W latach 2021-2023 Uniwersytet Wrocławski był liderem projektu „ACTRIS – Infrastruktura do badania aerozoli, chmur oraz gazów śladowych” finansowanego z Programu Operacyjnego Inteligentny Rozwój (POIR 4.2). Teraz trwa realizacja kolejnej jego edycji – ACTRIS-PL 2, tym razem pieniądze pochodzą z Funduszy Europejskich dla Nowoczesnej Gospodarki (FENG 2021–2027). Jest to nazwa nie tylko projektów, ale także szerszej sieci badawczej. Jak to w praktyce działa?

ACTRIS (z ang. Aerosol, Clouds and Trace Gases Research Infrastructure) to największa na świecie rozproszona infrastruktura do badań atmosferycznych. Uczestniczy w niej co najmniej 20 krajów i ponad 100 jednostek z całej Europy. Od 2023 roku ACTRIS działa jako konsorcjum europejskiej infrastruktury badawczej (ERIC), a Polska jest jednym z siedemnastu państw założycieli. Oznacza to, że nasz rząd formalnie podpisał porozumienie o przystąpieniu do ACTRIS, dzięki czemu jesteśmy jego pełnoprawnym członkiem. Na poziomie krajowym działają tzw. national facilities, czyli kluczowe jednostki badawcze, które dostarczają dane do europejskiego ACTRIS-a.

Aerozole, chmury, gazy śladowe zawieszone w atmosferze. Do czego służą pomiary tych komponentów?

Dysponujemy coraz lepszą infrastrukturą do ich pomiaru. Wyniki naszych badań pomagają zrozumieć, jak powstają aerozole, jak się przemieszczają i oddziałują z promieniowaniem słonecznym czy chmurami. Jest to kluczowe, by lepiej prognozować zjawiska atmosferyczne, sprawdzać jakość powietrza i przeciwdziałać skutkom zmian klimatu.

Aerozole atmosferyczne to drobne cząstki zawieszone w powietrzu. Są istotne z punktu widzenia zdrowia człowieka. Światowa Organizacja Zdrowia (WHO) szacuje, że z powodu narażenia na pył zawieszony (który jest częścią aerozoli) co roku dochodzi do 7-8 mln przedwczesnych zgonów na całym świecie. Ale aerozole odgrywają też ważną rolę w środowisku i oddziałują na klimat. Ograniczają widzialność, przyczyniają się do zakwaszania opadów i modyfikują procesy chemiczne w stratosferze, a przede wszystkim wpływają na powstawanie chmur, ich właściwości optyczne i czas życia, co w konsekwencji oddziałuje na klimat.

Chmury to para wodna, która kondensuje się w obecności cząstek aerozolowych (jąder kondensacji). Jako składnik atmosfery mogą też po prostu ograniczać ilość promieniowania słonecznego docierającego do powierzchni Ziemi. Większość aerozoli poprzez swe właściwości przyczynia się do ograniczenia efektu cieplarnianego.  

Możliwe jest jednak działanie odwrotne. Na przykład cząstki sadzy wzmagają efekt cieplarniany, zarówno po osadzeniu na powierzchni Ziemi, jak i w atmosferze. Zmniejszają albedo śniegu i lodu, a w powietrzu silnie pochłaniają promieniowanie słoneczne, co prowadzi do dodatniego wymuszenia radiacyjnego. Choć ich czas życia jest krótki, istotnie przyczyniają się do ocieplenia klimatu.

W jaki sposób te badania pomagają w prognozowaniu zjawisk atmosferycznych albo w ocenie zmian klimatu?

Podstawą ACTRIS są długoterminowe, systematyczne pomiary, prowadzone w sposób spójny i powtarzalny. Dzięki temu możemy analizować trendy w środowisku w zakresie składu atmosfery. Wykorzystujemy zarówno metody in-situ, jak i teledetekcyjne, które pozwalają prowadzić pomiary na odległość, także w pionowym profilu atmosfery. W ten sposób obserwujemy m.in. zachmurzenie, właściwości chmur, rozmieszczenie i właściwości aerozoli atmosferycznych.

Na naszych stacjach stosujemy m.in. lidary, które pozwalają na zbadanie  zmienności aerozoli, a także zawartości pary wodnej w profilu pionowym. Dzięki temu w ramach ACTRIS śledzimy transport cząstek w atmosferze: od napływu pyłu saharyjskiego, który coraz częściej dociera do Europy i rozprzestrzenia się w skali całego kontynentu, po cząstki pochodzące z pożarów w Kanadzie czy popiół wulkaniczny przemieszczający się z odległych regionów. Te dane lidarowe nie tylko pozwalają zobaczyć pionowy „przekrój” atmosfery, ale mogą służyć do walidacji danych satelitarnych, czy też  być wykorzystywane w modelach klimatycznych, poprawiając ich jakość i precyzję.

Danych do analizy dostarcza między innymi stacja w Strzyżowie w województwie podkarpackim. Jakie pomiary są tam prowadzone?

