THE IMPACT OF A TYPICAL DUST STORM IN THE SOUTHERN ARAL SEA REGION ON AIR QUALITY

УДК 551.511.3+504.3

Аннотация

В статье представлено исследование и мониторинг влияния солевой пыли с осушенного дна Аральского моря и их последствие. Исследование основано на данных наземного мониторинга в г. Нукусе и пригородной зоне с использованием счетчиков аэрозольных частиц (АЗ-10-03 (от 0.3 до 5.0 мкм)), а также спутниковых и синоптических материалов. Установлено, что во время пылевой бури концентрации пыли в пригороде превышают городские показатели на 20 % по массовой концентрации. Зафиксированы значительные превышения ПДК: до 7,2 раза для PM₁₀ и до 13,5 раза для PM_2,5. Показано, что мелкодисперсные частицы обладают более длительным временем осаждения и сохраняются в атмосфере до нескольких суток и недель. Полученные результаты подтверждают высокую экологическую опасность средних пылевых бурь Южного Приаралья и необходимость оперативного мониторинга и предупреждения населения о рисках для здоровья.

Исследование проведено в рамках Программы фундаментальных исследований Академии наук Республики Узбекистан и проектов Министерства высшего образования, науки и инноваций Республики Узбекистан AL392103042 «Моделирование эколого-метеорологических процессов в зонах опустынивания Южного Приаралья, приводящих к потеплению регионального климата» и AL-9424104882 «Количественная оценка метеорологических и экологических условий прогноза пылевых бурь на осушенном дне Аральского моря».

Abstract

This article presents a study and monitoring of the impact of salt dust from the dried Aral Seabed and its consequences. The study is based on ground-based monitoring data in Nukus and the surrounding area using aerosol particle counters (AZ-10-03 (0.3 to 5.0 µm)), as well as satellite and synoptic data. It was found that during a dust storm, dust concentrations in the suburbs exceed urban levels by 20 % by mass concentration.

Significant excesses of maximum permissible concentrations were recorded: up to 7.2 times for PM10 and up to 13.5 times for PM2.5. Fine particles were shown to have a longer settling time and persist in the atmosphere for several days and weeks. These results confirm the high environmental hazard of medium-sized dust storms in the Southern Aral Sea region and the need for prompt monitoring and public health warnings.

The study was conducted within the framework of the Fundamental Research Program of the Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan and projects of the Ministry of Higher Education, Science and Innovation of the Republic of Uzbekistan AL392103042 «Modeling of ecological and meteorological processes in the desertification zones of the Southern Aral Sea region leading to warming of the regional climate» and AL-9424104882 «Quantitative assessment of meteorological and ecological conditions for forecasting dust storms on the dried bed of the Aral Sea».

Ключевые слова: Cолепылевые бури; Усыхание Арала; вынос солей; корреляция; массовая концентрация.

Keywords: salt dust storms; Aral Sea desiccation; salt transport; correlation; mass concentration.

Введение

Актуальность.  Возрастающая во всем «поясе пустынь» планеты (Северная Африка, Ближний и Средний Восток, Центральная и Восточная Азия) повторяемость пылевых бурь обусловливает интенсификацию исследований пылевых явлений. Актуальность изучения пылевых бурь определяется множеством их негативных воздействий на окружающую среду, главными из которых признано ухудшение здоровья населения и снижение видимости как фактор риска для авиа- и автотранспорта.

Ввиду особо негативного значения для здоровья мелкодисперсной пыли Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ) установлены стандарты качества воздуха: суточной ПДК для частиц с размерами меньше 10 мкм (РМ₁₀) и частиц с размерами меньше 2,5 мкм (РМ_2,5), которые соответственно равны 300 и 60 мкг/м³. Отметим, что ПДК РМ_2,5 установлена относительно недавно, когда были выявлены наибольшие риски для здоровья этой фракции пыли [1, 8, 11, 12]. Мелкодисперсная пыль кроме почвенных частиц содержит микрочастицы тяжёлых металов, органику, микробы.

Подавляющее большинство исследований пылевых бурь проводятся методами ДЗЗ, реже моделирования с отслеживанием таких макрохарактеристик, как траектория шлейфа и концентрация пыли во всем атмосферном столбе. К тому же в основном рассматриваются случаи экстремальных пылевых бурь. В то же время, по нашему мнению, практически важнее информация об изменениях качества воздуха на уровне жизнедеятельности во время чаще повторяющихся «средних» пылевых бурь (со шлейфами 300-500км).

