Том 37, номер 02, статья № 5

Аннотация:

Представлены результаты траекторного анализа данных многолетних измерений содержания органического (OC) и элементарного (EC) углерода в аэрозолях, проводимых на ст. ZOTTO (пос. Зотино, Красноярский край). В качестве первичных данных использованы аэрозольные пробы, отобранные с высоты 300 м над уровнем земли на кварцевые фильтры. Содержание ЕС и ОС в пробах определялось термооптическим методом. С полученными рядами массовых концентраций аэрозольного углерода за период 2011–2021 гг. был сопоставлен массив обратных траекторий воздушных масс, исходящих из точки измерений, построенный с помощью модели HYSPLIT. В результате анализа этих данных методами концентрационно-взвешенных траекторий (CWT – concentration weighted trajectory) были определены значения CWT-функции на сетке 150 ´ 250 ячеек, покрывающей географическую область 30 ´ 20° с центром в пос. Зотино. Значения этих функций характеризуют интенсивность потенциальных источников углеродсодержащих аэрозолей в каждой ячейке. Полученные данные позволяют выделить области с наиболее сильными эмиссиями ОС и ЕС и оценить сезонную изменчивость этих эмиссий. В частности, в летний период основные источники ОС и ЕС расположены к востоку от Зотино, в регионе р. Подкаменной Тунгуски, и связаны, вероятнее всего, с лесными пожарами. В холодные сезоны большинство источников аэрозольного углерода находятся в юго-западной части анализируемой области, где расположены крупные города и сосредоточена основная часть населения. Показано, что регрессионный анализ CWT-функций органического и элементарного углерода позволяет в некоторых случаях определять доминирующий тип источников углеродсодержащих аэрозолей на изучаемой территории. Представленные результаты могут быть использованы для оценок аэрозольного радиационного форсинга в Сибирском регионе.

Ключевые слова:

состав атмосферы, углеродсодержащий аэрозоль, траекторные методы, элементарный углерод, органический углерод

Список литературы:

