Обзор климата с высоты таежной мачты

10:14 | 11.03.2019 | Новости Hi-Tech | 252 | 0


Станция ZOTTO начала работу в конце сентября 2006 года. ZOTTO — результат совместного проекта Международного научно-технического центра (МНТЦ), немецкого Общества Макса Планка и Российской академии наук. Корреспондент издания «Чердак» Екатерина Бурчевская (специалист группы научных коммуникаций Красноярского научного центра СО РАН) побывала в тайге и посмотрела сквозь объектив своего фотоаппарата на то, как ученые следят за содержанием и изменением концентрации парниковых газов в атмосфере над огромной территорией Сибири.

Международная обсерватория ZOTTO находится в Туруханском районе на расстоянии более 600 километров от Красноярска, недалеко от поселка Зотино. Мачта ZOTTO расположилась в высокоширотном регионе Сибири — почитай, в самом центре Северной Евразии. Чтобы добраться туда, нам пришлось задействовать почти все виды транспорта, кроме разве что оленей.

Несколько часов едем до Енисейска по трассе, откуда нам предстоит на вертолете долететь до небольшого поселка Кривляк.

Здесь уже нет того, что в цивилизованных местах называют словом «дорога», ее заменяет зимник — путь, проложенный прямо по снегу. Летом этой дороги, разумеется, не существует, и до поселков добираются только по реке. Спустя несколько часов мы прибываем в Зотино и первым делом едем в местный магазин за продуктами, потому что обсерватория находится еще дальше, где есть лишь избушка и мачта посреди тайги.

Место для обсерватории выбрано не случайно — сразу по множеству факторов наблюдения за климатом оно очень удачно (хотя добираться до него нелегко). ZOTTO работает уже больше десяти лет. Первые измерения были сделаны еще в 2006 году, когда ученые Института леса им. В. Н. Сукачева СО РАН при поддержке немецких коллег из Института биогеохимии Общества Макса Планка запустили работу этой обсерватории.

— Володя, а где мачта? — по дороге на вышку веселится Алексей Панов, научный координатор обсерватории. — Едем-едем и до сих пор не видно, отпилили половину, что ли?

Не заметить стальное сооружение высотой 304 метра сложно. Днем оно отчетливо видно на десятки километров, а вечером подсвечивается, как рождественская елка. На разных высотах мачты (4, 52, 92, 156, 227 и 301 м) размещены метеорологические датчики и ряд воздухозаборников. Воздух со всех датчиков по трубкам поступает в газоаналитический комплекс, который находится в лабораторном бункере у основания башни.

Здесь собирается вся информация с датчиков, и центральный компьютер, как мозг, переводит «мысли в слова». Современные приборы анализируют содержание в атмосфере парниковых газов (углекислого и угарного газа, метана, озона и окислов азота), их изотопный состав, микрофизические, оптические и химические свойства атмосферного аэрозоля, метеорологические параметры.

Эти данные позволяют получить обобщенный сигнал о концентрациях и составе парниковых газов в атмосфере, оценить их антропогенные и биогенные источники, а также определить характеристики аэрозоля над континентальной территорией Сибири площадью до четырех миллионов квадратных километров.

— Для того чтобы собрать данные со всех высот одновременно, воздух с мачты вначале закачивается в буферную систему, состоящую из металлических шаров. После этого из каждого резервуара по очереди он поступает к аналитическому комплексу. К моменту анализа воздуха из последнего буферного шара предыдущие пять уже наполнены снова, — рассказывает кандидат биологических наук, научный координатор обсерватории ZOTTO и старший научный сотрудник Института леса им. В. Н. Сукачева Алексей Панов.

Станция требует непрерывного присмотра. Постоянно здесь живут два человека, как на вахте, и меняются с напарниками почти каждый месяц. Первый отвечает за поддержание порядка в доме и на ближайшей территории, а второй, оператор, каждый день следит и записывает все изменения показаний датчиков в толстую тетрадь, которую ведут со дня первого запуска.

