Температурная инверсия влияет на загрязнение воздуха в Бишкеке

15 декабря 2021

20 октября АУЦА организовал научно-исследовательскую площадку, где ученые из 5 вузов страны (АУЦА, Академия ОБСЕ, УЦА, КРСУ, КГУСТА) обменялись результатами своих исследований по качеству воздуха в Бишкеке и дали рекомендации по борьбе с загрязнением воздуха и смогом.

Исследование выполнили:

Канат Султаналиев, исполнительный директор Тянь-Шаньского аналитического центра при АУЦА

Рахат Сабырбеков, доктор наук по экологической экономике, научный сотрудник, Академии ОБСЕ и старший преподаватель, направление «Экономика» в АУЦА

Жээнбек Куленбеков, доктор наук по экологической геологии, декан факультета «Прикладная геология» в АУЦА

«Мы не можем контролировать нашу топографию или погодные условия. Частые температурные инверсии и связанный с ними смог – наша неприятная реальность. Но мы можем контролировать, что и сколько мы выбрасываем в воздух зимой. Например, сократить или прекратить совсем потреблять уголь, как это сделали в Лондоне. Вместо угля внедрять в частных домах энергоэффективные системы отопления, утеплять здания. В Бишкеке и других городах следует ввести более строгую политику в отношении сжигания использованных шин, сельскохозяйственных отходов, листвы, промышленного мусора и других материалов, которые загрязняют воздух. Самая срочная мера – проинформировать всех кыргызстанцев, особенно жителей частных домов, о проблемах, связанных с загрязнением воздуха в Бишкеке, призывать их сокращать загрязняющие выбросы. И тогда зимний смог в Бишкеке станет менее интенсивным, а качество воздуха улучшится», – сказал один из исследователей, директор ТАЦ АУЦА Канат Султаналиев.

Согласно отчету Movegreen в декабре 2020 года и январе 2021 года среднесуточные концентрации ТЧ2.5 были выше допустимых норм от 8 до 12 раз. В частности, среднемесячные концентрации NO2 (диоксид азота) были в 1,2-3,5 раза выше, чем следовало бы. Особенно высокие концентрации наблюдались в центре города, где месячные концентрации NOx (оксид азота) и CO (оксид углерода) были превышены до 6 раз.

Также в одном из отчетов Movegreen сообщалось, что наибольшие концентрации ТЧ2.5 совпадали с днями со средней температурой – 5 °C (минус пять), что наводило на мысль о том, что периоды похолодания могли быть связаны со случаями смога.

В связи этим было решено изучить эти случаи аномально высоких уровней загрязнений, и выяснить, наблюдались ли случаи инверсии температуры до, вовремя и вскоре после экстремальных явлений загрязнения воздуха.

Для начала был проведен анализ среднемесячных температур на двух метеостанциях Бишкек (760 метров над уровнем моря) и Байтик (1580 метров над уровнем моря), чтобы понять, как температуры на этих двух станциях соотносятся друг с другом в разные сезоны. Выяснилось, что летом разница между двумя станциями была значительно выше 6,5 °C, что является нормальным, так как температура имеет тенденцию снижаться с повышением.

Однако зимой эта разница резко снижалась, а в январе 2021 года разница стала даже отрицательной, что означает, что средние дневные температуры в Байтике были теплее, чем в Бишкеке. Такая необычная ситуация с отрицательной разницей температур между Бишкеком и Байтиком могла быть объяснена только влиянием тепловой инверсии.

Инверсия вметеорологииозначает аномальный характер изменения какого-либо параметра в атмосфере с увеличением высоты. При нормальных атмосферных условиях, воздух у поверхности земли теплее, чем воздух, расположенный выше, поскольку атмосфера в основном нагревается от земной поверхности.

При прекращении нормального процесса конвекции (теплообмена) более холодный воздух оказывается у поверхности земли и попадает в ловушку, поскольку теплые, менее плотные воздушные массы, оказываются над холодными, более плотными слоями.

Теплый инверсионный слой действует как крышка и останавливает атмосферное перемешивание, таким образом, происходит загрязнение нижнего слоя атмосферы.

Особенно страдают от температурных инверсий жители городов, поскольку именно города производят большие объемы выбросов загрязняющих веществ в атмосферу.

Важную роль в процессе температурной инверсии играют горно-долинные ветры. Ясной, тихой ночью при антициклоне холодный воздух спускается по склонам и собирается в долинах, где в результате температура воздуха становится ниже, чем на 100 или 200 м выше. Таким образом, Бишкек и Чуйскую долину в целом можно назвать подходящим местом для частых температурных инверсий, особенно зимой.

Дальнейший анализ подтвердил теорию о влиянии климатических условий на уровень загрязнения воздуха в Бишкеке. В 2019 году было зарегистрировано 4 случая экстремального загрязнения воздуха (все в декабре), в 2020 году - 5 (также в декабре), а в 2021 году - 40 случаев (все в январе). Во всех 49 рассмотренных зимних случаях аномально высокой концентрации ТЧ2.5, зарегистрированных датчиком посольства США с февраля 2019 года в Бишкеке произошли изменения температуры.

