Гл. ас. д-р Анастасия Стойчева, НИМХ: Пустинните райони на Северна Африка са основен източник на сахарски прах за Европа

  • Какво представлява явлението прах от Сахара?

Пясъчните и прашни бури представляват метеорологични явления, свързани с наличие на силни приземни ветрове, които в пустинни или сухи райони водят до увличане на минерални частици от земната повърхност в ниските слоеве на атмосферата. Веднъж попаднали във въздуха тези минерални частици се пренасят с въздушните течения и могат, при благоприятни метеорологични условия, да се разпространят  на големи разстояния – стотици и хиляди километри. По време на преноса минералните частици търпят химични и физични трансформации. Очистването им от атмосферата става посредством валеж (т. нар. мокро отлагане – тогава се наблюдава оцветен валеж – дъжд или сняг), или чрез утаяване (сухо отлагане). 

Пустинните райони на Северна Африка са основен източник на пустинен прах за Европа. Около 50 % от сахарския прах достига до Европа, като в най-голяма степен са засегнати страните от южната част на континента.

  • Какъв е съставът на сахарския прах?

Пустинният прах има минерален произход. Може да съдържа редица елементи, както и органични съединения, полени и микроорганизми. Най-разпространените елементи в пустинния прах са силиций, алуминий, желязо, калий, глинести материали, алуминосиликати.  Много от тези елементи се намират и в проби от прах, взет от земната повърхност у нас. За да се разграничи доколко има принос пустинният прах, е необходим допълнителен, разширен, експертен анализ.

  • Сахарски прах или пясък се наблюдава в България? Кое е по-точно?

По-правилно за България е да се говори за пренос на пустинен прах.

Пустинните частици се характеризират с асиметрична форма, различни размери, специфичен химически състав и оптични параметри. От размера на пустинните частици от сахарски произход  се определя и дали става дума за пясък или за прах. Под пясък се разбират по-големи частици, те се утаяват близо до източника на възникване на бурята. По-малките частици – пустинен прах, достигат до по-големи разстояния, включително и до България. За типичен размер на прашни частици, пренасяни над Средиземноморието, обикновено се посочва аеродинамичен диаметър между 0.1 и 20 µm.

  • Опасен ли е сахарският прах или т. нар. пустинен прах?

Минералните частици с пустинен произход оказват влияние на човешкото здраве и на редица социално икономически дейности. Пустинният прах допринася за повишаване на концентрациите на фините прахови частици (ФПЧ) в приземния слой на атмосферата, като може до доведе до значително влошаване на качеството на атмосферния въздух (КАВ) и да провокира или задълбочи хронични дихателни, кардиологични и други здравословни проблеми. Преносът на пустинен прах е важен за авиацията, както заради намалена видимост, така и заради вероятността от повреди в двигателите. Производството на фотоволтаична енергия също може да бъде съществено повлияно, доколкото по-висока запрашеност на слънчевите панели води до спад в ефективността им. Отлагането на пустинен прах (сухо или посредством валежи) влияе върху земеделските култури, състоянието на екосистемите и биоразнообразието, включително и на морската среда. Не на последно място трябва да се отбележи ролята на минералните аерозоли с пустинен произход върху времето и климата, като ефектите са от различно естество и засягат радиационния баланс на Земята, облакообразуването, оптичните свойства на атмосферата и др.

  • Често ли са случаите с пренос на сахарски прах към страната и през кои сезони?

За честота на дадено явление може да се говори като се проследява по-голям период от време. Чужди автори са правили оценка за честота за Средиземноморския район за многогодишен период. За България е оценено, че случаите с пренос на прах от Сахара в периода (2005 – 2010). са 21% на годишна база, но те се базират само на данни от една станция (данни за фини прахови частици при земята измерени на станцията на ИАОС на Рожен). По изследвания на НИМХ за 2022 г.  дните с пренос на пустинен прах, при които се засяга коя да е част от страната са около 40% или в 153 дни от годината има циркулационни условия за такъв пренос (на база комбиниран анализ на спътникови и моделни данни за различни височини и различни части на страната).

