Снежный покров обладает рядом свойств, делающих его удобным индикатором загрязнения как самих атмосферных осадков, так и последующего загрязнения поверхностных вод и почв. Проба снега, отобранная по всей толщине снежного покрова, даёт представительные данные о загрязнении атмосферных осадков в период от образования устойчивого снежного покрова до момента отбора пробы. Таким образом, снежный покров как естественный планшет-накопитель показывает величину сухих и влажных выпадений загрязняющих веществ в холодный сезон и служит также эффективным индикатором кислотности (рН) атмосферных осадков.
В настоящее время основной задачей мониторинга ХССП является отбор и анализ проб снега, получение исходных данных для определения нагрузок атмосферных выпадений загрязняющих веществ на природную среду, составление карт – схем пространственного распределения нагрузок на территории России и определение кислотно – щелочных характеристик снежного покрова в период образования максимального влагозапаса перед наступлением периода весеннего снеготаяния. Необходимым условием определения нагрузок атмосферных выпадений является метрологическое обеспечение результатов опробования данными погодных характеристик периода формирования снежного покрова.
Сеть мониторинга ХССП на территории РФ на 1 января 2023 г. состоит из 546 снегомерных маршрутов на 523 пунктах наблюдений (ПН) в 68 субъектах РФ.
Работа по определению загрязнения снежного покрова на сети включает два этапа: отбор проб, их первичную обработку на гидрометеорологических станциях и их анализ в химических лабораториях.
Основным способом получения исходных данных по загрязнению снежного покрова является отбор проб снега для последующего определения в нем концентраций загрязняющих веществ.
Организация наблюдений и отбор проб на снегомерных маршрутах проводится согласно Приказу Минприроды России «Об утверждении требований к проведению наблюдений за состоянием окружающей среды, ее загрязнением» (п. 133-148) от 30.07.2020 г. № 524, где были утверждены разработанные специалистами ФГБУ «ИГКЭ» параметры и периодичность отбора проб снежного покрова, а также перечень измеряемых характеристик.
Отбор проб производится один раз в год в период образования максимального влагозапаса в снеге. На стационарном снегомерном маршруте отбирается одна сборная проба, состоящая из ряда частных проб – кернов. Каждая частная проба состоит из одного керна, который отбирается в месте определения физических характеристик снежного покрова на всю его глубину. Главным инструментом отбора проб является стандартный снегомер – плотномер. Принцип отбора проб снежного покрова при снегосъёмке – ландшафтно-маршрутный, при котором на основных элементах ландшафта - полях, лесах, болотах и оврагах - исследуются физические параметры снега: средний влагозапас и средняя плотность снега на маршруте к моменту отбора пробы; средняя высота снега, измеренная при отборе кернов.
Анализ проб снежного покрова производится в сетевых и межрегиональных лабораториях УГМС. где определяют кислотность (водородный показатель рН), электропроводность и концентрация основных ионов гидрохимического состава природных пресных вод: сульфатов, нитратов, хлоридов, аммония, калия, натрия, магния, кальция. Анализ проб снежного покрова в лабораториях УГМС осуществляется на оборудовании, предназначенном для аналитических работ по мониторингу атмосферных осадков и поверхностных вод.
Приведенный перечень веществ принят программой ВМО и определяется в атмосферных осадках в лабораториях всех территориальных Управлений.
Сульфаты, нитраты, аммоний и измеренные значения рН являются главными фигурантами для построения карт загрязнения территорий.
Концентрации хлора, гидрокарбоната, натрия, калия, кальция, магния используются при расчетах ионного баланса, в частности при установлении характеристик нейтрализации закисления снежного покрова.
Результаты лабораторных анализов вместе с сопроводительными документами отправляются в УГМС и ФГБУ «ИГКЭ», где данные аккумулируются с целью анализа их качества, обработки и обобщения с последующей подготовкой к отчётам и публикациям.
