха постепенно увеличивалось, достигая максимума в 19:00. В Астане суточный ход СО был несколько иным: самые низкие значения наблюдались рано утром (7:00), а затем постепенно увеличивались, достигая максимума ночью (1:00). В данных национальной сети мониторинга качества воздуха не наблюдалось заметных еженедельных закономерностей, которые указывали бы на сдвиг загрязнения воздуха между будними и выходными днями.

Также, анализ данных Казгидромет выявил несоответствия и пробелы, которые должны разубедить исследователей использовать эти данные для оценки загрязнения воздуха, и особенно для проведения анализа с более высоким разрешением, такого как анализ недельных и суточных колебаний. Учитывая важность надежности данных как основы для принятия решений, рекомендуется, чтобы оператор Казгидромет принял необходимые меры для повышения надежности процессов сбора и обработки данных. Будущие исследования должны проявлять долю осторожность при работе с данными Казгидромет, выполнять весь необходимый предварительный анализ для выявления потенциальных систематических ошибок и пробелов, которые могут повлиять на результаты. Кроме того, важно, в будущем исследования о загрязнении воздуха в городах Казахстана с использованием наборов данных Казгидромет адресовали вопрос качества используемых данных.

Разработка политик и стратегий по улучшению качества воздуха требует глубокого понимания природы загрязнения воздуха, включая способствующие загрязнению источники и внешние факторы, изменение загрязнения во времени и пространстве и т. д. Однако такое понимание требует надежной основы; в случае вопроса загрязнения воздуха – необходимые надежные и качественные данные.

Данные, собранные станциями мониторинга посольства США (AirNow.gov), являются наиболее надежным источником данных об уровнях PM2.5 для большинства развивающихся стран, включая Казахстан. Концентрации PM2.5 в воздухе измеряются каждый час на основе принципа ослабления бета-излучения с использованием идентичных станций мониторинга ослабления бета-излучения (BAM) 1020 (Met One Instruments, Inc., США).

Анализ данных AirNow.gov за 2021 год показал, что концентрации PM2.5 в Алматы и Астане превышали среднегодовой лимит, рекомендованный ВОЗ (5 мкг/м3), в 7,1 и 4,5 раза соответственно. Более того среднесуточный лимит, рекомендованный ВОЗ (15 мкг/м3), в 2021 году превышал 184 и 113 из 365 дней. Было установлено, что загрязнение PM2.5 в Алматы и Астане имеет сезонный характер, аналогичный другим городам, использующим сжигание угля и биомассы для отопления и электроснабжения. Это говорит о том, что в отопительный сезон дополнительные источники выбросов вносят вклад в загрязнение воздуха. К ним можно отнести интенсивное сжигание угля на ТЭЦ и в жилом секторе. Причем изменение метеорологических параметров происходит поздней осенью, зимой и ранней весной. Понижение температуры и скорости ветра, повышенная влажность и низкий уровень PBLH могут усугубить влияние дополнительных источников выбросов за счет снижения скорости рассеивания загрязнителей воздуха в отопительный сезон. Анализ суточных вариаций показывает, что загрязнение PM2.5 в Алматы и Астане объясняется часами пик во время дорожного движения и экономической деятельности. В неотопительный период в г. Алматы и оба сезона в г. Астане среднечасовые концентрации увеличиваются с утра до полудня, падают к концу рабочего дня и увеличиваются с началом увеличением дорожного движения вечером. Однако характер среднечасовых вариаций PM2.5 в отопительный сезон в Алматы отличался: уровень загрязнения в городе существенно не снижался в течение дня и оставался стабильным до середины ночи. Вероятно, это отражает влияние погодных условий и сезонного увеличения потребления угля на ТЭЦ. Кластерный анализ показал, что происхождение воздушных масс в Алматы, наблюдаемое во время эпизодов с низким уровнем загрязнения воздуха, отличалось от эпизодов с высоким уровнем загрязнения воздуха. На эпизоды загрязнения воздуха в основном влияют регионально сформированные воздушные массы, которые представляют собой неподвижный воздух, скорее всего, вызванный сильными блокирующими эффектами Ω Сибирского антициклона. В сочетании с топографическими условиями воздушные массы создают благоприятные условия для накопления загрязнителей воздуха в атмосфере города. Напротив, половина эпизодов с низким уровнем загрязнения воздуха была связана с воздушными массами, поступающими с юга Казахстана в межотопительный период. Аналогичный анализ, проведенный для Астаны, показал, что на загрязнение атмосферного воздуха в первую очередь повлияли воздушные массы, формирующиеся регионально – из окружающей Акмолинской области и промышленных районов Карагандинской области. Анализ кластеров 1 и 2 свидетельствует о влиянии атмосферной циркуляции на формирование эпизодов с высоким уровнем загрязнения в Астане через создание в городе неподвижных воздушных масс, препятствующих горизонтальному движению воздушных масс. Напротив, кластеры 3, 4 и 5, вероятно, влияют на формирование эпизодов с высоким уровнем загрязнения атмосферного воздуха за счет переноса загрязняющих веществ из регионов России.

