Как смог переполнил Чуйскую долину зимой 2020–2021 годов
Здесь я хочу поделиться своими наблюдениями за смогом в Чуйской долине и инструментальными измерениями загрязнения.
Первый важный тезис: смог — проблема не только и не столько Бишкека, а всей Чуйской долины. Вся долина на десятки и сотни километров заполнена смогом, от Киргизского хребта до Курдайских гор.
Смог или туман?
Слово “смог” (англ. smog) происходит от слов smoke (дым) и fog (туман). Строго говоря, смог — это разновидность тумана, который вызван загрязнением воздуха дымом. Обычный туман — это аэрозоль из капель воды при высокой (более 95% относительной влажности воздуха). Обычно влага конденсируется на частицах пыли, называемых ядрами конденсации. Если в воздухе содержится много пыли, она сама по себе ухудшает видимость, а пылевые частицы служат ядрами конденсации для воды, вызывая туман при достаточно низкой относительной влажности воздуха (70% и ниже) и при условиях, при которых обычный туман не возникает (например, солнечный день и отсутствие источников воды). Я всегда измеряю температуру и влажность воздуха вместе с концентрацией пылевых частиц.
Процитирую Википедию:
Впервые термин «смог» был введён доктором Генри Антуаном де Во (англ. Henry Antoine Des Voeux) в 1905 году в статье «Туман и дым» (Fog and Smoke), написанной для Конгресса здравоохранения (Public Health Congress). 26 июля 1905 года лондонская газета Daily Graphic процитировала его: «Он сказал, что нет нужды в науке, чтобы понять, что этот дымовой туман — смог — порождение города, которое не встречается в сельской местности» (англ. «[He] said it required no science to see that there was something produced in great cities which was not found in the country, and that was smoky fog, or what was known as ‘smog’»).
В отличие от Англии, в слабоурбанизированных странах Азии (Индия, Пакистан, Афганистан, Кыргызстан, Казахстан) смог характерен не только для городов, но и для сельской местности с высокой плотностью населения и использованием огня для хозяйственных нужд.
Смог не только в Бишкеке
Чуйская долина с точки зрения очищения от загрязнения — неблагоприятное место.
Процитирую статью О.А. Подрезова, А.О. Подрезова и В.Е. Рязанова:
Загрязнение атмосферы города в любой сезон года определяется выбросами загрязняющих веществ и режимами погодных условий, которые либо способствуют их накоплению в атмосфере, либо благоприятны для рассеивания. Накоплению примесей в приземном слое и плохое их рассеивание по высоте способствуют развитие приземных инверсий температуры, когда она растет с высотой, затишья и туманы. При таких условиях диффузия примесей по высоте и площади за счет турбулентности, конвекции и горизонтального переноса их ветром крайне мала. При этом образование мощных и интенсивных инверсий играет решающую роль. Инверсии можно образно уподобить крышке, плотно закрывающей сверху приземные слои воздуха толщиной в среднем до 300–500 м. Напротив, интенсивный солнечный прогрев земной поверхности, умеренные и сильные ветры (6 м/с и более) не дают возникнуть инверсиям температуры, способствуют развитию турбулентности и конвекции, что обеспечивает интенсивное рассеивание вредных веществ, как по высоте, так и по площади.
и далее:
Способность атмосферы к самоочищению обычно характеризуют безразмерным индексом — параметром самоочищения атмосферы Р, который интегрально учитывает благоприятные и неблагоприятные для рассеивания погодные условия. Считается, что при 0,8 < Р создаются условия, благоприятные для рассеивания примесей, при 0,8 < Р < 1,2 — они ограниченно благоприятны и при Р > 1,2 — неблагоприятны для рассеивания.
По данным работы [8], многолетние средние значения индекса Р (климатические нормы) для Бишкека по месяцам и года в целом равны
Хорошо видно, что в атмосфере Бишкека для года в целом, а также зимы, лета и осени условия рассеивания примесей или неблагоприятны или весьма неблагоприятны. Только весной они хотя и улучшаются за счет прогрева земной поверхности (разрушение инверсий, усиление турбулентности и конвекции), ветрового оживления атмосферы и увеличения осадков, но все же остаются в категории неблагоприятных условий.
От себя добавлю, что стоит провести исследования изменения параметра самоочищения атмосферы для Бишкека и для других пунктов Чуйской долины за последние 20 лет. Если для Бишкека этот параметр вырос сильнее, чем для остальной долины, то это будет означать вклад интенсивной застройки в нарушение проветриваемости города.
