Анализ изменчивости концентрации приземного озона в Карадагском природном заповеднике

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В работе представлены результаты исследования изменчивости концентрации приземного озона в Крыму на станции фонового экологического мониторинга Государственного природного заповедника “Карадагский” (СФЭМ) за 2012–2021 гг. с более подробным анализом последних шести лет с 2016 по 2021 гг. Выявлен значимо высокий уровень загрязнения воздуха приземным озоном в районе наблюдений, несмотря на отсутствие значимых антропогенных источников загрязнений в окрестностях станции.

Исследована взаимосвязь концентрации приземного озона с метео-параметрами, установлены характерные направления ветра, приводящие к повышенным уровням загрязнения приземным озоном. Проанализированы внутригодовые вариации, установлены факторы, вызывающие локальный летний минимум концентрации приземного озона в отдельные годы.

С использованием модели NOAA HYSPLIT и метеополей реанализа ERA5 проведен пространственный анализ картины атмосферной циркуляции в регионе; оценена повторяемость эпизодов превышения допустимого по рекомендации ВОЗ среднего за 8 ч уровня концентрации озона, равного 100 мкг/м3, и определены возможные причины возникновения этих эпизодов. Установлены механизмы дальнего переноса и их вклад в режим озона в районе станции. Годовые тренды приземной концентрации озона в период 2012–2021 гг. оценены как статистически незначимые.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Е. И. Федорова

Институт физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: fedorova@ifaran.ru
Россия, 119017, Москва, Пыжевский пер., 3

В. А. Лапченко

ФИЦ “Институт биологии южных морей им. А.О. Ковалевского РАН”

