Чем дышали алматинцы: уровень загрязнения воздуха NO₂ в 2023–2024

Диоксид азота: невидимая угроза, которую мы вдыхаем каждый день

Мы привыкли думать, что воздух в Алматы становится “плохим” только зимой – это хорошо видно в приложении AirVisual или на сайте IQAir, показывающим преимущественно концентрацию твердых частиц PM2.5.

Но даже летом воздух в городе далек от чистого. В Алматы ежедневно передвигается более 600 тыс. автомобилей – и они остаются одним из серьезных источников загрязнения.

Воздух в Алматы содержит сотни загрязнителей: взвешенные частицы PM2.5 и PM10, диоксид серы, оксид углерода, диоксид и оксид азота, фенол, формальдегид, озон, кадмий, мышьяк, свинец, шестивалентный хром, никель, бензапирен, бензол, этилбензол, хлорбензол, параксилол, метаксилол, кумол, ортоксилол и другие.

Одним из наиболее токсичных и распространённых загрязнителей является NOx – это общее обозначение оксидов азота, включая диоксид азота (NO₂) и оксид азота (NO), образующихся преимущественно в процессе сгорания топлива. Среди них особую опасность представляет NO₂ – токсичный газ, который также способствует образованию вторичных PM2.5 и приземного озона – ключевых загрязнителей городского воздуха.

Фонд “Almaty Air Initiative” провел первое в Алматы исследование, охватывающее два года наблюдений за диоксидом азота – 2023 и 2024. 

Диоксид азота и его вред для здоровья человека

Согласно Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), длительное воздействие NO₂ связано с ухудшением функции легких, обострением астмы и повышением уровня госпитализаций по причине респираторных заболеваний. Особенно уязвимыми являются дети, пожилые люди и люди с хроническими болезнями дыхательной системы. Глобальное исследование 2022 года по связи концентраций NO₂ с детской астмой, подчеркивает, что около 16% случаев детской астмы были вызваны воздействием повышенных концентраций диоксида азота. Исследование китайских ученых подтверждает связь между длительным воздействием диоксида азота и онкологическими заболеваниями, такими как рак полости рта: через год после воздействия риск увеличивается на 7,2%, а через 3 года – на 11,5%. 

Диоксид азота (NO₂) также оказывает токсичное воздействие на мозг и центральную нервную систему: он связан с ухудшением памяти, внимания, снижением IQ у детей, повышенным риском нейродегенеративных заболеваний (включая деменцию), а также вызывает воспаление и оксидативный стресс в мозге, что повреждает нейроны и нарушает когнитивные функции.

Источники загрязнения: откуда берётся диоксид азота в Алматы

В условиях Алматы основным источником выбросов диоксида азота (NO₂) является автомобильный транспорт.

По данным МВД РК, 31% автопарка города – это машины старше 20 лет, не соответствующие современным экологическим стандартам. Многие из них эксплуатируются без каталитических нейтрализаторов, которые во многих странах являются обязательными для снижения выбросов оксидов азота и других токсичных соединений.

Ситуацию усугубляет и фиктивная система техосмотра, которая на протяжении многих лет не обеспечивала реального контроля за состоянием автомобилей и уровнем их выбросов. В результате – на дорогах Алматы продолжают передвигаться тысячи машин с неисправными выхлопными системами.

Помимо транспорта, свой вклад в загрязнение NO₂ вносят угольные ТЭЦ-2 и ТЭЦ-3, а также мелкие источники сжигания топлива – частные дома, котельные, бани и пр. 

Однако, в отличие от отопительного сезона, транспорт работает круглый год. Именно он оказывает наибольшее влияние на фоновое загрязнение диоксидом азота в течение всего года – в том числе летом, когда другие источники временно снижают активность.

Диоксид азота: официальные данные Казгидромет за 2024 год

Согласно официальным данным РГП «Казгидромет», в 2024 году в Алматы зафиксировано более 11 000 случаев превышения предельно допустимой концентрации (ПДК) диоксида азота. Это означает, что загрязнение превышало санитарные нормы в среднем около 900 раз в месяц, или примерно по 30 раз в день (максимально-разовая ПДК в Казахстане составляет 200 мкг/м³, а среднесуточная – 40 мкг/м³). Такие показатели указывают на систематическое присутствие загрязнения воздуха, угрожающего здоровью населения.

Для сравнения: согласно директивам качества воздуха Европейского союза, допускается не более 18 случаев превышения максимально-разовой концентрации NO₂ (200 мкг/м³ за 1 час) в течение календарного года. Это превышение допускается лишь как исключение – при редких неблагоприятных погодных условиях. В Алматы же подобные уровни наблюдаются на регулярной основе.