С най-голяма честота преносът на пустинен прах от района на Сахара към България е през пролетните месеци – март –май. През 2022 г. най-много дни със сахарски пренос, 18, е имало през април, а най-малко, 8 дни – през януари. За сравнение с 2023 г. броят дни е 143. Месецът с най-много дни с такъв пренос е октомври – 24, а най-малко дни с пренос на сахарски прах има през декември – 5.

Прави впечатление, че през последните години югозападен пренос, благоприятстващ пренос на сахарски прах над България, има през всички месеци от годината. Като цяло особеностите на атмосферната циркулация, както и при останалите прояви на метеорологичното време у нас, определят режима и честотата на поява на прах от Сахара над страната ни.

  • Какви методи се използват за наблюдение на пустинен прах?

В стандартните мрежи за наблюдения на качество на атмосферния въздух не се правят регулярни измервания за пустинен прах. Измерват се концентрации на фини прахови частици ФПЧ, съответно с аеродинамичен диаметър по-малък от 2.5  µm (ФПЧ2.5) и по-малък от 10 µm (ФПЧ10). От анализ на тези концентрации може да се направи само много груба оценка дали има влияние на пустинен прах. Изследване на елементите и химическия състав  на проби от ФПЧ10  позволява да се идентифицира наличие на пустинен прах в конкретното място, където са направени наблюденията. Този метод е скъп, изисква висока квалификация за интерпретиране на резултатите и е трудно приложим като част от стандартната процедура за измервания на ФПЧ10

Други методи за наблюдения за наличие на пустинен аерозол в атмосферата са дистанционните измервания от инструменти, разположени на земята, или от такива, инсталирани на спътници. Тези измервания се основават на оптичните и абсорбционни характеристики на аерозолите, като за пустинен аерозол се използват специално разработени комплексни алгоритми за интерпретация на данните от различни източници. При дистанционните методи се определя не пряко концентрация на пустинен аерозол, а една интегрална характеристика за наличие на аерозоли в цялата атмосферна колона над дадена точка от земната повърхност. Тази интеграла характеристика е така наречената оптична дебелина на аерозолите AOD.  Този интегрален параметър характеризира натовареността на атмосферата с всякакви аерозоли, без да прави разлика за типа им (вулканични, морски пръски, антропогенни и др.). С комплексни алгоритми и все по-новите дистанционни измервания може да се даде оценка за стойността на този параметър само заради наличие на пустинен прах (DAOD). DAOD е параметър, свързан с намаляване на интензитета на слънчевите лъчи заради наличие на пустинен прах. Пустинният аерозол може да блокира слънчевото греене чрез механизми на абсорбция (поглъщане) или разсейване. DAOD дава информация каква част от пряката слънчева радиация е възпрепятствана да достигне до земната повърхност заради наличие на пустинен прах. Това е безразмерна величина и се отнася до това колко е общото количество пустинен аерозол в атмосферния стълб на конкретно място от земната повърхност.

Има и други много специфични методи – като измервания на аерозоли от самолети, но те са по-скоро рядко и имат ограничен във времето обхват (кампаниен характер).

Може накратко да обобщим, че измерванията за пустинен прах на приземно ниво не се правят регулярно в мрежите за качество на атмосферния въздух. Има специфични измервания, които са свързани с химичен състав на проби от ФПЧ, или с оптичните характеристики на аерозолите, които индиректно могат да покажат наличие на пустинни частици.

  • Какво представляват числените модели за пренос на сахарски прах?