Из-за этих особенностей Чуйской долины смог в ней плохо рассеивается, он лишь перемещается ветром в разные стороны, что хорошо видно по изменению показаний стационарных датчиков, когда то одни районы больше загрязнены, то другие.
Распределение загрязнения отлично согласуется с направлением ветра:
Смог в Чуйской долине начался ещё до наступления холодов. В октябре и начале ноября вся долина покрылась дымом от сжигания мусора и стерни на полях.
Наглядно это показано в этом видео.
В ноябре и начале декабря, как правило, была зависимость уровня загрязнения от расположения и концентрации его источников. Так, например, при движении от Бишкека к югу в сторону Аламединского ущелья смог заканчивался в селе Беш-Кюнгей, не считая локальных всплесков в сёлах. В самом ущелье загрязнение отсутствовало. Очень наглядно это видно на картинке:
Были и исключения, когда ветер перемещал смог, например, от Бишкека далеко на юг, при этом к северу воздух был относительно чистый.
С начала декабря ситуация изменилась. Из-за обширного сибирского антициклона не было ветра, из-за температурных инверсий загрязнение накапливалось в воздухе у земли. Слабые ветра только меняли концентрацию загрязнения в разных местах.
Постепенно смог заполнил огромную территорию даже вдали от населённых пунктов.
Северный ветер сдувал смог к югу от Бишкека, им заполнилась Байтикская впадина, где несколько дней был густой туман. В сёлах к высокому фоновому загрязнению добавлялось локальное.
В эти дни южная часть Бишкека оказывалась более грязной, чем центр, даже несмотря на разницу в высоте.
Росла концентрация загрязняющих веществ на большой площади.
В Аламединском ущелье на высоте 1800 м над уровнем моря был туман при относительно небольшой — 70% — относительной влажности воздуха. При этом концентрация частиц PM2.5 превышала среднесуточную ПДК в 4 раза и была равна максимально разовой.
Всё пространство к югу от Токмака до гор было заполнено густым туманом при влажности не более 80%, недостаточной для образования тумана в чистом воздухе.
Экстремально высокое загрязнение в сёлах к западу от Бишкека: в Сокулуке, Новопавловке, Военно-Антоновке; к юго-западу: Арчалы, Джал, Шалта.
Чуйская долина и Иссык-Куль
Наконец, во время поездки на Иссык-Куль 31 декабря удалось измерить измнение загрязнения вдоль всей дороги через Чуйскую долину, Боомское ущелье и северо-запад Иссык-Кульской котловины. Как было видно по предыдущим картинкам, смог сместился к югу, ближе к горам, поэтому к северу, ближе к реке Чу, загрязнение было меньше.
В районе Токмака загрязнение увеличилось.
В конце объездной дороги началось заметное снижение загрязнения, а к Кемину оно впервые достигло безопасных значений, дальше продолжало падать. Всего за 25 км концентрация PM2.5 снизилась в 15 раз.
В Боомском ущелье воздух оказался абсолютно чистым, за исключением редких всплесков возле кафе и других построек. Иногда датчик показывал 0. Такая картина сохранялась и по дороге по северному побережью Иссык-Куля, лишь в населённых пунктах воздух становился грязнее.
Изменение концентрации частиц PM2.5 по всему маршруту показано на графике:
Как видно, температура и относительная влажность воздуха имеют чёткую отрицательную корреляцию. Можно сделать вывод, что изменение относительной влажности является, прежде всего, следствием изменения температуры, а не изменения количества влаги в воздухе. Всплески концентрации частиц могут быть связаны с потоком выхлопных газов от грузовиков, а температура в Бооме может меняться от поворота к повороту в зависимости от того, солнечный или теневой участок; это можно отнести к погрешности измерения.
В доме отдыха днём типичная концентрация частиц PM2.5 была 0–1 мкг/куб.м. Лишь когда в соседнем пансионате по вечерам жгли уголь для подогрева бассейна концентрация кратковременно (1 час) повышалась до 30–40, максимум до 170 мкг/куб.м.
К огромному моему сожалению, во время поездки вокруг Иссык-Куля и по дороге в Бишкек по техническим причинам не удалось произвести измерения, а это было бы интересно, так как чисто визуально картина смога существенно отличалась от той, что была неделю тому назад.
Уже во второй половине Боома над горами стала проступать дымка, она усиливалась и к выезду из ущелья в Чуйскую долину перед глазами стоял смог во всей его безобразной красе.
Как смог влияет на погоду
Далее следуют сведения, которые требуют перепроверки специалистами.
