Главная – Журналы – Оптика атмосферы и океана 2026 номер 6

Наблюдающаяся в мире интенсивная урбанизация сопровождается активным ростом городских агломераций. Крупнейшая в Европе Московская агломерация динамично развивается, что обусловливает возникновение дополнительных факторов, способствующих изменению городских экосистем, погоды и климата. Одним из индикаторов таких процессов служит изменчивость свойств атмосферных аэрозолей. В настоящем исследовании определены основные типы природных и антропогенных воздействий на атмосферный аэрозоль в Московском регионе и их характерные признаки. С этой целью был разработан и описан составной алгоритм оценки показателей типичного аэрозольного загрязнения атмосферы города и типизации воздействий на аэрозоль. В основе лежат результаты непрерывных шестилетних (2020-2025 гг.) экспериментальных наблюдений в ИФА РАН, дополненные данными измерений на сети станций ГПБУ «Мосэкомониторинг». Полученные результаты могут использоваться для уточнения эмиссий аэрозолей в Москве в химико-транспортных моделях, а также при оценке и прогнозировании состояния городских экосистем и климата.

Для изучения особенностей влияния эффектов облачности на прогноз длинноволновой радиации и температуры воздуха в условиях адвекции теплого воздуха на снежную поверхность для Московского региона были проведены эксперименты с моделью ICON (версия 2025.04). Использовались различные алгоритмы учета облачной неоднородности, а также автономная радиационная схема ecRAD. Модель ICON с алгоритмом McICA показала способность воспроизводить положительные значения длинноволнового радиационного баланса (NLR), однако наблюдалось их занижение. Применение алгоритма SPARTACUS, учитывающего трехмерные эффекты облачности, позволило снизить среднеквадратическую ошибку NLR на 4 Вт/м². В автономной версии ecRAD эффекты достигали 15 Вт/м², что с учетом погрешности измерений хорошо соответствовало измеренным величинам NLR. Анализ показал, что уменьшение ошибки при использовании алгоритма SPARTACUS в модели ICON связано с обратным влиянием NLR на облачные свойства. С помощью автономной модели ecRAD выявлены нелинейные зависимости NLR от водо- и ледосодержания облаков. Температурная чувствительность к изменениям NLR составила 2,7 °С на 100 Вт/м² в модельных экспериментах с McICA и 4,9 °С на 100 Вт/м² в экспериментах со SPARTACUS для ночных периодов с положительным NLR. Были оценены также различия в температурном отклике модели ICON на изменения длинноволновой радиации, обусловленные использованием разных алгоритмов описания облачности. Результаты, полученные в работе, могут использоваться для усовершенствования моделей численного прогноза погоды.

Аэрозольные частицы сажи (черного углерода) вносят существенный вклад в нагрев атмосферы за счет эффективного поглощения излучения в широком диапазоне длин волн и наряду с парниковыми газами играют важную роль в климатических изменениях. В настоящей статье представлен критический анализ гипотезы о вулканогенной саже в стратосфере (возможности образования частиц нанодисперсного черного углерода при вулканических извержениях плинианского типа и заброса их на большие высоты). Исследованы особенности термического разложения метана и образования восстановленного углерода в двухфазной газо-пепловой вулканической колонне. Критически оцениваются известные данные о наличии и свойствах углеродосодержащих частиц в стратосфере и их возможной, но пока не подтвержденной связи с мощными вулканическими извержениями. Комментируется обнаружение разнообразных форм восстановленного углерода в пеплах недавних извержений вулканов Камчатки (вулканический углеродный парагенезис). Обсуждается энергетическая конкуренция способов образования восстановленного углерода в формах высокодисперсных частиц сажи и углеродных продуктов, механически связанных с пирокластическим материалом. Результаты работы могут быть полезны для специалистов в областях физики атмосферных аэрозолей и климатологии при анализе основных источников черного углерода в атмосфере.