Таким образом, официальная статистика показывает: в Алматы наблюдается хроническое превышение безопасного уровня загрязнения диоксидом азота, и масштабы проблемы существенно выходят за пределы допустимого по международным стандартам.

Исследование Almaty Air Initiative

Чтобы оценить масштабы загрязнения диоксидом азота, мы проанализировали почасовые данные по концентрациям NO₂ с более чем 50 локаций в Алматы за 2023 и 2024 годы. Датчики были установлены в 2022 году в рамках программы Азиатского Банка Развития по мониторингу качества воздуха в Алматы. Мы оценили сезонные и недельные колебания загрязнения, сравнили результаты с международными стандартами, определили характерные суточные ритмы в разных районах города, а также сформулировали рекомендации по мониторингу и смягчению последствий загрязнения воздуха.

Превышение нормативов ВОЗ в 4 и более раз

Если сравнивать с нормативами ВОЗ, то среднегодовые показатели концентрации NO₂ выше в 4,6 раз в 2023 году и в 4,2 раза в 2024 году (см. табл. ниже). Мы сравнили показатели с нормами ВОЗ, потому что в Казахстане отсутствует официальная годовая норма для концентрации NO₂ (используются только среднесуточные и среднемесячные нормативы). 

Табл 1. Среднегодовые значения NO₂ и сравнение с нормой ВОЗ

Зимние значения NO₂ превышают летние

Зимой концентрации NO₂ в 2 раза выше, чем летом. В январе и декабре уровень диоксида азота достигает пиковых значений – почти 130 мкг/м³ в январе 2023 и около 105 мкг/м³ в декабре 2024, тогда как в летние месяцы он снижается до 35–45 мкг/м³.

Рис 1. Среднемесячная концентрация диоксида азота в 2023-2024 гг

Сезонная зависимость выражена четко. Наблюдается устойчивое снижение концентраций с января по июль и рост с октября по декабрь, что говорит о сильной зависимости уровня загрязнения от сезона.

Общая картина и характерные пики сохраняются как в 2023, так и в 2024 году, несмотря на небольшие различия в отдельных месяцах – это подтверждает надежность данных.

Такая ситуация объясняется несколькими причинами. Зимой в Алматы снижается уровень планетарного пограничного слоя и часто возникает температурная инверсия – теплый воздух сверху перекрывает холодный у земли, из-за чего загрязнения не рассеиваются. В этот же период усиливаются выбросы от сжигания угля – на ТЭЦ и в частных домах. Кроме того, зимой в долине снижается вентиляция воздуха из-за слабого ветра и застоя. Как и в случае с PM2.5, для диоксида азота характерны зимние пики и летнее снижение, что подчёркивает ухудшение качества воздуха именно в холодное время года.

Без чистых дней в году

На основе суточных данных можно посчитать количество «чистых» дней (ниже 25 мкг/м³) и «грязных» (превышение 25 мкг/м³). Даже в самые «чистые» периоды средние концентрации превышают краткосрочные рекомендации ВОЗ (25 мкг/м³ за сутки). 

Календарь загрязнения NO₂ в 2024 году: 

• В 2024 году ни один день не соответствовал норме Всемирной организации здравоохранения по концентрации NO₂ (менее 25 мкг/м³).
• 112 дней уровень загрязнения находился на умеренном уровне (25-40 мкг/м³), что выше нормы ВОЗ, но считается приемлемым по казахстанским стандартам.
• Большинство дней прошлого года находятся в “оранжевой” зоне — воздух в эти дни был опасен для уязвимых групп. В 207 день уровень NO₂ превышал 40 мкг/м³, что делает воздух нездоровым для чувствительных групп (дети, пожилые, астматики).
• Еще 47 дней, когда концентрация диоксида азота (NO₂) превышала 100 мкг/м³, что считается очень опасным уровнем загрязнения для всего населения, независимо от возраста и состояния здоровья.

Зимой грязно, летом – тоже: сравнение PM2.5 и NO₂

Для сравнения, изучим календарь загрязнения PM2.5. Количество “чистых” дней – дней, когда концентрация PM2.5 соответствует суточной норме ВОЗ в 15 мкг/м³  – в 2024 году в Алматы было намного больше – 164. 

Календарь загрязнения PM2.5 в 2024 году: 

По PM2.5 – 164 “чистых” дня, тогда как по NO₂ – всего 16 дней, что подчёркивает хронически высокий уровень диоксида азота и его серьёзную недооцененность как экологической угрозы.

