Том 38, номер 12, статья № 6

Аннотация:

Атмосферные ионы играют важную роль в процессах образования аэрозольных частиц и влияют на здоровье населения. Однако данных об их концентрации на территории России крайне мало. Для восполнения этого пробела в обсерватории «Фоновая» с июля 2019 г. был начат мониторинг содержания ионов. Проведенный анализ показал, что с июля 2019 г. по май 2024 г. концентрации отрицательных и положительных аэроионов находились в пределах 220–720 см^-3. У отрицательных ионов имеется тренд +7%/год, а у положительных -1,2%/год. У ионов обоих знаков наблюдается достаточно четкий годовой ход с максимумом в летнее время и минимумом в зимнее. Средний многолетний суточный ход свидетельствует, что концентрации ионов обоих знаков изменяются синхронно: минимум наблюдается в утренние часы, максимум – в послеполуденное время. Полученные данные позволяют уточнить роль ионов в атмосферных процессах.

Ключевые слова:

атмосфера, воздух, ионы, концентрация, годовой ход, суточный ход, коэффициент униполярности, наночастицы, нейтральные частицы, нуклеация

Иллюстрации:

Список литературы:

1. Hirsikko A., Nieminen T., Gagne S., Lehtipalo K., Manninen H.E., Ehn M., Horrak U., Kerminen V.-M., Laakso L., McMurry P.H., Mirme A., Mirme S., Petaja T., Tammet H., Vakkari V., Vana M., Kulmala M. Atmospheric ions and nucleation: A review of observations // Atmos. Chem. Phys. 2011. V. 11, N 2. P. 767–798. DOI: 10.5194/acpd-10-24245-2010.
2. Yu F., Turco R.P. The size-dependent charge fraction of sub-3-nm particles as a key diagnostic of competitive nucleation mechanisms under atmospheric conditions // Atmos. Chem. Phys. 2011. V. 11, N 18. P. 9451–9463. DOI: 10.5194/acpd-11-11281-2011.
3. Фукс Н.А. Механика аэрозолей. М.: АН СССР, 1955. 352 с.
4. Розенберг Г.В., Любовцева Ю.С., Горчаков Г.И. Фоновый аэрозоль Абастумани // Изв. АН СССР. Физ. атмосф. и океана. 1982. Т. 18, № 8. С. 822–839.
5. Смирнов Б.М. Электрический цикл в земной атмосфере // Успехи физ. наук. 2014. Т. 184, № 11. С. 1153–1176.
6. Arnold F. Atmospheric ions and aerosol formation // Planetary Atmospheric Electricity. Luxemburg: Springer Science Business Media, 2008. P. 225–238.
7. САНПИН 1.2.3685-21 «Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания» // Постановление Главного государственного санитарного врача Российской Федерации N 2 от 28 января 2021 г. 1024 c.
8. Wilson C.T.R. Atmospheric electricity // Nature. 1900. V. 62, N 1598. P. 149–151. DOI: 10.1038/068102d0.
9. Wilson C.T.R. Nucleu and ions // Nature. 1903. V. 69, N 1779. P. 103–104.
10. Harrison R.G., Tammet H. Ions in the terrestrial atmosphere and other solar systems atmospheres // Planetary Atmospheric Electricity. Luxemburg: Springer Science Business Media, 2008. P. 107–118.
11. Kazil J., Harrison R.G., Lovejoy E.R. Tropospheric new particle formation and role of ions // Planetary Atmospheric Electricity. Luxemburg: Springer Science Business Media, 2008. P. 241–255.
12. Смирнов В.В. Ионизация в тропосфере. СПб.: Гидрометеоиздат, 1992. 312 с.
13. Komppula M., Vana M., Kerminen V.-M., Lihavainen H., Viisanen Y., Hõrrak U., Komsaare K., Tamm E., Hirsikko A., Laakso L. Kulmala M. Size distributions of atmospheric ions in the Baltic Sea region // Boreal Environ. Res. 2007. V. 12, N 3. P. 323–336.
14. Chen X., Virkkula A., Kerminen V.-M., Manninen H.E., Busetto M., Lanconelli C., Lupi A., Vitale V., Del Guasta M., Grigioni P., Väänänen R., Duplissy E.-M., Petäjä T., Kulmala M. Features in air ions measured by an air ion spectrometer (AIS) at Dome C // Atmos. Chem. Phys. 2017. V. 17, N 22. P. 13783–13800. DOI: 10.5194/acp-17-13783-2017.
