Том 33, номер 09, статья № 5

Поповичева О. Б., Кобелев В. О., Синицкий А. И., Ситников Н. М., Чичаева М. А., Хансен А. Черный углерод городских эмиссий в Арктическом регионе по данным вблизи г. Салехарда. // Оптика атмосферы и океана. 2020. Т. 33. № 09. С. 690–697. DOI: 10.15372/AOO20200905.
Скопировать ссылку в буфер обмена
Аннотация:

Исследованы городские эмиссии черного углерода (ВС) как наиболее значимой компоненты загрязнен­ной атмосферы Арктического региона. С помощью семиволнового аэталометра АЕ33 проведены трехмесячные непрерывные измерения массовых концентраций ВС на аэрозольном комплексе, установленном вблизи г. Салехарда. Потенциальные источники эмиссий идентифицированы по результатам расчетов двумерной функции вероятности попадания концентрации ВС в заданный диапазон значений при определенных направлениях и скоростях ветра. По значениям концентраций ВС в диапазоне от 73 до 135 нг/м3 к северо-западу от комплекса определен сектор выноса городских эмиссий, среди источников которых по официальным данным доминируют транспорт и теплоэнергетический комплекс, использующие дизельное топливо, бензин и природный газ. В апреле – мае и июне средние концентрации ВС в секторе выноса городских эмиссий составили 133 ± 80 и 105 ± 80 нг/м3, а в июле, в период интенсивных лесных пожаров, они достигли 350 ± 120 нг/м3, что позволило определить вклад дымовых шлейфов в загрязнение атмосферы города и ухудшение качества воздуха городской среды.

Ключевые слова:

городские эмиссии, черный углерод, Арктический регион, пожары

Иллюстрации:
Список литературы:

1. Novakov T., Rosen H. The Black Carbon Story: Early History and New Perspectives // Ambio. 2013. V. 42. P. 840–851.
2. Shindell D., Faluvegi G. Climate response to regional radiative forcing during the twentieth century // Nat. Geosci. 2009. V. 2. P. 294–300.
3. Quinn P., Shaw G., Andrews E., Dutton E., Ruoho-Airola T., Gong S. Arctic haze: current trends and knowledge gaps // Tellus B. 2007. V. 59. P. 99–114.
4. Pope III C.A., Dockery D.W. Health effects of fine particulate air pollution: lines that connect // J. Air Waste Manage. Assoc. 2006. V. 56. P. 709–742.
5. Schmale J., Arnold S., Law K.S., Thorp T., Anenberg S., Simpson W., Mao J., Pratt K.A. Local Arctic air pollution: A neglected but serious problem // Earth’s Future. 2018. V. 6. P. 1385–1412
6. Steiner S., Czerwinski J., Comte P., Popovicheva O., Kireeva E., Müller L., Heeb N., Mayer A., Fink A., Rothen-Rutishauser B. Comparison of the toxicity of diesel exhaust produced by bio-and fossil diesel combustion in human lung cells in vitro // Atmos. Environ. 2013. V. 81. P. 380–388.
7. Evans M., Kholod N., Malyshev V., Tretyakova S., Gusev E., Yu S., Barinov A. Black carbon emissions from Russian diesel sources: case study of Murmansk // Atmos. Chem. Phys. 2015. V. 15. P. 8349–8359.
8. Stohl A., Klimont Z., Eckhardt S., Kupiainen K., Shevchenko V.P., Kopeikin V.M., Novigatsky A. Black carbon in the Arctic: the underestimated role of gas flaring and residential combustion emissions // Atmos. Chem. Phys. 2013. V. 13. P. 8833–8855.
9. Winiger P., Andersson A., Eckhard S.T., Stohl A., Semiletov I.P., Dudarev O.V., Charkin A., Shakhova N., Klimont Z., Heyes C., Gustafsson O. Siberian Arctic black carbon sources constrained by model and observation // Proc. Nat. Acad. Sci. 2017. V. 114. P. E1054–E1061.
10. Popovicheva O., Diapouli E., Makshtas A., Shonija N., Manousakas M., Saraga D., Uttal T., Eleftheriadis K. East Siberian Arctic background and black carbon polluted aerosols at HMO Tiksi // Sci. Total Environ. 2019. V. 655. P. 924–938.
11. Koch D., Schulz M., Kinne S., McNaughton C., Spackman J., Balkanski Y., Bauer S., Berntsen T., Bond T.C., Boucher O., Chin M., Clarke A., De Lu­ca N., Dentener F., Diehl T., Dubovik O., Easter R., Fahey D.W., Feichter J., Fillmore D., Freitag S., Ghan S., Ginoux P., Gong S., Horowitz L., Iversen T., Kirkevag A., Klimont Z., Kondo Y., Krol M., Li X., Miller R., Montanaro V., Moteki N., Myhre G., Penner J.E., Perlwitz J., Pitari G., Reddy S., Sahu L., Sakamoto H., Schuster G., Schwarz J.P., Seland O., Stier P., Takegawa N., Takemura T., Textor C., van Aardenne J.A., Zhao Y. Evaluation of black carbon estimations in global aerosol models // Atmos. Chem. Phys. 2009. V. 9. P. 9001–9026.
12. AMAP. The impact of black carbon on Arctic climate. Technical Report No. 4. AMAP, 2011. 74 р.
13. EPA, Report to congress on black carbon, Department of the Interior, and Related Agencies, Edito, 2012. 20 р.
14. Kozlov V.S., Panchenko M.V., Shmargunov V.P., Chernov D.G., Yausheva E.P., Pol’kin V.V., Terpugova S.А. Long-term investigations of the spatiotemporal variability of black carbon and aerosol concentrations in the troposphere of West Siberia and Russian Subarctic // Химия в интересах устойчивого развития. 2016. V. 24. P. 423–440.
15. Paris J.-D., Stohl A., Nédélec P., Arshinov M.Y., Panchenko M., Shmargunov V., Law K.S., Belan B.D., Ciais P. Wildfire smoke in the Siberian Arctic in summer: source characterization and plume evolution from airborne measurements // Atmos. Chem. Phys. 2009. V. 9. P. 9315–9327.
16. 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 // Intern. J. Remote. Sens. 2014. V. 35. P. 5722–5741.
17. Поповичева О.B., Кистлер М., Киреева Е.Д., Персианцева Н.М., Тимофеев М.А., Шония Н.К., Копейкин В.М. Состав и микроструктура аэрозоля задымленной атмосферы г. Москвы в условиях экстремальных пожаров августа 2010 г. // Изв. РAH. Физика атмосф. и океана. 2017. Т. 53. С. 56–65.
18. Popovicheva O.B., Evangeliou N., Eleftheriadis K., Kalogridis A.C., Sitnikov N., Eckhardt S., Eleftheriadis K. Black Carbon sources constrained by observations in the Russian High Arctic // Environ. Sci. Tech. 2017. V. 51. P. 3871–3879.
19. Huang K., Fu J.S., Prikhodko V.Y., Storey J.M., Romanov A., Hodson E.L., Cresko J., Morozova I., Ignatieva Y., Cabaniss J. Russian anthropogenic black carbon: Emission reconstruction and Arctic black carbon simulation // J. Geophys. Res.: Atmos. 2015. V. 120. P. 11, 306–333.
20. Виноградова А.А., Васильева А.В. Черный углерод в воздухе северных районов России: источники, пространственные и временные вариации // Оптика атмосф. и океана. 2017. Т. 30, № 6. С. 467–475; Vinogradova A.A., Vasileva A.V. Black carbon in air over northern regions of Russia: Sources and spatiotemporal variations // Atmos. Ocean. Opt. 2017. V. 30, N 6. P. 533–541.
21. Kholod N., Evans M., Gusev E., Yu S., Malyshev V., Tretyakova S., Barinov A. A methodology for calculating transport emissions in cities with limited traffic data: Case study of diesel particulates and black carbon emissions in Murmansk // Sci. Total Environ. 2016. V. 547. P. 305–313.
22. Drinovec L., Močnik G., Zotter P., Prévôt A., Ruckstuhl C., Coz E., Sciare T., Müller A., Wiedensohler A., Hansen A.D.A. The dual-spot Aethalometer: an improved measurement of aerosol black carbon with real-time loading compensation // Atmos. Meas. Tech. 2015. V. 8. P. 1965–1979.
23. Sandradewi J., Prévôt A.S., Szidat S., Perron N., Alfarra M.R., Lanz V.A., Weingartner E., Baltensperger U. Using aerosol light absorption measurements for the quantitative determination of wood burning and traffic emission contributions to particulate matter // Environ. Sci. Tech. 2008. V. 42. P. 3316–3323.
24. Zhang K.M., Allen G., Yang B., Chen G., Gu J., Schwab J. Joint measurements of PM 2.5 and light-absorptive PM in woodsmoke-dominated ambient and plume environments // Atmos. Chem. Phys. 2017. V. 17. P. 11441–11452.
25. Allen G.A, Miller P.J., Rector L.J., Brauer M., Su J.G. Characterization of valley winter woodsmoke concentrations in Northern NY using highly time-resolved measurements // Aerosol Air Qual. Res. 2011. V. 11. P. 519–530.
26. Рапута В.Ф., Попова С.А., Макаров В.И., Ярославцева Т.В. Определение связей органического и элементного углерода по секторам выноса атмосферных примесей // Оптика атмосф. и океана. 2017. Т. 30, № 10. C. 878–882.
27. Carslaw D.C., Beevers S.D. Characterising and understanding emission sources using bivariate polar plots and k-means clustering // Environ. Model. Software. 2013. V. 40. P. 325–329.
28. Uria-Tellaetxe I., Carslaw D. Conditional bivariate probability function for source identification // Environ. Model. Software. 2014. V. 59. P. 1–9.
29 Stein A., Draxler R., Rolph G., Stunder B., Cohen M., Ngan F. NOAA’s HYSPLIT atmospheric transport and dispersion modeling system // Bull. Am. Meteorol. Soc. 2015. N. 96. P. 2059–2077.
30. Eleftheriadis K., Nyeki S., Psomiadou C., Colbeck I. Background aerosol properties in the European arctic // Water Air Soil Pollut. 2004. V. 4. P. 23–30.
31. Yausheva E., Kozlov V., Panchenko M., Shmargunov V. Comparison of the year-to-year and seasonal variability of aerosol characteristics under urban and background conditions from measurements at the Aerosol Station and the Fonovaya Observatory in 2014–2018 // Proc. SPIE. 2019. V. 11208. P. 1120860.