Том 39, номер 08, статья № 5

Аннотация:

Продолжающееся глобальное потепление требует повышенного внимания к динамике концентраций парниковых газов в атмосфере, которая недостаточно изучена. В настоящей работе рассматривается изменчивость концентраций CO₂ и CH₄ на мезомасштабном уровне a (200–2000 км). Для анализа были использованы ежечасные данные наблюдений за 2013–2017 гг., полученные на шести станциях сети мониторинга парниковых газов JR-STATION, которая была создана в рамках российско-японского научного сотрудничества. Представлены результаты анализа абсолютных значений разности ежечасных концентраций (| ΔСО₂ | и | ΔСН₄ |) между соседними пунктами наблюдений. Показано, что средние многолетние | ΔСО₂ | могут изменяться от 3,8 до 4,5 млн^-1, а | ΔСН₄ | – от 47 до 105 млрд^-1. Градиенты концентрации СО₂ на территории Западной Сибири на мезомасштабном уровне α равны 0,006–0,007 млн^-1/км, а СН₄ – 0,077–0,179 млрд^-1/км, что значительно ниже, чем на более мелких масштабах β (20–200 км) и γ (2–20 км). В годовом ходе средние многолетние минимальные абсолютные разности концентраций CO₂ наблюдаются между всеми станциями в марте – апреле, максимальные в июне – августе. Минимальные значения составляют ~ 2 млн^-1, а максимальные достигают 6–9 млн^-1. В суточном ходе максимум средних многолетних абсолютных разностей концентраций СО₂ и СН₄ приходится на темное время суток, а минимум – на светлое и меняется в течение года. С октября по апрель разности практически отсутствуют. Они начинают проявляться в мае в ночное время, достигая пиковых значений в июле и августе, в сентябре они снижаются. Полученные результаты расширяют представления о динамике парниковых газов в атмосфере на мезомасштабном уровне a и могут быть полезны при разработке требований к точности измерений, а также при масштабировании расчетов их баланса в атмосфере.

Ключевые слова:

атмосфера, диоксид углерода, концентрация, мезомасштаб, метан, состав

Иллюстрации:

Список литературы:

1. IPCC: 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. Geneva: IPCC, 2023. P. 1–34.
2. Ramonet M., Chatterjee A., Ciais P., Levin I., Sha M., Steinbacher M., Sweeney C. CO₂ in the Atmosphere: Growth and Trends Since 1850. Oxford Research Encyclopedia of Climate Science. Oxford: Oxford University Press, 2023. 44 p. URL: https://oxfordre.com/climatescience/view/10.1093/acrefore/ 9780190228620. 001.0001/acrefore-9780190228620-e-863.
3. Киселев А.А. Метан в средних и высоких северных широтах. Исследования 2023–2024 годов // Тр. ГГО. 2025. № 617. С. 6–118.
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. WMO GAW 19th WMO/IAEA Meeting of Experts on Carbon Dioxide, Other Greenhouse Gases and Related Tracers Measurement Techniques (CCMT-2019). GAW Report N 255. WMO, 2019. 150 p.
6. О составе, точности и пространственно-временном разрешении информации необходимой для гидрометеорологического обеспечения народного хозяйства и службы гидрометеорологических прогнозов / под ред. М.А. Петросянца, В.Д. Решетова. Л.: Гидрометеоиздат, 1975. 220 с.
7. Решетов В.Д. Изменчивость метеорологических элементов в атмосфере. Л.: Гидрометеоиздат, 1973. 215 с.
8. Монин А.С. Прогноз погоды как задача физики. М.: Наука, 1969. 184 с.
9. Friedlingstein P., O’Sullivan M., Jones M.W., Andrew R.M., Hauck J., Landschützer P., Le Quéré C., Li H., Luijkx I.T., Olsen A., Peters G.P., Peters W., Pongratz J., Schwingshackl C., Sitch S., Canadell J.G., Ciais P., Jackson R.B., Alin S.R., Arneth A., Arora V., Bates N.R., Becker M., Bellouin N., Berghoff C.F., Bittig H.C., Bopp L., Cadule P., Campbell K., Chamberlain M.A., Chandra N., Chevallier F., Chini L.P., Colligan T., Decayeux J., Djeutchouang L.M., Dou X., Duran Rojas C., Enyo K., Evans W., Fay A.R., Feely R.A., Ford D.J., Foster A., Gasser T., Gehlen M., Gkritzalis T., Grassi G., Gregor L., Gruber N., Gürses Ö., Harris I., Hefner M., Heinke J., Hurtt G.C., Iida Y., Ilyina T., Jacobson A.R., Jain A.K., Jarníková T., Jersild A., Jiang F., Jin Z., Kato E., Keeling R.F., Klein Goldewijk K., Knauer J., Korsbakken J.I., Lan X., Lauvset S.K., Lefèvre N., Liu Z., Liu J., Ma L., Maksyutov S., Marland G., Mayot N., McGuire P.C., Metzl N., Monacci N.M., Morgan E.J., Nakaoka S.-I., Neill C., Niwa Y., Nützel T., Olivier L., Ono T., Palmer P.I., Pierrot D., Qin Z., Resplandy L., Roobaert A., Rosan T.M., Rödenbeck C., Schwinger J., Smallman T.L., Smith S.M., Sospedra-Alfonso R., Steinhoff T., Sun Q., Sutton A.J., Séférian R., Takao S., Tatebe H., Tian H., Tilbrook B., Torres O., Tourigny E., Tsujino H., Tubiello F., van der Werf G., Wanninkhof R., Wang X., Yang D., Yang X., Yu Z., Yuan W., Yue X., Zaehle S., Zeng N., Zeng J. Global carbon budget 2024 // Earth Syst. Sci. Data. 2025. V. 17, N 3. P. 965–1039. DOI: 10.5194/essd-17-965-2025.
10. Saunois M., Martinez A., Poulter B., Zhang Z., Raymond P.A., Regnier P., Canadell J.G., Jackson R.B., Patra P.K., Bousquet P., Ciais P., Dlugokencky E.J., Lan X., Allen G.H., Bastviken D., Beerling D.J., Belikov D.A., Blake D.R., Castaldi S., Crippa M., Deemer B.R., Dennison F., Etiope G., Gedney N., Höglund-Isaksson L., Holgerson M.A., Hopcroft P.O., Hugelius G., Ito A., Jain A.K., Janardanan R., Johnson M.S., Kleinen T., Krummel P.B., Lauerwald R., Li T., Liu X., McDonald K.C., Melton J.R., Mühle J., Müller J., Murguia-Flores F., Niwa Y., Noce S., Pan S., Parker R.J., Peng C., Ramonet M., Riley W.J., Rocher-Ros G., Rosentreter J.A., Sasakawa M., Segers A., Smith S.J., Stanley E.H., Thanwerdas J., Tian H., Tsuruta A., Tubiello F.N., Weber T.S., van der Werf G.R., Worthy D.E.J., Xi Y., Yoshida Y., Zhang W., Zheng B., Zhu Q., Zhu Q., Zhuang Q. Global methane budget 2000–2020 // Earth Syst. Sci. Data. 2025. V. 17, N 5. P. 1873–1958. DOI: 10.5194/essd-17-1873-2025.
11. Shaw T.A., Stevens B. The other climate crisis // Nature. 2025. V. 639, N 8056. P. 877–887. DOI: 10.1038/s41586-025-08680-1.
12. 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 10. P. e2022JG007097. DOI: 10.1029/2022JG007097.
13. 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.
14. Lembrechts J.J. Nijs I. Microclimate shifts in a dynamic world // Science. 2020. V. 368, N 6492. P. 711–712. DOI: 10.1126/science.abc1245.
15. 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.
16. 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.
17. 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 // Agr. For. Meteorol. 2024. V. 346. P. 109888. DOI: 10.1016/j.agrformet.2024.109888.
18. 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.
19. Бурман Э.А. Местные ветры. Л.: Гидрометеоиздат, 1969. 341 с.