15. Горчаков Г.И., Карпов А.В., Гущин Р.А., Даценко О.И. Электрические процессы в ветропесчаном потоке на опустыненных территориях // Оптика атмосф. и океана. 2024. Т. 37, № 6. С. 461–467. DOI: 10.15372/AOO20240603; Gorchakov G.I., Karpov A.V., Gushchin R.A., Datsenko O.I. Electrical processes in a wind-sand flux on desertified areas // Atmos. Ocean. Opt. 2024. V. 37, N 5. P. 630–636.
16. Алоян А.Е., Ермаков А.Н., Арутюнян В.О. Моделирование регионального влияния ионов на формирование аэрозоля в атмосфере // Изв. РАН. Физ. атмосф. и океана. 2022. Т. 58, № 3. С. 292–299.
17. Алоян А.Е., Ермаков А.Н., Арутюнян В.О. О влиянии атмосферных ионов на образование аэрозоля в тропосфере: численное моделирование // Изв. РАН. Физ. атмосф. и океана. 2023. Т. 59, № 4. С. 467–473.
18. Боярчук К.А. Оценка концентрации комплексных отрицательных ионов при радиоактивном загрязнении тропосферы // ЖТФ. 1999. Т. 69, № 3. С. 74–76.
19. Зукау В.В., Яковлева В.С., Каратаев В.Д., Нагорский П.М. Ионизация приземной атмосферы излучением почвенных радионуклидов // Изв. ТПУ. 2010. Т. 317, № 2. С. 171–175.
20. Чэнсюнь Ю., Чжицзянь Л., Бычков В.Л., Бычков Д.В., Голубков М.Г., Маслов Т.А., Родионов И.Д., Родионова И.П., Степанов И.Г., Уманский С.Я., Голубков Г.В. Распределение концентраций положительных и отрицательных ионов в тропосфере // Химическая физика. 2022. Т. 41, № 10. С. 28–37.
21. Анисимов С.В., Галиченко С.В., Афиногенов К.В., Макрушин А.П., Шихова Н.М. Объемная активность радона и ионообразование в невозмущенной нижней атмосфере: наземные наблюдения и численное моделирование // Физика Земли. 2017. № 1. С. 155–170.
22. Anisimov S.V., Galichenko S.V., Aphinogenov K.V., Klimanova E.V., Kozmina A.S. Small air ion statistics near the earth’s surface // Atmos. Res. 2022. V. 267. P. 105913. DOI: 10.1016/j.atmosres.2021.105913.
23. Безруков Л.Б., Громцева А.Ф., Заварзина В.П., Карпиков И.С., Курлович А.С., Лебедев Д.А., Межох А.К., Наумов П.Ю., Силаева С.В., Синёв В.В. Наблюдение избытка положительных аэроионов в подземных полостях // Геомагнетизм и аэрономия. 2022. Т. 62, № 6. С. 755–768.
24. Смирнов Б.М. Процессы атмосферного электричества // Вестн. ОИВТ РАН. 2023. № 12. С. 9–15.
25. Монин А.С. Прогноз погоды как задача физики. М.: Наука, 1969. 184 с.
26. Antonovich V.V., Antokhin P.N., Arshinov M.Yu., Belan B.D., Balin Y.S., Davydov D.K., Ivlev G.A., Kozlov A.V., Kozlov V.S., Kokhanenko G.P., Novoselov M.M.  Station for the comprehensive monitoring of the atmosphere at Fonovaya Observatory, West Siberia: Current status and future needs // Proc. SPIE. 2018. V. 10833. P. 108337Z. DOI: 10.1117/12.2504388.
27. Horrak U., Aalto P.P., Salm J., Komsaare K., Tammet H., Makela J.M., Laakso L., Kulmala M. Variation and balance of positive air ion concentrations in a boreal forest // Atmos. Chem. Phys. 2008. V. 8, N 3. P. 655–675. DOI: 10.5194/acpd-7-9465-2007.
28. Холопцев А.В., Седов Д.В. Климатические нормы повторяемости гроз над городами Сибири для месяцев пожароопасного сезона при современном потеплении климата // Сибирский пожарно-спасательный вестник. 2024. Т. 32, № 1. С. 169–182.
29. Свечникова Е.К., Ильин Н.В., Мареев Е.А. Оценка распределения электрического заряда в облаке по данным о вариации потока энергичных частиц под облаком // Докл. РАН. Науки о Земле. 2021. Т. 496, № 2. С. 198–203.
30. Донченко В.А., Кабанов М.В., Кауль Б.В., Нагорский П.М., Самохвалов И.В. Электрооптические явления в атмосфере. Томск: Изд-во НТЛ, 2015. 316 с.
31. Sulo J., Lampilahti J., Chen X., Kontkanen J., Nieminen T., Kerminen V.-M., Petäjä T., Kulmala M., Lehtipalo K. Measurement report: Increasing trend of atmospheric ion concentrations in the boreal forest // Atmos. Chem. Phys. 2022. V. 22, N 23. P. 15223–15242. DOI: 10.5194/acp-22-15223-2022.
