Том 31, номер 04, статья № 6

Аннотация:

Проведена верификация результатов численного моделирования распространения антропогенных выбросов Норильской промышленной зоны с помощью модели WRF-CHEM с привлечением данных самолетного зондирования, выполненного в августе 2004 г. Показано, что выбранная конфигурация модели WRF-CHEM v3.5.1 адекватно воспроизводит метеорологические параметры, полученные в ходе измерительной кампании 2004 г. Результаты численного моделирования распределения концентраций сернистого ангидрида и озона и массовой концентрации аэрозоля качественно воспроизводят распределения, восстановленные из данных самолетного зондирования. Количественные оценки показали, что среднеквадратические ошибки для сернистого ангидрида, массовой концентрации аэрозоля PM_2,5 и озона, рассчитанные для трех вылетов, составили 23 млрд^-1, 2,6 мкг/м³, 9,8 млрд^-1 соответственно. Такие расхождения могут быть вызваны некорректностью определения начальных и граничных условий, неточностями в задании величины антропогенных эмиссий, ограничениями в используемых аэрозольном и химическом механизмах.

Ключевые слова:

самолетное зондирование, модель WRF-CHEM, Норильск, озон, антропогенное загрязнение

Иллюстрации:

Список литературы:

1. Обзор состояния и загрязнения окружающей среды в Российской Федерации за 2015 г. М.: Росгидромет, 2016. 224 с.
2. Першина Н.А., Полищук А.И., Свистов П.Ф. К вопросу о закислении атмосферных осадков в российской Арктике // Тр. ГГО им. А.И. Воейкова. 2008. № 558. С. 211–232.
3. Виноградова А.А., Максименков Л.О., Погарский Ф.А. Изменения атмосферной циркуляции и загрязнения окружающей среды в Сибири от промышленных районов Норильска и Урала в начале ХХI в. // Оптика атмосф. и океана. 2009. Т. 22, № 6. С. 527–534.
4. Куценогий К.П., Смирнова А.И., Смоляков Б.С. Оценка содержания некоторых компонентов в выбросах промышленных предприятий Южного Урала и Норильска // Оптика атмосф. и океана. 2002. Т. 15, № 5–6. С. 460–463.
5. Шлычков В.А., Мальбахов В.М., Леженин А.А. Численное моделирование атмосферной циркуляции и переноса загрязняющих примесей в Норильской долине // Оптика атмосф. и океана. 2005. Т. 18. № 5–6. С. 490–496.
6. Леженин А.А., Рапута В.Ф., Ярославцева Т.В. Численный анализ атмосферной циркуляции и распространения загрязняющих примесей в окрестностях Норильского промышленного района // Оптика атмосф. и океана. 2016. Т. 29, № 6. С. 467–471; Lеzhеnin А.А., Rаputа V.F., Yaroslavtsevа Т.V. Numerical analysis of atmospheric circulation and pollution transfer in the environs of Norilsk Industrial Region // Atmos. Ocean. Opt. 2016. V. 29, N 6. P. 565–569.
7. Зуев Д.В., Кашкин В.Б. Анализ выбросов диоксида серы по данным инструмента OMI (спутник AURA) для Норильской промышленной зоны. // Оптика атмосф. и океана. 2013. Т. 26, № 9. С. 793–797.
8. Корец М.А., Рыжкова В.А., Данилова И.В. Использование ГИС для оценки состояния наземных экосистем Норильского промышленного района // Сиб. экол. ж. 2014. № 6. С. 887–902.
9. Аршинов М.Ю., Белан Б.Д., Давыдов Д.К., Ивлев Г.А., Пирогов В.А., Симоненков Д.В., Толмачев Г.Н., Фофонов А.В. Комплексная оценка состояния воздушного бассейна Норильского промышленного района. Ч. 1. Размеры и динамика колонки примесей // Оптика атмосф. и океана. 2006. Т. 19, № 5. С. 441–447.
