Главная – Журналы – Оптика атмосферы и океана 2017 номер 6

Для домена «Евразия» по данным спутникового спектрометра AIRS получены оценки трендов общего содержания (ОС) CO и CH₄ (0-180° в.д., 0-85° с.ш.) для разных временных периодов и сезонов. Результаты сопоставлены с аналогичными оценками, полученными на основе наземных спектроскопических измерений на 7 европейских станциях NDACC, в измерительных пунктах ИФА РАН (ЗНС, ZOTTO, Пекин) и СПбГУ (Петергоф), расположенных в исследуемом домене. ОС CO над Северной Евразией в период 2003-2015 гг. в целом убывало со скоростью 0,05-1,50%/год в зависимости от региона, а ОС CH₄ возрастало со скоростью 0,16-0,65%/год. С 2007 г. наблюдаются рост ОС CO в летние и осенние месяцы в большинстве средне- и высокоширотных фоновых районов Евразии, а также увеличение скорости роста ОС CH₄. В качестве одной из возможных причин подобной динамики трендов содержания в атмосфере CO и CH₄ предложены изменения во всей глобальной фотохимической системе, происходящие на фоне глобальных климатических изменений, в частности изменение соотношения «источники / стоки» для малых атмосферных примесей.

Представлена микрофизическая модель фотофоретического движения агрегатов сажи, учитывающая их фрактальную структуру. Проведено сопоставление с известными экспериментальными данными, обнаружено их хорошее качественное и количественное согласие. Приведены результаты расчетов характеристик движения фракталоподобных агрегатов сажи в поле атмосферной радиации. Показано, что для модели фракталоподобных частиц фотофоретические эффекты для сажевого аэрозоля в условиях стационарной атмосферы наиболее существенно проявляются на высотах верхней тропосферы - средней стратосферы.

Обсуждается «парафиновая» гипотеза возникновения весенних нуклеационных всплесков (НВ). Анализируется органическая часть атмосферного аэрозоля посредством газовой хромато-масс-спектрометрии с использованием метода структурной химической классификации. Сравниваются результаты, полученные во время эпизодов НВ и в предшествующие (последующие) дни, когда интенсивное образование новых аэрозольных частиц зафиксировано не было. Рассматривается обоснованное предположение о формировании аэрозольных частиц во время весенних НВ из состава поверхностных растительных восков.

Выполнены модельные оценки концентраций черного углерода (black carbon - ВС) в воздухе разных районов Российского севера в 2000-2013 гг. Обсуждаются различные физические источники ВС в атмосфере (антропогенные и природные пожары), эмиссии этих источников на территории России (по разным данным), оцениваются их вклады в концентрацию ВС в воздухе арктических районов России зимой и летом. Использованы спутниковые данные об эмиссиях ВС в атмосферу (GFED, MACCity и др.), а также авторские оценки на основе данных официальной статистики РФ. Дальний перенос ВС в атмосфере анализируется методом статистики обратных траекторий движения воздушных масс, развитом ранее на базе данных ARL NOAA (HYSPLIT Model). В приземном воздухе северных районов РФ вклады антропогенных источников ВС преобладают над вкладами от природных пожаров даже летом (кроме района Усть-Ленского заповедника), когда вклады удаленных антропогенных источников минимальны. Вдоль побережья Северного Ледовитого океана средние концентрации ВС в воздухе отличаются на два порядка с максимумом в районе Ненецкого заповедника (основной источник - близко расположенные факелы сжигания попутного газа в местах активной добычи углеводородного сырья). Межгодовые и межсезонные различия концентраций ВС в воздухе велики, поэтому оценки по средним многолетним показателям мало информативны. Результаты измерения содержания ВС в воздухе одного пункта в течение одного сезона или даже одного года не должны быть основой для долгосрочных выводов и прогнозов в отношении всего региона.