32. Miao S., Zhang X., Han Y., Sun W., Liu C., Yin S. Random forest algorithm for the relationship between negative air ions and environmental factors in an urban park // Atmosphere. 2018. V. 9, N 12. P. 463. DOI: 10.3390/atmos9120463.
33. Dos Santos V.N., Herrmann E., Manninen H.E., Hussein T., Hakala J., Nieminen T., Aalto P.P., Merkel M., Wiedensohler A., Kulmala M., Petäjä T., Hämeri K. Variability of air ion concentrations in urban Paris // Atmos. Chem. Phys. 2015. V. 15, N 23. P. 13717–13737. DOI: 10.5194/acp-15-13717-2015.
34. Kalivitis N., Stavroulas I., Bougiatioti A., Kouvarakis G., Gagne S., Manninen H.E., Kulmala M., Mihalopoulos N. Night-time enhanced atmospheric ion concentrations in the marine boundary layer // Atmos. Chem. Phys. 2012. V. 12, N 8. P. 3627–3638. DOI: 10.5194/acp-12-3627-2012.
35. Wan X., Zhou R., Li L., Yang C., Lian J., Zhang J., Liu S., Xing W., Yuan Y. Factors influencing the concentration of negative air ions in urban forests of the Zhuyu Bay scenic area in Yangzhou, China // Atmosphere. 2024. V. 15, N 3. P. 316. DOI: 10.3390/atmos15030316.
36. Белан Б.Д. Озон в тропосфере. Томск: Изд-во ИОА СО РАН, 2010. 488 с.
37. Li H., Canagaratna M.R., Riva M., Rantala P., Zhang Y., Thomas S., Heikkinen L., Flaud P.-M., Villenave E., Perraudin E., Worsnop D., Kulmala M., Ehn M., Bianchi F. Atmospheric organic vapors in two European pine forests measured by a Vocus PTR-TOF: Insights into monoterpene and sesquiterpene oxidation processes // Atmos. Chem. Phys. 2021. V. 21, N 5. P. 4123–4147. DOI: 10.5194/acp-21-4123-2021.
38. Yin R., Li X., Yan C., Cai R., Zhou Y., Kangasluoma J., Sarnela N., Lampilahti J., Petäjä T., Kerminen V.-M., Bianchi F., Kulmala M., Jiang J. Revealing the sources and sinks of negative cluster ions in an urban environment through quantitative analysis // Atmos. Chem. Phys. 2023. V. 23, N 9. P. 5279–5296. DOI: 10.5194/acp-23-5279-2023.
39. Katz D.J., Abdelhamid A., Stark H., Canagaratna M.R., Worsnop D.R., Browne E.C. Chemical identification of new particle formation and growth precursors through positive matrix factorization of ambient ion measurements // Atmos. Chem. Phys. 2023. V. 23, N 9. P. 5567–5585.
40. Аршинов М.Ю., Белан Б.Д., Гармаш О.В., Давыдов Д.К., Демакова А.А., Ежова Е.В., Козлов А.В., Kulmala M., Lappalainen H., Petäjä T. Взаимосвязь концентрации атмосферных ионов и радона по данным измерений в обсерватории «Фоновая» // Оптика атмосф. и океана. 2022. Т. 35, № 1. С. 12–18. DOI: 10.15372/AOO20220102; Arshinov M.Yu., Belan B.D., Garmash O.V., Davydov D.K., Demakova A.A., Ezhova E.V., Kozlov A.V., Kulmala M., Lappalainen H., Petäjä T. Correlation between the concentrations of atmospheric ions and radon as judged from measurements at the Fonovaya Observatory // Atmos. Ocean. Opt. 2022. V. 35, N 1. P. 36–42.
41. Tuovinen S., Lampilahti J., Kerminen V.-M., Kulmala M. Intermediate ions as indicator for local new particle formation // Aerosol Res. 2024. V. 2, N 1. P. 93–105. DOI: 10.5194/ar-2024-4.
42. Huang Z., Ge X., Liu D., Tong L., Nie D., Shen F., Yang M., Wu Y., Xiao H., Yu H. Atmospheric particle number size distribution and size-dependent formation rate and growth rate of neutral and charged new particles at a coastal site of eastern China // Atmos. Environ. 2022. V. 270, N 118899. DOI: 10.1016/j.atmosenv.2021.118899.
43. Li A., Li Q., Zhou B., Ge X., Cao Y. Temporal dynamics of negative air ion concentration and its relationship with environmental factors: Results from long-term on-site monitoring // Sci. Total Environ. 2022. V. 832. P. 155057. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2022.155057.
44. Li Z., Li C., Chen B., Hong Y., Jiang L., He Z., Liu J. Temporal dynamics of negative air ion concentrations in Nanjing Tulou scenic area // Atmosphere. 2024. V. 15, N 3. P. 258. DOI: 10.3390/atmos15030258.