Том 33, номер 01, статья № 10

Головушкин Н. А., Кузнецова И. Н., Коновалов И. Б., Нахаев М. И., Козлов В. С., Beekmann M. Анализ содержания и эволюции коричневого углерода в дымах сибирских лесных пожаров по данным измерений AERONET. // Оптика атмосферы и океана. 2020. Т. 33. № 01. С. 68–74. DOI: 10.15372/AOO20200110.
Скопировать ссылку в буфер обмена
Аннотация:

Выполнен анализ содержания и эволюции коричневого углерода в дымах сибирских лесных пожаров по данным измерений абсорбционной аэрозольной оптической толщи (ААОТ) на трех российских станциях сети AERONET в Томске, Звенигороде и Екатеринбурге. Получены оценки относительного вклада мелкодисперсного коричневого углерода в абсорбцию солнечного излучения на длине волны 440 нм (hBrC), в том числе для ситуации аномального дальнего переноса дымов из Сибири в европейскую часть России летом 2016 г. Значительное содержание коричневого углерода обнаружено в дымах в Томске и Зеленограде (где значения hBrC равны в среднем 15 и 18%). При этом значимых величин hBrC в период прохождения дымов от сибирских пожаров над Екатеринбургом не обнаружено. Выявлено убывание hBrC по мере старения аэрозоля в освещенных условиях с характерным временным масштабом ~ 30 ч. В то же время результаты измерений в Звенигороде свидетельствуют об увеличении абсорбирующих свойств органической составляющей компоненты дымового аэрозоля при гораздо более длительной эволюции.

Ключевые слова:

дымовой аэрозоль, коричневый углерод, сибирские пожары, AERONET

Список литературы:

1. Van der Werf G.R., Randerson J.T., Giglio L., van Leeuwen T.T., Chen Y., Rogers B.M., Mu M., van Marle M.J.E., Morton D.C., Collatz G.J., Yokelson R.J., Kasibhatla P.S. Global fire emissions estimates during 1997–2016 // Earth Syst. Sci. Data. 2017. V. 9, N 2. P. 697–720.
2. Бондур В.Г., Гордо К.А., Кладов В.Л. Пространственно-временные распределения площадей природных пожаров и эмиссий углеродсодержащих газов и аэрозолей на территории Северной Евразии по данным космического мониторинга // Исследование Земли из космоса. 2016. № 6. С. 3–20.
3. Sand M., Berntsen T., von Salzen K., Flanner M., Langner J., Victor D. Response of Arctic temperature to changes in emissions of short-lived climate forcers // Nat. Clim. Change. 2015. N 6. P. 286–289.
4. Bond T.C., Doherty S.J., Fahey D.W. et al. Bounding the role of black carbon in the climate system: A scientific assessment // J. Geophys. Res.: Atmos. 2013. V. 118, N 11. P. 5380– 5552.
5. Kozlov V.S., Panchenko M.V., Yausheva E.P. Mass fraction of Black Carbon in submicrometer aerosol as an indicator of influence of smokes from remote forest fires in Siberia // Atmos. Environ. 2008. V. 42, N 11. P. 2611–2620.
6. Chubarova N., Nezval' Ye., Sviridenkov I., Smirnov A., Slutsker I. Smoke aerosol and its radiative effects during extreme fire event over Central Russia in summer 2010 // Atmos. Meas. Tech. 2012. V. 5, N 3. P. 557–568.
7. Kozlov V.S., Yausheva E.P., Terpugova S.A., Panchenko M.V., Chernov D.G., Shmargunov V.P. Optical-microphysical properties of smoke haze from Siberian forest fires in summer 2012 // Int. J. Remote Sens. 2014. V. 35, N. 15. P. 5722–5741.
8. Zhuravleva T.B., Kabanov D.M., Nasrtdinov I.M., Russkova T.V., Sakerin S.M., Smirnov A., Holben B.N. Radiative characteristics of aerosol during extreme fire event over Siberia in summer 2012 // Atmos. Meas. Tech. 2017. V. 10, N 1. P. 179–198.
9. Kozlov V.S., Yausheva E.P., Panchenko M.V., Shmargunov V.P. Annual behavior of Angstrom exponent of the aerosol absorption coefficients in the visible wavelength range upon the results of measurements at the Aerosol station of IAO SB RAS // Proc. SPIE. 2018. V. 10833.
10. Antokhin P.N., Arshinova V.G., Arshinov M.Y., Belan B.D., Belan S.B., Davydov D.K., Ivlev G.A., Fofonov A.V., Kozlov A.V., Paris J.-D., Nedelec P., Rasskazchikova T.M., Savkin D.E., Simonenkov D.V., Sklyadneva T.K., Tolmachev G.N. Distribution of trace gases and aerosols in the troposphere over Siberia during wildfires of summer 2012 // J. Geophys. Res.: Atmos. 2018. V. 123. P. 2285–2297.
11. Konovalov I.B., Lvova D.A., Beekmann M., Jethva H., Mikhailov E.F., Paris J.-D., Belan B.D., Kozlov V.S., Ciais P., Andreae M.O. Estimation of black carbon emissions from Siberian fires using satellite observations of absorption and extinction optical depths // Atmos. Chem. Phys. 2018. V. 18, N 20. P. 14889–14924.
12. Konovalov I.B., Beekmann M., Berezin E.V., Formenti P., Andreae M.O. Probing into the aging dynamics of biomass burning aerosol by using satellite measurements of aerosol optical depth and carbon monoxide // Atmos. Chem. Phys. 2017. V. 17, N 7. P. 4513–4537.
13. Tsigaridis K., Kanakidou M. The present and future of secondary organic aerosol direct forcing on climate // Cur. Clim. Change Rep. 2018. V. 4, N 2. P. 84–98.
14. Konovalov I.B., Beekmann M., Golovushkin N.A., Andreae M.O. Nonlinear behavior of organic aerosol in biomass burning plumes: A microphysical model analysis // Atmos. Chem. Phys. 2019. V. 19, N 19. P. 2091–12119.
15. Andreae M.O., Gelencsér A. Black carbon or brown carbon? The nature of light-absorbing carbonaceous aerosols // Atmos. Chem. Phys. 2006. V. 6, N 10. P. 3131–3148.
16. Виноградова А.А., Смирнов Н.С., Коротков В.Н. Аномальные пожары 2010 и 2012 гг. на территории России и поступление черного углерода в Арктику // Оптика атмосф. и океана. 2016. Т. 26, № 6, С. 482–487; Vinogradova A.A., Smirnov N.S., Korotkov V.N. Anomalous wildfires in 2010 and 2012 on the territory of Russia and supply of black carbon to the Arctic // Atmos. Ocean. Opt. 2016. V. 29, N 6. P. 545–550.
17. Brown H., Liu X., Feng Y., Jiang Y., Wu M., Lu Z., Wu C., Murphy S., Pokhrel R. Radiative effect and climate impacts of brown carbon with the Community Atmosphere Model (CAM5) // Atmos. Chem. Phys. 2018. V. 18, N 24. P. 7745–17768.
18. Saleh R., Marks M., Heo J., Adams P.J., Donahue N.M., Robinson A.L. Contribution of brown carbon and lensing to the direct radiative effect of carbonaceous aerosols from biomass and biofuel burning emissions // J. Geophys. Res.: Atmos. 2015. V. 120, N 19. P. 10285–10296.
19. Wang X., Heald C.L., Liu J., Weber R.J., Campuzano-Jost P., Jimenez J.L., Schwarz J.P., Perring A.E. Exploring the observational constraints on the simulation of brown carbon // Atmos. Chem. Phys. 2018. V. 18, N 2. P. 635–653.