Исследована кинетика фотолиза фурфураля в воздухе и в азоте при различной концентрации паров воды. Показано, что константы фотолиза С₅Н₄О₂ в воздухе и азоте равны. При увеличении [Н₂O] от 9 до 18 торp константа фотолиза увеличивается примерно в 1,5 раза. Экспериментально показано, что выход аэрозольных продуктов при фотолизе фурфураля в воздухе не зависит от концентрации паров воды и составляет (1,8 ± 0,2)%, а при фотолизе в азоте слабо возрастает от 1 до 2% при увеличении [Н₂O] от 0 до 18 торp. С помощью спиновых ловушек зарегистрированы и идентифицированы формильный и фурильный радикалы, образующиеся при фотолизе фурфураля, что свидетельствует о радикальном пути фотолиза. Проведен частичный анализ аэрозольных продуктов фотолиза. Показано, что аэрозольные частицы представляют собой сложную смесь продуктов окислительного раскрытия фуранового кольца и небольшого количества продуктов, сохраняющих фурановое кольцо. На основании полученных данных предложена качественная схема химических процессов, описывающая образование газовых и аэрозольных продуктов фотолиза фурфураля.

Выполнено исследование состава атмосферы Москвы при совместном задымлении ближними пожарами Подмосковья и удаленными лесными пожарами в октябре 2014 г. По данным экологического мониторинга, отношение массовых концентраций оксидов азота и угарного газа в «свежих» дымах ближних пожаров достигало 0,35, а в «старых» дымах удаленных пожаров снижалось до 0,025. Отношение концентрации оксида азота к сумме концентраций оксида и диоксида достигало 0,87 в «свежих» дымах и падало до нуля в «старых». Показано, что статистические характеристики вариаций и эмпирические распределения вероятностей концентраций угарного газа и оксида азота в задымленной атмосфере Москвы в октябре 2014 г. радикально отличаются от соответствующих характеристик и эмпирических распределений в незадымленной атмосфере и при задымлениях 2002 и 2010 гг. Эмпирическая функция распределения концентрации для угарного газа аппроксимируется кусочными экспоненциальными функциями, а для оксида азота - кусочными степенными функциями. При задымлении Москвы в октябре 2014 г. наблюдалась тесная корреляция концентрации угарного газа и суммарной концентрации оксидов азота в широком диапазоне временных масштабов, что свидетельствует о совместном образовании указанных примесей при лесных пожарах. Коэффициент спектральной корреляции концентраций озона и диоксида азота на различных временных масштабах менялся от +1 до -1, что говорит о сложности взаимосвязей озона с оксидами азота в задымленной атмосфере.

В 2006-2013 гг. в Севастополе проводились регулярные измерения характеристик аэрозольной оптической толщи (АОТ) атмосферы по программе AERONET (http://aeronet.gsfc.nasa.gov/) с использованием солнечного фотометра CE-318. В конце 2015 г., благодаря сотрудничеству ИОА СО РАН и МГИ РАН, удалось возобновить наблюдения с помощью портативного фотометра SPM, работающего в диапазоне спектра 0,34-2,14 мкм. Представлены результаты измерений АОТ в Севастополе, на океанографической платформе «Морской гидрофизический полигон» (Кацивели) и в экспедиции на НИС «Профессор Водяницкий». Приводится сопоставление средних АОТ, измеренных в Черноморском регионе в различные месяцы года, с многолетними данными в Севастополе. Анализируются ситуации повышенных аэрозольных замутнений и влияние направлений переноса воздушных масс на АОТ, включая мелко- и грубодисперсную компоненты.

Анализируются результаты измерений содержания черного углерода и субмикронного аэрозоля в Пекине и в фоновом районе в 150 км на северо-восток от столицы Китая. Измерения проводятся в течение многих лет, преимущественно в осенний период. Выявлено снижение концентрации черного углерода, носящее региональный характер. Подтвержден вывод об уменьшении в среднем относительного вклада сажевого аэрозоля с ростом замутненности воздуха, сделанный в предыдущих работах.

Анализируются возможности современных зарубежных и отечественных наземных радиометрических систем для измерения структурных параметров атмосферы: профилей температуры, содержания водяного пара и жидкой воды. Приводятся примеры использования данных отечественных микроволновых профилемеров МТР-5 в задачах исследования вертикальной структуры городского острова тепла, совершенствования прогноза неблагоприятных метеорологических явлений, мониторинга термической стратификации атмосферного пограничного слоя в полярных регионах во время солнечных затмений. Представлены некоторые результаты исследования различных видов облачности с помощью многоканального СВЧ-комплекса «Микрорадком».