Когда потоки газа в воздухозаборных линиях изменяются при резкой смене атмосферного давления, оператору приходится подстраивать буферную установку с воздухом с помощью тонких игольчатых клапанов, приближая значения показателей друг к другу. Это может сделать только человек.

Каждый раз, когда воздух из металлических шаров поступает в газоанализатор, компьютерная программа выводит полученные данные на экран, отображая концентрацию газов. Помимо этого, информационная панель позволяет отслеживать целый спектр диагностических параметров: воздух с какой высоты сейчас анализируется, каковы значения давления и потока, какой этап измерительного цикла выполняется в данный момент. На панели в виде блоков, линий и числовых значений представлена архитектура всей измерительной системы, где каждый параметр можно увидеть и настроить.

Дополнительные данные ученые собирают с помощью анализатора угарного газа и измерительного комплекса для наблюдения атмосферного аэрозоля. В его состав входят счетчик конденсированных аэрозольных частиц, интегрирующий нефелометр и абсорбционный фотометр. Нефелометр необходим для анализа оптических характеристик, которые определяются по тому, как частицы рассеивают свет. Последний прибор анализирует количество исследуемых частиц. Воздух для этих приборов приходит по системе трубопроводов с высоты 300 метров.

— Аэрозольные частицы из воздуха осаждаются на кварцевый фильтр в абсорбционном фотометре. Особо важно периодически заменять его при падении коэффициента осаждения до заданного минимума. Время снижения этого коэффициента и показывает, какое количество частиц сажи находится в атмосферном воздухе, после оно используется для расчета концентрации аэрозоля, — рассказывает Алексей.

Еще один пробоотборник используется для детального химического анализа атмосферного аэрозоля. Прибор определяет состав углеродсодержащего и элементарного аэрозоля, концентрации ионов натрия, аммония, калия, магния, кальция, хлора, а также нитратных, нитритных, сульфатных, фосфатных, оксалатных и малоновых ионов. Этот проводимый химический анализ аэрозоля атмосферы позволяет определить источники их происхождения.

Другое устройство отвечает за оценку содержания аэрозольных частиц, которые могут служить ядрами облачной конденсации — иными словами, отвечают за образование облаков. В устройстве, благодаря емкостям с водой, поддерживается влажная атмосфера, чтобы сохранять его в рабочем состоянии.

Для этого сотрудники периодически добавляют воду в емкости. Аэрозольные частички, проходя сквозь прибор, конденсируют на себе воду. Те из них, чей размер более 1 микрометра, подсчитываются оптическим детектором.

Помимо данных, которые идут с дачиков на мачте ZOTTO, информация о газах и аэрозолях поступает еще с трех вышек, расположенных относительно неподалеку на разных участках соснового и темнохвойного лесов и верхового болота.

«Удаленные» сведения поступают в центральный регистратор данных и отображаются на экране ноутбука в виде диаграмм и числовых значений. В реальном времени можно проверить все измеряемые параметры, например метеорологические (скорость и направление ветра, температуру, влажность, давление и прочее). Когда температура в тайге опустилась до -47 °C, мы так и делали — следили за погодой на других участках через компьютер.

Но и это еще не все функции микрометеорологических мачт. Самое главное — они помогают собрать полную информацию о том, сколько же углерода поглощают или выделяют конкретные экосистемы. Такая оценка газообмена показывает высокочастотные колебания суточных и сезонных потоков тепла, водяного пара и углекислого газа между экосистемой и атмосферой, а также зависимость потоков от метеорологических условий.

Ученые (на фото старший научный сотрудник Института леса им. В. Н. Сукачева Алексей Панов) планируют, что в перспективе на основе обобщенных данных измерений обсерватории ZOTTO и микрометеорологических мачт они смогут оценить роль лесных и болотных экосистем бассейна реки Енисей в глобальном цикле углерода и поймут, как эти экосистемы будут реагировать на изменения климата.

 

 

Источник:Новости Hi-Tech

Добавить комментарий