Мы используем cookie файлы.
Пользуясь сайтом, вы соглашаетесь с нашей Политикой конфиденциальности.

Номер договора
075-15-2021-574
Период реализации проекта
2021-2023
Приглашенный ученый
с декабря 2022 Минкина Татьяна Михайловна Россия
2021 - 2022 Кулмала Маркку Тапио Финляндия

По данным на 01.12.2023

53
Количество специалистов
21
научных публикаций
1
Объектов интеллектуальной собственности
Общая информация

Исследования городских агломераций – мегаполисов является одной из важнейших междисциплинарных научных проблем современности, объявленных в основополагающих документах ООН, Всемирной Организации Здравоохранения, национальных проектах РФ «Экология» и «Здравоохранение» и национальных стратегиях улучшения окружающей среды. Рост населения в крупнейших городах сопровождается концентрацией транспорта, промышленности, отходов, коренным преобразованием природной среды. В городах поля ветра, температуры, влажности, радиационный режим атмосферы формирует своеобразные «острова тепла», резко отличающиеся по своим метеорологическим характеристикам и процессам от окружающих территорий и влияющие на другие компоненты городской среды. Все компоненты городской среды – атмосфера (аэрозоли, атмосферные осадки, снег), городские почвы, дорожная пыль, поверхностные воды испытывают мощный антропогенный пресс с формированием «островов загрязнения» с радиусом в десятки и даже сотни километров. В результате городская среда представляет собой "остров загрязнения и тепла". Он оказывает влияние на качество жизни в городах, особенно мегаполисах, где проживают миллионы человек. В России таким мегаполисом является Москва.

Существующие в настоящее время подходы, методы и технологии изучения городской среды носят покомпонентный характер и проводятся в основном в рамках отдельных наук. В то же время сложность еще слабо изученных физических и химических процессов взаимодействия компонентов городской среды требует создания новой целостной интегральной технологии исследований городов как особых антропогенных геосистем. Эта технология основана, во-первых, на интеграции современных методов физики атмосферы, климатологии, геохимии, гидрологии, экологии человека, при изучении компонентов окружающей среды мегаполисов, во-вторых, на едином базовом объекте изучения как в атмосфере, так и педосфере и гидросфере – микро- и наночастицах, являющимися главными носителями загрязняющих веществ и определяющих сущность многих физических и химических процессов, протекающих в этих компонентах городской среды, а также влияющих на здоровье населения. Такой интегральный подход применяется впервые в науках о Земле и науках о жизни.

Название проекта: Мегаполис как остров загрязнения и тепла: междисциплинарный гидроклиматический, геохимический и экологический анализ



Цели и задачи

Цель проекта:

Целью проекта является создание научных основ междисциплинарной оценки экологического состоянии мегаполиса – «острова тепла и загрязнений» – на примере Москвы, с использованием современных физико-химических методов натурных исследований и численного моделирования. Для ее реализации в МГУ имени М.В. Ломоносова, на географическом факультете с привлечением ученых научно-исследовательского института ядерной физики (НИИЯФ МГУ) и научно-исследовательского вычислительного центра МГУ (НИВЦ), а также Гидрометцентра России, создается Лаборатория качества городской среды под руководством профессора Маркку Кулмалы – признанного мирового лидера в этой области знаний.

Исследования климата и экологии городов - важнейшая составляющая географических и геофизических наук. Развитие системы наблюдений и численного моделирования (в особенности с помощью технологии т.н. «бесшовного моделирования» - «seamless modelling») городского острова загрязнения и тепла на разных временных и пространственных масштабах в этих условиях становится одной из наиболее актуальных задач, направленных на понимание сложных физико-химических процессов их формирования.

Практическое значение исследования

Научные результаты:

  • В рамках проекта созданы методические приемы в области изучения атмосферы Московского мегаполиса, особенностей экологии наземных ландшафтов и поверхностных вод и технология интегрального гидроклиматического, геохимического и экологического анализа острова тепла и загрязнений городов на основе междисциплинарного подхода к изучению загрязнения сред, формирования микроклимата, базирующаяся на системе натурных наблюдений и численного моделирования.

  • Создан аэрозольный комплекс Лаборатории городской экологии и климата, объединивший инструменты непрерывных измерений микрофизических характеристик (числа частиц и массовой концентрации аэрозолей, спектра распределения по размерам), оптических характеристик аэрозолей ( массовой концентрации черного углерода) и  автоматизированные сборники с распределением частиц по размерам для определения химического состава аэрозолей (тяжелых металлов и металлоидов, водорастворимых ионов и полиароматических углеводородов).
  • Для Московского региона на основании данных многолетних измерений составлены архивы суммарной солнечной радиации с 1958 по 2020 гг., архивы данных аэрозольных оптических толщин (АОТ) и некоторых других аэрозольных характеристик с 2001 по 2020 гг., архивы оптических параметров аэрозоля на основании данных спутниковых измерений спектрорадиометра MODIS с помощью алгоритма MAIAC за период 2001-2021 гг.  и спектрорадиометра MISR за период 2017-2021 гг. Получены детализированные базы данных рядов метеорологических наблюдений на метеостанциях Росгидромета (архивы данных наблюдений автоматических метеостанций с исходной дискретностью 10 мин), АСКЗА Мосэкомониторинга и прошедших процедуры контроля качества персональных метеостанций сети Netatmo (https://weathermap.netatmo.com/) (ряды температуры воздуха по 42 метеостанциям Росгидромета, 40 АСКЗА и более 1600 персональных метеостанций
  • Реализованы различные конфигурации численных экспериментов с вихреразрешающими моделями, предназначенные для воспроизведения турбулентности и крупных структур в пограничном cлое на фоне интенсивных мезомасштабных циркуляций.
  • Выполнена пионерная оценка уровней содержания и распределения, форм нахождения и путей миграции потенциально токсичных элементов и соединений в микрочастицах в компонентах городской среды – атмосферных выпадениях, снеге, дорожной пыли, почвах и поверхностных водотоках.
  • Все это определило становление междисциплинарного подхода к исследованию миграции микрочастиц и потенциально опасных элементов в компонентах городской среды на основе предложенных концепций островов загрязнения и тепла в атмосфере и ландшафтах.

