«Ляпуновские чтения- 2025»: Исследования атмосферного загрязнения в Сибири и вызовы для экологии

Ученые Института вычислительной математики и математической геофизики СО РАН (ИВМиМГ СО РАН) представили шесть докладов на 41-й Международной конференции «Ляпуновские чтения». Она прошла в Институте динамики систем и теории управления имени В.М. Матросова Сибирского отделения Российской академии наук (ИДСТУ СО РАН, г. Иркутск).  Многие годы конференция служит платформой междисциплинарных исследований, объединяющих точные науки с прикладными задачами, такими как экология и устойчивое развитие. Всего в «Ляпуновских чтениях-2025»  научные сотрудники, аспиранты и студенты из различных регионов России и зарубежья представили более 200 докладов, посвященных научным исследованиям в математике, механике, теории управления, информационных и вычислительных технологиях.
Внимание экспертов из Росгидромета и Минприроды России привлек  совместный доклад научных сотрудников лаборатории математического моделирования процессов в атмосфере и гидросфере ИВМиМГ СО РАН, д.ф-м.н., Владимира Федотовича Рапуты и  к.ф-м.н., Анатолия Александровича Леженина «Закономерности загрязнения бенз(а)пиреном атмосферы городов Сибири».
«Исследование посвящено анализу атмосферного загрязнения в контексте национального проекта «Экологическое благополучие», который с 2019 года включает программу «Чистый воздух» для 12 городов, а с 2023-го - еще 29, преимущественно в Уральском и Сибирском федеральных округах, а также на Дальнем Востоке, - рассказал, д.ф-м.н., Владимир Федотович Рапута. -  Критерием включения городов стало пятикратное превышение предельно допустимой концентрации (ПДК) бенз(а)пирена - канцерогенного полиароматического углеводорода, образующегося при сжигании угля и нефтепродуктов».
Ученые проанализировали данные мониторинга из 41 населенного пункта, где 31 расположен в указанных регионах. Особое внимание уделено городам Иркутской области (8 городов), Красноярского края (5 городов) и г. Искитиму в Новосибирской области. Результаты показали, что средние зимние концентрации бенз(а)пирена превышают ПДК в несколько раз, достигая пиков в декабре-феврале.
«Для многих городов мы обнаружили сильные корреляции между измеренными концентрациями бенз(а)пирена на постах наблюдений что указывает на наличие общих закономерностей в процессах атмосферного загрязнения, - отметил в докладе к.ф-м.н., Анатолий Александрович Леженин. - Это позволяет говорить о системных проблемах, а не о локальных инцидентах. Например, в Иркутске и Ангарске концентрации бенз(а)пирена зимой превышают норму в 5–10 раз, что напрямую связано как с промышленными выбросами, так и с особенностями метеорологических условий».
Программа «Чистый воздух» предполагает снижение выбросов на 20% к 2030 году через установку фильтров на предприятиях, переход на электробусы, внедрение новых технологий и даже закрытие устаревших производств. Однако докладчики предупредили, что в сибирских условиях эти меры требуют корректировки. В своем исследовании они рассмотрели  влияние на загрязнение территории метеорологических факторов, особенно штилевых условий. В Сибири штиль (отсутствие ветра) наблюдается до 30- 50% времени в зимние месяцы, что препятствует рассеиванию загрязнителей.
 «Штиль - это ключевой фактор, усиливающий загрязнение, - подчеркнул Анатолий Александрович Леженин. - В городах с доминирующими штилевыми зонами, расположенных, например, в Байкальском регионе, стандартные меры по снижению выбросов могут оказаться неэффективными. Например, в Предбайкалье и Забайкалье штиль делает атмосферу статичной, и загрязнители накапливаются, несмотря на сокращение эмиссий. Мы рекомендуем учитывать метеоданные в планировании экологических программ, чтобы избежать нерационального расходования бюджетных средств - речь идет о сотнях миллиардов рублей. В связи с этим, нами ведётся разработка математических моделей, интегрирующих данные о ветре, температуре и источниках выбросов».
Особое внимание уделено было уделено «вкладу» в загрязнение тепловых электростанций (ТЭЦ). В Иркутско-Ангарской агломерации Ново-Иркутская ТЭЦ сжигает миллионы тонн угля ежегодно, выбрасывая окислы азота, серы и полиароматические углеводороды. Эти вещества напрямую влияют на экосистему Байкала - объекта Всемирного наследия ЮНЕСКО.
«Южная часть озера страдает наиболее сильно: концентрации загрязнителей здесь на порядок выше, чем в северной, - отметил Леженин. - Выбросы Гусиноозерской ГРЭС, расположенной на территории Республики Бурятии, способствуют эвтрофикации и накоплению токсинов в воде. Переход на газ, как в европейской части России, мог бы снизить эмиссии на 50–70%, но в Сибири это ограничено инфраструктурными возможностями. Мы предлагаем разработку гибридных моделей, сочетающих спутниковые данные и наземный мониторинг».
Ученые также отметили несоответствия между официальными отчетами предприятий и результатами независимого мониторинга, в том числе – с привлечением спутниковой информации. «Часто данные предприятий занижены из-за методологических различий, - пояснил Леженин. - Наши модели показывают, что реальные выбросы могут быть в 1,5–2 раза выше заявленных. Это требует стандартизации методов и внедрения автоматизированных систем контроля». Исследователи подчеркнули необходимость междисциплинарных подходов: математики, геофизики, геохимии, биологии и др., для создания прогнозных инструментов для решения экологических проблем.
Конференция «Ляпуновские чтения» подчеркнула важность научных исследований для решения глобальных экологических проблем. Доклады ученых ИВМиМГ СО РАН «Численные стохастические модели пространственно-временных полей биоклиматических индексов на Байкальской природной территории» (авторы - М.С. Акентьева, Н.А Каргаполова), «Исследование гибридных алгоритмов обратного моделирования на основе операторов чувствительности на региональных сценариях» (авторы - А.В. Пененко, Е.В. Русин, Э.А. Пьянова М.К. Емельянов, А.В. Гочаков, В.В. Пененко), «Наземный и спутниковый мониторинг атмосферного загрязнения загородных территорий» (авторы – Р.А. Кузьминых, В.Ф. Рапута, Т.В. Ярославцева,  Е.Е. Сивцев), «Разработка программного средства для численной оценки загрязнения городских территорий выбросами промпредприятий по данным точечных измерений» (авторы – А.С. Поснова, Т.В. Ярославцева), «Оценивание динамических и тепловых характеристик дымовых выбросов ТЭЦ с использованием спутниковой информации» (авторы – В.Ф. Рапута, А.А. Леженин, Р.А. Кузьминых) получили высокую оценку от коллег, включая рекомендации по внедрению результатов в федеральные программы.
«Наши работы помогут не только снизить загрязнение, но и защитить уникальные территории, такие как Байкал. Это вклад в устойчивое развитие Сибири и всей страны», - убежден Анатолий Александрович Леженин