Большое значение имеет лабораторный контроль за состоянием атмосферного воздуха населенных мест. Санитарно-эпидемиологические станции Министерства здравоохранения СССР на стационарных точках опре-деляют диффузное загрязнение атмосферного воздуха, ведут наблюдение на территории промышленных предприятий и вокруг них, изучают зональное распространение выбросов, осваивают и внедряют в практику новые методы определения различных, ингредиентов. Сотрудники станций обобщают результаты лабораторного исследования атмосферы для использования их в практической работе, издают совместно с местными органами Госкомгидромета ежемесячные бюллетени о состоянии воздушной среды городов. Государственному комитету СССР по гидрометеорологии и контролю природной среды (Госкомгидромет) и его органам на местах предоставлено право проверять соблюдение норм и правил по охране атмосферного воздуха предприятиями, учреждениями, организациями, стройками и другими объектами независимо от их ведомственной подчиненности, а также при нарушении вносить предложения остановить действующие производственные объекты. В наиболее крупных городах наблюдения за загрязнением воздуха ведутся одновременно в нескольких пунктах. Сеть контроля загрязнения воздуха имеет более тысячи стационарных и 500 мар-шрутных постов систематических наблюдений, а также подфакельные наблюдения, пункты которых выбираются в зависимости от направления ветра и других факторов. Она решает и оперативные и прогностические задачи оценки загрязнения воздушного бассейна вредными веществами. Программы включают ежесуточный трехразовый отбор проб на основные загрязняющие вещества: пыль, двуокись серы, двуокись азота, окись углерода, а также специфические—характерные для промышленных предприятий данного города.
Дальнейшее развитие получило и прогнозирование высоких уровней загрязнения атмосферного воздуха. Прогнозы составляются по 122 городам. В соответствии с ними более чем на тысяче крупных предприятий принимаются оперативные меры по уменьшению вредных выбросов. Новая обязанность Госкомгидромета— выявлять такие источники и вести надзор за соблюдением норм допустимых выбросов.
Должностным лицам комитета разрешено посещать и контролировать промышленные предприятия, а также налагать соответствующие санкции. Мукачевский завод комплектных лабораторий выпускает контрольно - измерительный комплекс для иссле-дования загрязнения атмосферы «Пост-1». Это—стационарная лаборатория. Ее услугами пользуются гидроме-теослужба, санитарно-эпидемиологические станции, промышленные предприятия. Она эффективно работает во многих городах страны. Комплекс оснащен автоматическими анализаторами для непрерывной регистрации загрязнения воздуха, имеет оборудование для отбора проб воздуха, которые анализируются в лаборатории. Кроме того, он выполняет и чисто метеорологические функции: измеряет скорость и направление ветра, температуру и влажность воздуха, атмосферное давление. В 1982 г. завод освоил производство станции «Воздух-1». Назначение станции то же, но проб она отбирает почти в 8 раз больше. Стало быть, повышается и объективность общей оценки состояния воздушного бассейна в радиусе действия станции. Автоматическая станция атмосферы берет на себя функции наблюдательного пункта автоматизированной системы наблюдений и контроля за состоянием атмосферы (АНКОС-А). Именно за такими системами будущее.
В Москве действует первая очередь экспериментальной системы АНКОС-А. Кроме метеорологических параметров (направление и скорость ветра) они измеряют содержание в воздухе окиси углерода и двуокиси серы. Создана новая модификация станции «АНКОС-А», которая определяет (кроме вышеупомянутых параметров) и содержание суммы углеводородов, озона и окислов азота. Информация от автоматических датчиков тут же поступит в диспетчерский центр, и ЭВМ в считанные секунды обработает сообщения с мест. Они будут использоваться для составления своеобразной карты состояния городского воздушного бассейна. И еще одно преимущество автоматизированной системы: она не просто будет осуществлять контроль, но и даст возможность научно прогнозировать состояние атмосферы в определенных районах города. А значение своевременного и точного прогноза велико. До сих пор фиксировали загрязнения, помогая тем самым устранять их. Прогноз позволит улучшить профилактическую работу, избежать.загрязнений атмосферы. Следить за чистотой воздуха—дело очень трудное. И прежде всего потому, что необходимы дистанционные методы ис-следования.
