Integration of Satellite Monitoring and Mathematical Modeling in the Analysis of the Nature of Elevated Sulfur Dioxide Concentrations in the Surface Air of the Northern Part of Finland

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The article is devoted to the investigation of the nature of the increment in surface concentration of toxic gas sulfur dioxide (SO2) in Northern Finland. The study is carried out for June 2011 when the increased near-surface SO2 concentration was registered at Finnish observation station Inari Raja-Jooseppi together with the surface wind blowing from the territory of the Kola Peninsula. The hypothesis of natural increment of near-surface SO2 concentration as a result of Grímsvötn volcano eruption (Iceland) is verified using satellite SO2 observations by OMI, numerical weather prediction and atmospheric chemistry model Enviro-HIRLAM and particle dispersion model HYSPLIT. The results show that not only local man-made sources, but also the remote transfer of pollutants from volcanic eruptions can cause an increased near-surface SO2 concentration. To verify this hypothesis, a large set of statistics is required in Northern Finland during periods of volcanic activity in Iceland.

About the authors

E. D. Dryukova

Russian State Hydrometeorological University

Email: akulishe95@mail.ru
Russia, 195196, Saint-Petersburg, Malookhtinskiy Prospekt, 98

G. M. Nerobelov

SPC RAS - Scientific Research Centre for Ecological Safety, Russian Academy of Sciences; Saint-Petersburg State University

Author for correspondence.
Email: akulishe95@mail.ru
Russia, 187110, Saint-Petersburg, Korpusnaya st., 18; Russia, 199034, Saint-Petersburg, University Embankment, 7/9

M. S. Sedeeva

SPC RAS - Scientific Research Centre for Ecological Safety, Russian Academy of Sciences

Email: akulishe95@mail.ru
Russia, 187110, Saint-Petersburg, Korpusnaya st., 18

A. V. Kiselev

SPC RAS - Scientific Research Centre for Ecological Safety, Russian Academy of Sciences

Email: akulishe95@mail.ru
Russia, 187110, Saint-Petersburg, Korpusnaya st., 18

A. G. Mahura

University of Helsinki, Institute for Atmospheric and Earth System Research (INAR)/Physics, Faculty of Science,
Kumpula campus

Email: akulishe95@mail.ru
Finland, FI-00560, Helsinki, Gustaf Hallstrominkatu 2a

V. I. Gorny

SPC RAS - Scientific Research Centre for Ecological Safety, Russian Academy of Sciences