Аэрозольные частицы, образующиеся в атмосфере в результате фотоокисления органических соединений, несут на своей поверхности реакционноспособные функциональные группы, ответственные за биологическое действие органического аэрозоля. В работе исследованы кинетика и механизм атмосферной фотонуклеации о-дихлорбензола как соединения, моделирующего хлорированные ароматические углеводороды, известные своей устойчивостью к факторам окружающей среды, а также влияние водяного пара и перекиси водорода на выход и состав аэрозольных продуктов. Концентрации и размеры образующихся частиц измеряли при помощи диффузионного спектрометра аэрозолей; состав газовых и аэрозольных продуктов фотонуклеации определяли методами высокоэффективной жидкостной хроматографии и хроматомасс-спектрометрии. С использованием констант скоростей элементарных стадий аэрозолеобразования определены механизмы образования соединений, идентифицированных в аэрозольных продуктах. Показано, что атмосферное фотоокисление дихлорбензола не приводит к фотохимической генерации озона в приземном слое воздуха; напротив, продукты фотолиза дихлорбензола способствуют разрушению озона. На основании полученных данных качественно оценен вклад выбросов, содержащих хлорированные ароматические соединения, в формирование органического аэрозоля в городском воздухе. Наличие реакционноспособных функциональных групп в аэрозольном продукте позволяет предположить его потенциально неблагоприятное биологическое воздействие. Полученные результаты могут быть использованы для моделирования фотохимических процессов в загрязненном городском воздухе.

Облачность является одним из главных факторов, определяющих процессы переноса излучения в атмосфере, и играет ключевую роль в формировании радиационного баланса земной поверхности. Представлены результаты анализа влияния различных типов однослойной облачности на коротковолновый баланс подстилающей поверхности (КБПП), полученный на основе моделирования широкополосных потоков солнечного излучения и многолетних данных дистанционного зондирования атмосферы в северном и южном районах Западной Сибири. Расчеты, выполненные для усредненных за период 2001-2019 гг. характеристик облачности, выявили, что с увеличением оптической толщины облаков суточный КБПП в летних условиях уменьшается от ~ 25 до ~ 8 МДж/м², а возрастание альбедо подстилающей поверхности зимой приводит к существенному уменьшению радиационного баланса вплоть до ~ 0,4-1 МДж/м². Приведенные оценки радиационного форсинга облаков демонстрируют его усиление по мере возрастания их оптической толщины от -60 Вт/м² (тонкие кристаллические облака) до -200 Вт/м² (плотные перистые облака и облака среднего яруса) в летних условиях и значительное ослабление, до 4-7 Вт/м², в зимний период. Полученные оценки КБПП можно рассматривать как средние по региону для представленных типов облачности. Результаты работы могут использоваться при оценке регионального радиационного баланса и форсинга облаков.

Воздействие крупного мегаполиса на состав приземного воздуха в пригородах остается одной из наиболее актуальных экологических проблем современности. Представлены оценки влияния характеристик горизонтального ветра (направление, скорость) на концентрацию аэрозолей в приземном воздухе мегаполиса и на расстоянии 50-60 км от него. Использованы данные о концентрации аэрозоля РМ₁₀, полученные авторами в районе г. Звенигород (западный пригород) и в центре Москвы, а также измеренные на всех станциях контроля загрязнения атмосферы ГПБУ «Мосэкомониторинг», расположенных в Москве (мегаполис) и в г. Павловский Посад (восточный пригород). Анализируются частоты направления ветра, его скорости и концентрации аэрозолей РМ₁₀ в рассматриваемых пунктах в разные сезоны в среднем за 2021-2024 гг. Несмотря на преимущественный перенос воздушных масс с запада в течение всего года во всех трех пунктах, результирующие средние потоки аэрозолей РМ₁₀ имеют разные направления и величины как в городе, так и в подмосковных районах в различные сезоны. В целом годовой поток аэрозолей РМ₁₀ в приземном воздухе рассматриваемых пунктов имеет северо-северо-западное направление, в пригородных районах он выше, чем в городе. Полученные результаты могут быть полезны при оценке экологических рисков для окружающей среды и здоровья населения Московской области, а также в климатических расчетах и верификации их результатов.