 В данной статье представлены результаты мониторинга пылевой бури 22.08.2025, которую можно считать типичной на основе статистического анализа средних пылевых бурь в Южном Приаралье, произошедших в 2021 – 2025 гг. Данные мониторинга включают динамику метеопараметров, продолжительность пылевой бури, концентрации мелкодисперсной пыли, время осаждения пылевых частиц с дифференциацией их размеров.

Научную новизну данного когнитивно-мониторингового исследования определяют установленные связи мелкодисперсной пыли с предельно допустимыми концентрациями (ПДК), ввод понятия времени релаксации пылевой бури, а также такие региональные особенности как обширные пустынные территории, обусловливающие множественность очагов пыления по периферии циклона.

Методы и метеорологические условия. Режим конкретной пылевой бури, произошедшей 22.08.2025г. изучался в г.Нукусе с привлечением спутниковых снимков, синоптических карт, приборов для измерения концентрации пыли (счетчик аэрозольных частиц SorhisSX-L301T), скорости ветра, температуры и влажности воздуха.

Пылевая буря 22.08.2025 г. вызвана развитием южного Мургабского циклона с направлением на северо-восток (рис.1). Данная форма развития фронтального циклона, описанная в работах по внетропической циклонической климатологии [2, 3, 5], особенно характерна для жарких пустынь средних и высоких широт и связана с формированием системы низкого давления на восточной периферии синоптической ложбины [4, 7, 6].

Рисунок 1. Спутниковый снимок пылевой бури [9]

Основные очаги пыли, как видно на рис.1 и синоптических картах (рис.2) находятся в Каракумах на севере Туркменистана и на юго-западе осушенного дна Аральского моря, на периферии циклона с максимальными скоростями ветра. Северо-восток Устюрта не «пылит» ввиду прошедших накануне небольших осадков.

Рисунок 2. Синоптические карты развития циклона в 8ч. и 11ч. по местному времени (кружочки – очаги пыления)

Что касается неоднородности поля ветра в регионе, на метеостанциях Каракалпакия и Жаслык 22-августа преобладали ветры северного и северо-восточного направления, максимальная скорость ветра достигала 20 – 25 м/c. В Кунграде наблюдался северный ветер с максимальной скоростью 20 м/c. На метеостанции Муйнак скорость ветра 5 – 10 м/c, направление ветра северное. На Чимбайской и Тахтакупырской метеостанциях в основном направление ветра северо-восточное, скорость ветра 7 – 12 м/c. В остальных центральных и южных районах направление ветра южное и юго-западное, скорость ветра 7 – 10 м/c.

Результаты

В течение пылевой бури были проведены замеры концентрации пыли и метеоусловий в центре г. Нукуса и в пригороде (рис.3), чтобы определить разницу параметров воздуха при пылевых бурях в городских условиях (а) и на открытой местности (б).

Рисунок 3. Запыленность воздуха в центре г.Нукуса (а) в 12:55 часов и в пригороде (б) в 13:30 часов 22.08.2025 г

Результаты измерения концентрации пыли (табл.1) показали незначительное (9 %) преобладание в сельской местности счетной концентрации субмикронных частиц и более существенное (20 %) – общей массовой концентрации пыли. При переводе счетной концентрации пыли в массовую концентрацию плотность частиц, как общепринято [13, 10], считалась равной 2,65 г/см³.

Таблица 1. Счетная и массовая концентрации пыли в центре Нукуса и в пригороде

Графическое отображение табл.1 (рис.4) наглядно демонстрирует преобладание концентрации пыли в пригороде для всех ее фракций по размерам.

По таблице 2 можно заключить, что превышение ПДК фракцией РМ_2,5 в 2 раза больше превышения ПДК фракцией пыли РМ_10.

Таблица 2. Динамика состава пыли в течение пылевой бури

Данные табл.2 также указывают на динамику состава пыли в течение пылевой бури, причем мелкодисперсная пыль в целом более динамична, нежели ее фракция РМ_2,5 (рис.4)_. Различия в динамике концентрации обусловлены различиями в динамике распространения частиц разных размеров, которая в свою очередь зависит от скорости гравитационного осаждения (рис.5). Очевидно, чем мельче частица, тем больше время осаждения, а также область распространения как по вертикали, так и по горизонтали.

