Глобальная инверсия выбросов аммиака в 2022 году с использованием данных IASI

Почему воздух с ферм важен для повседневной жизни

Невидимые газы с ферм и от пожаров могут незаметно формировать воздух, которым мы дышим, влиять на климат и даже на продолжительность жизни. Один из важнейших таких газов — аммиак, который выделяется при внесении удобрений, содержании животных и при горении растительности. Попав в атмосферу, аммиак способствует образованию мелких частиц, способных проникать глубоко в легкие. В этом исследовании используются спутники и компьютерные модели для создания более четкой глобальной картины источников аммиака с особым вниманием к Южной Америке и Африке — регионам, которые долгое время оставались слабо изученными.

Скрытый газ в полях и дыму

Аммиак — щелочной газ, который реагирует с кислотными загрязнителями от автомобилей, электростанций и промышленности, образуя мелкие частицы. Эти частицы способствуют смогам и дымке и связаны с астмой, сердечными заболеваниями и сокращением продолжительности жизни. Большая часть аммиака сегодня поступает из сельского хозяйства, главным образом из удобрений и навозных отходов животноводства; меньшие доли приходятся на промышленность, бытовое топливо и транспорт. Чтобы оценить его влияние, ученые опираются на инвентаризации выбросов, которые оценивают, сколько аммиака выделяется в каждом месте и в каждый месяц. Однако такие оценки строятся «снизу вверх» на основе сельскохозяйственной статистики и стандартных факторов выбросов, которые часто ненадежны или отсутствуют в слабо контролируемых регионах.

Почему традиционные оценки недостаточны

Классические глобальные инвентаризации лучше всего работают в Северной Америке и Европе, где сельскохозяйственные практики хорошо документированы и сети наблюдений плотные. Напротив, они испытывают трудности в Южной Америке и Африке, где использование удобрений, численность животных и практики сжигания могут быстро меняться и плохо фиксируются. Ранние попытки улучшить инвентаризации часто использовали простые методы баланса массы, корректируя выбросы так, чтобы смоделированные концентрации в воздухе соответствовали наблюдениям. Эти методы сталкиваются с реальной сложностью атмосферы, где выбросы аммиака нелинейно зависят от температуры, влажности и ветра, и где загрязнение может переноситься далеко от источника. В результате они могут неверно локализовать выбросы и не заметить важные сезонные колебания.

Использование спутников для переписывания карты аммиака

Авторы создали глобальную инверсионную систему, которая сочетает спутниковые наблюдения с моделью атмосферной химии для обновления мировой инвентаризации аммиака за 2022 год. Они использовали данные спектрометра Infrared Atmospheric Sounding Interferometer, космического прибора, измеряющего аммиак в верхних слоях атмосферы дважды в сутки, и внедрили эти измерения в модель GEOS-Chem с помощью современной техники ассимиляции данных, известной как четырехмерный ансамблевый вариационный анализ. Этот подход ищет картину выбросов, которая наилучшим образом согласуется и со спутниковыми данными, и с априорными оценками, учитывая, как ветер, химия и процессы удаления перемещают и трансформируют аммиак в атмосфере.

Что изменилось в Южной Америке и Африке

Обновленные, или апостериорные, оценки выбросов показывают другую картину по сравнению с априорной инвентаризацией. В Южной Америке очаги в Бразилии и прибрежных районах усиливаются значительно: потоки аммиака часто удваиваются и иногда увеличиваются на 100–200 процентов по сравнению с прежними оценками. Новые паттерны тесно совпадают со спутниковыми индикаторами интенсивности пожаров и с известным ростом производства птицы, что указывает на важную роль и сжигания, и животноводства. В Африке выделяются три пояса высоких выбросов: прибрежная Западная Африка, район озера Виктория и Эфиопия. Здесь обновленные выбросы превышают априорные значения более чем вдвое и демонстрируют явные сезонные пики, которые соответствуют циклам внесения удобрений под какао, активности почв в сезон дождей, навозным отходам и смещению сезонов пожаров по саваннам.

Более четкие концентрации и более устойчивые долгосрочные тренды

Когда обновленные выбросы возвращают в модель, смоделированные столбцы аммиака гораздо точнее соответствуют спутниковым наблюдениям по пространству и времени. Модель теперь улавливает сильные сезонные паттерны, такие как двойной пик в Южной Америке и миграцию африканских очагов по мере продвижения сухого сезона на юг. Независимые проверки с использованием второго спутникового прибора и наземных измерений частиц подтверждают улучшения, особенно в Южной Америке. Анализ декадных рядов спутниковых данных показывает, что средние уровни аммиака в этих регионах возросли умеренно, но стабильно, при этом локальные очаги усиливаются, но без драматических изменений на уровне всего континента.

Что это значит для политики в области воздуха и климата

Главное для неспециалистов: прежние карты недооценивали, сколько аммиака выбрасывается в отдельных районах Южной Америки и Африки, и насколько сильно эти выбросы варьируют по сезонам и типам землепользования. Используя спутники и продвинутые модели, эта работа даёт более реалистичную глобальную картину источников аммиака, особенно сельскохозяйственных и пожаров в регионах с небольшим количеством наземных измерений. Такие уточнённые инвентаризации важны для разработки эффективных мер по улучшению качества воздуха и климатической политике, целевого управления применением удобрений и животноводством, а также для понимания того, как изменения в сельском хозяйстве и практике сжигания влияют на атмосферу и здоровье людей.

Цитирование: Chen, M., Zhang, W., Han, W. et al. Global ammonia emission inversion in 2022 via assimilating IASI observations. npj Clean Air 2, 35 (2026). https://doi.org/10.1038/s44407-026-00072-7

Ключевые слова: выбросы аммиака, спутниковые наблюдения, Южная Америка, Африка, качество воздуха