Я предположил, что раз аэрозоли в воздухе задерживают солнечный свет, они препятствуют прогреву земной поверхности солнечными лучами, значит, на территории с интенсивным смогом температура воздуха должна быть ниже, чем там, где смога нет. Можно сравнить данные по температуре на метестанциях “Бишкек” и “Байтик”. Первая находится в западной части Бишкека на высоте 760 м над уровнем моря, вторая — в начале Ала-Арчинского ущелья на высоте 1580 м. В горах температура воздуха при прочих равных условиях должна быть ниже, чем на равнине. На каждые 1000 метров подъёма температура в среднем падает на 6 градусов, следовательно, при разнице высот в 820 м на МС “Байтик” температура должна быть на почти 5 градусов ниже, чем в Бишкеке. Кроме того, в городе температура должна быть как минимум на 2–3 градуса выше, чем в окружающей местности. Значит, если окажется, что разность температур между метеостанциями “Бишкек” и “Байтик” меньше, чем 5–8 градусов, то имеет место снижение температуры из-за инверсий и смога. Образованию инверсий, в свою очередь, может способствовать поднимающийся вверх тёплый дым ТЭЦ.
Взяв данные по температуре метеостанций “Бишкек” и “Байтик”, я построил графики изменения температуры на них в декабре 2011 г. и декабре 2020 г.
Здесь видно, что в декабре 2020 г. дневные температуры на МС “Байтик” были, как правило, выше, чем на МС “Бишкек”, тогда как в 2011 году картина была противоположной. Также видно, что амплитуда суточных колебаний температуры на МС “Байтик” в декабре 2020 г. была существенно выше, чем на МС “Бишкек”.
Аналогичные графики были построены для первых семи дней января 2011 г. и января 2021 г.
Несмотря на фрагментарность данных для МС “Байтик”, всё же видны такие же закономерности, что и для декабря. Начало января в Бишкеке холоднее, чем в предгорьях.
Далее я рассчитал среднемесячные температуры декабря и начала января для разных лет и построил графики разности между температурами “Бишкека” и “Байтика”.
Здесь видно, что декабрь 2020 г. на МС “Бишкек” был теплее лишь на 0,4 градуса, чем на МС “Байтик”, тогда как в 2011 и 2019 гг. разница составляла более 2 градусов. Для января разница оказалась вообще отрицательной, то есть в городе на равнине оказалось холоднее, чем в предгорьях. И здесь зима 2020–2021 года существенно отличается от прошлых лет в сторону большего холода в Бишкеке. Если учесть, что температура на МС “Бишкек” должна быть примерно на 8 градусов выше, чем на МС “Байтик” (см. выше), то вклад инверсий и смога в “недопрогрев” Бишкека в декабре 2020 г. составлял 7,6°C, а в начале января 2021 г. — целых 13,9°C. То есть без инверсий и смога в Бишкеке было бы не минус 14, а около нуля. Но оценить вклад именно смога в разницу температур на равнине и в предгорьях можно только специальными исследованиями.
Таким образом, температурные инверсии задерживают смог, он препятствует нагреву земной поверхности и способствует понижению температуры воздуха. Чем ниже температура, тем больше жгут угля, чем больше жгут угля, тем сильнее смог, чем сильнее смог, тем меньше солнечного света и тем холоднее, чем холоднее, тем больше жгут угля, сильнее смог, меньше солнечной энергии доходит до земли. Чем хуже прогревается земная поверхность, тем меньше восходящих потоков, которые могут “разогнать” инверсионные слои, которые задерживают смог. Вот такая положительная обратная связь, или порочный круг.
Я бы хотел, чтобы специалисты по климатологии провели исследование влияния смога на температуру воздуха с учётом всех факторов.
Выводы
- Проблема смога настолько обширна и многогранна, что её невозможно решить какими-то локальными мерами в каком-то одном городе или районе; загрязнение придёт из других мест. Нужны радикальные меры на уровне государства.
- В таких климатических условиях в Чуйской долине нельзя вообще ничего сжигать, что даёт вредные выбросы, так как при неблагоприятных погодных условиях (а они почти всегда) загрязнение не рассеивается и накапливается в долине.
- Мы видим “трагедию общин” во всей красе. Мало того, что каждый, кто создаёт загрязнение, приводит к ухудшению качества жизни себя и других, но и, грея себя, способствует усилению холода для всех.
Автор Павел Исаенко
Материал можно свободно использовать при указании автора
Данными и ссылками я делюсь в телеграм-канале “Воздух в большом городе”.