Stacja w Strzyżowie działa już od wielu lat, należy ona do Instytutu Geofizyki Uniwersytetu Wrocławskiego i od 2011 r. wchodzi w skład sieci Poland-AOD, która skupia się na pomiarach właściwości optycznych atmosfery i bilansu radiacyjnego przy powierzchni Ziemi. Położenie stacji z dala od lokalnych źródeł zanieczyszczeń atmosferycznych we wschodniej części kraju pozwala na analizowanie transportu aerozolu przemieszczającego się nad Polskę ze wschodu Europy, z Bliskiego Wschodu, Afryki. W ramach pierwszego projektu ACTRIS ta podkarpacka stacja została doposażona w lidar atmosferyczny, który umożliwia pomiary w profilu pionowym – nawet do kilkunastu kilometrów nad poziomem gruntu. Badamy rozpraszanie światła na cząstkach aerozoli, ich kształt, właściwości optyczne, a także zawartość pary wodnej.

Czy ten lidar rzeczywiście emituje taką laserową wiązkę światła, jak to widać na niektórych nocnych zdjęciach?

Tak, w przypadku większości lidarów – szczególnie tych o dużej mocy do sondowania pionowego – rzeczywiście widać zielony promień światła. To wiązka o długości fal 532 nm, to ona daje widzialne zielone światło. Mierzymy sygnał, który powraca do urządzenia – na tej podstawie analizujemy skład atmosfery. Ale warto wspomnieć, że w ramach konsorcjum ACTRIS-PL na Uniwersytecie Śląskim działa także mobilny lidar skanujący, który można ustawiać pod różnymi kątami – tak aby uzyskać bardziej kompleksowy obraz atmosfery.

Polskie konsorcjum ACTRIS-PL

Jest to zespół ośrodków naukowych i stacji pomiarowych wyposażonych w nowoczesną aparaturę. Dzięki nim naukowcy mogą śledzić pionowy profil aerozoli w atmosferze, analizować skład chmur czy badać dyspersję oraz transport zanieczyszczeń powietrza. Pracę konsorcjum koordynuje Instytut Geofizyki Państwowej Akademii Nauk. Koordynatorem konsorcjum jest prof. Aleksander Pietruczuk.

A czy mamy już konkretne efekty współpracy w ramach sieci ACTRIS-ERIC, które doprowadziły do realnych działań? Nie tylko w obszarze nauki, ale też na poziomie administracyjnym?

Tak, zdecydowanie. Jednym z ważnych działań jest projekt realizowany przy współpracy z Europejską Agencją Kosmiczną, który dotyczy kalibracji i walidacji danych satelitarnych. Wyniki pomiarów prowadzonych z powierzchni Ziemi porównujemy z danymi satelitarnymi.

ACTRIS ma też swój udział we wdrażaniu nowej dyrektywy UE w sprawie jakości powietrza, przyjętej w 2024 r. Nakłada ona nowe obowiązki na państwa członkowskie – m.in. pomiar sadzy i cząstek ultradrobnych. Są to cząstki szczególnie groźne, bo  przenikają do krwiobiegu, mogą pokonywać barierę krew-mózg, wpływając na funkcjonowanie całego organizmu.

Stacje ACTRIS w tym zakresie będą wspierały Państwowy Monitoring Środowiska jako tzw. „Super stacje”, dostarczając zaawansowanych danych, których klasyczny monitoring nie zbierał.  Jednocześnie zaangażowanie środowiska naukowego będzie się przekładało na skuteczniejsze wdrażanie polityk w obszarze ochrony klimatu i jakości powietrza.

Podsumowując, sieć ACTRIS to trafniejsze prognozy pogody, dokładniejsze modele dyspersji zanieczyszczeń czy skuteczniejsze planowanie polityk środowiskowych. Nasze analizy wspierają proces podejmowania decyzji dotyczących ochrony środowiska naturalnego czy zdrowia publicznego.

Rozmawiał Jerzy Gontarz

* Dr Anetta Drzeniecka-Osiadacz, adiunkt w Zakładzie Klimatologii i Ochrony Atmosfery, Instytut Geografii i Rozwoju Regionalnego, Wydział Nauk o Ziemi i Kształtowania Środowiska Uniwersytetu Wrocławskiego. Kierownik projektów wspartych najpierw z Programu Operacyjnego Inteligentny Rozwój 2014-2020, a następnie z programu Fundusze Europejskie dla Nowoczesnej Gospodarki 2021-2027.

Projekty ACTRIS

Infrastruktura Badawcza ACTRIS została wpisana na Polską Mapę Infrastruktury Badawczej w 2020 roku. Konsorcjum naukowe, którego liderem jest Uniwersytet Wrocławski, od kwietnia 2021 r. do września 2023 r. zrealizowało projekt ACTRIS – Infrastruktura do badania aerozoli, chmur oraz gazów śladowych. Pozyskało na niego dofinansowanie 11,6 mln zł w ramach Programu Operacyjnego Inteligentny Rozwój 2014-2020 (wartość całkowita projektu: 17,1 mln zł).
Obecnie trwa realizacja projektu ACTRIS-PL – Infrastruktura do badania aerozoli, chmur oraz gazów śladowych (ACTRIS-PL 2). Dotyczy rozbudowy krajowej infrastruktury badawczej, która stała się częścią europejskiego konsorcjum ACTRIS ERIC. Na AKTRIS-PL 2 konsorcjum zdobyło 16,5 mln zł dofinansowania z UE w ramach programu Fundusze Europejskie dla Nowoczesnej Gospodarki (wartość całkowita projektu: 23,5 mln zł). Realizacja projektu rozpoczęła się 1 kwietnia 2025 r. i potrwa do końca marca 2029 r.