Email: akulishe95@mail.ru
Russia, 187110, Saint-Petersburg, Korpusnaya st., 18

References

  1. Акимов В. С. Диоксид серы и основные источники загрязнения атмосферы диоксидом серы // Научный журн. 2017. № 6-1(19). С. 18–20.
  2. Министерство природных ресурсов, экологии и рыбного хозяйства Мурманской области. Доклад о состоянии и об охране окружающей среды Мурманской области за 2018 г. // 2019 г. https://mpr.gov-murman. ru/activities/napravleniya/okhrana-okruzhayushchey-sredy/ 00.condition/index.php (дата обращения 20.06.22).
  3. Неробелов Г.М., Седеева М.С., Махура А.Г., Нутерман Р.Б., Смышляев С.П. Enviro-HIRLAM моделирование переноса атмосферных загрязнителей и воздействия аэрозолей на метеорологические параметры над северо-западной частью России и Северной Европой // Материалы всероссийской научной конференции с международным участием “Земля и космос” к столетию академика РАН К.Я. Кондратьева. 20–21 октября 2020 года, Санкт-Петербург. Сборник статей. СПб.: 2020. 334 с.
  4. Каролин С. Программа “Пасвик” – общий отчет 2008 // 2008. http://www.pasvikmonitoring.org/pdf/Pasvikprogrammet_summary_rus_.pdf.
  5. Спахова А.С., Рязанцева Л.А. Повреждаемость некоторых древесных растений сернистым газом // Физиология растений. 1978. Т. 25. № 2. С. 407–409.
  6. Шлегель К.Д., Верхотуров С.С. Токсикологические свойства газообразных загрязнений и их влияние на организм человека // Актуальные проблемы авиации и космонавтики. 2016. № 12. С. 946–948.
  7. Andreae M.O. et al. Vertical distribution of dimethylsulfide, sulfur dioxide, aerosol ions, and radon over the northeast Pacific Ocean // J. Atmospheric Chemistry. 1988. T. 6. № 1. C. 149–173.
  8. Baklanov A. et al. Enviro-HIRLAM online integrated meteorology–chemistry modelling system: strategy, methodology, developments and applications (v7.2) // Geoscientific Model Development. 2017. T. 10. № 8. C. 2971–2999. https://doi.org/10.5194/gmd-10-2971-2017
  9. Beirle S., Hörmann C., Penning de Vries M., Dörner S., Kern C., Wagner T. Estimating the volcanic emission rate and atmospheric lifetime of SO2 from space: a case study for Kīlauea volcano, Hawai`I // Atmos. Chem. Phys. 2014. 14. P. 8309–8322. https://doi.org/, 2014.https://doi.org/10.5194/acp-14-8309-2014
  10. Fioletov V.E., McLinden C.A., Krotkov N., Li C., Joiner J., Theys N., Carn S., Moran M.D. A global catalogue of large SO2 sources and emissions derived from the Ozone Monitoring Instrument. // Atmos. Chem. Phys. 2016. V. 16. P. 11497–11519. https://doi.org/10.5194/acp-16-11497-2016
  11. Fuentes García G., Echeverría R.S., Reynoso A.G., Baldasano Recio J.M., Rueda V.M., Retama Hernández A., Kahl J.D.W. Sea Port SO2 Atmospheric Emissions Influence on Air Quality and Exposure at Veracruz, Mexico // Atmosphere. 2022. V. 13. 1950. https://doi.org/10.3390/atmos13121950
  12. Gudmundsson M.T., Höskuldsson Á., Larsen G., Thordarson T., Oladottir B.A., Oddsson B., Gudnason J., Högnadottir T., Stevenson J.A., Houghton B.F., McGarvie D., Sigurdardottir G.M. The May 2011 eruption of Grímsvötn // EGU 2012. https://meetingorganizer.copernicus.org/ EGU2012/EGU2012-12119.pdf.
  13. Hirdman D., Sodemann H., Eckhardt S., Burkhart J.F., Jefferson A., Mefford T., Quinn P.K., Sharma S., Strm J., Stohl A. // Source identification of short-lived air pollutants in the Arctic using statistical analysis of measurement data and particle dispersion model output, Atmos. Chem. Phys. 2010. V. 10. 669693. https://doi.org/10.5194/acp-10-669-2010
  14. Jaffe D. et al. Transport of Asian air pollution to North America //G eophysical Research Letters. 1999. T. 26. № 6. P. 711–714.
  15. Khokhar M.F., Frankenberg C., Van Roozendael M., Beirle S., Kuhl S., Richter A. et al. Satellite observations of atmospheric SO2 from volcanic eruptions during the time-period of 1996 20 02. Adv. Space Res. 2005. V. 36. 879887.
  16. Kyrö E.-M., Väänänen R., Kerminen V.-M., Virkkula A., Petäjä T., Asmi A., Dal Maso M., Nieminen T., Juhola S., Shcherbinin A., Riipinen I., Lehtipalo K., Keronen P., Aalto P.P., Hari P., Kulmala M. Trends in new particle formation in eastern Lapland, Finland: effect of decreasing sulfur emissions from Kola Peninsula // Atmos. Chem. Phys. 2014. V. 14. P. 4383–4396. https://doi.org/, 2014.https://doi.org/10.5194/acp-14-4383-2014
  17. Lamotte C., Guth J., Marécal V., Cussac M., Hamer P.D., Theys N., Schneider P. Modeling study of the impact of SO2 volcanic passive emissions on the tropospheric sulfur budget // Atmos. Chem. Phys. 2021. V. 21. P. 11 379–11 404. https://doi.org/10.5194/acp-21-11379-2021
  18. Lee C., Martin R.V., van Donkelaar A., Lee H., Dickerson R.R., Hains J.C., Krotkov N., Richter A., Vinnikov K., Schwab J.J. SO2 emissions and lifetimes: Estimates from inverse modeling using in situ and global, space-based (SCIAMACHY and OMI) observations // J. Geophys. Res. 2011. V. 116. D06304. https://doi.org/10.1029/2010JD014758
  19. Li C., Krotkov N.A., Leonard P. OMI/Aura Sulfur Dioxide (SO2) Total Column L3 1 day Best Pixel in 0.25 degree x0.25 degree V3, Greenbelt, MD, USA, Goddard Earth Sciences Data and Information Services Center (GES DISC). 2020. Accessed: 2022-10-01. https://doi.org/0.5067/Aura/OMI/DATA3008
  20. Mahura A., Gonzalez-Aparacio I., Nuterman R., Baklanov A. Seasonal Impact Analysis On Population Due To Continuous Sulphur Emissions From Severonikel Smelters Of The Kola Peninsula // Geography, Environment, Sustainability. 2018. V. 11. № 1. P. 130–144.https://doi.org/10.24057/2071-9388-2018-11-1-130-144
  21. Paez P.A., Cogliati M.G., Caselli A.T., Monasterio A.M. An analysis of volcanic SO2 and ash emissions from Copahue volcano // J. South American Earth Sciences. 2021. V. 110. 103365.
  22. Seinfeld J.H., Pandis S.N. Atmospheric chemistry and physics: From air pollution to climate change. 1998. p. 1326.
  23. Sipilä M., Sarnela N., Neitola K., Laitinen T., Kemppainen D., Beck L., Duplissy E.-M., Kuittinen S., Lehmusjärvi T., Lampilahti J., Kerminen V.-M., Lehtipalo K., Aalto P.P., Keronen P., Siivola E., Rantala P.A., Worsnop D.R., Kulmala M., Jokinen T., Petäjä T. Wintertime subarctic new particle formation from Kola Peninsula sulfur emissions // Atmos. Chem. Phys. 2021. V. 21. P. 17 559–17 576. https://doi.org/10.5194/acp-21-17559-2021
  24. Sportisse B. Fundamentals in Air Pollution – From Processes to Modelling // Springer Dordrecht. 2009. р. 299.
  25. Stein A.F., Draxler R.R., Rolph G.D., Stunder B.J.B., Cohen M.D., Ngan F. NOAA’s HYSPLIT Atmospheric Transport and Dispersion Modeling System // Bull. American Meteorological Society. 2015. V. 96. № 12. P. 2059–2077. https://doi.org/10.1175/BAMS-D-14-00110.1
  26. Tu F.H. et al. Long-range transport of sulfur dioxide in the central Pacific // J. Geophysical Research: Atmospheres. 2004. T. 109. № D15.
  27. Wallace J.M., Hobbs P.V. Atmospheric science: an introductory survey. // Elsevier Academic Press: Amsterdam, The Netherlands. 2006. T. 92.
  28. World Health Organization. Regional Office for Europe. Air quality guidelines: global update 2005: particulate matter, ozone, nitrogen dioxide and sulfur dioxide // World Health Organization. Regional Office for Europe. 2006. P. 484. https://apps.who.int/iris/handle/10665/107823.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2.

Download (405KB)
3.

Download (2MB)
4.

Download (301KB)
5.

Download (2MB)


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».