Том 38, номер 07, статья № 4

Аннотация:

По заключению Международной группы экспертов по изменению климата ООН (IPCC), для определения основных причин глобального потепления, обусловленного увеличением содержания парниковых газов, требуется точная оценка их выбросов и стоков, так как все еще сохраняется значительная неопределенность в оценке их баланса. Для уточнения баланса в настоящей работе исследуются неоднородности в распределении потоков и стоков парниковых газов на мезомасштабном уровне. С учетом того, что в процессах газового обмена значительную роль играет почва, такой подход представляется весьма перспективным. В работе используются данные ежечасных измерений газового состава воздуха с трех постов комплексного мониторинга состава воздуха: TOR-станции, обсерватории «Фоновая» и Базового экспериментального комплекса ИОА СО РАН. Показано, что различия средних многолетних (2013–2017 гг.) концентраций между станциями лежат в пределах 116–195 мкг/м³ для СО; 3,3–8,3 млн^-1 для СО₂; 0,4–0,8 мкг/м³ для NO; 4,6–15,5 мкг/м³ для NO₂; 8,1–14,3 мкг/м³ для O₃ и 2,3–6,9 мкг/м³ для SO₂. Впервые выявлено, что у разницы концентраций имеются годовые и суточные вариации. Полученные результаты расширяют знания о динамике парниковых и окисляющих газов в атмосфере и могут быть полезны при выработке требований к точности их измерений.

Ключевые слова:

атмосфера, диоксид серы, метан, озон, оксиды азота, оксиды углерода, перенос, состав

Иллюстрации:

Список литературы:

1. Summary for policymakers // Climate Change 2023: Synthesis Report. Contribution of Working Groups I, II, and III to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Switzerland: Geneva, 2023. P. 1–34. DOI: 10.59327/IPCC/AR6-9789291691647.
2. Ramonet M., Ciais Ph., Sha M.K., Steinbacher M., Sweeney C. CO₂ in the atmosphere: Growth and trends since 1850 // Oxford Research Encyclopedias of Climate Science. 2023. P. 1–44. DOI: 10.1093/acrefore/9780190228620.013.863.
3. Киселев А.А., Кароль И.Л. С метаном по жизни. СПб.: Главная геофизическая обсерватория им. А.И. Воейкова, 2019. 73 с.
4. Thompson R.L., Lassaletta L., Patra P.K., Wilson C., Wells K.C., Gressent A., Koffi E.N., Chipperfield M.P., Winiwarter W., Davidson E.A., Tian H., Canadell J.G. Acceleration of global N₂O emissions seen from two decades of atmospheric inversion // Nat. Clim. Change. 2019. V. 9, N 12. P. 993–998. DOI: 10.1038/s41558-019-0613-7.
5. Desai A.R., Paleri S., Mineau J., Kadum H., Wanner L., Mauder M., Butterworth B.J., Durden D.J., Metzger S. Scaling land-atmosphere interactions: Special or fundamental? // J. Geophys. Res. Biogeosci. 2022. V. 127, N 9. P. e2022JG007097. DOI: 10.1029/2022JG007097.
6. Deak B., Botta-Dukat Z., Radai Z., Kovacs B., Apostolova I., Batori Z., Kelemen A., Lukacs K., Kiss R., Palpurina S., Sopotlieva D., Valko O. Meso-scale environmental heterogeneity drives plant trait distributions in fragmented dry grasslands // Sci. Total Environ. 2024. V. 947. P. 174355. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2024.174355.
7. Lembrechts J.J. Nijs I. Microclimate shifts in a dynamic world // Science. 2020. V. 368, N 6492. P. 711–712.
8. Zellweger F., De Frenne P., Lenoir J., Vangansbeke P., Verheyen K., Bernhardt-Römermann M., Baeten L., Hédl R., Berki I., Brunet J., Van Calster H., Chudomelová M., Decocq G., Dirnböck T., Durak T., Heinken T., Jaroszewicz B., Kopecký M., Máliš F., Macek M., Malicki M., Naaf T., Nagel T.A., Ortmann-Ajkai A., Petrík P., Pielech R., Reczynska K., Schmidt W., Standovár T., Swierkosz K., Teleki B., Vild O., Wulf M., Coomes D. Forest microclimate dynamics drive plant responses to warming // Science. 2020. V. 368, N 6492. P. 772–775. DOI: 10.1126/science.aba6880.
9. Алферов А.М., Блинов В.Г., Гитарский М.Л., Грабар В.А., Замолодчиков Д.Г., Зинченко А.В., Иванова Н.П., Ивахов В.М., Карабаню Р.Т., Карелин Д.В., Калюжный И.Л., Кашин Ф.В., Конюшков Д.Е., Коротков В.Н., Кровотынцев В.А., Лавров С.А., Марунич А.С., Парамонова Н.Н., Романовская А.А., Трунов А.А., Шилкин А.В. Юзбеков А.К. Мониторинг потоков парниковых газов в природных экосистемах. Саратов: Амирит, 2017. 279 с.
10. Shi D., Jiang Y., Li W., Wen Y., Wu F., Zhao S. Spatial-temporal heterogeneity of spring phenology in boreal forests as estimated by satellite solar-induced chlorophyll fluorescence and vegetation index // Agric. Forest Meteorol. 2024. V. 346. P. 109888. DOI: 10.3390/ijerph182413031.
11. Ольчев А.В., Мухартова Ю.В., Левашова Н.Т., Волкова Е.М., Рыжова М.С., Мангура П.А. Влияние пространственной неоднородности растительного покрова и рельефа на вертикальные потоки СО₂ в приземном слое атмосферы // Изв. РАН. Физ. атмосф. и океана. 2017. Т. 53, № 5. С. 612–623.
12. Cao Y., Yue X., Liao H., Wang X., Lei Y., Zhou H. Impacts of land cover changes on summer surface ozone in China during 2000–2019 // Sci. Total Environ. 2024. V. 948. P. 174821. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2024.174821.
13. Смагин А.В., Карелин Д.В. О влиянии ветра на газообмен почвы и атмосферы // Почвоведение. 2021, № 3. С. 327–337. DOI: 10.31857/S0032180X21030138.
14. Acevedo O.C., Osvaldo Moraes O.L.L., Degrazia G.A., Fitzjarrald D.R., Manzi A.O., Campos J.G. Is friction velocity the most appropriate scale for correcting nocturnal carbon dioxide fluxes? // Agric. Forest Meteorol. 2009. V. 149, N 1. P. 1–10. DOI: 10.1016/j.agrformet.2008.06.014.
15. Степаненко С.Н. Мезометеорология: учеб. пособие. Одесса: ОГМИ, 2001. 223 с.
16. Обзор состояния и загрязнения окружающей среды в Российской Федерации за 2019 год. Росгидромет, 2020. 217 с.
17. Burrows J.P., Martin R. Satellite observations of tropospheric trace gases and aerosols. Introduction // IGAC Newsletter. 2007. N 35. P. 2–7. DOI: 10.1007/978-94-011-4353-0_27.
18. Tollefson J. Carbon-sensing satellite system faces high hurdles // Nature. 2016. V. 533, N 7604. P. 446–447. DOI: 10.1038/533446a.
19. Popkin G. Commercial space sensors go high-tech // Nature. 2017. V. 545, N 7655. P. 397–398.
20. Гибадуллин Р.Р., Мухартова Ю.В., Кочкина М.В., Сатосина Е.М., Степаненко В.М., Керимов И.А., Гулев С.К., Ольчев А.В. Моделирование пространственной изменчивости полей ветра и потоков СО₂ и СН₄ над неоднородной подстилающей поверхностью // Метеорол. и гидрол. 2024. № 9. C. 93–100.
21. Berchet A., Pison I., Chevallier F., Paris J.-D., Bousquet P., Bonne J.-L., Arshinov M.Yu., Belan B.D., Cressot C., Davydov D.K., Dlugokencky E.J., Fofonov A.V., Galanin A., Lavrič J., Machida T., Parker R., Sasakawa M., Spahni R., Stocker B.D., Winderlich J. Natural and anthropogenic methane fluxes in Eurasia: A meso-scale quantification by generalized atmospheric inversion // Biogeosci. 2015. V. 12, N 18. P. 5393–5414. DOI: 10.5194/bg-12-5393-2015.