Обсуждаются вопросы создания системы моделирования для исследования климато-экологических проблем урбанизированных территорий, подвергающихся природным и антропогенным воздействиям. Рассматриваются типичные задачи: формирование мезоклиматов и качества атмосферы городских агломераций на фоне глобальных процессов в условиях конкретных регионов. Для решения прямых и обратных задач этого класса используются модели гидротермодинамики, модели переноса и трансформации различных субстанций в газовом и аэрозольном состояниях. Технология моделирования строится на основе вариационных принципов с использованием концепции сопряженных интегрирующих множителей. Это обеспечивает согласованное объединение всех моделей, построение численных схем и оперативное усвоение данных наблюдений от различных средств мониторинга. Предложен новый алгоритм реализации модели параметризации процессов вертикального турбулентного обмена при произвольной стратификации атмосферы. Приведены результаты сценариев формирования типичных мезоклиматов и распространения примесей в атмосфере Новосибирской городской агломерации.

Проведено сравнение данных измерений приземной концентрации озона на шести прибрежных станциях Болгарии, Греции, Черногории и России. Для каждой станции получены оценки сезонной и суточной изменчивости озона. Показано, что отличия режимов озона связаны с микроклиматическими и топографическими особенностями станций, удаленностью от акватории и уровнями антропогенного загрязнения. Особое внимание уделено появлению озоновых эпизодов. Показано, что масштабный озоновый эпизод в конце лета 2011 г. стал следствием продолжительной аномальной погоды, а высокие концентрации озона (160-200 мкг × м^-3) образовались в шлейфах предшественников озона, поступавших из районов прикаспийских газовых и нефтяных разработок.

Комбинированное влияние орографии и температурной стратификации на дисперсию загрязняющих веществ в городском острове тепла численно моделируется на основе трехпараметрического E - ε - <θ²> (Т-RANS) подхода для термической проникающей конвекции над островом тепла. Для дисперсии трассера от поверхностного источника в устойчиво стратифицированной атмосфере при слабом ветре используются две модели вектора турбулентного потока концентрации <u_ic>: явная алгебраическая и вычисление потока концентрации из прогностического уравнения. В обеих моделях корреляция <cθ> между флуктуациями концентрации и температуры находится из решения прогностического уравнения. Алгебраическая модель минимизирует трудности в моделировании турбулентного переноса в условиях устойчиво стратифицированной атмосферы и дает результаты приемлемой точности по сравнению с полной прогностической моделью для вектора турбулентного потока концентрации.

С помощью численного моделирования исследуются возможные причины известного из данных наблюдений повышения температуры вод придонного слоя моря Лаптевых. Появление аномалий придонной температуры в шельфовой области рассматривается как следствие: а) перераспределения водных масс шельфовой зоны, вызванное сменой режимов циркуляции атмосферы; б) затока в шельфовую зону теплых вод атлантического слоя Северного Ледовитого океана, траектория которых проходит по границе шельфовой зоны; в) формирования аномалий температуры, обусловленных тепловым стоком рек. Анализируется влияние повышения температуры вод придонного слоя в области мелководного шельфа на усиление процесса деградации подводной мерзлоты региона. Для оценки предполагаемых будущих изменений в регионе в качестве атмосферных условий на поверхности океана используются результаты расчетов численных климатических моделей, участвующих в сравнительных экспериментах по прогнозу будущего состояния климатической системы. Получены оценки глубины оттаивания, скорости деградации субаквальных мерзлых пород шельфа в условиях современного климата и для прогнозируемых изменений климата в ХХI в.

Исследованы адсорбционные и фотоадсорбционные свойства микрочастиц гидроксидов магния и кальция. Проведен анализ состава адсорбционного слоя микрочастиц. Изучены кинетические зависимости фотодесорбции молекул с поверхности микрочастиц и взаимодействия фреона 22 (CHF₂Cl) с их поверхностью в темноте и под освещением. Обнаружен эффект вытеснения слабо связанного моноксида углерода с поверхности микрочастиц во время темновой адсорбции фреона 22. Предположено, что на поверхности Mg(OH)₂ моноксид углерода образуется в результате восстановления атмосферного диоксида углерода после разрыва связей Mg─OH. Образование оксида углерода на поверхности гидроксида кальция происходит во время взаимодействия Са(ОН)₂ с диоксидом углерода на поверхности микрочастиц в присутствии воды.