20. Pokhrel R.P., Beamesderfer E.R., Wagner N.L., Langridge J.M., Lack D.A., Jayarathne T., Stone E.A., Stockwell C.E., Yokelson R.J., Murphy S.M. Relative importance of black carbon, brown carbon, and absorption enhancement from clear coatings in biomass burning emissions // Atmos. Chem. Phys. 2017. V. 17, N 8. P. 5063–5078.
21. Горчаков Г.И., Карпов А.В., Панкратова Н.В., Семутникова Е.Г., Васильев А.В., Горчакова И.А. Коричневый и черный углерод в задымленной атмосфере при пожарах в бореальных лесах // Исследование Земли из космоса. 2017. № 3. С. 11–21.
22. Forrister H., Liu J., Scheuer E., Dibb., Ziemba L., Thornhill K.L., Anderson B., Diskin G., Perring A.E., Schwarz J.P., Campuzano-Jost P., Day D.A., Palm B.B., Jimenez J.L., Nenes A., Weber R.J. Evolution of brown carbon in wildfire plumes // Geophys. Res. Lett. 2015. V. 42, N 11. P. 4623–4630.
23. Zhong M., Jang M. Dynamic light absorption of biomass-burning organic carbon photochemically aged under natural sunlight // Atmos. Chem. Phys. 2014. V. 14, N 3. P. 1517–1525.
24. Wong J.P.S., Nenes A., Weber R.J. Changes in light absorptivity of molecular weight separated brown carbon due to photolytic aging // Environ. Sci. Technol. 2017. V. 51, N 15. P. 8414–8421.
25. Fan X., Yu X., Wang Y., Xiao X., Li F., Xie Y., Wei S., Song J., Peng P. The aging behaviors of chromophoric biomass burning brown carbon during dark aqueous hydroxyl radical oxidation processes in laboratory studies // Atmos. Environ. 2019. V. 205. P. 9–18.
26. Bahadur R., Praveen P.S., Xu Y., Ramanathan V. Solar absorption by elemental and brown carbon determined from spectral observations // Proc. Nat.: Acad. Sci. USA. 2012. V. 109, N 43. P. 17366–17371.
27. Горчаков Г.И., Васильев А.В., Веричев К.С., Семутникова Е.Г., Карпов A.В. Тонкодисперсный коричневый углерод в задымленной атмосфере // Докл. АН. 2016. Т. 471, № 1. С. 91–97.
28. Wang X., Heald C.L., Sedlacek A.J., de Sá S.S., Martin S.T., Alexander M.L., Watson T.B., Aiken A.C., Springston S.R., Artaxo P. Deriving brown carbon from multiwavelength absorption measurements: Method and application to AERONET and aethalometer observations // Atmos. Chem. Phys. 2016. V. 16, N 19. P. 12733–12752.
29. Ситнов С.A., Мохов И.И., Горчаков Г.И. Связь задымления атмосферы европейской территории россии летом 2016 года с лесными пожарами в Сибири и аномалиями атмосферной циркуляции // Докл. АН. 2017. Т. 472, № 4. С. 456–461.
30. Семутникова Е.Г., Горчаков Г.И., Ситнов С.А., Копейкин В.М., Карпов А.В., Горчакова И.А., Пономарева Т.Я., Исаков А.А., Гущин Р.А., Даценко О.И., Курбатов Г.А., Кузнецов Г.А. Сибирская дымная мгла над европейской территорией России в июле 2016 г. Загрязнение атмосферы и радиационные эффекты // Оптика атмосф. и океана. 2017. Т. 30, № 11. С. 962–970; Semoutnikova E.G., Gorchakov G.I., Sitnov S.A., Kopeikin V.M., Karpov A.V., Gorchakova I.A., Ponomareva T.Ya., Isakov A.A., Gushchin R.A., Datsenko O.I., Kurbatov G.A., Kuznetsov G.A. Siberian smoke haze over European territory of Russia in July 2016: Atmospheric pollution and radiative effects // Atmos. Ocean. Opt. 2018. V. 31, N 2. P. 171–180.
31. Mailler S., Menut L., Khvorostyanov D., Valari M., Couvidat F., Siour G., Turquety S., Briant R., Tuccella P., Bessagnet B., Colette A., Letinois L., Markakis K., Mereux F. CHIMERE-2017: From urban to hemispheric chemistry transport modeling // Geosci. Model Dev. 2017. V. 10, N 6. P. 2397–2423.
32. Konovalov I.B., Berezin E.V., Ciais P., Broquet G., Beekmann M., Hadji-Lazaro J., Clerbaux C., Andreae M.O., Kaiser J.W., Schulze E.-D. Constraining CO2 emissions from open biomass burning by satellite observations of co-emitted species: A method and its application to wildfires in Siberia // Atmos. Chem. Phys. 2014. V. 14, N 19. P. 10383–10410.
33. Konovalov I.B., Lvova D.A., Beekmann M. Estimation of the elemental to organic carbon ratio in biomass burning aerosol using AERONET retrievals // Atmosphere. 2017. V. 8, N 7. P. 122.
34. Wu C., Wu D., Yu J.Z. Quantifying black carbon light absorption enhancement with a novel statistical approach // Atmos. Chem. Phys. 2018. V. 18, N 1. P. 289–309.
35. Barsanti K.C., Pankow J.F. Thermodynamics of the formation of atmospheric organic particulate matter by accretion reactions – Part 1: Aldehydes and ketones // Atmos. Environ. 2004. V. 8, N 26. P. 4371– 4382.
36. Yousif E., Haddad R. Photodegradation and photostabilization of polymers, especially polystyrene: Review // Springerplus. 2013. V. 2. P. 398.
37. Tang H., Thompson J.E. Light-absorbing products form during the aqueous phase reaction of phenolic compounds in the presence of nitrate and nitrite with UV illumination // Open J. Air Pollut. 2012. V. 1, N 2. P. 13–21.