1. Crutzen P.J., Birks J.W. The atmosphere after a nuclear war: Twilight at noon // Ambio. 1982. V. 11. P. 115–125.
2. Golitsyn G.S., Ginsburg A.S. Comparative estimates of climatic consequences of Martian dust storms and of possible nuclear war // Tellus. 1985. V. 37B. P. 173–181.
3. Goetz S.J., Mack M.C., Gurney K.R., Randerson J.T., Houghton R.A. Ecosystem responses to recent climate change and fire disturbance at northern high latitudes: Observations and model results contrasting northern Eurasia and North America // Environ. Res. Lett. 2007. V. 2, N 4. DOI: 10.1088/1748-9326/2/4/045031.
4. Tunved P., Hansson H.-C., Kerminen V.-M., Strömet J., Dal Maso M., Lihavainen H., Viisanen Y., Aalto P.P., Komppula M., Kulmala M. High natural aerosol loading over boreal forests // Science. 2006. V. 312. P. 261–263.
5. Kulmala M., Alekseychek P., Paramomnov M., Laurila T., Asmi E., Arneth А., Zilitinkevich S., Kerminen V.-M. On measurement of aerosol particles and greenhouse gases in Siberia and future research needs // Boreal. Environ. Res. 2011. V. 16. P. 337–362.
6. Andreae M.O., Rosenfeld D. Aerosol–cloud–recipitation interactions. Part 1. The nature and sources of cloud-active aerosols // Earth-Sci. Rev. 2008. V. 89. P. 13–41.
7. Швиденко А.З., Щепаченко Д.Г., Ваганов Е.А., Сухинин А.И., Максютов Ш.Ш., Мккаллум И., Лакида И.П. Влияние природных пожаров в России 1998–2010 гг. на экосистемы и глобальный углеродный бюджет // Докл. АН. 2011. Т. 441, № 4. С. 544–548.
8. Carslaw K.S., Lee L.A., Reddington C.L., Pringle K.J., Rap A., Forster P.M., Mann G.W., Spracklen D.V., Woodhouse M.T., Regayre L.A., Pierce J.R. Large contribution of natural aerosols to uncertainty in indirect forcing // Nature. 2013. V. 503, N 7. P. 67–71.
9. Попова С.А., Макаров В.И. Определение концентраций вторичного органического углерода в аэрозолях континентальной территории // Гео-Сибирь. 2009. Т. 4, № 2. С. 57–60.
10. Сафатов А.С., Буряк Г.А., Олькин С.Е., Резникова И.К., Макаров В.И., Попова С.А. Анализ данных мониторинга органического/неорганического углерода и суммарного белка в аэрозоле приземного слоя атмосферы юга Западной Сибири // Оптика атмосф. и океана. 2013. Т. 26, № 12. С. 1054–1058; Safatov A.S., Buryak G.A., Olkin S.E., Reznikova I.K., Makarov V.I., Popova S.A. Analysis of monitoring data on organic/elemental carbon and total protein in ground air layer aerosol in the south of Western Siberia // Atmos. Ocean. Opt. 2014. V. 27, N 2. P. 164–168.
11. Рахимов Р.Ф., Козлов В.С., Панченко М.В., Тумаков А.Г., Шмаргунов В.П. Свойства атмосферного аэрозоля в дымовых шлейфах лесных пожаров по данным спектронефелометрических измерений // Оптика атмосф. и океана. 2014. Т. 27, № 2. С. 126–133; Rakhimov R.F., Kozlov V.S., Panchenko M.V., Tumakov A.G., Shmargunov V.P. Properties of atmospheric aerosol in smoke plumes from forest fires according to spectronephelometer measurements // Atmos. Ocean. Opt. 2014. V. 27, N 3. P. 275–282.
12. Mikhailov E.F., Mironova S., Mironov G., Vlasenko S., Panov A., Chi X., Walter D., Carbone S., Artaxo P., Heimann M., Lavric J., Pöschl U., Andreae M.O. Long-term measurements (2010–2014) of carbonaceous aerosol and carbon monoxide at the Zotino Tall Tower Observatory (ZOTTO) in central Siberia // Atmos. Chem. Phys. 2017. V. 17. P. 14365–14392. DOI: 10.5194/acp-17-14365-2017.
13. Hopke P.K. Recent developments in receptor modeling // J. Chemometrics. 2003. V. 17. P. 255–265.
14. Giemsa E., Jacobeit J., Ries L., Hachinger S. Investigating regional source and sink patterns of Alpine CO₂ and CH₄ concentrations based on a back trajectory receptor model // Environ. Sci. Europe. 2019. V. 31. DOI: 10.1186/s12302-019-0233-x.
15. Hao T., Cai Z., Chen S., Han S., Yao Q., Fan W. Transport pathways and potential source regions of PM_2.5 on the west coast of Bohai Bay during 2009–2018 // Atmosphere. 2019. V. 10. P. 345. DOI: 10.3390/ atmos10060345.
16. Birmili W., Stopfkuchen K., Herman M., Wiedensohler A., Heintzenberg J. Particle penetration through a 300 m inlet pipe for sampling atmospheric aerosols from a tall meteorological tower // Aerosol. Sci. Technol. 2007. V. 41. P. 811–817.
17. Chi X., Winderlich J., Mayer J.C., Panov A.V., Heimann M., Birmili W., Heintzenberg J., Cheng Y., Andreae M.O. Long-term measurements of aerosol and carbon monoxide at the ZOTTO tall tower to characterize polluted and pristine air in the Siberian taiga // Atmos. Chem. Phys. 2013. V. 13. P. 12271–12298. DOI: 10.5194/acp-13-12271-2013.
18. Власенко С.С., Волкова К.А., Ионов Д.В., Рышкевич Т.И., Иванова О.А., Михайлов Е.Ф. Изменчивость углеродсодержащей фракции атмосферного аэрозоля вблизи Санкт-Петербурга // Изв. РАН. Физ. атмосф. и океана. 2019. Т. 55, № 6. С. 147–156.
19. Бондур В.Г., Воронова О.С., Черепанова Е.В., Цидилина М.Н., Зима А.Л. Пространственно-временной анализ многолетних природных пожаров и эмиссий вредных газов и аэрозолей в России по космическим данным // Исслед. Земли из космоса. 2020. № 4. С. 3–17.
20. Воронова О.С., Зима А.Л., Кладов В.Л., Черепанова Е.В. Аномальные пожары на территории Сибири летом 2019 г. // Исслед. Земли из космоса. 2020. № 1. С. 70–82.
21. Andreae M.O., Merlet P. Emission of trace gases and aerosols from biomass burning // Glob. Biogeochem. Cycl. 2001. V. 15. P. 955–966. DOI: 10.1029/2000GB001382.
22. Wang Yu., Wang X., Kondo Y., Kajino M., Munger J.W., Hao J.M. Black carbon and its correlation with trace gases at a rural site in Beijing: Top-down constraints from ambient measurements on bottom-up emissions // J. Geophys. Res. 2011. V. 116. D24304. DOI: 10.1029/2011JD016575.
23. Kozlov V.S., Panchenko M.V., Yausheva E.P. Mass fraction of black carbon in submicron aerosol as an indicator of influence of smokes from remote forest fires in Siberia // Atmos. Environ. 2008. V. 42, N 11. P. 2611–2620.