Еще один вывод заключается в том, что до этих экстремальных явлений загрязнения также наблюдались случаи снега/дождя/тумана.

Анализ также показал, что загрязнение ТЧ2.5 взаимосвязано с температурой – чем холоднее температура воздуха, тем хуже загрязнение воздуха в Бишкеке. Таким образом, 2 месяца с самыми высокими концентрациями ТЧ2.5 (ощутимо превышающими 100 мкг) совпали с 2 самыми холодными месяцами за наблюдаемый период – декабрь 2020 года и январь 2021 года. В частности, оказалось, что месяцы с наименьшей разницей температур (т. е. наиболее подверженные инверсии) были также самыми “грязными” месяцами за всю историю наблюдений.

Домохозяйства оказывают наибольшее влияние на загрязнение воздуха в Бишкеке

Основываясь на кадастрах загрязнения воздуха в других странах и приблизительной количественной оценке основных источников ТЧ2.5 в Бишкеке, были сделаны следующие выводы:

Источником, в наибольшей степени способствующим антропогенному загрязнению ТЧ2.5 в Бишкеке в течение среднего отопительного сезона, являются “Домохозяйства и другие здания, не связанные с ТЭЦ”
Следующим по важности источником является ТЭЦ. Однако трудно оценить, какой вклад ТЭЦ вносит в уровни ТЧ2.5 в Бишкеке, без подробной информации об эффективности системы контроля выбросов, установленной на заводе
Третьим по значимости источником зимнего загрязнения ТЧ2.5 является автомобильный транспорт.

Также стоит подчеркнуть, что за последние 6 лет выбросы на основе угля увеличились на 22%. Потребление угля растет, и данные показывают, что эта тенденция роста остается стабильной.

Итак, для оценки вклада ТЭЦ был проведен анализ уровней загрязнения в определенные периоды. В частности, были приняты во внимание следующие ключевые даты, связанные с работой ТЭЦ (на основе публичных объявлений ТЭЦ):

17 мая – 17 июня 2021 года - Ежегодный перерыв в подаче горячей воды;

06 апреля 2021 года - Закрытие отопительного сезона;

09 октября 2020 года - Начало отопительного сезона;

01 июня – 30 июня 2020 г. - Ежегодный перерыв в подаче горячей воды;

04 апреля 2020 года - Закрытие отопительного сезона;

24 марта 2020 года - Перезапуск отопления в связи с холодной погодой

19 марта - 2020 года - Закрытие отопительного сезона;

01 ноября 2019 года - Начало отопительного сезона;

06 Мая – 06 Июня 2019 год - Ежегодный перерыв в подаче горячей воды;

18 марта 2019 года - Закрытие отопительного сезона

До/после этих событий качество воздуха колебалось довольно резко, иногда даже до уровней выше 90%. В абсолютном выражении изменения уровней загрязнения ТЧ2.5 до/после ключевых событий в работе ТЭЦ варьировались от 0,04 мкг после ежегодного перерыва в подаче горячей воды в июне 2020 года до 21,15 мкг после закрытия отопительного сезона в марте 2019 года.

Однако следует отметить, что в отопительные периоды трудно четко отличить влияние ТЭЦ на загрязнение воздуха от влияния жилого сектора.

Для оценки выбросов ТЧ2.5 в Бишкеке из основных источников были проведены следующие расчеты:

Потребление угля ТЭЦ в отопительный период в последние годы составляло около 820 000 тонн (согласно письму ТЭЦ). Коэффициент выбросов для электростанций в США, работающих на угле консервативно, оценивается примерно в 0,685 кг на тонну сжигаемого угля.

Таким образом, можно оценить, что в среднем около 562 тонн выбрасывается Бишкекской ТЭЦ в течение типичного отопительного сезона с октября по март, исходя из предположения, что средняя эффективность фильтрующих систем на электростанциях обычно достигает 98-99%. Однако было предположено, что эффективность системы контроля выбросов на Бишкекской ТЭЦ несколько ниже 99% и ближе к 95%.

Ниже приведена таблица, показывающая средние концентрации ТЧ2.5 в Бишкеке в отопительные сезоны и теплое время года:

Период	Средняя концентрация ТЧ2.5
06 февраля – 31 марта 2019 года	46
01 апреля – 31 октября 2019 год	22.9
1 ноября 2019 года – 30 апреля 2020 года	44.6
1 мая – 30 сентября 2020 года	6.5
1 октября 2020 года – 30 апреля 2021 года	60.7
1 мая - 31 июля 2021 года	11.6

Потребление угля для отопления частными домохозяйствами можно приблизительно оценить на основе количества индивидуальных жилых домов – 104 448 (согласно письму мэрии) и среднего потребления угля домохозяйствами – в диапазоне от 2,6 тонны (Всемирный банк 2020) до примерно 3,27 тонны (Лагерь Алатоо 2016).