Образование и переподготовка кадров:

  • Созданы и реализованы программы повышения квалификации, новые дисциплины магистерской программы: «Экология городов» Междисциплинарной научно-образовательной школы МГУ «Будущее планеты и глобальные изменения окружающей среды», в частности «Экологическая оценка водных систем» и  «Климат и экология крупных городов».

  • С 1 по 6 декабря 2022 года членами научного коллектива лаборатории была организована и проведена научная школа по тематике исследования MEGAPOLIS2022 "Modelling of water erosion, its hydrological and geochemical impacts", которая собрала 119 участников из разных стран.

  • Ежегодно в период выполнения проекта защищались 2-3 кандидатских диссертации сотрудниками лаборатории, а также 1 докторская.

Сотрудничество:

  • Южный Федеральный Университет,

  • Университет Хельсинки,

  • ФГБУ "ГИДРОМЕТЦЕНТР РОССИИ"

Скрыть Показать полностью
Alessandro Zappi, Olga Popovicheva, Laura Tositti, Marina Chichaeva, Irina Eremina, Anne Kasper-Giebl, Ying Tsai, Dmitry Vlasov, Nikolay Kasimov
Factors influencing aerosol and precipitation ion chemistry in urban background of Moscow megacity. // Atmospheric Environment, 2023
Vlasov D., Kasimov N., Eremina I., Shinkareva G., Chubarova N.
Major ions and potentially toxic elements in atmospheric precipitation during the COVID-19 lockdown in Moscow megacity // Urban Climate. 2023. Vol. 48. Article N 101422
Serdyukova, A.D., Vlasov, D.V., Popovicheva, O.B. et al.
Elemental composition of atmospheric PM10 during COVID-19 lockdown and recovery periods in Moscow (April–July 2020). Environ Geochem Health (2023). https://doi.org/10.1007/s10653-023-01698-2
D. V. Vlasov, J. Yu Vasil’chuk, N. E. Kosheleva, and N. S. Kasimov.
Contamination levels and source apportionment of potentially toxic elements in size-fractionated road dust of Moscow. Environmental Science and Pollution Research, 30:38099–38120, 2023. DOI: 10.1007/s11356-022-24934-1
Shuvalova J., Chubarova N., Shatunova M.
Cloud characteristics and their effects on solar irradiance according to the icon model, cloudnet and bsrn observations // Atmosphere. — 2023. — Vol. 14, no. 12. — P. 1769.
Varentsov M., Krinitskiy M., Stepanenko V.
Machine learning for simulation of urban heat island dynamics based on large-scale meteorological conditions // CLIMATE. — 2023. — Vol. 11, no. 10. — P. 200.
Chalov S, Platonov VP, Erina OE, Moreido VM, Samokhin M., Sokolov D., Tereshina M., Yarinich Н, Kasimov N.
Rainstorms impacts water, sediment and trace elements loads in an urbanized catchment within Moscow city: case study of summer 2020 and 2021 // Theoretical and applied climatology. 2022. https://doi.org/10.1007/s00704-022-04298-9
N. Chubarova, E. Androsova, A. Kirsanov, M. Varentsov, G. Rivin.
Urban aerosol, its radiative and temperature response in comparison with urban canopy effects in megacity based on cosmo-art modeling / // Urban Climate. — 2024. — Vol. 53, no. 1. — P. 101762.
Другие лаборатории и ученые
Лаборатория, принимающая организация
Область наук
Город
Приглашенный ученый
Период реализации проекта
Лаборатория «Геохимии природных вод» (10)

Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова - (МГУ)

Науки о Земле и смежные экологические науки

Москва

Коноплев Алексей Владимирович

Россия

2024-2028

Лаборатория «Здоровье почв»

Южный федеральный университет - (ЮФУ)

Науки о Земле и смежные экологические науки

Ростов-на-Дону

Вонг Минг Хунг

Гонконг, Великобритания

2022-2024

Лаборатория «Нелинейная гидрофизика и природные катастрофы»

Тихоокеанский океанологический институт им. В. И. Ильичева Дальневосточного отделения РАН - (ТОИ ДВО РАН)

Науки о Земле и смежные экологические науки

Владивосток

Пелиновский Ефим Наумович

Россия

2022-2024