Числените модели са комплексни системи, които отчитат атмосферната динамика, източниците, химическите трансформации и отлаганията на голям брой замърсители и различен вид аерозоли, включително и такива с пустинен произход.  Те позволяват да се правят прогнози за концентрациите на пустинен прах за 4-5 дни, като проследяването на часовите стойности показва развитието на епизодите с пренос на пустинен прах, чието разпределение в пространствено отношение е силно нееднородно. Обикновено резултатите от числените модели се онагледяват с карти, които показват очакваните концентрации на пустинен прах над определена територия.  Съществуват редица числени модели, които дават подобни прогнози. За района на Европа и Северна Африка най-голяма популярност имат: а) моделите в рамките на програмата на ЕС за наблюдение на Земята – CAMS (Copernicus Atmosphere Monitoring Service), т.е. програмата Коперник от услугите за наблюдение на атмосферата; б) моделите на Регионалния център на Световната метеорологична организация в Барселона (WMO-SDS-WAS-Barcelona) за прогноза и предупреждения при прашни и пустинни бури; в) моделът Skiron, разработен в Университета в Атина. Предимството на моделите от CAMS и WMO-SDS-WAS-Barcelona е, че формират ансамбъл от отделни модели, което значително намалява грешките при прогнозите. В тези модели се усвояват и данни от измервания, което също води до по-малки грешки в числените прогнози.

  • В прогнозите на НИМХ за пустинен прах, които отскоро са налични заедно с прогнози на други замърсители, какви модели се използват?

От няколко месеца на сайта на НИМХ https://airquality.meteo.bg/ могат да се намерят прогнози за концентрациите над страната на така наречените ключови замърсители (ФПЧ10, ФПЧ2.5, NO2, O3, SO2), но също и на пустинен прах и полени. Картите онагледяват резултатите от модели на Услугата за мониторинг на атмосферата (CAMS) на системата Коперник. Използват се два вида числени модели: а) регионален модел (CAMS-ENS) за качество на атмосферния въздух в Европа, който има пространствена резолюция от 10 км. Това всъщност е ансамбъл от 11 различни модела; б) глобалният модел на CAMS (CAMS-global) с пространствена резолюция 40 км.

Относно пустинен прах се използват резултатите от регионалния модел за концентрации на различни височини за 72 часа напред, а от глобалния модел се използват резултатите за интегралния параметър DAOD.

Прогнозите, които правим са резултат от общата работа на голям екип в НИМХ. Някои от тях са:

гл. ас. д-р Анастасия Стойчева, проф. д-р Емилия Георгиева, доц. д-р Татяна Спасова, доц. д-р Елена Христова, Христина Кирова /експерт физик/.

433998221 2079230979143473 4405866464429144888 n
  • Каква е точността на моделите от CAMS – програма Коперник при прогнозите на сахарски прах?

Качествата на резултатите от моделите на CAMS се оценяват от международни научни колективи по много стриктен протокол, на регулярна база. Анализите се оповестяват и интерактивно, и като документи на сайта на CAMS.

Оценяването, или валидирането, се прави на база сравнения с данни от измервания, но да припомним че пустинен прах не се мери. Използват се оценки за фини прахови частици с диаметър до 10 µm, ФПЧ10, защото пустинният прах се отразява най-вече на тези концентрации.  Измервания на ФПЧ10 се провеждат регулярно. Друг тип оценки са за оптична дебелина на аерозоли (AOD), параметър който се мери в специализирани научни мрежи (аеронет), и който с не-прости алгоритми дава индикация и за пустинен прах.

При валидирането се използват различни статистически параметри (ср. отклонение, ср. кв. грешка, корелация и др.) определени при сравняване на резултатите от моделите и от наблюденията. При това всеки параметър се изчислява за отделни сезони, месеци, може да се отнася за отделна станция или за съвкупност от станции, както и за различен ден на прогнозата.

Не е възможно да се даде едно число за кратък отговор, затова ще приведем за пример статистически параметри за грешка на регионалния модел за качество на въздуха в Европа (CAMS-ENS) относно ФПЧ10 за периода март-април-май 2023 г. Отклонението, средно за всички станции от фонов тип в Европа е в рамките на  ±12%.

За резултатите за страната ни, в НИМХ се работи по оценка за ФПЧ10 от регионалния модел, като се използват данни от станциите на ИАОС.

  • Какво показват картите за прогноза на пустинен прах, които виждаме на сайта на НИМХ?

