Том 37, номер 06, статья № 7

Аннотация:

Представлено описание автоматизированного комплекса, созданного для измерений содержания веществ с разной летучестью в шести диапазонах размеров частиц от 0,3 до 5 мкм при искусственном нагреве от 25 до 200 °С (с промежуточной точкой 100 °С). Концентрация частиц регистрировалась фотоэлектрическим счетчиком. Приборный комплекс был апробирован в отдельных сериях круглосуточных наблюдений в разные сезоны 2021–2023 гг. Проведено сравнение измерений фотоэлектрическим счетчиком и интегральным нефелометром в декабре 2022 г. и марте 2023 г. Показано, что вариации долевого содержания растворимых сернистых соединений по данным счетчика хорошо согласуются с изменчивостью параметра конденсационной активности. Применение метода термического воздействия позволит получить дополнительные сведения о сезонном и суточном ходе состава аэрозоля в среднедисперсном диапазоне размеров частиц.

Ключевые слова:

аэрозоль, летучие компоненты, термическое воздействие, фотоэлектрические счетчики частиц

Список литературы:

1. Зуев В.Е., Креков Г.М. Оптические модели атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1986. 256 с.
2. Penner J., Andreae M., Annegarn H., Barrie L., Feichter J., Hegg D., Jayaraman A., Leaitch R., Murphy D., Nganga J., Pitari G. Aerosols, their direct and indirect effects // Climate Change 2001: Working group I: The Scientific Basis / J. Houghton, Y. Ding, D. Griggs, M. Noguer, P. Linden, X. Dai, K. Maskell, C. Johnson (eds.). New York, Cambridge: Cambridge University Press, 2001. Chap. 5. P. 289–348.
3. Haywood J., Boucher O. Estimates of the direct and indirect radiative forcing due to tropospheric aerosols. A review // Rev. Geophys. 2000. V. 38. P. 513–543.
4. Takemura T., Nakajima T., Dubovik O., Holben B., Kinne S. Single-scattering albedo and radiative forcing of various aerosol species with a global three-dimensional model // J. Clim. 2002. V. 15. P. 333–352.
5. Bellouin N., Quaas J., Gryspeerdt E., Kinne S., Stier P., Watson-Parris D., Boucher O., Carslaw K., Christensen M., Daniau A.-L., Dufresne J.-L., Feingold G., Fiedler S., Forster P., Gettelman A., Haywood J.M., Malavelle F., Lohmann U., Mauritsen T., McCoy D., Myhre G., Mülmenstädt J., Neubauer D., Possner A., Rugenstein M., Sato Y., Schulz M., Schwartz S.E., Sourdeval O., Storelvmo T., Toll V., Winker D., Stevens B. Bounding global aerosol radiative forcing of climate change // Rev. Geophys. 2020 V. 58. P. e2019RG000660. DOI: 10.1029/2019RG000660.
6. Yu H., Kaufman Y., Chin M., Feingold G., Remer L., Anderson T., Balkanski Y., Bellouin N., Boucher O., Christopher S., DeCola P., Kahn R., Koch D., Loeb N., Reddy M., Schulz M., Takemura T., Zhou M. A review of measurement-based assessments of the aerosol direct radiative effect and forcing // Atmos. Chem. Phys. 2006. V. 6. P. 613–666. DOI: 10.5194/acpd-5-7647-2005.
7. Панченко М.В., Козлов В.С., Полькин В.В., Терпугова С.А., Тумаков А.Г., Шмаргунов В.П. Восстановление оптических характеристик тропосферного аэрозоля Западной Сибири на основе обобщенной эмпирической модели, учитывающей поглощающие и гигроскопические свойства частиц // Оптика атмосф. и океана. 2012. Т. 25, № 1. С. 46–54.
8. Зенкова П.Н., Терпугова С.А., Полькин В.В., Полькин Вас.В., Ужегов В.Н., Козлов В.С., Яушева Е.П., Панченко М.В. Развитие эмпирической модели оптических характеристик аэрозоля Западной Сибири // Оптика атмосф. и океана. 2021. Т. 34, № 3. С. 192–198. DOI: 10.15372/AOO20210305; Zenkova P.N., Terpugova S.A., Pol’kin V.V., Pol’kin Vas.V., Uzhegov V.N., Kozlov V.S., Yausheva E.P., Panchenko M.V. Development of an empirical model of optical characteristics of aerosol in Western Siberia // Atmos. Ocean. Opt. 2021. V. 34, N 4. P. 320–326. DOI: 10.1134/S1024856021040151.
9. Ивлев Л.С. Химический состав и структура атмосферных аэрозолей. Л.: Изд-во ЛГУ, 1982. 368 с.
10. An W.J., Pathak R.K., Lee B.H., Pandis S.N. Aerosol volatility measurement using an improved thermodenuder: Application to secondary organic aerosol // J. Aerosol Sci. 2007. V. 38. P. 305–314. DOI: 10.1016/j.jaerosci.2006.12.002.
11. Faulhaber A.E., Thomas B.M., Jimenez J.L., Jayne J.T., Worsnop D.R., Ziemann P.J. Characterization of a thermodenuder-particle beam mass spectrometer system for the study of organic aerosol volatility and composition // Atmos. Meas. Tech. 2009. V. 2. P. 15–31. DOI: 10.5194/amt-2-15-2009.
