Том 37, номер 06, статья № 5

Аннотация:

Активная роль наночастиц аэрозолей в гетерогенных процессах, приводящих к изменению оптических и физико-химических свойств атмосферы, состояния экосистем и климата, вызывает повышенный интерес к изучению механизмов их образования и трансформации. Условия аэрозолеобразования, его географические и сезонные особенности оказывают влияние на микрофизические характеристики высокодисперсного аэрозоля. В настоящей работе анализируются первые результаты полевых наблюдений за микрофизическими характеристиками наночастиц аэрозолей в приземном слое атмосферы сухостепной зоны юга России в летние периоды 2021 и 2022 гг. С учетом синоптико-метеорологических параметров изучены суточные вариации счетной концентрации и распределения по размерам наночастиц трех субфракций (нуклеационной моды, моды Айткена и переходной субфракции). Установлено постоянное наличие ярко выраженной моды Айткена независимо от времени суток и метеорологических условий. Выявлен минимум концентрации частиц нуклеационной моды и моды Айткена в ночные и предутренние часы. Наибольшая скорость генерации нуклеационных частиц характерна для утренних часов, когда интенсифицируются фотохимические процессы, обусловливающие утренний максимум концентрации частиц нуклеационной моды и моды Айткена. В ночные часы наблюдается рост концентрации частиц переходной субфракции. Рассмотрены особенности короткопериодной временной изменчивости характеристик высокодисперсного аэрозоля в сухостепной зоне юга России с учетом общей картины суточной динамики аэрозолеобразования и последующего роста частиц в атмосфере, а также в сравнении с результатами аналогичных наблюдений в других географических районах мира. Настоящая работа направлена на восполнение существующего пробела в экспериментальных данных о наночастицах аэрозолей в европейской части России. Полученные результаты могут быть использованы при исследовании состава атмосферы, а также в химико-транспортных моделях при уточнении вклада аэрозолей в прямой и косвенный радиационный эффект, а также в процессы изменения климата.

Ключевые слова:

атмосфера, сухостепная зона, юг России, аэрозоль, наночастицы, нуклеационная мода, мода Айткена, переходная субфракция, счетная концентрация, суточный ход, распределение по размерам частиц, метеорологические параметры

Иллюстрации:

Список литературы:

1. Seinfeld J.H., Pandis S.N. Atmospheric chemistry and physics: From air pollution to climate change. 2nd еd. New York: Wiley, USA, 2006. 1232 p.
2. Лушников А.А., Загайнов В.А., Любовцева Ю.С. Механизмы образования наноаэрозолей в тропосфере // Химическая физика. 2015. Т. 34, № 10. С. 51–62. DOI: 10.7868/S0207401X1510009X.
3. Фукс Н.А. Механика аэрозолей. М.: Изд-во АН СССР, 1955. 351 с.
4. Аршинов М.Ю. Исследование атмосферных наночастиц и их роли в формировании дисперсного состава аэрозоля: дис. … канд. физ.-мат. наук. Томск: РГБ, 2007. 182 с.
5. Лушников А.А., Загайнов В.А., Аграновский И.Е., Любовцева Ю.С. Физико-химические процессы образования атмосферных аэрозолей // ЖФХ. 2008. Т. 82. № 10. С. 1950–1958.
6. Губанова Д.П., Виноградова А.А., Лезина Е.А., Иорданский М.А. Условно-фоновый уровень аэрозольного загрязнения приземного воздуха в Москве и пригороде: сезонные вариации // Изв. РАН. Физ. атмосф. и океана. 2023. Т. 59, № 6. С. 754–773. DOI: 10.31857/S0002351523060056.
7. Фукс Н.А., Сутугин А.Г. Высокодисперсные аэрозоли // Успехи химии. 1968. Т. XXXVII, вып. 11. С. 1965–1980.
8. Preining O. The science of ultrafine aerosols // Pure Appl. Chem. 1992. V. 64, N 11. P. 1679–1684.
9. Kulmala M., Vehkamäki H., Petäjä T., Dal Maso M., Lauri A., Kerminen V.-M., Birmili W., McMurry P.H. Formation and growth rates of ultrafine atmospheric particles: A review of observations // J. Aerosol Sci. 2004. V. 35, N 2. P. 143–176. DOI: 10.1016/j.jaerosci.2003.10.003.
10. Kulmala M., Maso M.D., Mäkelä J.M., Pirjola L., Väkevä M., Aalto P., Miikkulainen P., Hämeri K., O’Dowd C.D. On the formation, growth and composition of nucleation mode particles // Tellus. 2001. V. B53. P. 479–490. DOI: 10.3402/tellusb.v53i4.16622.
11. Jose S., Mishra A.K., Lodhi N.K., Sharma S.K., Singh S. Characteristics of aerosol size distributions and new particle formation events at Delhi: An urban location in the Indo-Gangetic Plains // Front. Earth Sci. 2021. V. 9:750111. DOI: 10.3389/FEART.2021.750111.
12. Kompalli S.K., Babu S.S., Moorthy K.K., Gogoi M.M., Nair V.S., Chaubey J.P. The formation and growth of ultrafine particles in two contrasting environments: A case study // Ann. Geophys. 2014. V. 32. P. 817–830. DOI: 10.5194/angeo-32-817-2014.
13. Bulatovic I., Igel A.L., Leck C., Heintzenberg J., Riipinen I., Ekman A.M.L. The importance of Aitken mode aerosol particles for cloud sustenance in the summertime high Arctic – a simulation study supported by observational data // Atmos. Chem. Phys. 2021. V. 21. P. 3871–3897. DOI: 10.5194/acp-21-3871-2021.
14. Lee S.H., Gordon H., Yu H., Lehtipalo K., Haley R., Li Y., Zhang R. New Particle formation in the atmosphere: From molecular clusters to global climate // J. Geophys. Res.: Atmos. 2019. V. 124, N 13. P. 7098–7146. DOI: 10.1029/2018JD029356.
15. Заяханов А.С., Жамсуева Г.С., Сунграпова И.П., Цыдыпов В.В. Особенности суточной изменчивости микродисперсной фракции аэрозоля в атмосфере прибрежной зоны озера Байкал и аридной зоны Монголии // Оптика атмосф. и океана. 2018. Т. 31, № 1. С. 17–23. DOI: 10.15372/AOO20180103; Zayakhanov A.S., Zhamsueva G.S., Sungrapova I.P., Tsydypov V.V. Features of diurnal variability of ultrafine aerosol in the air of the Baikal coastal zone and arid zone of Mongolia // Atmos. Ocean. Opt. 2018. V. 31, N 3. P. 257–262. DOI: 10.1134/S1024856018030168.
16. Аршинов М.Ю., Белан Б.Д. Суточный ход концентрации микродисперсной фракции аэрозоля // Оптика атмосф. и океана. 2000. Т. 13, № 11. С. 983–990.
17. Аршинов М.Ю., Белан Б.Д., Симоненков Д.В. Фотохимическое образование микродисперсного аэрозоля в атмосфере континентального района // Оптика атмосф. и океана. 2006. Т. 19, № 4. С. 328–339.
18. Аршинов М.Ю., Белан Б.Д., Парис Ж.-Д., Задде Г.О., Симоненков Д.В. Пространственная и временная изменчивость микродисперсной фракции аэрозоля (наночастиц) на территории Сибири // Оптика атмосф. и океана. 2008. Т. 21, № 12. С. 1015–1023.
19. Khodzher T.V., Zagaynov V.A., Lushnikov A.A., Chausov V.D., Zhamsueva G.S., Zayakhanov A.S., Tsydypov V.V., Potemkin V.L., Marinaite I.I., Maksimenko V.V., Agranovsky I.E. Study of aerosol nano- and submicron particle compositions in the atmosphere of Lake Baikal during natural fire events and their interaction with water surface // Water Air Soil Poll. 2021. V. 232. P. 266. DOI: 10.1007/s11270-021-05237-6.
20. Zhamsueva G., Zayakhanov A., Khodzher T., Tcydypov V., Balzhanov T., Dementeva A. Studies of the dispersed composition of atmospheric aerosol and its relationship with small gas impurities in the near-water layer of Lake Baikal based on the results of ship measurements in the summer of 2020 // Atmosphere. 2022. V. 13. P. 139. DOI: 10.3390/atmos13010139.