Рисуноук 4. Динамика концентрации РМ_2,5 и РМ₁₀

Цикл осаждения пыли после пылевой бури имеет важное значение для оценки ее экологических последствий. В связи с трудностями прогнозирования пылевых бурь в Узбекистане отсутствуют МЧС-предупреждения по этим метеорологическим явлениям. Тем не менее для населения необходима оперативная информация о продолжительности времени с рисками для здоровья, т.е. времени с превышением суточных ПДК, названном нами временем релаксации пылевой бури. С целью его определения проведены замеры концентрации пыли в тех же точках (г.Нукус и пригород Кум-аул) через 1 и 2 суток после пылевой бури. Результаты мониторинга, отраженные на рис.5, показывают, что РМ₁₀/ПДК становится меньше 1 через сутки после начала пылевой бури, а РМ_2,5/ПДК – только через 2,5 суток. Субмикронные частицы остаются в воздухе в течение 1 – 2 недель.

Рисунок 5. Динамика отношения содержания РМ₁₀ и РМ_2,5 к соответствующим ПДК

По фактическим данным измерений концентрации пыли можно сделать выводы о динамике концентрации пыли и времени осаждения частиц пыли разных размеров (рис.5). Прогнозные (экстраполяция после 17:00) тренды динамики соотношений измеренных концентраций с ПДК показывают, что РМ10/ПДК становится меньше 1 через 1,5 суток после начала пылевой бури. Что касается и соотношения РМ2,5/ПДК, то оно становится меньше единицы только через 2,5 суток после начала пылевой бури. Субмикронные частицы остаются в воздухе в течение 1 – 2 недель.

Заключение. Опасность пылевых бурь сравнима с опасностью стихийных бедствий с той разницей, что проявления ее последствий, связанные с развитием болезней, более отдалённые. Закономерности аэродинамики переноса пыли указывают, что процесс осаждения мелкодисперсной пыли максимален в концевой части шлейфов пылевой бури (на расстоянии 200 – 500 км от очага). Таким образом для населения Южного Приаралья, сосредоточенного в Нижне-амударьинском оазисе, наиболее опасны пылевые бури с очагами в окружающих пустынях. Определенное в работе время релаксации средних пылевых бурь служит основанием для оперативной информации населения о необходимости принятия профилактических мер.

Список литературы:

1. Al-Hemoud A., Al-Dousari A., Al-Shatti A., Al-Khayat A., Malak B.M. Health Impact Assessment Associated with Exposure to PM10 and Dust Storms in Kuwait. Environmental Science. 2018.
2. Bluestein H.B. Synoptic-Dynamic Meteorology in Midlatitudes. Vol. 1. New York: Oxford University Press; 1992.
3. Dacre H.F., Martinez-Alvarado O., Mbengue C.O., et al. Extratropical cyclone characteristics in a warming climate. Nature Reviews Earth & Environment. 2023;4:414–428.
4. Extratropical cyclones. Encyclopaedia Britannica. Available from: [Электронный ресурс]. URL: https://www.britannica.com. (дата обращения 31.05.2026)
5. Holton J.R. An Introduction to Dynamic Meteorology. 4th ed. Burlington: Elsevier Academic Press; 2004 [Электронный ресурс].
6. Mid-latitude Frontal Cyclones. Geosciences LibreTexts. Available from: [Электронный ресурс]. URL: https://geo.libretexts.org. (дата обращения 31.05.2026)
7. Middleton N. Desert dust hazards: A global review. Aeolian Research. 2023;62:100876.
8. Miller L., Xu X. Ambient PM2.5 Human Health Effects–Findings in China and Research Directions. Atmosphere. 2018;9(11):424.
9. NASA. LAADS DAAC. Available from: [Электронный ресурс]. URL: https://lance.modaps.eosdis.nasa.gov. (дата обращения 31.05.2026)
10. Ryder C.L., et al. Coarse-mode mineral dust size distributions, composition and optical properties from AER-D aircraft measurements over the tropical eastern Atlantic. Atmospheric Chemistry and Physics. 2018;18:17225–17257. DOI: 10.5194/acp-18-17225-2018.
11. World Health Organization (WHO). WHO Global Air Quality Guidelines: Particulate Matter (PM2.5 and PM10), Ozone, Nitrogen Dioxide, Sulfur Dioxide and Carbon Monoxide. Geneva: WHO; 2021. 360 P. Geneva: WHO, 2021. – 360 с.
12. Xing Y.F., Xu Y.H., Shi M.H., Lian Y.X. The health effects of ambient PM2.5 and potential mechanisms. Ecotoxicology and Environmental Safety. 2016;128:67–74.
13. Zamalieva A.T., Ziganshin M.G. [Improving the energy and environmental efficiency of gas-cleaning systems at thermal power plants]. Izvestiya Tomskogo politekhnicheskogo universiteta. Inzhiniring georesursov. 2019;330(9):143–153. (In Russ.).