Атмосферный перенос является важным механизмом поставки рассеянного осадочного вещества (нерастворимых микро- и наночастиц), включая антропогенные загрязнители, в моря и океаны, а также на их водосборные территории. Большое значение имеет изучение рассеянного осадочного вещества в снежном покрове - природном архиве вещества, поступившего из атмосферы, поскольку он служит индикатором состояния зимней атмосферы, когда атмосферный канал становится преобладающим путем поступления веществ. В статье обобщены результаты десятилетних исследований рассеянного осадочного вещества в снежном покрове водосборного бассейна Двинского залива Белого моря в 2016-2025 гг. Снег отбирали в конце зимы, растапливали в лаборатории и фильтровали через ядерные фильтры с порами диаметром 0,45 мкм, состав частиц изучали с помощью сканирующего электронного микроскопа VEGA 3 SEM (Tescan) с микрозондовым анализатором INCA Energy (Oxford Instruments). Обнаружено, что в фоновых районах концентрации нерастворимых частиц в снеге варьировались от < 1 до 10 мг/л; значительно более высокие концентрации частиц были зафиксированы в Архангельске и его окрестностях, а также на участках, расположенных менее чем в 100 м от автомобильных дорог. Пылевая нагрузка как в фоновых точках, так и в северной части г. Архангельска оказалась значительно ниже, чем во многих городах России. В фоновых районах рассеянное осадочное вещество снега представлено в основном биогенными (растительные волокна, споры и пыльца, створки диатомовых водорослей) и литогенными частицами; вблизи Архангельска преобладают сажа и частицы летучей золы. Результаты работы предназначены для оценки влияния воздушного переноса рассеянного осадочного вещества на состояние экосистем водосборного бассейна Двинского залива и могут быть использованы для геоэкологического мониторинга.

Биологическая составляющая атмосферных аэрозолей имеет в своем составе грибы, бактерии, вирусы, различные органические микрочастицы природного и антропогенного происхождения, способна влиять на климат, характер атмосферных процессов и здоровье населения. В период с апреля по август 2025 г. на территории р.п. Кольцово Новосибирской области проведен отбор атмосферных аэрозолей с целью определения в них концентрации и биоразнообразия грибов как одной из важных многофункциональной составляющей микробиома атмосферы. Отбор проб выполнен с использованием импинджеров со средой Хенкса; полученные суспензии высевали на питательные среды для изолирования чистых культур и их дальнейшего изучения. Идентификацию выделенных грибов проводили при секвенировании нуклеотидных последовательностей геномной ДНК изолятов грибов. По результатам секвенирования получены нуклеотидные последовательности маркерных участков ДНК грибов, далее идентифицированных путем сравнении с базой данных GenBank с использованием алгоритма BLASTn. Общая численность микроорганизмов, выделенных из разных образцов аэрозолей, колебалась от нуля до 1,85 × 10⁴ КОЕ/м³. Концентрация грибов во многих исследуемых образцах значительно преобладала над концентрацией бактерий. Отмечены суточные колебания концентрации грибов в аэрозолях. Среди изолятов широко представлены плесневые грибы Aspergillus, Aureobasidium, Candida, Fusarium, Penicillium, Cladosporium и др., а также высшие грибы родов Trametes, Coprinellus , Bjerkandera, Phanerodontia, Schizophyllum , др., включая сапротрофы и патогены, ответственные за инфекции и аллергические реакции у людей и животных. Полученные данные говорят о необходимости мониторинга микробиома атмосферы для оценки вредоносности для экологии региона и здоровья населения. Результаты работы могут применяться для учета периодов наиболее активного спороношения грибов в целях составления календарей уровня концентрации в атмосфере спор патогенных грибов и разработки своевременных профилактических мероприятий.