10. Аршинов М.Ю., Белан Б.Д., Давыдов Д.К., Ивлев Г.А., Пестунов Д.А., Рассказчикова Т.М., Симоненков Д.В., Толмачев Г.Н., Фофонов А.В. Комплексная оценка состояния воздушного бассейна Норильского промышленного района. Ч. 2. Баланс примесей в зоне Норильска // Оптика атмосф. и океана. 2006. Т. 19, № 7. С. 622–631.
11. Аршинов М.Ю., Белан Б.Д., Ивлев Г.А., Краснов О.А., Рассказчикова Т.М., Симоненков Д.В., Толмачев Г.Н., Фофонов А.В. Комплексная оценка состояния воздушного бассейна Норильского промышленного района. Ч. 3. Распространение примесей // Оптика атмосф. и океана. 2006. Т. 19, № 9. С. 798–805.
12. Аршинова В.Г., Белан Б.Д., Ивлев Г.А., Рассказчикова Т.М., Симоненков Д.В., Толмачев Г.Н., Фофонов А.В. Комплексная оценка состояния воздушного бассейна Норильского промышленного района. Ч. 4. Вертикальная стратификация примесей // Оптика атмосф. и океана. 2006. Т. 19, № 10. С. 905–908.
13. Белан Б.Д., Задде Г.О., Ивлев Г.А., Краснов О.А., Пирогов В.А., Симоненков Д.В., Толмачев Г.Н., Фофонов А.В. Комплексная оценка состояния воздушного бассейна Норильского промышленного района. Ч. 5. Примеси в приземном слое воздуха. Соответствие состава воздуха гигиеническим нормативам. Рекомендации // Оптика атмосф. и океана. 2007. Т. 20, № 2. С. 132–142.
14. Grell G.A., Peckham S.E., Schmitz R., McKeen S.A., Frost G., Skamarock W.C., Eder B. Fully coupled “online” chemistry in the WRF model // Atmos. Environ. 2005. V. 39, iss. 37. P. 6957–6976.
15. Kuik F., Lauer A., Churkina G., Denier van der Gon H.A.C., Fenner D., Mar K.A., Butler T.M. Air quality modelling in the Berlin–Brandenburg region using WRF-Chem v3.7.1: Sensitivity to resolution of model grid and input data // Geosci. Model Dev. 2016. V. 9, iss. 12. P. 4339–4363. https://doi.org/10.5194/gmd-9-4339-2016.
16. Mar K.A. Ojha N., Pozzer A., Butler T.M. Ozone air quality simulations with WRF-Chem (v3.5.1) over Europe: Model evaluation and chemical mechanism comparison // Geosci. Model Dev. 2016. V. 9, iss. 10. P. 3699–3728. https://doi.org/10.5194/gmd-9-3699-2016.
17. Abou Rafee S.A., Martins L.D., Kawashima A.B., Almeida D.S., Morais M.V.B., Souza R.V.A., Oliveira M.B.L., Souza R.A.F., Medeiros A.S.S., Urbina V., Freitas E.D., Martin S.T., Martins J.A. Contributions of mobile, stationary and biogenic sources to air pollution in the Amazon rainforest: A numerical study with the WRF-Chem model // Atmos. Chem. Phys. 2017. V. 17, iss. 12. P. 7977–7995. https://doi.org/10.5194/acp-17-7977-2017.
18. Marelle L., Raut J.-C., Thomas J.L., Law K.S., Quennehen B., Ancellet G., Pelon J., Schwarzenboeck A., Fast J.D. Transport of anthropogenic and biomass burning aerosols from Europe to the Arctic during spring 2008 // Atmos. Chem. Phys. 2015. V. 15, iss. 7. P. 3831–3850. https://doi.org/10.5194/acp-15-3831-2015.
19. Zhang Y., Zhang X., Zhang Q., He K., Wang L., Duan F. Application of WRF-CHEM over East Asia: Part I. Model evaluation and intercomparison with MM5/CMAQ // Atmos. Environ. 2016. V. 124, part B. P. 285–300.
20. Zhang Y., Zhang X., Zhang Q., He K., Wang L., Duan F. Application of WRF-CHEM over East Asia: Part II. Model improvement and sensitivity simulations // Atmos. Environ. 2016. Т. 124, part B. Р. 301–320.