22. Антохина О.Ю., Антохин П.Н., Аршинова В.Г., Аршинов М.Ю., Белан Б.Д., Белан С.Б., Давыдов Д.К., Дудорова Н.В., Ивлев Г.А., Козлов А.В., Рассказчикова Т.М., Савкин Д.Е., Симоненков Д.В., Скляднева Т.К., Толмачев Г.Н., Фофонов А.В. Исследование состава воздуха в различных воздушных массах // Оптика атмосф. и океана. 2018. Т. 31, № 9. С. 752–759. DOI: 10.15372/AOO20180909; Antokhina O.Yu., Antokhin P.N., Arshinova V.G., Arshinov M.Yu., Belan B.D., Belan S.B., Davydov D.K., Dudorova N.V., Ivlev G.A., Kozlov A.V., Rasskazchikova T.M., Savkin D.E., Simonenkov D.V., Sklyadneva T.K., Tolmachev G.N., Fofonov A.V. Study of air composition in different air masses // Atmos. Ocean. Opt. 2019. V. 32, N 1. P. 72–79.
23. Решетов В.Д. Изменчивость метеорологических элементов в атмосфере. Л.: Гидрометеоиздат, 1973. 215 с.
24. О составе, точности и пространственно-временном разрешении информации необходимой для гидрометеорологического обеспечения народного хозяйства и службы гидрометеорологических прогнозов / под ред. М.А. Петросянц, В.Д. Решетова. Л.: Гидрометеоиздат, 1975. 220 с.
25. WMO GAW (2018). 19th WMO/IAEA Meeting of Experts on Carbon Dioxide, Other Greenhouse Gases And Related Tracers Measurement Techniques / GAW Report № 242. WMO, 2018. 150 p.
26. Антонов К.Л., Гуляев Е.А., Маркелов Ю.И., Поддубный В.А. Закономерности изменения концентраций СО₂ и СН₄ по результатам измерений в приземном слое атмосферы городской и загородной территорий в 2021–2022 годах // Метеорол. и гидрол. 2024. № 5. С. 111–124.
27. Fang S.X., Zhou L.X., Tans P.P., Ciais P., Steinbacher M., Xu L., Luan T. In situ measurement of atmospheric CO₂ at the four WMO/GAW stations in China // Atmos. Chem. Phys. 2014. V. 14, N 5. P. 2541–2554. DOI: 10.5194/acpd-13-27287-2013.
28. Kilkki J., Aalto T., Hatakka J., Portin H., Laurila T. Atmospheric CO₂ observations at Finnish urban and rural sites // Boreal Environ. Res. 2015. V. 20, N 2. P. 227–242.
29. Belikov D., Arshinov M., Belan B., Davydov D., Fofonov A. Analysis of the diurnal, weekly, and seasonal cycles and annual trends in atmospheric CO₂ and CH₄ at tower network in Siberia during 2005–2016 // Atmosphere. 2019. V. 10, N 11. P. 698. DOI: 10/3390/atmos10110689.
30. Оболкин В.А., Шаманский Ю.В., Ходжер Т.В., Фалиц А.В. Мезомасштабные процессы переноса атмосферных загрязнений в районе Южного Байкала // Океанологические исследования. 2019. Т. 47, № 3. С. 104–113.
31. Stockwell W.R., Fitzgerald R.M., Lu D., Perea R. Differences in the variability of measured and simulated tropospheric ozone mixing ratios over the Paso del Norte Region // J. Atmos. Chem. 2013. V. 70, N 1. P. 91–104.
32. Huang Y.Y., Donaldson D.J. Measurement report: Observations of ground-level ozone concentration gradients perpendicular to the Lake Ontario shoreline // Atmos. Chem. Phys. 2024. V. 24, N 4. P. 2387–2398.
33. Yurganov L.N., Jaffe D.A., Pullman E., Novelli P.C. Total column and surface densites of atmospheric carbon monoxide in Alaska, 1995 // J. Geophys. Res. 1998. V. 103, N D15. P. 19337–19345.
34. Barret B., De Maziere M., Mahieu E. Ground-based FTIR measurements of CO from the Jungfraujoch: Characterization and comparison with in situ surface and MOPITT data // Atmos. Chem. Phys. Discuss. 2003. V. 3, N 5. P. 4857–4878. DOI: 10.5194/acp-3-2217-2003.
35. Tarasova O.A., Brenninkmeijer C.A.M., Assonov S.S., Elansky N.F., Röckmann T., Sofiev M.A. Atmospheric CO along the Trans-Siberian Railroad and River Ob: Source identification using isotope analysis // J. Atmos. Chem. 2007. V. 57, N 2. P. 135–152.
36. Chameidas W.L., Davis D.D., Bradshaw J., Sandholm J., Rodgers M., Baum B., Ridley B., Madronich S., Carrol M.A., Gregory G., Schiff H.I., Hastle D.R., Torres A., Condon E. Observed and model-calculated NO₂/NO ratios in tropospheric air sampled during the NASA GTE/CITE-2 field study // J. Geophys. Res. 1990. V. 95, N D7. P. 10235–10247.
37. De Arellano J.V.-G., Duynkerke P.G. Influence of chemistry on the flux-gradient relationships for the NO–O₃–NO₂ system // Bound.-Lay. Meteorol. 1992. V. 61, N 4. P. 375–387.
38. Duyzer J.H., Deinum G., Baak J. The interpretation of measurements of surface exchange of nitrogen oxides: Correction for chemical reactions // Phil. Trans. R. Soc. Lond. A. 1995. V. 351, N 1696. P. 231–248.
39. Белан Б.Д., Ковалевский В.К., Плотников А.П., Скляднева Т.К. Временная динамика озона и окислов азота в приземном слое в районе г. Томска // Оптика атмосф. и океана. 1998. Т. 11, № 12. С. 1325–1327.
40. Аршинов М.Ю., Белан Б.Д., Давыдов Д.К., Козлов А.В., Фофонов А.В. Эмиссия и поглощение парниковых газов луговой экосистемой южной тайги Западной Сибири: оценка вклада почвенной составляющей по данным наблюдений 2023 г. // Оптика атмосф. и океана. 2024. Т. 37, № 9. С. 760–772. DOI: 10.15372/AOO20240906; Arshinov M.Yu., Belan B.D., Davydov D.K., Kozlov A.V., Fofonov A.V. Emission and sink of greenhouse gases in the grassland ecosystem of southern taiga of Western Siberia: Estimates of the contribution of soil flux component from observations of 2023 // Atmos. Ocean. Opt. 2024. V. 37, N 6. P. 865–880.
41. Белан Б.Д. Озон в тропосфере. Томск: Изд-во ИОА СО РАН, 2010. 488 с.
42. Семенов Н.Н. Цепные реакции. М.: Наука, 1986. 535 c.
43. Марчук Г.И. Численное моделирование в задачах охраны окружающей среды. М.: ОВМ АН СССР, 1989. 36 с.