Первые попытки использовать световой луч для изучения атмосферы относятся к началу XX столетия, ко-гда с этой целью был применен мощный прожектор. С помощью прожекторного зондирования в дальнейшем были получены интересные сведения о строении земной атмосферы. Однако только появление принципиально новых источников света—лазеров—позволило использовать известные явления взаимодействия оптических волн с воздушной средой для исследования ее свойств. Что это за явления? Прежде всего к ним относится аэрозольное рассеяние. Распространяясь в земной атмосфере, лазерный луч интенсивно рассеивается аэрозолями—твердыми частицами, каплями и кристаллами облаков или туманов. Одновременно лазерный луч рассеивается и за счет колебаний плотности воздуха. Такой вид рассеяния называют молекулярным или релеевским— в честь английского физика Джона Релея, установившего законы рассеяния света. В спектре рассеяния света, кроме линий, характеризующих падающий свет, наблюдаются дополнительные, сопровождающие каждую из линий падающего излучения. Различие в частотах первичной и дополнительных линий характерно для каждого рассеивающего свет газа. Например, послав в атмосферу зеленый луч лазера, сведения об азоте можно получить, определив свойства возникающего красного излучения. Остановимся на принципиальном устройстве лазерного локатора—лидара—прибора, использующего лазер для зондирования атмосферы. Лидар по своему устройству напоминает радиолокатор, радар. Антенна радара принимает радиоизлучение, отраженное, например, от летящего самолета. А антенна лидара может принять световое лазерное излучение, отраженное не только от самолета, но и от инверсионного следа, возникающего за самолетом. Только антенна лидара представляет собой светоприемник—зеркало, телескоп либо объектив фотоаппарата, в фокусе которых расположен фотоприемник светового излучения.
Импульс лазера излучен в атмосферу. Длительность лазерного импульса ничтожна (в лидарах часто применяют лазеры с длительностью импульса, равной 30 миллиардным долям секунды). Это означает; что пространственная протяженность такого импульса составляет 4,5 м. Лазерный луч, в отличие от лучей других световых источников, по мере распространения в атмосфере расширяется незначительно. Поэтому светящийся зонд—импульс лазера в каждый момент времени—информирует о всем, что встретилось на его пути. Информация поступает практически мгновенно на антенну лидара—скорость лазерного зонда равна скорости света. Например, с момента лазерной вспышки до регистрации сигнала, вернувшегося с высоты 100 км, пройдет меньше тысяч-ной доли секунды. Представим, что на пути лазерного луча находится облако. За счет повышенной концентрации частиц в об-лаке число световых фотонов, рассеянных назад к лидару, увеличится. При работе с электроннолучевым устройством оператор будет наблюдать характерный импульс, аналогичный импульсу от цели при радиолокационном обзоре. Однако облако представляет собой диффузную цель с распределенными в пространстве каплями воды или кристаллами льда. Расстояние до первого сигнала определяет величины нижней границы облачности, последующие сигналы свидетельствуют о толщине облака и его структуре. Основываясь на известных закономерностях, по сигналу рассеяния лазерного излучения можно определить распространение водно-сти, получить сведения о кристаллах в облаке. В дальнейшем лидарная техника интенсивно развивалась. Современные лидары позволяют обнаруживать скопление частиц на высоте 100 км и более, следить за временной изменчивостью аэрозольных слоев.
Одним из самых перспективных применений лидаров является определение загрязнения воздушного бассейна городов. Лидары позволяют определять газовый состав непосредственно в шлейфах выбросов, на автострадах, по мере удаления источников выбросов. Чувствительность измерений, проводимых с помощью разработанных методов, высока. На приземных трассах протяженностью в сотни метров—километры удалось измерить концентрации двуокиси азота, сернистого ангидрида, озона, этилена, окиси углерода, аммиака. Если выбрать несколько опорных точек для установки лидара, то можно исследовать площадь в десятки квадратных километров. Получив таким образом картосхемы загрязнений, градостроители анализируют их и результаты используют в проектных работах. Каковы возможности лазерной локации? Просмотр картосхем дает объективную картину качества городского воздуха. Выявляются зоны повышенных концентраций, тенденции их распространения в зависимости от конкретных метеорологических факторов. Сопоставляя картосхемы загрязнений воздушного бассейна со схемами размещения промышленных предприятий, легко определить вклад каждого из них. На основе этих данных разрабатываются конкретные мероприятия, направленные на оздоровление воздушного бассейна. В пер-спективе возможно создание автоматизированной системы контроля качества атмосферы города.