21. Hong S.-Y., Dudhia J., Chen S.-H. A revised approach to ice microphysical processes for the bulk parameterization of clouds and precipitation // Mon. Weather Rev. 2004. V. 132, N 1. P. 103–120.
22. Mlawer E.J. Taubman S.J., Brown P.D., Iacono M.J., Clough S.A. Radiative transfer for inhomogeneous atmospheres: RRTM, a validated correlated-k model for the longwave // J. Geophys. Res.: Atmos. 1997. V. 102, N D14. P. 16663–16682.
23. Dudhia J. Numerical study of convection observed during the winter monsoon experiment using a mesoscale two-dimensional model // J. Atmos. Sci. 1989. V. 46, N 20. P. 3077–3107.
24. Beljaars A.C. The parametrization of surface fluxes in large-scale models under free convection // Q. J. R. Meteorol. Soc. 1995. V. 121, N 522. P. 255–270.
25. Hong S.-Y., Noh Y., Dudhia J. A new vertical diffusion package with an explicit treatment of entrainment processes // Mon. Weather. Rev. 2006. V. 134, N 9. P. 2318–2341.
26. Chen F., Dudhia J. Coupling an advanced land surface–hydrology model with the Penn State–NCAR MM5 Modeling System. Part I: Model implementation and sensitivity // Mon. Weather. Rev. 2001. V. 129, N 4. P. 569–585.
27. Grell G.A., Dévényi D. A generalized approach to parameterizing convection combining ensemble and data assimilation techniques // Geophys. Res. Lett. 2002. V. 29, N 14. P. 38.
28. Stockwell W.R., Kirchner F., Kuhn M., Seefeld S. A new mechanism for regional atmospheric chemistry modeling // J. Geophys. Res.: Atmos. 1997. V. 102, N D22. P. 25847–25879.
29. Chin M., Rood R.B., Lin S.-J., Müller J.-F., Thompson A.M. Atmospheric sulfur cycle simulated in the global model GOCART: Model description and global properties // J. Geophys. Res.: Atmos. 2000. V. 105, N D20. P. 24671–24687.
30. Damian V., Sandu A., Damian M., Potra F., Carmichael G.R. The kinetic PreProcessor KPP – A software environment for solving chemical kinetics // Comput. Chem. Eng. 2002. V. 26, N 11. P. 1567–1579.
31. Peng G. What’s the difference between FNL and GFS. [Electronic resource] // NOAA/National Weather Service National Centers for Environmental Prediction, 2014. URL: http://rda.ucar.edu/datasets/ds083.2/docs/FNLvGFS.pdf (last access: 25.01.2017).
32. Saha S., Moorthi S., Wu X., Wang J., Nadiga S., Tripp P., Behringer D., Hou Y.-T., Chuang H.-Y., Iredell M., Ek M., Meng J., Yang R., Peña M., van den Dool H., Zhang Q., Wang W., Chen M., Becker E. The NCEP Climate Forecast System Version 2 [Electronic resource] // NOAA/ National Weather Service National Centers for Environmental Prediction, 2013. URL: http://cfs.ncep.noaa.gov/cfsv2.info/CFSv2_paper.pdf (last access: 25.01.2017).
33. Зуев В.Е., Белан Б.Д., Кабанов Д.М., Ковалевский В.К., Лукьянов О.Ю., Мелешкин В.Е., Микушев М.К., Панченко М.В., Пеннер И.Э., Покровский Е.В., Сакерин С.М., Терпугова С.А., Толмачев Г.Н., Тумаков А.Г., Шаманаев В.С., Щербатов А.И. Самолет-лаборатория Ан-30 «Оптик-Э» для экологических исследований. // Оптика атмосф. и океана. 1992. Т. 5, № 10. С. 1012–1021.
34. Аршинов М.Ю., Белан Б.Д., Давыдов Д.К., Ивлев Г.А., Козлов А.С., Козлов В.С., Панченко М.В., Пеннер И.Э., Пестунов Д.А., Сафатов А.С., Симоненков Д.В., Толмачев Г.Н., Фофонов А.В., Шаманаев В.С., Шмаргунов В.П. Самолет-лаборатория АН-30 «Оптик-Э»: 20 лет исследований окружающей среды // Оптика атмосф. и океана. 2009. Т. 22, № 10. С. 950–957.