12. Cappa C.D., Wilson K.R. Evolution of organic aerosol mass spectra upon heating: Implications for OA phase and partitioning behavior // Atmos. Chem. Phys. 2011. V. 11. P. 1895–1911. DOI: 10.5194/acp-11-1895-2011.
13. Saleh R., Shihadeh A., Khlystov A. On transport phenomena and equilibration time scales in thermodenuders // Atmos. Meas. Tech. 2011. V. 4. P. 571–581. DOI: 10.5194/amt-4-571-2011.
14. Backman J., Virkkula A., Petaja T., Aurela M., Frey A., Hillamo R. Impacts of volatilisation on light scattering and filter-based absorption measurements: A case study // Atmos. Meas. Tech. 2010. V. 3. P. 1205–1216. DOI: 10.5194/amt-3-1205-2010.
15. Hakkinen S.A.K., Aijala M., Lehtipalo K., Junninen H., Backman J., Virkkula A., Nieminen T., Vestenius M., Hakola H., Ehn M., Worsnop D.R., Kulmala M., Petaja T., Riipinen I. Long-term volatility measurements of submicron atmospheric aerosol in Hyytiala, Finland // Atmos. Chem. Phys. 2012. V. 12. P. 10771–10786. DOI: 10.5194/acp-12-10771-2012.
16. Huffman J.A., Docherty K.S., Aiken A.C., Cubison M.J., Ulbrich I.M., DeCarlo P.F., Sueper D., Jayne J.T., Worsnop D.R., Ziemann P.J., Jimenez J.L. Chemically-resolved aerosol volatility measurements from two megacity field studies // Atmos. Chem. Phys. 2009. V. 9. P. 7161–7182. DOI: 10.5194/acp-9-7161-2009.
17. Любовцева Ю.С., Юдин Н.И. О природе летучей и нелетучей составляющей субмикронного аэрозоля // Изв. АН СССР. Физ. атмосф. и океана. 1982. Т. 18, № 7. С. 732–737.
18. Онлайн-мониторинг. Аэрозольная станция ЛОА. Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева. Томск, 2024. URL: aerosol.iao.ru (дата обращения: 16.09.2024).
19. Терпугова С.А., Панченко М.В., Докукина Т.А., Яушева Е.П., Козлов В.С. Сезонная изменчивость содержания веществ разной степени летучести в приземном аэрозоле по данным термооптических измерений // Оптика атмосф. и океана. 2010. Т. 23, № 6. С. 439–443.
20. Панченко М.В., Полькин В.В. Представление о микроструктуре тропосферного аэрозоля Сибири на основе измерений фотоэлектрическим счетчиком // Оптика атмосф. и океана. 2001. Т. 14, № 6–7. С. 526–537.
21. Pol’kin V.V., Panchenko M.V. Aspects of a technique for investigation of the volatility parameters of species in the composition of atmospheric aerosol in the size range 0.3–5 mm // Proc. SPIE. 2023. V. 12780. DOI: 10.1117/12.2688315.
22. Муштаев В.И., Ульянов В.М. Сушка дисперсных материалов. М.: Химия, 1988. 352 с.
23. Загайнов В.А., Костина Е.М., Юдин Н.И. Влияние поверхности на энергию активации испарения аэрозольных частиц сульфата аммония // Хим. физ. 1985. Т. 4, № 7. С. 1000–1003.
24. Ермаков А.Н., Алоян А.Е., Арутюнян В.О. Механизм нефотохимического образования сульфатов в аэрозольной дымке // Метеорол. и гидрол. 2023. № 2. С. 90–99.
25. Справочник химика / под ред. Б.П. Никольского. М.: Химия, 1966. Т. 1. 1072 с.
26. Cai M., Tan H., Chan C.K., Mochida M., Hatakeyama S., Kondo Y., Schurman M.I., Xu H., Li F., Shimada K., Li L., Deng Y., Yai H., Matsuki A., Qin Y., Zhao J. Comparison of aerosol hygroscopcity, volatility, and chemical composition between a suburban site in the Pearl River delta region and a marine site in Okinawa // Aerosol Air Qual. Res. 2017. V. 17. P. 3194–3208. DOI: 10.4209/aaqr.2017.01.0020.
27. Mikhailov E., Vlasenko S., Niessner R., Poschl U. Interaction of aerosol particles composed of protein and salts with water vapor: Hygroscopic growth and microstructural rearrangement // Atmos. Chem. Phys. 2004. V. 4. P. 323–350. DOI: 10.5194/acp-4-323-2004.
28. Hanel G. The properties of atmospheric aerosol particles as functions of the relative humidity at thermodynamic equilibrium with the surrounding moist air // Adv. Geophys. 1976. V. 19. P. 74–183.
29. Warneck P. Chemistry of the Natural Atmosphere. San Diego, CA: Academic Press, 1988. V. 41. 330 p. (International Geophysics Series).
39. Панченко М.В., Терпугова С.А., Козлов В.С., Полькин В.В., Яушева Е.П. Годовой ход конденсационной активности субмикронного аэрозоля в приземном слое атмосферы Западной Сибири // Оптика атмосф. и океана. 2005. Т. 18, № 8. С. 678–683.
31. Terpugova S.A., Antonov A.V., Yausheva E.P., Chernov D.G., Pol’kin Vas.V., Pol’kin Vik.V., Shmargunov V.P., Panchenko M.V. Variability of monthly average characteristics of the aerosol condensation activity in annual behavior // Proc. SPIE. 2023. V. 12780. P. 127802C. DOI: 10.1117/12.2689797.