БЕО Мусала – Институт за ядрени изследвания и ядрена енергетика – БАН

БЕО Мусала

Базовата екологична обсерватория БЕО “Мусала” е инфраструктура на ИЯИЯЕ – БАН, която поради естествените си предимства на лаборатория, работеща на граничния слой на ниската тропосфера, има изключително ценно научно и практическо значение за измервания в областта на околната среда, включително на състояние на атмосферата – газов състав и аерозоли.

Изградена през 1959 като станция за измерване на космически лъчи, нейната област на действие беше разширена след реконструкциятаq направена с помощта на МОСВ през 1999-2000 г и преоборудване по проект от 6-та РП на ЕК, с изследвания в областта на състоянието на околната среда. На 2925 м. над морското равнище, в сърцето на Рила, се извършват измервания в реално време на елементи на газовия състав на атмосферата, на физични и оптични параметри на атмосферните аерозоли, както и измервания на вторични космически лъчи и радиоактивния фон. Като основен елемент на мисията на БЕО е подчертано нейното значение като източник на данни за ранно предупреждение в случай на техногенни замърсявания.

Разположение

Базова екологична обсерватория (БЕО) Мусала е разположена на най-високият връх на Балканския полуостров – вр. Мусала (2925.4 м н.в.., 42° 10’ 45’’ С, 23° 35’ 07’’ И) в Рила планина – централната част на Българската южна планинска област. Това е съоръжение с модерна инфраструктура за научни изследвания.

Обсерваторията се намира в свободната тропосфера през повечето време, което позволява провеждането на уникални експерименти и мониторинг на локалните и транс-граничните замърсители. Данните се съхраняват за извличане в реално време и за извършване на ретроспективни анализи и моделиране.

Съоръжения

БЕО „Мусала“ е двуетажна сграда в общо застроена площ 348 м2. На приземен етаж са разположени две помещения, обособени за лаборатории. Освен тях има две помещения, обособени за спални. На етажа е разположена и кухня със стая за домакин, два санитарни възела и два килера. Етажа задънва с трафопост, от който има авариен изход. На горен етаж, от който се влиза в станцията, са разположени две лаборатории, конферентна зала и малка спалня. От него се излиза на измервателна площадка, на която са разположени апаратурите, които са предназначени за работа на открито.

Цялата сграда е опакована с метални панели, които образуват Фарадеев кафез. Към БЕО „Мусала“ има две допълнителни помещения, в които са разположени дизелов генератор, който се включва автоматично при спиране на захранване и ГСМ. БЕО „Мусала“ е защитена с активна мълниезащита. Има изградена собствена интернет връзка чрез антена, насочена към сградата на ИЯИЯЕ-БАН, София.

Общо описание на апаратурата

БЕО Мусала е изследователски комплекс и качеството на данните е въпрос, който остава на фокус и изисква постоянни и непрекъснати усилия.

Устройствата за изследване на космическите лъчи, автоматичната метеорологична станция (АМС), газовите и аерозолните измервателни системи позволяват прецизно изследване на параметрите на атмосферата и космическите лъчи. Връзката между атмосферните събития и потока на космическите лъчи е перспективно поле за изследване.

Информационната система на БЕО Мусала включва измервателни системи, високочестотна телекомуникационна система и база данни, които могат да се използват на място или чрез дистанционен достъп от международната научна общност.

БЕО Мусала има дълга традиция като високопланинско научно съоръжение и нейното бъдеще зависи най-вече от процеса на научно сътрудничество и интеграция в глобалното изследователско пространство.

Изследването на високопланинските екологични параметри (метеорология, физика и химия на атмосферния въздух, фонова радиация и космически лъчи), измерено в БЕО Мусала дава възможност за комплексна оценка на антропогенните и биогенни въздействия върху климата.

Апаратура за измерване на аерозоли

Сканиращ аерозолен спектрометър – САС

Сканиращ аерозолен спектрометър - САС

Измерването на разпределението по размер и брой на частиците е една от най-важните задачи, описващи физическите свойства на аерозолните частици. Частиците показват големи разлики в броя и размерите в зависимост от местоположението им на възникване. През последното десетилетие, много изследователски групи започнаха да се занимават с измерване на разпределението на частиците по големина на различни места по света, като измервателните уреди работят в непрекъснат режим. Типичен пример за такова измервателно устройство е сканиращ аерозолен спектрометър (САС), включващо диференциален мобилен анализатор (ДМА), за избор на тесен размер на частиците, последвано от кондензационен брояч на частици (КБЧ) за броене на индивидуалните частици.

 

Нефелометър

Интегриран нефелометър Модел 3563 е предназначен за дългосрочно наблюдение на прозрачността и качеството на въздуха в наземни и въздушни проучвания. Той непрекъснато следи коефициента на разсейване на светлината от въздушните частици.