Анализ данных ЛОС в данном исследование показал, что высокие концентрации алканов, ацетона и толуола за весь период пробоотбора могут означать большое влияние автомобильного транспорта в загрязнение воздуха. Наоборот, низкий уровень этилен хлорида означает низкий вклад сжигания угля в загрязнение ЛОС. Рассчитанные средневзвешенные концентрации БТЭК в феврале были в 2,2-3,9 раза ниже тех, которые были получены Байматовой и др. в 2016 году, чему может быть причиной резкие изменения уровня загрязнителей в течение суток, которые нельзя учесть при измерениях разовых концентраций. Эти уровни БТЭК не превышали ПДК Казахстана, но концентрация бензола была в 1,3-4 раза выше предела ЕС. Соотношение толуола к бензолу (больше одного) показали преимущественное влияние автомобильного транспорта, тогда как соотношение п,м-ксилолов к этилбензолу – преобладание старых воздушных масс, пришедших из удаленных источников. Рассчитанные потенциалы образования озона показали, что толуол и ксилолы обладают самой высокой реактивностью среди остальных изученных ЛОС. Самыми низкие значения были у хлоросодержащих загрязнителей. Бензол как самый опасный представитель БТЭК показал умеренную реактивность. Средние сентябрьские концентрации МТБЭ, этилен хлорида, н-гептана, толуола, этилбензола, ксилолов и мезитилена в Алматы превышали в 1,6-6,2 раза концентрации в Астане, что может быть связано с более плотным трафиком, большим количеством автомобильного транспорта и особенного географических и метеорологических условий.

Концентрации 35 элементов были определены в г. Алматы, и основными загрязняющими элементами являются Na, Mg, Al, K, Ca, Cr, Fe и Ni со средней концентрацией от 87 до 835 нг/м3. Полученные данные демнострируют, что основными источниками загрязнения Алматы PM2.5 могут быть сжигание угля (высокая концентрация Al в сочетании с низкими концентрациями Sc, Se, Co, As и Ti), дорожная пыль (Ca, Al и Fe с низкой концентрацией Sc, Ti и Sm), сжигание нефти (наличие V, Ni, Mn, Cr и As) и сжигание отходов (K, Zn, Pb и Sb) и сжигание биомассы (K). Согласно результатам, полученные из образцов г. Астана, всего было обнаружено 26 элементов. Самые высокие концентрации наблюдались для Na, Mg, Al, K, Cr и Fe и варьировались от 33,5 до 178 нг м-3. Высокие концентрации Al, Cr и Fe указывают на то, что источниками загрязнения в г. Астана могут быть дорожная пыль, сжигание угля и нефти. Средние концентрации основных загрязняющих элементов (Na, Mg, Al, K, Cr и Fe) в Алматы были в 1,3-5,6 раза выше, чем в Астане, что может быть связано с более сложным сочетанием источников загрязнения и географическим положением г. Алматы.

Было проведено исследование массовых концентраций ОС и ЕС в частицах РМ2.5. За исследуемый период основной вклад в общее содержание углерода в PM2.5 вносил ОС. Средние концентрации ОС составили 6,2 и 5,8 мкг/м3 и ЕС составили 1.1 и 0.8 мкг/м3 в Алматы и Астане, соответственно. На основе метода соотношения OС/ЕС, которые в среднем составили 6,5 в Алматы и 8,8 в Астане за исследуемый период, было сделано предположение, что источником углерода в частицах РМ2.5 являлось сжигание угля. В некоторые дни соотношения могли достигать 16,8 и 18,0, которые характерны для сжигания биомассы. Низкие коэффициенты корреляции (r=0.43 для Алматы and r=0.25 для Астаны) в обоих городах свидетельствует об отсутствии единого доминирующего источника ОС и ЕС.

Отбор и анализ образцов будут продолжены для сбора достаточных данных для проведения анализа ПМФ.

Решение проблемы загрязнения воздуха в Алматы, Астане и других городах Центральной Азии потребует комплексного подхода. Во-первых, необходимо улучшить мониторинг качества воздуха – необходимо увеличить количество станций и улучшить непрерывность и надежность сбора данных, чтобы отслеживать прогресс и уведомлять население об эпизодах экстремального уровня загрязнения. Текущие предельно-допустимые нормы допустимого уровня загрязнения воздуха необходимо уменьшить и приблизить к стандартам, рекомендованным ВОЗ. Более того, муниципалитетам и правительству Казахстана необходимо регулировать и ограничивать выбросы всех источников загрязнения в городах. Для этого необходимо более строго контролировать выбросы транспортных средств, в то же время необходимо обеспечить оптимальные варианты общественного транспорта, чтобы удовлетворить потребность в ежедневных поездках на работу для рабочих из соседних городов и в пределах городов. Кроме того, необходимо регулярно проверять выбросы от ТЭЦ, на станциях необходимо установить современные системы контроля, а перед полным переходом на природный газ на ТЭЦ в обоих городах необходим переход на более чистый уголь. Переход на природный газ в жилых районах городов и близлежащих поселков необходимо субсидировать из-за высоких затрат на переход для частных домохозяйств. В дополнение к регулированию источников выбросов необходимо полностью признать важность метеорологических параметров в рассеивании загрязняющих веществ, особенно ветра. Для этого потребуется создать благоприятные условия для циркуляции воздуха – регулирующее строительство в черте города. Это исследование выявило влияние трансграничного загрязнения из соседних регионов на качество воздуха городов Астана и Алматы. Хотя вопрос трансграничного загрязнения нуждается в дальнейшем изучении, местные муниципалитеты должны обратить внимание на разработку региональных стратегий управления качеством воздуха.