Email: fedorova@ifaran.ru

Карадагская научная станция им. Т.И. Вяземского — природный заповедник РАН

Россия, 298188, Феодосия, Республика Крым, п.г.т. Куротное, ул. Науки, 24

Н. Ф. Еланский

Институт физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН

Email: fedorova@ifaran.ru
Россия, 119017, Москва, Пыжевский пер., 3

В. С. Ракитин

Институт физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН

Email: fedorova@ifaran.ru
Россия, 119017, Москва, Пыжевский пер., 3

А. И. Скороход

Институт физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН

Email: fedorova@ifaran.ru
Россия, 119017, Москва, Пыжевский пер., 3

А. В. Васильева

Институт физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН

Email: fedorova@ifaran.ru
Россия, 119017, Москва, Пыжевский пер., 3

Список литературы

  1. Андреев В.В., Аршинов М.Ю., Белан Б.Д., Давыдов Д.К., Еланский Н.Ф., Жамсуева Г.С., Заяханов А.С., Ивлев Г.А., Козлов А.В., Котельников С.Н., Кузнецова И.Н., Лапченко В.А., Лезина Е.А., Постыляков О.В., Савкин Д.Е., Сеник И.А., Степанов Е.В., Толмачев Г.Н., Фофонов А.В., Челибанов И.В., Челибанов В.П., Широтов В.В. Приземная концентрация озона на территории России в первом полугодии 2020 г. // Оптика атмосферы и океана. 2020. № 9. С. 710–721.
  2. Белан Б. Д. Озон в тропосфере. Томск: Изд-во Ин-та оптики атмосферы СО РАН. 2010. 487 c.
  3. Белан Б.Д. Проблема тропосферного озона и некоторые результаты его измерений // Оптика атмосферы и океана. 1996. № 9. С. 1184–1207.
  4. Данные спутника AIRS, электронный ресурс. URL: https://cmr.earthdata.nasa.gov/search/concepts/C1238517230-GES_DISC.html
  5. Ефимов В.В., Шокуров М.В., Яровая Д.А., Hein D. Статистика мезомасштабных циклонических вихрей над Черным морем // Морской гидрофизический журнал. 2009. С. 19–33.
  6. Еланский Н.Ф. Локощенко М.А., Трифанова А.В., Беликов И.Б., Скороход А.И. О содержании малых газовых примесей в приземном слое атмосферы над Москвой // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2015. Т. 51. № 1. С. 39–51.
  7. Зацепин А.Г., Кременецкий В.В., Станичный С.В., Бурдюгов В.М. Бассейновая циркуляция и мезомасштабная динамика Черного моря под ветровым воздействием // Современные проблемы динамики океана и атмосферы. Гидрометцентр России. Сб. статей, Москва, 2010. С. 347–368.
  8. Звягинцев А.М. Основные периодичности временного хода приземного озона в Европе // Метеорол. и гидрол. 2004. №10. С. 46–55.
  9. Звягинцев А.М., Беликов И.Б., Еланский Н.Ф., Кузнецова И.Н., Романюк Я.О., Сосонкин М.Г., Тарасова О.А. Изменчивость концентрации приземного озона в Москве и Киеве // Метеорол. и гидрол. 2010. № 12. С. 26–35.
  10. Звягинцев А.М., Какаджанова Г., Крученицкий Г.М., Тарасова О.А. Периодическая изменчивость приземной концентрации озона в Западной и центральной Европе по данным наблюдений. // Метеорол. и гидрол. 2008. № 3. С. 38–47.
  11. Котельников С.Н. Основные механизмы взаимодействия озона с живыми системами и особенности проблемы приземного озона для России// Труды ИОФАН. 2015. Т. 71. С. 10–41.
  12. Лапченко В.А., Звягинцев А.М. Малые газовые составляющие атмосферы в Карадагском природном заповеднике в Крыму // Оптика атмосферы и океана. 2015. Т. 28. № 2. С. 178–181.
  13. Ларин И.К. История озона. Москва: Российская академия наук, 2022. 477 c.
  14. Локощенко М.А., Еланский Н.Ф., Трифанова А.В. Влияние метеорологических условий на загрязнение воздуха в Москве. // Вестник РАЕН. 2014. Т. 14. № 1. С. 64–67.
  15. Метеополя реанализа ERA5 REANALYSIS, электронный ресурс. URL: https://climate.copernicus.eu/climate-reanalysis
  16. Модель NOAA HYSPLIT, электронный ресурс. https://www.ready.noaa.gov/HYSPLIT.php
  17. Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест. Гигиенические нормативы 2.1.6.1338-03. Министерство здравоохранения Российской Федерации. ПОСТАНОВЛЕНИЕ от 30 мая 2003 года N 114, электронный ресурс. https://docs.cntd.ru/document/901865554
  18. Разумовский С.В., Зайков Г.Е. Озон и его реакции с органическими соединениями (кинетика и механика). Москва: Наука. 1974. 322 с.
  19. Ракитин В.С., Кириллова Н.С., Федорова Е.И., Сафронов А.Н., Джола А.В., Гречко Е.И. Валидация орбитальных наблюдений TROPOMI общего содержания оксида углерода по данным наземным измерений на станциях ИФА РАН в Москве и Звенигороде // Оптика атмосферы и океана. 2023. Т. 36. № 4. С. 289–298.
  20. Холопцев А.В., Лапченко В.А. Происхождение ночных максимумов фоновых концентраций приземного озона в Юго-Восточном Крыму // Scientific Journal “ScienceRise”. 2015. № 9/1 (14). С.6–12.
  21. Шалыгина И.Ю., Кузнецова И.Н., Лапченко В.А. Режим приземного озона на станции Карадаг в Крыму по наблюдениям 2009–2018 гг. // Гидрометеорологические исследования и прогнозы. 2019. № 2 (372). С. 102–113.
  22. Шалыгина И.Ю., Кузнецова И.Н., Звягинцев А.М., Лапченко В.А. Приземный озон на побережьях Балканского полуострова и Крыма. // Оптика атмосферы и океана. 2017. Т. 30. № 6. С. 515–523.
  23. AIRS/AMSU/HSB Version 6 Data Release User Guide. Ed. by E.T. Olsen. https://docserver.gesdisc.eosdis.nasa.gov/repository/Mission/AIRS/3.3_ScienceDataProductDocumentation/3.3.4_ProductGenerationAlgorithms/V6_Data_Release_User_Guide.pdf
  24. Aumann H.H., Chahine M.T., Gautier C., Goldberg M., Kalnay E., McMillin L., Revercomb H., Rosenkranz P.W., Smith W.L., Staelin D., Strow L., Susskind J. AIRS/AMSU/HSB on the Aqua mission: Design, science objectives, data products and processing systems // IEEE Trans. Geosci. Remote Sens. 2003. V. 41. № 2. P. 253–264.
  25. Barantiev D., Veltchev K., Batchvarova E., Georgieva E., Novitzky M. Turbulence, ozone and wind profile at a background site on the Bulgarian black sea coast. WMO/GAW Symposium, 18–20 March 2013, Geneva, Switzerland.
  26. Feister U., Balzer K. Surface ozone and meteorological predictors on a subregional scale // Atmos. Environ. A. 1991. V. 25. № 9. P. 1781–1790.
  27. Gurjar B.R., Butler T.M., Lawrence M.G. Lelieveld J. Evaluation of emissions and air quality in megacities // Atmos. Environ. 2008. V. 42. P. 1593–1606.
  28. Hersbach H., Bell B., Berrisford P., Hirahara S., Horányi A., Muñoz-Sabater J., Nicolas J., Carole Peubey C. et al. The ERA5 global reanalysis // Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society. 2020. V. 146. P. 1999–2049.
  29. IPCC, 2007. Climate Change 2007. Synthesis Report. Contribution of Working Groups I, II & III to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Geneva, 2007.
  30. McMillan W.W., Evans K.D., Barnet C.D., Maddy E.S., Sachse G.W., Diskin G.S. AIRS V5 CO retrieval with DACOM in situ measurements // IEEE Trans. Geosci. Remote Sens. 2011. V. 49. P. 1–12.
  31. Monks P.S. Gas-Phase Radical Chemistry in the Troposphere // Chem.Soc. Rev. 2005. V. 34. P. 376–395.
  32. Novelli P.C., Masarie K.A., Lang P.M. Distributions and Recent Changes in Carbon Monoxide in the Lower Troposphere // J. Geophys. Res. 1998. V. 103 (19). P. 15–33.
  33. Rakitin V., Kazakov A., Elansky N. Multifunctional software of the OIAP RAS for processing and analysis of orbital data on the atmospheric composition: tasks, possibilities, application results, and ways of development // Proc. SPIE 12780, 29th International Symposium on Atmospheric and Ocean Optics: Atmospheric Physics, 127805T. 17 October 2023.
  34. Rasmussen D.J., Fiore A.M., Naik V., Horowitz L.W., McGinnis S.J., Schultz M.G. Surface ozone-temperature relationships in the eastern US: A monthly climatology for evaluating chemistry-climate models // Atmos. Environ. 2012. V. 47. P. 142–153.
  35. 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. Amer. Meteorol. Soc. 2015. V. 96. P. 2059–2077.
  36. Stevenson D.S., Dentener F.J., Schultz M.G., Ellingsen K., van Noije T.P.C., Wild O., Zeng G., Amann M., Atherton C.S., Bell N., Bergmann D.J., Bey I., Butler T., Cofala J., Collins W.J., Derwent R.G., Doherty R.M., Drevet J., Eskes H.J., Fiore A.M., Gauss M., Hauglustaine D.A., Horowitz L.W., Isaksen I.S.A., Krol M.C., Lamarque J.-F., Lawrence M.G., Montanaro V., Müller J.-F., Pitari G., Prather M.J., Pyle J.A., Rast S., Rodriguez J.M., Sanderson M.G., Savage N.H., Shindell D.T., Strahan S.E., Sudo K., Szopa S. Multimodel ensemble simulations of present-day and near-future tropospheric ozone // Journal of geophysical research. 2006. V. 111. 1–23.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Расположение СФЭМ на карте (44˚55' с.ш., 35˚14' в.д.; 180 м над уровнем моря).

