Исследователи из Нидерландов объединили результаты измерений обмена аммиаком между атмосферой и наземными экосистемами за 1991–2024 годы. Наблюдения, выполненные разными приборами и научными группами, привели к единой системе расчётов и проверки качества. База предназначена для разработки моделей, которые оценивают поступление азота в природные территории и риск их перегрузки загрязнением.
Работу подготовили Тихо Йонгенелен, Маргрет ван Зантен и Ян Виллем Эрисман, представляющие Лейденский университет, Национальный институт общественного здоровья и окружающей среды Нидерландов и Вагенингенский университет. Статья опубликована в журнале Scientific Data.
Аммиак поступает в атмосферу, в частности, при содержании сельскохозяйственных животных и использовании азотных удобрений. Он участвует в образовании мелкодисперсных частиц, загрязняющих воздух. Попадая в экосистемы, соединения азота могут усиливать закисление почв и менять условия питания растений. Избыточное поступление азота способствует вытеснению видов, приспособленных к бедным почвам, и сокращению биоразнообразия.
Чтобы оценить такую нагрузку, недостаточно измерить концентрацию газа в воздухе. Необходимо установить, сколько аммиака переносится к поверхности почвы и растительности — либо, наоборот, выделяется с неё в атмосферу. Именно этот обмен измеряли участники исследований, вошедших в новую базу.
Направление переноса может меняться. Аммиак поглощается через устьица листьев, растворяется в росе и водной плёнке на растениях, поступает в почву. Но растения, почва и разлагающийся опад способны также выделять его. Результат зависит от температуры, влажности, кислотности и количества доступного азота, а также от концентрации аммиака в окружающем воздухе. Поэтому одну и ту же территорию нельзя постоянно считать только поглотителем или только источником газа.
Авторы собрали 18 наборов данных: шесть относятся к лесам, ещё двенадцать — к участкам с низкой растительностью и открытой почвой. Среди них — луга, верещатники, торфяники, дюны и сельскохозяйственные участки. Наблюдения проводились в Нидерландах, Великобритании, Германии, Бельгии, Дании, Италии, Венгрии и США.
Большая часть измерений приходится на северо-запад Европы, прежде всего на Нидерланды. Авторы связывают это с ранним развитием мониторинга в стране, где интенсивное сельское хозяйство создаёт значительную аммиачную нагрузку на природные территории. Российских площадок в представленном наборе, увы, нет нет.
В базу отбирали наблюдения с часовым или получасовым разрешением на участках без внесения удобрений. Такой выбор позволяет изучать фоновый обмен аммиаком, не смешивая его с резкими выбросами после удобрения почвы. При этом в набор вошли и сельскохозяйственные территории: отсутствие внесения удобрений — условие отбора данных, а не обозначение исключительно нетронутой природы.
Исходный массив содержал 74 262 записи. После стандартной фильтрации осталось 40 120, после более строгой — 38 422. Проверка исключала физически невозможные значения и учитывала условия, способные исказить результат: недостаточное перемешивание воздуха, препятствия на пути ветра, ограничения чувствительности приборов и аномальные скачки показаний.
Разница между исходными и отобранными данными показывает сложность измерений. Аммиак легко взаимодействует с поверхностями оборудования, а его перенос зависит от движения воздуха над растительностью. Даже небольшие различия в обработке наблюдений могут влиять на итоговые оценки.
Поэтому исследователи не ограничились объединением файлов. Для измерений, основанных на разнице концентраций газа на разных высотах, они заново рассчитали потоки по согласованным алгоритмам. Названия переменных и единицы измерения унифицировали, а исходные результаты сохранили для сравнения. Для записей предусмотрены признаки качества и, где это возможно, оценки неопределённости.
Площадки заметно различаются по уровню загрязнения. Средняя концентрация аммиака на итальянском участке Bosco Fontana составляла около 29,8 микрограмма на кубометр. На датской площадке Soroe — около 0,56 микрограмма, а в одном из наборов наблюдений на британском участке Auchencorth Moss — 0,39 микрограмма. Эти значения относятся к разным местам и периодам наблюдений; они позволяют проверять модели в условиях различной аммиачной нагрузки.
Различается и направление обмена. Для большинства площадок характерно осаждение аммиака из атмосферы. Однако на лугу Cabauw в Нидерландах, луговом участке Duke Forest в США, датской лесной площадке Soroe и в наблюдениях на кукурузном поле Lelystad за 2010 год нередко регистрировали выделение газа. Это важное условие для расчётов: модель должна воспроизводить оба направления переноса.
Практическая задача базы — дать разработчикам моделей общий проверочный материал. С его помощью можно сопоставлять расчётные и измеренные потоки, выяснять причины расхождений и уточнять влияние погоды, почвы и растительности. Такие модели используются для оценки азотной нагрузки на экосистемы и её сопоставления с критическими уровнями — количеством поступающего азота, выше которого возрастает риск неблагоприятных изменений.
Вместе с аммиачными измерениями база включает доступные для отдельных площадок сведения об осадках, влажности листьев и почвы, температуре и других условиях среды. Это позволяет исследовать причины изменения потоков, а не только сравнивать их величину.
Данные и пример кода для работы с ними размещены в открытом репозитории Zenodo. Долгосрочное сопровождение базы возьмёт на себя Национальный институт общественного здоровья и окружающей среды Нидерландов. Авторы подчёркивают, что массив не охватывает все существующие измерения: его география и состав ограничены доступностью исходных данных. Новая работа создаёт основу для более сопоставимых расчётов, но сама по себе не является глобальной оценкой аммиачного загрязнения.