Изследванията доказват, че въздушните частици (аерозоли) се влияят от радиацията, достигаща земната повърхност. Този процес има преки последици върху глобалното затопляне и повишаването глобално на температурите. Нефелометърът измерва разсейването на светлината и поради това е идеалният инструмент за изучаване на този аспект на глобалното затопляне.

Абсорбционен фотометър – CLAP

Абсорбционен фотометър - CLAP

CLAP измерва погълнатата светлина на базата на филтър. Измерването се осъществява, чрез премине през цикъл от 8 филтърни точки на пробата и 2 референтни филтърни точки, което позволява на инструмента да работи в идеални условия (филтърна пропускливост, Tr, по-голяма от 0,7). CLAP използва филтри от стъклени влакна с диаметър 47мм.

Брояч на облакови кондензационни ядра – CCN

Брояч на облакови кондензационни ядра - CCN

CCN измерва аерозолни частици, наречени облакови кондензационни ядра (ОКЯ), които могат да образуват облачни капчици. Инструментът работи чрез пренасищане на проба въздух до точката, в която ОКЯ станат забележими частици, които след това са оразмеряват и разпределят в 20 под диапазона с помощта на оптичен брояч на частици. В CCN работи чрез поддържане на положителен температурна разлика между горната част на колоната и дъното. В горната част на колоната винаги започва при стайна температура или малко по-висока. За постигане на по-висока степен на пренасищане, са необходими температурни разлики от 20°С или повече.

Слънчев фотометър Microtops II

Слънчев фотометър Microtrops II

Слънчевите фотометри са специализирани радиометри с тясно полезрение за измерване на слънчевото излъчване. Те обикновено имат между 6 и 10 точно определени спектрални ленти, всяка от порядъка на 10 nm. Измерванията от слънчевия фотометър могат да се използва за възстановяване на атмосферни параметри като: аерозолна оптична дълбочина, количество водна пара, разпределение на небесното излъчване и количество озон. Разпределението на обема и размера на аерозола може да се получи, чрез инверсно моделиране на стойността на аерозолна оптична дълбочина. На фиг. 1 са показани средните дневни стойности на общото съдържание на озон измерен с MICROTOPS през 2016-2019 г. в БЕО Мусала.

Средно дневно съдържание на озон

Фиг. 1 Средно дневно съдържание на озон на вр. Мусала

Апаратура за измерване на атмосферни газове

NO2 NO NOx (AC32M “Environnement”)

NO2 NO NOx (AC32M “Environnement”)

Анализатор модел AC32M на база хемилуминесценция с възможности за измерване на азотните оксиди при ppb нива. Приложен към измерване на азотни оксиди, хемилуминисценцията съответства на окислението на NO молекули чрез О3 молекули. Връщането към фундаменталното електронно състояние на възбудените NO2 молекулите се извършва чрез луминесцентна радиация, регистрирана от фотоелектронен умножител.

CO2 (CO12M “Environnement”)

CO2 (CO12M “Environnement”)

Анализаторът е разработен да отговори на изискването на клиентите за намалена и лесна поддръжка. Оборудван е със запечатани газови клетки, намиращи се в херметически затворен термос, регулиращ модула за измерване, CO12M съчетава мощен и лесен за използване интерфейс с най-съвременни компоненти и технология на дизайна. Концентрацията на CO2 пробата се определя чрез измерване колко инфрачервена светлина газовата проба поглъща когато тя преминава през многоклетъчен пръстен запълнен от едната страна с референтна CO2 клетка (референтен лъч), а от другата страна с празна клетка.

 PICCARO G2301

Газов анализатор Piccaro G2301

Анализаторът е предназначен за прецизно едновременно измерване на въглероден двуокис (СО2), метан (СН4) и водни пари (Н2О) с много голяма чувствителност (до 1 на милиард – ppb).  Апаратурата е в съответствие с международните изисквания за наблюдение на атмосферния атмосфер на WMO и ICOS. Измерванията се осъществяват с помощта на патентована технология Picarro cavity ring-down spectroscopy (CRDS).

На фиг. 2 са показани фоновите концентрации на метан на вр. Мусала, на фиг. 3 – фоновите концентрации на въглероден двуокисуокис във времевия диапазон септември 2019 г. – януари 2020 г.

На фиг. 4 са показани дневните цикли за въглеродния друокис за месеците септември и октомври 2019 г.

Фонови концентрации на метан на вр. Мусала

Фиг. 2. Фонови концентрации на метан (СН4) на вр. Мусала

Фиг. 3. Фонови концентрации на въглероден двуокис (СО2) на вр. Мусала

Дневни цикли на СО2 на вр. Мусала

Фиг. 4 Дневни цикли на съдържанието на въглероден двуокис (СО2) в атмосферата на вр. Мусала