Скачать (367KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Сезонный ход концентрации озона и максимальных значений (мкг/м3, усреднение за сутки), 2016–2021 гг. Синим цветом обозначены среднесуточные значения; красным цветом – максимальные значения. Прямоугольной штриховкой выделены 2017 и 2021 гг., выбранные для дальнейшего анализа. Вертикальные линии соответствуют месяцам; на верхней стороне диаграммы дополнительно отмечено начало каждого сезона (вертикальные риски).

Скачать (372KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Корреляционная связь среднесуточных значений концентрации приземного озона (мкг/м3) за период 2016–2021 гг.: а – с температурой (˚С); б – с относительной влажностью (%).

Скачать (381KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Обратные траектории движения воздушных масс по модели NOAA HYSPLIT на высоте 200 м (местное время 12:00, траектории 96 ч), а также розы ветров и распределение скорости ветра на основе метеополей реанализа ERA5 (разрешение 0.25˚ × 0.25˚, шаг 1 ч), 900 мбар с 15.05 по 30.06: а – 2017 г.; б – 2020 г.

Скачать (707KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Розы ветров, 2016–2021 гг.: а – все значения; б – для случаев с концентрацией O3 выше 100 мкг/м3.

Скачать (148KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Среднее распределение общего содержания озона (в единицах Добсона, по данным AIRS v6) и обратные траектории (120 часов) для высоты 200 м н.у.м. для случаев концентрации О3 ≥ 100 мкг/м3 в течение 8 ч подряд и более, 2016 г.: а – весна (апрель, 12 случаев), б – лето (6 случаев).

Скачать (491KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Посуточные пространственные распределения общего содержания окиси углерода (СО) (молекула/см2, AIRS v6) с наложенными на них прямыми траекториями движения воздушных масс – (а) 04.05.2016 г.; (б) 05.05.2016 г.; (в) 06.05.2016 г.; (г) 07.05.2016 г.; и наложенными обратными траекториями (96 ч) – (д) 08.05.2016 г. для случая превышения концентрации приземного озона норматива, зарегистрированного на СФЭМ 08.05.2016 г.

Скачать (623KB)
Метаданные


Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии 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».