Карти с прогнози за пустинен прах се намират на https://airquality.meteo.bg/. Те се основават на резултатите на моделите на CAMS и се отнасят за два параметъра: а) концентрации на пустинен прах на различни височини, на база данни от регионалния модел CAMS-ENS и б) за интегралната характеристика за съдържание на пустинен аерозол в атмосферата DAOD на база резултати от глобалния модел на CAMS. Картите са за всеки час в рамките на следващите 3 дни. Потребителят може да избере и показване на карти за средноденонощни концентрации. Това е полезно, когато се преглеждат и картите за ФПЧ10, защото позволява една бърза оценка доколко  пустинния прах допринася за повишени концентрации на ФПЧ. Има възможност да се избере и показване на карти за различни височини над земята (приземни ниво, 500, 1000, 3000 м). Тези карти отразяват често факта, че преносът на пустинен прах протича във височина и понякога именно във високите слоеве концентрациите могат да се по-високи отколкото при земята. 

Цветовете на картите дават информация за очакваното количество пустинен прах, като най-високите прогнозирани концентрации са по-топлите цветове (оранжево – червено). Наличието на сини цветове указва ниски прогнозирани концентрации. Когато не се прогнозира никакъв пустинен прах, картите са бели.

  •  Каква информация дава картата за сахарски прах във височина?

Картите за различни височини (приземно ниво, 500, 1000, 3000 м) дават информация за слоевете в атмосферата, в които въздушните маси са натоварени с пустинен прах. Преносът на пустинен прах се осъществява в няколко нива, които в зависимост от конкретната синоптична ситуация са различни, като за района на Балканския полуостров най-често стигат до около 3000 м. Нормално е най-напред да се забележи че има пренос на пустинен прах във височина. Размесването му в по-ниските атмосферни слоеве може да отнеме няколко дни, така че на приземни ниво концентрациите да са по-високи не в периодите, когато и във височина са високи.

За широкия кръг заинтересовани лица по замърсяване на атмосферата, най- информативни са прогнозите за приземните концентрации, където се осъществява нашият живот. Тези прогнози могат да укажат кога и къде в страната се очаква повишено замърсяване и на какъв замърсител. Прогнозите във височина са от интерес за по-любознателните, както и за експерти по метеорология, прогнози на времето, авиация, измервания с дистанционни методи.

Пример от прогнозата за 27.03.2024, в 07:00 UTC (или 09:00 часа зимно часово време в България), когато по-високи концентрации на пустинен прах има на 3000 м, отколкото при земята е представен съответно на Фиг. 1 и Фиг. 2.

image

Фиг. 1. Концентрация на пустинен прах на 27.03.2024 09ч  на височина 3000 м над земята

image 1

Фиг. 2. Концентрация на пустинен прах на 27.03.2024 09ч  на приземно ниво

И след няколко часа, на 28.03.2024, в 18:00 UTC, когато преносът е почти отминал във височина (Фиг. 3), но при земята в източната половина от страната все още има повишена концентрация на пустинен прах (Фиг. 4).

image 2

Фиг. 3. Концентрация на пустинен прах на 28.03.2024 20ч  на височина 3000 м над земята

image 3

Фиг. 4. Концентрация на пустинен прах на 28.03.2024 20ч  на приземно ниво

  • Полезен ли е сахарският прах за почвата и растенията?

Влиянието на пустинния прах върху почва и земеделски култури е многопосочно, НИМХ няма изследвания в тази област. От литературни източници знаем, че запрашването на листната маса може да наруши процеси на фотосинтезата, а отлагането на различни вещества, съдържащи се в пустинния прах, могат да внесат елементи, които да повлияят културите /или екосистемите/ по различен начин – да ги обогатят и подхранят за някои култури, докато за други могат да навредят. 

  • Какво ще посъветвате хората, които имат малки деца и бебета за дните, в които има сахарски прах? Опасно ли е да излизат навън на разходка?

НИМХ издава ежедневно както общи, така и специализирани прогнози за редица метеорологични и хидрометеорологични явления за страната, включително и за пренос на пустинен прах. Тези прогнози се разпространяват на заинтересовани министерства, организации и общини. Някои от тях имат правомощия и процедури за информиране и взимане на съответни подходящи мерки, които да ограничат потенциални негативни ефекти върху здравето при различни групи от населението.

Оставете коментар

Вашият имейл адрес няма да бъде публикуван.