Разработка комплекса методов оперативного мониторинга загрязненности воздуха респирабельными твердыми частицами с разделением на фракции PM1, PM2 и PM10 : отчет о научно-исследовательской работе (заключительный) / БГУ ; научный руководитель С. А. Лысенко

Abstract

Объектом исследования является многокомпонентный атмосферный аэрозоль, предметом – его оптические и микрофизические характеристики, а также их связи с лидарными сигналами и коэффициентами спектральной яркости на верхней границе атмосферы. Цель работы состояла в разработке комплекса методов локального и дистанционного оптического зондирования аэрозольных загрязнений воздуха, позволяющих решать проблему оперативного мониторинга всех репирабельных фракций аэрозоля в толще атмосферы, в приземном воздухе населенного пункта, в воздухе рабочих и жилых помещений. Методы исследования: лидарные, радиометрические, нефелометрические, компьютерное моделирование. В результате выполнения НИР разработаны методы определения пространственных распределений концентраций всех респирабельных фракций аэрозоля (PM1,0, PM2,5, PM10) в городском воздухе и концентрации мелкодисперсной фракции аэрозоля в столбе атмосферы по данным многочастотного лидарного ее зондирования без привлечения дополнительных средств измерения оптических и микрофизических параметров аэрозоля на трассе зондирования. Показано, что при мультиколлинеарности коэффициентов аэрозольного ослабления на длинах волн лидара его калибровочные константы можно определять на основе анализа спектрально-временной структуры сигнала обратного рассеяния атмосферы. Показано, что при решении переопределенной системы уравнений для спектрально-временных отсчетов сигнала обратного рассеяния относительно линейно-независимых комбинаций аэрозольного коэффициента ослабления на длинах волн лидара достигается устойчивость восстановления профилей коэффициентов ослабления к пространственным вариациям индикатрисы обратного рассеяния среды и к погрешностям калибровки лидара. Получены регрессионные решения обратных задач по переносу излучения в атмосфере и аэрозольному светорассеянию и на их основе разработаны новые методы обработки данных спутниковых радиометров и наземных спектро-нефелометров, позволяющие в оперативном режиме получать карты аэрозольных загрязнений атмосферы и вести их непрерывный локальный мониторинг с разделением на фракции PM1 и PM2.5. Результаты НИР могут использоваться санитарно-гигиеническими службами для оперативного дистанционного мониторинга респирабельных фракций аэрозоля в городском воздухе, для выявления источников аэрозольных загрязнений и отслеживания процессов их переноса в атмосфере.