Различия между спутниковыми и статистическими оценками глобальных выбросов аммиака усиливаются в тёплое время года и наиболее заметны в сельскохозяйственных районах. Такие результаты получили авторы исследования, опубликованного в журнале Communications Sustainability.
Работу провели Чжунхуа Ма, Шу Ки Лам и их коллеги из Манчестерского и Мельбурнского университетов, а также Высшего совета по научным исследованиям Испании — CSIC. Учёные сопоставили глобальные данные о выбросах аммиака за каждый месяц с 2008 по 2016 год.
Аммиак, или NH₃, попадает в атмосферу преимущественно из сельскохозяйственных источников. Основные выбросы связаны с внесением азотных удобрений, хранением и использованием навоза, а также животноводством.
В атмосфере аммиак реагирует с кислотными соединениями и участвует в образовании вторичных аэрозолей — одного из компонентов мелкодисперсных частиц PM2.5. Выпадение соединений азота также способствует эвтрофикации водоёмов, закислению почв и изменению состава природных экосистем. Поэтому точность данных о выбросах влияет на моделирование качества воздуха и оценку азотной нагрузки.
Исследователи сравнили два принципиально разных подхода. Статистические инвентаризации строятся «снизу вверх»: сведения о количестве внесённых удобрений, поголовье животных и других видах деятельности переводят в объём выбросов с помощью расчётных коэффициентов.
Спутниковый подход работает «сверху вниз». Инфракрасный интерферометр IASI измеряет содержание аммиака в атмосфере. Затем эти данные объединяют с моделями переноса вещества и продолжительности его нахождения в воздухе, чтобы определить вероятный поток выбросов с поверхности.
В качестве статистической основы учёные использовали глобальную инвентаризацию HTAP v3. Спутниковую оценку построили на данных IASI, обработанных алгоритмом ANNI. Оба набора привели к единой глобальной сетке с разрешением 0,1 градуса.
Для сопоставления авторы рассчитали нормализованный индекс расхождения — NDI. Он изменяется от минус единицы до плюс единицы. Нулевое значение означает совпадение двух оценок, положительное указывает на более высокий спутниковый результат, отрицательное — на более высокое значение статистической инвентаризации.
Средний взвешенный индекс для суши составил 0,077, медианный — 0,046. Эти значения нельзя интерпретировать как превышение на 7,7% или 4,6%: индекс показывает отношение разницы между двумя оценками к их сумме.
Исследование выявило устойчивый сезонный цикл. Средний индекс для суши увеличивался с 0,046 в декабре до 0,097 в августе. На сельскохозяйственных землях расхождение было выше во все месяцы и достигало максимума в мае — 0,229.
Авторы связывают эту закономерность с сочетанием температуры и сезонных сельскохозяйственных работ. Потери аммиака возрастают при потеплении, особенно после внесения удобрений и навоза. Статистические инвентаризации могут сглаживать короткие пики, поскольку нередко распределяют годовой объём выбросов по заранее заданному сезонному графику.
Наиболее выраженная связь обнаружена между расхождением оценок и температурой воздуха у поверхности. Несколько слабее индекс был связан с температурой точки росы, отражающей влажностные условия в приземном слое атмосферы. Осадки, испарение и характеристики почвы объясняли различия значительно хуже.
В натуральных и низкозатратных системах земледелия спутниковые оценки сильнее превышали статистические, чем в коммерческом и интенсивном сельском хозяйстве. Такая закономерность наблюдалась для риса, кукурузы, пшеницы и сои.
Авторы допускают, что в районах с мелкими хозяйствами статистика по посевным площадям, удобрениям и срокам проведения работ может быть менее полной. Кроме того, применяемые технологии и время внесения удобрений отличаются даже между соседними хозяйствами, что сложно отразить в глобальной инвентаризации.
Для богарного земледелия, зависящего от естественных осадков, расхождение оказалось выше, чем для орошаемых систем, при выращивании кукурузы, риса и сои. Для пшеницы исследователи получили обратное соотношение: более высокий индекс наблюдался на орошаемых землях. Поэтому влияние способа водоснабжения нельзя считать одинаковым для всех культур.
Авторы рассматривают расхождение не как меру ошибки одного из методов, а как указание на регионы и периоды, требующие дополнительной проверки. Спутники способны обнаруживать сезонные изменения, которые сглаживаются в статистических расчётах, но не измеряют выбросы непосредственно у каждого сельскохозяйственного источника.
Исследование охватывает период с 2008 по 2016 год. Такой интервал выбрали, чтобы использовать единую версию спутникового продукта и не смешивать результаты, полученные разными поколениями алгоритмов.
