Главная – Журналы – Оптика атмосферы и океана 2019 номер 6

Обсуждаются результаты измерений в районе «Мыса Баранова» (арх. Северная Земля) комплекса физико-химических характеристик атмосферного аэрозоля: аэрозольной оптической толщи, концентраций аэрозоля и сажи, элементного и ионного составов аэрозоля, содержания в нем органического и элементного углерода, а также изотопного состава углерода в пробах аэрозоля и снега. Показано, что средние значения большинства характеристик аэрозоля, измеренных в апреле - июне 2018 г., немного ниже, чем в арктическом пос. Баренцбург (арх. Шпицберген), и в несколько раз меньше, чем на юге Западной Сибири в этот же период.

Новые данные об уровне содержания черного углерода (ВС) в атмосфере получены при круглогодичном ежедневном мониторинге концентрации ВС в приземном воздухе труднодоступного района Северного Урала (на территории Печоро-Илычского природного заповедника) с временным разрешением 1 сут. Проведен анализ результатов за холодное полугодие (с октября 2017 г. по март 2018 г.), когда в атмосфере присутствует только ВС антропогенного происхождения, а влияние пожаров исключено. Средние концентрации ВС (плюс-минус стандартное отклонение) составляют (296 ± 172) и (175 ± 82) нг/м³ в приземном воздухе в пос. Якша и вне его соответственно. Сравнение среднемесячных значений концентрации ВС в приземном воздухе с ее оценками по данным спутниковых наблюдений (https://giovanni.gsfc.nasa. gov/giovanni/) показывает удовлетворительное соответствие, что можно считать их взаимной верификацией и подтверждением достоверности результатов. Анализ траекторий дальнего переноса воздушных масс и ВС позволил выделить для района Печоро-Илычского заповедника основные антропогенные источники ВС в атмосфере, расположенные на расстояниях менее 500 км от него на территориях промышленного Среднего Урала, районов добычи углеродсодержащего топлива ЯНАО и ХМАО, в городах и поселках Пермского края, Удмуртии, Республики Коми.

Представлена методика расчета характеристик движения фракталоподобных агрегатов на основе газокинетических результатов для однородных сферических частиц. Сущность методики заключается в замене реального фрактального агрегата эквивалентной по подвижности сферой и аппроксимации плотности и теплопроводности частиц их эффективными значениями. Методика подтвердила свою работоспособность при сопоставлении с известными экспериментальными данными. Предлагаемый подход имеет два принципиальных ограничения: фрактальный агрегат должен состоять из достаточно большого числа первичных частиц (> 100), а сами первичные частицы должны быть монодисперсными. Невыполнение этих условий приводит к значительным расхождениям между теоретическими и экспериментальными результатами.

Рассмотрены многолетние тренды аэрозольной оптической толщины (АОТ) в Москве по данным наземных измерений сети AERONET (2002-2016 гг.), которые свидетельствуют об уменьшении АОТ. Показано, что в разные месяцы теплого периода года тренды АОТ отличаются по величине; наибольший отрицательный тренд АОТ наблюдается в апреле, если не учитывать влияние лесных пожаров в другие месяцы. Представлен совместный анализ изменений АОТ и индексов атмосферной циркуляции, который показал, что дополнительное влияние на межгодовые изменения АОТ в апреле оказывает Скандинавский индекс. Преобладающим типом аэрозоля (более 60% наблюдений) для территории Москвы является мелкодисперсный слабопоглощающий аэрозоль. Не выявлено направленных изменений типов аэрозоля в последние десятилетия.

Проведено исследование состава адсорбированного слоя микрочастиц аэрозоля из минерала касситерита, содержащего в основном диоксид олова, в условиях окружающего атмосферного воздуха. Изучены кинетические закономерности темновых и фотостимулированных процессов. Определены квантовый выход фотодесорбции диоксида углерода и его спектральная зависимость. Фотодесорбция СО₂ наблюдается в полосе собственного поглощения SnO₂ и является одной из стадий реакции фотокаталитического окисления СО.

Представлены результаты измерений концентраций сажевого аэрозоля в Москве и Пекине в 2004-2010 гг. Диапазон изменения разовых концентраций сажи за этот период в Пекине составил 0,1-77 мкг/м³, а в Москве 0,1-22 мкг/м³. Средняя за семь лет концентрация сажи в Пекине в дневное время суток выше в 2,5 раза, чем в Москве. Сезонный ход концентрации сажи в Москве выражен отчетливее: летом ее значения на 23% ниже, чем зимой, а в Пекине только на 13%. Анализ обратных траекторий переноса воздушных масс и вариаций концентраций сажи показал, что значительный рост содержания сажи в атмосфере Пекина наблюдается при переносе воздушных масс из промышленно развитых регионов, находящихся к югу от Пекина. В Москве понижение уровня загрязнения воздушного бассейна сажей преимущественно происходит за счет адвекции при поступлении в Москву воздушных масс из северных регионов.

По данным спутникового мониторинга (MODIS/Terra) получено пространственное распределение аэрозольной оптической толщины (АОТ) на длине волны 550 нм для летнего смога 2007 г. на Северо-Китайской равнине (СКР) и прилегающих территориях. Выявлены области с повышенной АОТ, обусловленные региональными источниками антропогенного загрязнения вблизи Пекина и Шанхая, а также дымной мглой, образовавшейся при сжигании сельскохозяйственных отходов (юго-западная часть СКР). Обнаружено сходство оптических и микрофизических характеристик аэрозоля в дымной мгле на СКР и на территории России: 1) определяющий вклад в оптические характеристики дымового аэрозоля вносит тонкодисперсная фракция; 2) спектры ослабления в области длин волн 340-1020 нм аппроксимируются (в логарифмических координатах) параболами или полиномами четвертой степени. По данным мониторинга на ст. AERONET Beijing показано, что в летнем смоге на СКР альбедо однократного рассеяния в среднем меньше (0,91), чем в дымной мгле на территории России (0,95-0,96). Радиационные режимы атмосферы существенно различны: в смоге эффективность аэрозольного радиационного форсинга на верхней границе атмосферы примерно на 30% меньше, а на нижней границе на 30% больше, чем в дымной мгле.