В то время как загрязнение PM2.5 демонстрирует ярко выраженную сезонность (резкий рост зимой и спады летом), уровень NO₂ остается высоким в течение всего года, включая летние месяцы. Это говорит о транспортной природе загрязнения диоксидом азота, в отличие от сезонных выбросов от отопления.

Самый грязный и самый чистый периоды

Самый грязный месяц: февраль 2024 года – 82 мкг/м³. Самые высокие среднегородские концентрации NO₂ были зафиксированы в середине февраля – три дня с критически высокими значениями, опасными для здоровья всех жителей города. Опираясь на данные, мы можем выделить топ-3 самых “грязных” дня по NO₂ в 2024 году.

• 17 февраля (163 мкг/м³) стал первым выраженным пиком года, обусловленным холодной погодой, отоплением и низким уровнем рассеивания в атмосфере.
• 19 февраля, средний уровень NO2 по всему городу достиг 165 мкг/м³, что указывает на устойчивую метеоситуацию, благоприятствующую накоплению загрязнителей.
• 20 февраля зарегистрирован абсолютный максимум средней по городу концентрации диоксида азота – 174 мкг/м³, в пять раз выше рекомендованной ВОЗ  суточной нормы.  

К сожалению, мы не располагаем достаточными аналитическими данными, чтобы сделать полный вывод, что стало причиной резкого повышения концентрации диоксида азота именно в эти дни прошлого года. 

Самый чистый месяц: май 2024 года – 34.5 мкг/м³.

Изменение суточных концентраций

В любое время года в будни концентрации NO₂ выше утром и вечером. Самое грязное  время суток – с 7:00 до 8:00 и с 20:00 до 21:00. На степень загрязнения влияет пограничный слой атмосферы – он либо “запирает” грязные частицы и газы у земли (утром и вечером), либо поднимается выше (днем) и дает возможность грязному воздуху выветриться.

Как меняются концентрации в разных частях города

На уровень загрязнения влияет топография и микрометеорология Алматы. 

Исходя из суточных ритмов загрязнения в городе выявлено два кластера: 

• северный (преимущественно, точки мониторинга в Алатауском, Жетысуском и Турксибском районах)
• южный (преимущественно, Бостандыкский, Медеуский и Ауэзовский район). 

В южном районе суточные колебания концентрации меньше, но уровень загрязнения немного выше, чем в северном, что скорее всего связано с меньшей продуваемостью и расположением самих датчиков относительно локальных источников. 

Ниже представлено их распределение по городу:

Кластер 1 –  точки темно-синего цвета, Кластер 2 – точки голубого цвета.

Суточные ритмы немного отличаются между локациями кластеров, что видно на графике ниже:

• Кластер 1 (тёмно-синий) – районы с умеренными пиками утром и вечером. Точки мониторинга NO₂ в северных районах города (Алатауский, Жетысуский, Турксибский) в большинстве своём относятся к этому кластеру. Также, часть точек этого кластера можно найти и в других районах города.
• Кластер 2 (голубой) – точкам данного кластера характерен менее проявленный спад концентраций в дневное время Большинство точек этого кластера расположены в южной части города – в частях Бостандыкского, Медеуского, Ауэзовского районов. 

Почему концентрация загрязнителей атмосферного воздуха следует именно такой динамике:

Исследование 2022 года демонстрирует, как уровень планетарного пограничного слоя (ППС) – показанный чёрной линией на графике – меняется в течение года и суток в Алматы. Эти изменения напрямую влияют на концентрации загрязняющих веществ.

В утренние и вечерние часы, когда ППС находится на минимальной высоте, воздух у поверхности становится «заперт» – загрязняющие вещества скапливаются, так как отсутствует вертикальное перемешивание. С восходом солнца этот приземный атмосферный слой прогревается, ППС поднимается, и загрязнения начинают активнее рассеиваться, снижая концентрации у земли. По вечерам, наоборот, слой резко опускается – и снова наблюдается рост загрязнений.

Такая суточная «волна» особенно хорошо видна при анализе PM2.5 (см. по ссылке) – и аналогичный суточный рисунок мы наблюдаем и для диоксида азота, как показано на графиках выше. Это подтверждает, что поведение загрязнителей тесно связано с динамикой ППС – они накапливаются ночью и утром, когда слой сжат, и рассеиваются днём при его подъеме.

Иными словами, суточные колебания загрязненности воздуха обусловлены не только выбросами, но и физикой атмосферы.

