ВКР: Характеристики изменчивости концентраций метана в окрестностях Санкт-Петербурга

Оглавление

Введение

1. Основные сведения о метане

1.1. Антропогенные источники метана
1.2. Природные источники метана
1.3. Стоки метана

2. Аппаратура и метод измерения

3. Калибровка газоанализатора

3.1. Калибровка по вторичному стандарту WMO
3.2. Измерения концентраций СН4 при помощи газоанализатора LGR на станции Воейково

4. Экспериментальные результаты

4.1. Анализ суточного хода концентраций СH₄ за 2013-2016 гг.
4.1.1. Среднемесячный суточный ход концентраций СН₄
4.1.2. Сравнения среднемесячных суточных ходов для 2013-2016 гг.
4.2. Анализ годового хода концентраций СН₄ за 2013-2016 гг.
4.2.1 Годовой ход средних значений концентраций СН₄
4.2.2 Годовой ход минимальных значений концентраций СН₄
4.2.3. Годовой ход по периодам суточного минимума
4.2.4. Сравнительный анализ
4.2.5. Тренд метана за 2013-2016 гг.
4.3. Сравнение годового хода концентраций СН₄ для Петергофа с другими станциями
4.3.1. Сравнение со станциями Pallas-Sammaltunturi (Финляндия), Териберка (Россия), Neuglobsow (Германия), Mace Head (Ирландия) за 2013-2015 гг.
4.3.2. Сравнение со станцией Воейково (2013 год)
4.4. Оценка интенсивности эмиссий для пригорода Санкт-Петербурга
4.4.1. Влияние антропогенных источников метана
4.4.2. Оценка ночных эмиссий для пригорода Санкт-Петербурга

Выводы

Благодарности

Литература
Введение

В последние десятилетия влияние жизнедеятельности человека на окружающую среду становится все более ощутимым. Возросшее антропогенное влияние указывается в качестве наиболее вероятных причин следующих важнейших проблем, связанных с изменениями состава атмосферы:
- уменьшение содержания озона в стратосфере в полярных и приполярных районах [1,2];
- ухудшение качества атмосферного воздуха [3];
- климатические изменения [4].
Уменьшение содержания озона в стратосфере (т.н. «озоновые дыры») приводят к возрастанию интенсивности УФ излучения на поверхности Земли, что для некоторых районов Земного шара (в основном, приполярные районы) уже стало значимой проблемой (например, для белокожего населения Новой Зеландии).
Озон (О3), оксиды азота (NOx, NOy), оксид углерода (CO), сернистый газ (SO2) и летучие органические соединения относятся к короткоживущим химически активным соединениям – показателям качества атмосферного воздуха. При превышении уровней предельно допустимых концентраций (ПДК) этих газов, здоровью человека может быть нанесён ощутимый вред [5]. Эта проблема особенно важна, поскольку затрагивает промышленно развитые регионы с высокой плотностью населения (Европа, Китай, США).
Основными антропогенными «парниковыми» газами, согласно классификации Всемирной Метеорологической Организации (WMO), являются следующие долгоживущие компоненты атмосферы [6]: углекислый газ (СО2), метан (СН4), закись азота (N2O), фреоны, гексафторид серы (SF6), молекулярный водород (Н2) (водяной пар относится к естественным парниковым газам). Метан является вторым по важности, после СО2, парниковым газом. Особенность этих молекул состоит в том, что, интенсивно поглощая ИК-излучение Солнца и Земли, они разогревают тропосферу. [7,8]
Атмосферный метан (CH4), относящийся к парниковым газам, в атмосфере Земли поглощает ИК излучение Солнца и поверхности Земли, что приводит к нагреванию тропосферы. С начала индустриальной эпохи концентрация метана удвоилась [9]. Временная изменчивость СН4 в атмосфере относительно невелика (метан является долгоживущим газом, время его жизни составляет около десяти лет), по этой причине наземные и спутниковые системы наблюдений должны иметь высокие измерительные точности [10-12].
Наиболее интенсивные источники метана – болота, океаны, термитники, месторождения нефти и газа, угольные шахты, транспортировка природного газа, пищеварительные процессы животных, рисовые плантации [13]. СН4 не имеет источников в атмосфере (он не образуется в результате реакций в атмосфере), все его источники расположены на Земле. [8] К основным стокам метана относят и атмосферные химические реакции (основной из них является реакция с радикалом гидроксила в тропосфере) и природные процессы в почве (окисление бактериями). При изучении изменений концентрации метана в приземном слое необходимо также учитывать динамические процессы: конвективное перемешивание, а так же дальний перенос этого газа воздушными массами (адвекция). [14]
Основной массив данных о содержании метана в атмосфере в настоящее время поступает:
- с глобальных наземных сетей GAW/NOAA (WMO Global Atmosphere Watch) [15,16], NDACC (Network for the Detection of Atmospheric Composition Change) [17] и TCCON (Total Carbon Column Observing Network) [18]