21. Sungrapova I.P., Zayakhanov A.S., Zhamsueva G.S., Tsydypov V.V. Results of ultrafine aerosol measurements on the southeastern coast of Lake Baikal: St. Boyarsky // Proc. SPIE. 2020. 115606E. DOI: 10.1117/12.2575113.
22. Сунграпова И.П., Заяханов А.С., Жамсуева Г.С., Цыдыпов В.В. Результаты исследований микродисперсного аэрозоля в приземном слое атмосферы г. Улан-Удэ // Современные тенденции и перспективы развития гидрометеорологии в России. Материалы II Всерос. науч.-практ. конф., приуроченной к 55-летию кафедры гидрологии и природопользования. Иркутск: ИГУ, 2019. С. 632–637.
23. Дементьева А.Л., Жамсуева Г.С., Заяханов А.С. Пространственно-временные вариации мелкодисперсных фракций аэрозоля в атмосфере аридных территорий // Снежный покров, атмосферные осадки, аэрозоли: климат и экология северных территорий и байкальского региона: Материалы 1-й Междунар. науч.-практ. конф. Иркутск: Иркут. национ. исслед. техн. ун-т, 2017. С. 194–197.
24. Заяханов А.С., Жамсуева Г.С., Цыдыпов В.В., Бальжанов Т.С. Исследование субмикронной фракции аэрозоля в атмосфере пустыни Гоби // Вестн. ВСГУТУ. 2015. Т. 52, № 1. С. 10–12.
25. Губанова Д.П., Чхетиани О.Г., Кудерина Т.М., Иорданский М.А., Максименков Л.О., Артамонова М.С. Многолетняя изменчивость состава приземного аэрозоля в опустыненных и засушливых зонах юга России // Оптика атмосф. и океана. 2022. Т. 35, № 6. С. 456–464. DOI: 10.15372/AOO20220604; Gubanova D.P., Chkhetiani O.G., Kuderina T.M., Iordanskii M.A., Maksimenkov L.O., Artamonova M.S. Long-term variability of the composition of near-surface aerosol over desertified and arid zones in southern Russia // Atmos. Ocean. Opt. 2022. V. 35, N 6. P. 680–690. DOI: 10.1134/S1024856022060148.
26. Валиулин С.В., Бакланов А.М., Дубцов С.Н., Миточенко В.Г., Моисеенко П.П., Онищук А.А. Диффузионный спектрометр аэрозоля для измерения распределения по размерам и концентрации нано- и субмикронных частиц // Приборы и техника эксперимента. 2019. № 1. С. 145–146. DOI: 10.1134/S0032816219010269.
27. Dubtsov S., Ovchinnikova T., Valiulin S., Chen X., Manninen H.E., Aalto P.P., Petäjä T. Laboratory verification of Aerosol Diffusion Spectrometer and the application to ambient measurements of new particle formation // J. Aerosol Sci. 2017. V. 105. P. 10–23. DOI: 10.1016/j.jaerosci.2016.10.015.
28. Onischuk A.A., Valiulin S.V., Baklanov A.M., Moiseenko P.P., Mitrochenko V.G. Determination of the aerosol particle size distribution by means of the diffusion battery: Analytical inversion // Aerosol Sci. Tech. 2018. V. 5, N 8. P. 841–853. DOI: 10.1080/02786826.2017.1387642.
29. Метеостанция кабельная DAVIS Instruments Vantage Pro2 6152CEU. URL: https://davis-meteo.ru/ product/6152ceu/ (дата обращения: 15.01.2024).
30. WeatherArchive.ru. URL: https: // weatherarchive.ru/Temperature/Tsimlyansk/August-2021 (дата обращения: 24.01.2024).
31. Stein A.F., Draxler R.R., Rolph G.D., Stunder B.J.B., Cohen M.D., Ngan F. NOAA’s HYSPLIT atmospheric transport and dispersion modeling system // Bull. Amer. Meteor. Soc. 2015. V. 96. P. 2059–2077. DOI: 10.1175/BAMS-D-14-00110.1.
32. ARL NOAA. HYSPLIT Trajectory Model. URL: www.arl.noaa.gov (дата обращения: 04.12.2023).
33. Титкова Т.Б., Золотокрылин А.Н. Летние климатические изменения на юге Европейской России // Фундаментальная и прикладная климатология. 2022. Т. 8, № 1. С. 107–121. DOI: 10.21513/2410-8758-2022-1-107-121.
34. Губанова Д.П., Чхетиани О.Г., Максименков Л.О., Иорданский М.А. Массовый и элементный состав приземного аэрозоля различных размерных фракций в опустыненных и засушливых районах юга России // Фундаментальные и прикладные аспекты геологии, геофизики и геоэкологии с использованием современных информационных технологий: Материалы VII Междунар. науч.-практ. конф. 2023. С. 88–98.
35. Жидкова А.Ю., Ковярова В.А. Ростовская область – зона климатической уязвимости // Вестн. Таганрогского института им. А.П. Чехова. 2020. № 2. С. 124–129.
36. Wang Z., Wu Z., Yue D., Shang D., Guo S., Sun J., Ding A., Wang L., Jiang J., Guo H., Gao J., Cheung H.C., Morawska L., Keywood M., Hu M. New particle formation in China: Current knowledge and further directions // Sci. Total Environ. 2017. V. 577. P. 258–266. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2016.10.177.
37. Young L.H., Keeler G.J. Summertime ultrafine particles in urban and industrial air: Aitken and nucleation mode particle events // Aerosol Air Qual. Res. 2007. V. 7. P. 379–402.
38. Dinoi A., Conte M., Grasso F.M., Contini D. Long-term characterization of submicron atmospheric particles in an urban background site in southern Italy // Atmosphere. 2020. V. 11, N 4. P. 334. DOI: 10.3390/atmos11040334.
39. Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика. М.: Высшая школа, 2004. 479 с.
40. Наследов А.Д. Математические методы психологического исследования. Анализ и интерпретация данных: учеб. пособие. СПб.: Речь, 2007. 392 с.