Результаты работы сети ХССП ежегодно представляются на официальном сайте ФГБУ «ИГКЭ» в составе «Обзоров состояния и загрязнения окружающей среды в Российской Федерации» и «Обзоров фонового состояния окружающей природной среды на территории стран СНГ».
Мониторинг химического состава снежного покрова может служить эффективным инструментом для определения потоков основных загрязняющих веществ на подстилающую поверхность земли в зимний период. Данные ХССП позволяют анализировать закономерности атмосферного переноса загрязняющих веществ (в т. ч., трансграничного), дают возможность осуществления ретроспективного анализа источников выбросов загрязняющих веществ на снежный покров и прогнозирования выпадений исходя из метеоданных с помощью моделей переноса загрязняющих веществ.
По данным, полученным на сети ХССП о рН снежного покрова и рассчитанным выпадениям серы и азота на территории РФ зимой 2021-2022 гг. были построены карты-схемы пространственного распределения этих параметров по регионам РФ. На рисунках 1-3 представлены карты территории Российской Федерации по состоянию на 1 мая 2022 г. На картах не представлены значительные территории юга европейской части России (ЕЧР), где отсутствовал устойчивый снежный покров за период зимнего сезона 2021-2022 гг. Обзор результатов позволяет сделать вывод, что интенсивность выпадения серы в зимний период 2021-2022 гг. на большей части территории страны была в пределах 20 кг/км2∙мес., значения выше 40 кг/км2∙мес. отмечались на ЕЧР на юге Урала: Курганская, Свердловская, Саратовская области и Республика Башкортостан. На севере ЕЧР максимальные значения отмечены в Мурманской области. В азиатской части России (АЧР) – в Кемеровской области, в Республиках Тыва и Хакасия. На Дальнем Востоке максимальные выпадения серы были отмечены в Сахалинской области. Максимальные значения интенсивности выпадения серы в РФ приходились на территорию Пермского края (84 кг/км2∙мес.) (рис. 1).
Рисунок 1. – Интенсивность выпадения серы на снежный покров в зимний период 2021 - 2022 г.
Показатели интенсивности выпадения азота на снежный покров были рассчитаны для суммы ионов нитрата и аммония (рис. 2).
Рисунок 2. – Интенсивность выпадения азота на снежный покров в зимний период 2021 - 2022 г.
Выпадение азота в пределах 25 кг/км2∙мес характерно для 60% территории РФ, в основном на АЧР и севере ЕЧР. Показатель интенсивности выпадения азота выше 25 кг/км2∙мес. отмечен на ЕЧР в Архангельской, Тульской, Смоленской, Курской, Кировской, Липецкой, Воронежской, Вологодской областях и в Удмуртской Республике. На АЧР это Камчатский край. Максимальные значения интенсивности выпадения азота приходятся на территорию республик ЕЧР: Татарстан (70 кг/км2∙мес.), Марий Эл (58 кг/км2∙мес.), Чувашская (52 кг/км2∙мес.), Башкортостан (134 кг/км2∙мес.). Регионы РФ с высокой интенсивностью выпадения азота в снежном покрове сосредоточены на территории ЕЧР, что обусловлено наличием на данных территориях относительно большого количества автомобильных дорог и промышленных комплексов. Среднемесячный показатель рН по регионам в зимний период 2021-2022 гг. находился в значениях 5,5 – 6,5 единиц на более чем 70% территории РФ (рис. 3). Регионы с показателем рН 4,5 – 5,5 расположены как на АЧР, так и на ЕЧР. Это Ленинградская и Псковская области, Чувашская Республика, Республика Марий Эл, Ханты-Мансийский автономный округ – Югра и центр Красноярского края. Показатели рН 6,5 – 7,0 на ЕЧР были отмечены в Ненецком автономном округе, в Архангельской и Вологодской областях, в Республике Коми. На АЧР это Новосибирская, Кемеровская и Томская области, а на Дальнем Востоке - Чукотский автономный округ, что может объясняться близостью незамерзающего моря, обеспечивающего подщелачивание.
Рисунок 3. – рН снежного покрова в зимний период 2021 - 2022 г.