Для расчетов было использовано среднее значение между этими двумя оценками – 2,935 тонны на домохозяйство. Исходя из предположения, что 85-90% частных домов используют уголь в качестве основного топлива, приблизительное потребление угля частным сектором в Бишкеке в отопительный сезон можно оценить примерно в 266700 тонн.

Кроме того, был использован взвешенный коэффициент выбросов ТЧ2.5, равный 13,7 кг на тонну битуминозных углей. В результате был получен результат 3 654 тонны выбросов ТЧ2.5 в атмосферу Бишкека в течение отопительного сезона от частных домохозяйств.

Для оценки выбросов от транспортных средств была взята статистика Нацстаткома по количеству частных автомобилей в Бишкеке в 2019 году – 324 200 единиц. Один из основных методов оценки выбросов ТЧ2.5 от автомобильного транспорта основан на использовании коэффициентов выбросов для транспортного средства на километр пробега.

Был использован коэффициент выбросов 0,02 г на транспортное средство на километр. Приблизительный пробег бишкекских водителей оценивался примерно в 175 км в неделю на основе опроса, проведенного студентами АУЦА.

Дальнейшие расчеты привели к тому, что, по оценкам, выбросы ТЧ2.5 от частных транспортных средств составят около 29,5 тонн в период с октября по март. Эта цифра кажется очень заниженной, но, с другой стороны, она дает хорошее представление о потенциальном вкладе транспортного сектора в загрязнение ТЧ2.5 в Бишкеке.

В целом объем загрязняющих веществ, загрязняющих транспортные средства, подлежащих контролю в КР, очень ограничен. Лаборатории, осуществляющие технический осмотр автомобильного транспорта, проверяют только содержание окиси углерода в выхлопных газах автомобилей, работающих на бензине, и уровень дымности выхлопных газов в автомобилях, работающих на дизельном топливе.

Другие основные загрязнители, связанные с транспортом, такие как NOx (оксид азота), твердые частицы, углеводороды, не регулируются. Более того, автомобили с дизельным двигателем вообще не проверяются на наличие конкретных загрязняющих веществ. Важно подчеркнуть, что на дизельные транспортные средства приходится 97% выбросов выхлопных газов ТЧ2.5 в результате дорожного движения и 90% выбросов NOx (оксид азота) в Европе.

Анализ данных одной из бишкекских лабораторий показывает, что 58% из 76 протестированных транспортных средств превысили требования, установленные в стране для выхлопных газов. Наиболее важным фактором, приводящим к увеличению загрязнения воздуха транспортными средствами, является отсутствие каталитических нейтрализаторов.

Также стоит отметить, что одно из международных исследований показало, что каталитические нейтрализаторы уменьшают количество частиц, выбрасываемых бензиновыми транспортными средствами, на 65%.

Научный сотрудник Академии ОБСЕ Рахат Сабырбеков посмотрел на проблему загрязненного воздуха с экономической точки зрения, оценив экономические траты и издержки государства вследствие заболеваемости и смертности населения из-за низкого качества воздуха (а значит, снижения производительности труда, роста расходов на лечение и соцвыплаты населению и т.д.).

Рахат Сабырбеков на основе данных, собранных и проанализированных АУЦА, провел расчеты и выявил, что ежегодная экономическая стоимость загрязнения воздуха в Бишкеке составляет от 0,4% до 2,6% от ВВП. Однако, по его мнению, эта стоимость занижена, потому что включает только Бишкек и не включает расходы, связанные с заболеваниями (только смертность), и последствия загрязнения воздуха внутри жилья (в частных домах при отоплении углем).

«У нас только закладывается школа экологической экономики, нам очень нужны сейчас такие экономисты. Необходимо внедрять экономическую стоимость загрязнения воздуха. Это позволит провести анализ выгод и издержек. И тогда появятся аргументы в пользу тех или иных мер политики: очистки воздуха, новых стандартов и т.д. Нужно проводить больше исследований, причем экономистам необходимо сотрудничать с эпидемиологами. Сейчас никто не сможет точно сказать, что, допустим, увеличение загрязнения воздуха на 1% приводит к такому-то росту случаев респираторных или сердечно-сосудистых заболеваний у населения. Или ответить на вопрос, сколько людей заболело от того, что ТЭЦ в прошлом году за отопительный сезон сожгла столько-то угля. Нет соприкосновения этих данных. Поэтому мы не можем выстроить причинно-следственную связь. Было бы хорошо получить такие данные и затем внедрять их в аналитические работы госорганов – министерства экономики и финансов», – заключил Рахат Сабырбеков.

Прочитать исследование полностью можно здесь: https://auca.kg/uploads/Tian%20Shan%20Policy%20Center/TSPC%20News/AQ-AUCA-Report_final.pdf

<< вернуться к списку новостей