Проведен численный анализ данных самолетного зондирования шлейфа выносов примесей в летней атмосфере Норильского промышленного района. Построена двухпараметрическая модель численного восстановления концентраций примеси в поперечных к шлейфу направлениях, на ее основе выполнены оценки нижних границ эмиссии диоксида серы, соответствующих различным моментам времени выброса. Установлена значительная вариабельность оценок эмиссии вследствие нестационарности поступлений диоксида серы в атмосферу. Получена оценка средней эмиссии SO₂ в атмосферу, которая составила 1,86 млн т/год, что близко к данным государственной статистики в рассматриваемый период.

Изучены диффузия полых наночастиц в разреженных и плотных газах и вязкость аэрозолей с такими частицами с помощью кинетической теории и метода молекулярной динамики. Рассмотрены аэрозоли на базе азота с полыми и сплошными наночастицами из алюминия и урана при температуре 300 К и атмосферном давлении. Диаметр наночастиц варьировался от 5 до 100 нм; толщина стенок полых наночастиц равнялась 1 нм. Показано, что коэффициенты диффузии полых наночастиц всегда больше, чем коэффициенты диффузии сплошных частиц одного размера из одного и того же материала, но их разница не превышает 1%. Вязкость аэрозоля с полыми наночастицами всегда ниже, чем со сплошными. Методом молекулярной динамики установлено, что коэффициенты диффузии полых и сплошных наночастиц одного диаметра из одного и того же материала в плотном аргоне совпадают.

Приведены результаты исследования поступления пыльцевых частиц в атмосферу во время цветения. Оценена доля кластеров, состоящих из двух или более пыльцевых зерен, от суммарного числа пыльцевых частиц, поступающих в атмосферу. Показано, что несмотря на наличие у ветроопыляемых растений морфологических особенностей, препятствующих образованию кластеров, подобные кластеры в значительных количествах образовывались во всех сериях опытов. При этом доля пыльцевых зерен в их составе могла превышать 50% от общего числа зерен пыльцы, поступивших в атмосферу.

Приводятся данные измерений удельных потоков метана (CH₄), полученные автоматическим камерным методом в характерных растительных ассоциациях на участке «Плотниково» Бакчарского болота (Большое Васюганское болото) в июне 2018 г. Отбор образцов воздушных проб осуществлялся в болотных фитоценозах грядово-мочажинного микрорельефа. Рассматриваемый период отличался аномальными погодными условиями по сравнению с теми же периодами предыдущих лет: в регионе наблюдались нехарактерные для многолетних наблюдений экстремальные осадки и высокая температура воздуха. Выявлена суточная динамика эмиссии СН₄. Корреляционный анализ позволил описать зависимости потоков СН₄ от гидрометеорологических параметров приземного слоя атмосферы и верхнего слоя почвы болота. Высокий уровень болотных вод оказал угнетающее влияние на метаногенез в рассматриваемый период.

Предложен автоматизированный алгоритм детектирования факельных установок на основе расчета температуры земной поверхности по космическим снимкам Landsat-8 двумя методами, включая расчет излучательной способности земной поверхности и уравнение, учитывающее содержание водяного пара в атмосфере. Разность между температурой земной поверхности, рассчитанной с помощью этих методов, и измеренными на метеостанциях температурами не превышает 2 °С. Выявлены две факельные установки на территориях месторождений в Томской обл. и в Ханты-Мансийскийском АО. Определено, что наибольшую часть выбросов в атмосферу при сжигании попутного нефтяного газа составляет оксид углерода.

Представлены метод и результаты экспериментального исследования коэффициента сопротивления сферической частицы в нестандартных условиях. Проанализировано влияние вдува газа в окружающую среду с поверхности твердой сферической частицы на коэффициент ее сопротивления при варьировании соотношения скорости вдува и скорости обтекающего частицу потока; получена зависимость коэффициента сопротивления частицы от скорости вдува газа с ее поверхности. Изучена зависимость коэффициента сопротивления твердой сферической частицы при ее осаждении в вязкой жидкости от разности температур жидкости и частицы.

Исследована изменчивость временных рядов приземного парциального давления водяного пара на территории Европы за многолетний период. Установлено, что вклад флуктуаций с временными масштабами от 2 до 5 лет составляет от 35 до 60% дисперсии межгодовых вариаций. Найдены пространственные зависимости локальной когерентности гармоник с масштабами 2-4 индекса Nino3.4 и парциального давления водяного пара. Обнаружено, что корреляция этих вариаций достигает 0,7-0,9. Показано, что значительную роль в механизме переноса энергии экваториальных процессов в средние широты играют планетарные волны, распространяющиеся с востока на запад. Их энергия начинает усиливаться зимой в год Эль-Ниньо, а максимум достигается спустя год.

Приводится описание принципа работы многоэлементного ориентированного измерителя характеристик солнечного излучения, не имеющего подвижных элементов и способного определять суммарную, прямую и рассеянную радиацию и продолжительность солнечного сияния.