Средняя концентрация NO₂ по дням недели

В будни концентрации незначительно выше, особенно утром и вечером. В выходные дни пики сглаживаются, особенно в тёплый сезон. Средние уровни по кластерам сопоставимы, но в Кластере 2 значения стабильно выше на 1–2 мкг/м³ в каждый день недели. Различия в концентрациях между буднями и выходными могут быть связаны с уменьшением трафика в выходные, увеличением сжигания угля в банях, и др. Чтобы разобраться с этим, стоит взглянуть на суточную динамику в разрезе дней недель.

Суточная динамика по дням недели

Пиковые значения в будние дни могут быть связаны с увеличением утренней и вечерней транспортной активности. Относительное снижение транспортной активности в середине дня вкупе с повышением уровня ППС, объясняет проседание в кривой концентраций NO₂. 

В предыдущем исследовании, мы показывали, что уровни PM2.5 в Бостандыкском и Медеуском районах поднимались в течение дня, формируя характерный “холм”. Это связано с тем, что PM2.5 более инерционен, подвержен накоплению и может активно поступать от локальных источников или транспортации в приземном слое атмосферы, особенно в дневное время. NO₂ же гораздо более летучий и быстрее реагирует на изменения в атмосфере, включая рассеивание. 

Суточные тенденции по кластерам сохраняются несмотря на смену сезонов, хотя наблюдается значительное снижение концентраций в теплое время года. 

Рекомендации по уменьшению загрязнения и защите здоровья:

Опыт мегаполисов, таких как Сеул, Мадрид и Лондон, показывает: сокращение выбросов диоксида азота (NO₂) – достижимая цель. Но для этого нужны системные меры, многие из которых актуальны и для Алматы:

• Развитие и доступность общественного транспорта на газе и электричестве. В Сеуле перевод автобусных парков на экологичные виды топлива стал одним из ключевых факторов снижения выбросов от транспорта.
• Переход с угольного отопления на газовое. Массовая газификация жилого сектора в Китае резко улучшила качество воздуха в зимний период. Алматы может повторить этот шаг, отказавшись от угля в частных домах и котельных.
• Установка фильтров на источники отопления и производства. Дополнительные системы очистки помогают сократить выбросы оксидов азота от крупных и мелких источников – от ТЭЦ до частных домохозяйств.
• Поощрение пешей и велосипедной мобильности, особенно на коротких дистанциях. Копенгаген и Амстердам стали примерами того, как изменение городской инфраструктуры снижает зависимость от автомобилей и уровень загрязнения воздуха.
• Усиление контроля за техосмотрами и выбросами на дорогах. В странах с более развитыми и сильными институтами, ежегодные тех. инспекции автомобилей (техосмотры) являются рабочим инструментом и не допускают экологически неисправные авто на улицы городов. В Сингапуре и Японии дополнительно используются интеллектуальные системы мониторинга, позволяющие выявлять загрязняющие автомобили в реальном времени.
• Введение зон с низкими выбросами (LEZ) на территории города. Лондон, Париж и Милан уже доказали, что такие зоны эффективно снижают концентрации NO₂ в воздухе и стимулируют переход на более экологичный транспорт.

Чтобы снизить вредное воздействие NOx на здоровье в условиях городской среды следуйте этим рекомендациям:

• Избегайте длительного пребывания рядом с оживленными дорогами, особенно в часы пик. Это касается как прогулок, так и летних террас или детских площадок, расположенных у проезжей части.
• Не занимайтесь спортом рядом с дорогами. Для прогулок и физической активности выбирайте парки, набережные или районы ближе к предгорьям.
• Следите за уровнем загрязнения воздуха с помощью мобильных приложений (например, IQAir или AirVisual) и избегайте активной физической нагрузки на улице в дни с высоким уровнем загрязнений.
• Проветривайте помещения в периоды, когда воздух чище – рано утром, поздно вечером или после дождя.
• Если вы живете рядом с дорогой, держите окна закрытыми в часы интенсивного трафика.
• Находясь в пробке, не открывайте окна. Загрязнение воздуха внутри машины в этом случае может быть на 40% выше, особенно рядом с «дымящими» авто.
• Используйте очистители воздуха дома, особенно в спальнях и детских комнатах.
• Поддерживайте своё авто в исправном состоянии и проходите технический осмотр вовремя – это вклад не только в своё здоровье, но и в чистоту воздуха для всех.

Эти простые шаги не только помогут защитить вас и вашу семью, но и будут способствовать формированию городской культуры, где чистый воздух – это норма, а не исключение.

Фонд Almaty Air Initiative выражает благодарность Clarity Movement, Азиатскому Банку Развития и ТОО ECO Almaty за предоставленные данные по диоксиду азота.