Методология расчёта
Ежегодные информационные продукты и материалы, подготовленные в рамках Международной совместной программы мониторинга и оценки дальних переносов атмосферных загрязняющих веществ в Европе (ЕМЕП), играют важную роль в использовании данных наблюдений российской сети ЕМЕП и результатов моделирования полей выпадения серы и азота, полученных из международных центров ЕМЕП.
Создание ГИС-проекта открывает новые горизонты для применения информации, полученной в рамках международной программы ЕМЕП. Этот проект направлен на изучение тенденций выпадения загрязняющих веществ на территорию России от зарубежных стран-источников и подготовку соответствующей информации для информационных продуктов Росгидромета.
Раздел «Тенденция и динамика выпадения загрязняющих веществ по результатам моделирования ЕМЕП» предоставляет возможность наглядно оценить уровень загрязнения территории Российской Федерации как от внешних источников, так и внутри страны (на уровне субъектов).
Ежегодная оценка состояния окружающей среды, а также выявление тенденций и динамики ее изменений в многолетнем разрезе необходимы для планирования будущих или корректировки уже существующих мер, направленных на предотвращение или минимизацию негативных последствий хозяйственной и иной деятельности человека в условиях научно-технического прогресса.
Общее описание информационного обеспечения: В основе технологии, которая объединяет данные национальных наблюдений и информацию из международных центров трансграничного мониторинга, лежит база данных оценки выпадения загрязняющих веществ, полученная в результате моделирования ЕМЕП для регионов Европейской части России.
При разработке технологии использовались информационные ресурсы международной совместной программы мониторинга и оценки дальних переносов атмосферных загрязняющих веществ в Европе (ЕМЕП), что способствовало наполнению информационной базы.
На первом этапе в технологию загружаются данные из моделирующей базы программы ЕМЕП. Эта база представляет собой набор файлов в формате NetCDF, где содержится информация о сухом и влажном выпадении окисленной серы и азота, а также о восстановленном азоте на уровне сети ЕМЕП в России. В состав сети входят четыре станции на уровне мониторинга и регионы Европейской части России на уровне моделирования.
Ключевым компонентом технологии является блок сбора и обработки первичной информации. В рамках этого блока осуществляется усвоение данных, полученных в ходе модельных расчётов сети ЕМЕП. В частности, рассматриваются ежегодные сведения о выпадении загрязняющих веществ на территории 62 субъектов Европейской части России. Кроме того, принимаются во внимание результаты стационарных наблюдений, проводимых на четырёх станциях. Также анализируются данные о трансграничном переносе загрязняющих веществ, накопленные за период с 1990 года по настоящее время. Вся эта информация представлена на рисунке 1.
Рис.1. Обработка исходной информации в блоке усвоения данных о выпадении загрязняющих веществ
Результаты моделирования представлены в формате NetCDF, который включает в себя многослойные элементы, соответствующие различным веществам и типам осаждения, для каждого года наблюдений, начиная с 2000 года. Эти файлы можно найти на сайте МСЦ – З программы ЕМЕП (рис. 2).
Название каждого файла содержит информацию о модели, текущей версии и единице времени (час, день, месяц или год). Если речь идет о годовых значениях, то дополнительно указывается число года, а также данные о пересчете модели (rep20XX).
Каждый файл NetCDF содержит следующие метаданные:
Сухое осаждение окисленной серы на м2 сетки — DDEP_SOX_m2Grid
Влажное осаждение окисленной серы — WDEP_SOX
Сухое осаждение окисленного азота на м2 сетки — DDEP_OXN_m2Grid
Влажное осаждение окисленного азота — WDEP_OXN
Сухое осаждение восстановленного азота на м2 сетки — DDEP_RDN_m2Grid
Мокрое осаждение восстановленного азота — WDEP_RDN
Осадки — WDEP_PREC
Рис. 2 Список NC – файлов на официальном сайте ЕМЕП.
Состав информационной базы включает 5 характеристик: параметр, пространственное представление, разрешение, исторические ряды и текущая информация. Для модельных данных о выпадении загрязняющих веществ используется сетка 0,1*0,1°. Интервал наблюдений – год, месяц, день для данных, полученных по программе ЕМЕП, и ежегодные данные при моделировании данных для наполнения собственной базы данных.
Структура данных информационной базы: В настоящее время информационная база включает пять ключевых характеристик:
-Параметр
– Пространственное представление
– Разрешение
– Исторические ряды
– Текущая информация
Для моделирования выпадения загрязняющих веществ, таких как окисленная сера, азот и восстановленный азот, используется сетка с разрешением 0,1° × 0,1°.
Интервал наблюдений составляет год, месяц и день для данных, полученных по программе ЕМЕП, и ежегодные данные при моделировании для наполнения собственной базы.
Исторические ряды исходной информации для моделирования загрязняющих веществ относятся к программе ЕМЕП.
Данные по моделированию загрязняющих веществ на уровне субъектов Российской Федерации предоставляются ИГКЭ (по данным ЕМЕП).
Таблица 1. Данные для моделирования выпадения загрязняющих веществ по субъектам РФ и их источники
1 этап: Сбор и предварительная подготовка данных.
На первом этапе был осуществлен сбор и систематизация NС-файлов, содержащих многослойные элементы, такие как вещество и тип осаждения, за каждый год наблюдений, начиная с 2000-го.
2 этап: Ввод и размещение данных.
Далее, многослойные файлы были введены в геоинформационную систему QGIS. В процессе ввода файлы были конвертированы с помощью внутренних инструментов системы.
3 этап: Управление данными и их анализ в QGIS.
После размещения данных в ГИС-системе, начался их анализ и управление. При добавлении слоев учитывалась возможность наложения модельных поверхностей, а также выбиралась цветовая схема слоя с одноканального серого на псевдоцветное отображение. Данные были классифицированы и инвертированы для отображения минимальных и максимальных значений. Инструмент ValueTool использовался для получения значений в каждой ячейке растрового изображения.
4 этап: Расчет площадей субъектов ЕЧР в геоинформационной системе.
На четвертом этапе были рассчитаны площади субъектов ЕЧР. Для автоматического вычисления площадей использовался модуль Calculate Geometry, а результаты были записаны в таблицу атрибутов.
5 этап: Расчет значений влажного и сухого выпадения сульфатов.
На пятом этапе были рассчитаны значения влажного и сухого выпадения сульфатов. Для этого модуль ValueTool был использован для получения значений в мг/м2. Затем эти значения были переведены в тонны для расчета плотности на регион.
6 этап: Подготовка электронных таблиц с информацией о плотности выпадения загрязняющих веществ на уровне субъектов ЕЧР.
На шестом этапе были подготовлены электронные таблицы с информацией о плотности выпадения загрязняющих веществ на уровне субъектов ЕЧР.
7 этап: Создание картосхем по плотности выпадения загрязняющих веществ (т/км2) и потоку выпадения (в тыс. тонн).
На седьмом этапе были созданы картосхемы, отображающие плотность выпадения загрязняющих веществ в тоннах на квадратный километр и поток выпадения в тысячах тонн.