Загрязнение атмосферного воздуха мелкодисперсными частицами PM_2.5 в крупных промышленных центрах в зимний период является одной из наиболее острых экологических угроз, влияющих на продолжительность и качество жизни населения. В работе исследованы процессы формирования температурного инверсионного слоя и его влияние на загрязнение атмосферы PM_2.5 в г. Красноярске в зимние периоды 2022-2024 гг. на основе данных сети мониторинга воздуха, которая измеряет температуру воздуха, атмосферное давление, скорость и направление ветра, концентрацию РМ_2.5, облачность, а также данных профилемера МТР-5, определяющего вертикальное распределение температуры атмосферы. Проанализированы многочасовые и многосуточные режимы формирования радиационных и адвективных инверсий, установлены необходимые и достаточные условия их возникновения. Определена статистическая зависимость концентрации PM_2.5 от категории и интенсивности инверсий. Полученные результаты могут найти применение в задачах краткосрочного прогнозирования температурных инверсий и связанных с ними периодов повышенного загрязнения воздуха PM_2.5 в г. Красноярске.

Роль растительности в химии атмосферы не ограничивается поглощением углекислого газа и выделением кислорода при фотосинтезе. Известно, что выделяемые растительностью органические соединения (алкены, альдегиды) участвуют в образовании атмосферного аэрозоля, но механизмы протекающих при этом процессов детально изучены только для алкенов. В нашем исследовании оценено влияние городских древесных насаждений на качество воздуха на примере Новосибирска. Определены виды растений, устойчивые к загрязнителям городского воздуха (оксиды азота, озон, органические пероксиды, кислоты), определены биохимические факторы газоустойчивости этих видов и изучен состав выделяемых этими растениями летучих органических соединений. В лабораторных условиях исследована аэрозолеобразующая способность выявленных соединений, установлены механизмы их фотоокисления и измерен выход аэрозольных продуктов в этом процессе. У некоторых видов деревьев (осина, береза, липа, тополь, клен), используемых для озеленения городов Сибири, обнаружена способность поглощать из загрязненного городского воздуха такие аэрозолеобразующие компоненты, как формальдегид, муравьиная кислота и органические пероксиды. На основе полученных количественных данных о поглощении и выделении аэрозолеобразующих компонентов древесными растениями оценен вклад зеленых зон в химию органического аэрозоля городской среды. Показано, что целенаправленное озеленение городов газопоглощающими видами древесных растений способно снизить аэрозольную нагрузку на жилые зоны не менее чем на 20-30%. Полученные результаты могут использоваться при проектировании озеленения городов для снижения техногенной нагрузки на жилые районы.

В условиях глобального потепления рост температуры воды в реках, впадающих в Северный Ледовитый океан, становится важным фактором, влияющим не только на функционирование речных экосистем, но и на увеличение речного теплового потока в океан, которое может привести к перераспределению тепла в океане и дальнейшему изменению климата. На основе среднедекадных данных о температуре воды на 13 гидрологических постах Средней и Нижней Лены с 1990 по 2011 г. исследован характер зависимости между температурой воздуха и воды в период открытой воды с помощью регрессионного подхода. Приводятся количественные оценки температуры речной воды в условиях изменения климата. Использование температуры воздуха в качестве предиктора в линейном уравнении позволило получить оценки среднемесячной температуры воды с приемлемым уровнем точности. Результаты работы могут применяться при моделировании циркуляции течений моря Лаптевых.

Обсуждаются методы численной интерпретации данных спутниковых измерений диоксида азота с использованием разработанной модели реконструкции длительного регионального загрязнения от высотного точечного источника атмосферных выбросов. В основу модели положены асимптотические представления полей концентраций примесей на значительных расстояниях от источника. В рамках предложенного подхода проведен численный анализ данных спутниковых измерений содержания диоксида азота в районе расположения Гусиноозерской ГРЭС. Получен высокий уровень согласия между данными спутниковых наблюдений и модельными описаниями полей концентраций для выносов диоксида азота от труб ГРЭС в юго-западном и северо-западном направлениях. Результаты анализа показали наличие значительных фоновых концентраций, обусловленных выбросами диоксида азота из удаленных источников. Разработанная модель реконструкции также позволяет оценивать вклад дополнительных источников в поля концентраций рассматриваемой примеси. Результаты работы могут быть использованы для определения атмосферной эмиссии примесей от тепловых станций по данным спутниковых измерений.