20. Acevedo O.C., 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? // Agr. For. Meteorol. 2009. V. 149, N 1. P. 1–10. DOI: 10.1016/j.agrformet.2008.06.014.
21. 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.
22. 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.
23. 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.
24. Parazoo N., Carroll D., Abshire J.B., Bar-On Y.M., Birdsey R.A., Bloom A.A., Bowman K.W., Braghiere R.K., Bruhwiler L.M., Byrne B., Chatterjee A., Crisp D., Duncanson L., Feldman A.F., Fox A.M., Frankenberg C., Gay B.A., Hopkins F., Hoffman F.M., Holmquist J.R., Hutyra L.R., Keller M., Koven C.D., Laughner J.L., Liu J., Lovenduski N.S., Macbean N., McKinley G.A., McNicol G., Menemenlis D., Michalak A.M., Miller C.E., Nesser H., Oda T., Ordway E.M., Ott L.E., Paustian K., Pierrat Z.A., Poulter B., Reed S.C., Schime D.S., Serbin S.P., Saatchi S.S., Suto H., Windham-Myers L., Wunch D. A U.S. scientific community vision for sustained earth observations of greenhouse gases to support local to global action // AGU Adv. 2025. V. 6, N 6. P. AV001914.
25. Обзор состояния и загрязнения окружающей среды в Российской Федерации за 2019 год. Росгидромет, 2020. 21 с.
26. Аршинов М.Ю., Белан Б.Д., Белан С.Б., Давыдов Д.К., Козлов А.В., Марченко О.О. Исследование мезомасштабных (b и g) особенностей распределения газового состава воздуха в районе г. Томска // Оптика атмосф. и океана. 2025. Т. 38, № 7. С. 529–540. DOI: 10.15372/AOO20250704; Arshinov M.Yu., Belan B.D., Belan S.B., Davydov D.K., Kozlov A.V., Marchenko O.O. Mesoscale (b and g) inhomogeneities of atmospheric composition over Tomsk // Atmos. Ocean. Opt. 2025. V. 38, N 6. P. 704–715.
27. Sasakawa M., Tsuda N., Machida T., Arshinov M., Davydov D., Fofonov A., Belan B. Revised methodology for CO₂ and CH₄ measurements at remote sites using a working standard-gas-saving system // Atmos. Meas. Tech. 2025. V. 18, N 8. P. 1717–1730. DOI: 10.5194/amt-18-1717-2025.
28. 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. C. 111–124.
29. 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/acp-14-2541-2014.
30. Kilkki J., Aalto T., Hatakka J., Portin H., Laurila T. Atmospheric CO₂ observations at Finnish urban and rural sites // Boreal Environ. Re. 2015. V. 20, N 2. P. 227–242. DOI: 10.1101/ber.20.2.227.
31. Аршинов М.Ю., Белан Б.Д., Давыдов Д.К., Inoue G., Максютов Ш.Ш., Machida Т., Фофонов А.В. Пространственная и временная изменчивость концентрации СО₂ и СН₄ в приземном слое воздуха на территории Западной Сибири // Оптика атмосф. и океана. 2009. Т. 22, № 2. С. 183–192; Arshinov M.Yu., Belan B.D., Davydov D.K., Inoue G., Maksyutov Sh.Sh., Machida T., Fofonov A.V. Spatio-temporal variability of CO₂ and CH₄ concentration in the surface atmospheric layer over West Siberia // Atmos. Ocean. Opt. 2009. V. 22, N 1. P. 84–93.
32. Belikov D., Arshinov M., Belan B., Davydov D., Fofonov A., Sasakawa M., Machida T. 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. 689. DOI: 10.3390/atmos10110689.
33. Wang D., Ziegler A.D., Holden J., Spracklen D.V., Ciais Ph., Peng L., Zeng Z. Vegetation cover change as a growing driver of global leaf area index dynamics // Nat. Commun. 2025. V. 16, N 1. P. 9259. DOI: 10.1038/s41467-025-64305-1.
34. Järvi-Laturi E., Tahvanainen T., Koskinen E., López-Blanco E., Lämsä J., Marttila H., Mastepanov M., Paavola R., Väisänen M., Torben R., Christensen T.R. Plant community composition explains spatial variation in year-round methane fluxes in a boreal rich fen // Biogeosci. 2025. V. 22, N 21. P. 6343–6367. DOI: 10.5194/bg-22-6343-2025.
35. Zhao Y., Zheng B., Saunois M., Ciais P., Hegglin M.I., Lu S., Li Y., Bousquet P. Air pollution modulates trends and variability of the global methane budget // Nature. 2025. V. 642, N 8067. P. 369–375. DOI: 10.1038/s41586-025-09004-z.
36. Gauci V., Pangala S.R., Shenkin A., Barba J., Bastviken D., Figueiredo V., Gomez C., Enrich-Prast A., Sayer E., Stauffer T., Welch B., Elias D., McNamara N., Allen M., Malhi Y. Global atmospheric methane uptake by upland tree woody surfaces // Nature. 2024. V. 631, N 8022. P. 796–800. DOI: 10.1038/s41586-024-07592-w.
37. Vestin P. Forests don’t just absorb CO₂ – they also take up methane // Nature. 2024. V. 631, N 8022. P. 744–745. DOI: 10.1038/d41586-024-02270-3.
38. Li C., Brouchkov A.V., Cheverev V.G., Sokolov A.V., Zhou B. Influence of the thickness of freezing of the soil surface and snow cover on methane emissions during freezing of seasonal permafrost // Atmosphere. 2024. V. 15, N 10. P. 1231. DOI: 10.3390/atmos15101231.
39. Астрономический календарь. Постоянная часть / под ред. В.К. Абалкина. М.: Наука, 1981. 718 с.