Near-Surface Air Content of CH 4 , СО 2 , СО and δ 13 C–СH 4  in Moscow According to  In Situ  Observations

E. V. Berezina; Березина Е. В.; A. V. Vasileva; Васильева А. В.; K. B. Moiseenko; Моисеенко К. Б.; N. V. Pankratova; Панкратова Н. В.; A. I. Skorokhod; Скороход А. И.; I. B. Belikov; Беликов И. Б.; V. A. Belousov; Белоусов В. А.; A. Y. Artamonov; Артамонов А. Ю.

doi:10.31857/S0002351523050036

Содержание CH₄, СО₂, СО и δ¹³C–СH₄ в приземном воздухе по измерениям на станции ИФА им. А.М. Обухова РАН в Москве

Авторы: Березина Е.В.¹, Васильева А.В.¹, Моисеенко К.Б.¹, Панкратова Н.В.¹, Скороход А.И.¹^,2, Беликов И.Б.¹, Белоусов В.А.¹, Артамонов А.Ю.¹
Учреждения:
1. Институт физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН
2. Университет Вены
Выпуск: Том 59, № 5 (2023)
Страницы: 569-584
Раздел: Статьи
URL: https://journals.rcsi.science/0002-3515/article/view/140363
DOI: https://doi.org/10.31857/S0002351523050036
EDN: https://elibrary.ru/XUSLEP
ID: 140363

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Только для подписчиков

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Приведены результаты анализа межгодовых, сезонных и суточных вариаций отношений смеси CH₄, CO₂, CO, бензола и δ¹³C–СH₄ в приземном воздухе г. Москвы по измерениям на станции ИФА им. А.М. Обухова РАН в 2018–2020 гг. Годовой максимум содержания CH₄, CO₂ и CO (>2.2, 430 и 0.20 млн^–1, соответственно) приходится на зимние месяцы в связи с сезонным ростом антропогенной нагрузки от основных источников городского загрязнения – автотранспорта и теплоэнергетического сектора, и уменьшением роли вертикального перемешивания воздуха. Наибольший вклад локальных и удаленных микробных источников в содержание CН₄ отмечен в летние месяцы на фоне низких значений δ¹³C–СH₄ (–50…–60‰). Во все сезоны, пики приземных концентраций CH₄, CO₂ и CO, продолжительностью до нескольких часов, обусловлены переносом от промышленных объектов в В–ЮВ секторе. Рассчитанные средние эмиссионные отношения в городском воздухе составили: CH₄/бензол = 0.52–0.54 млн^–1/млрд^–1, СH₄/СО = 0.56–0.75 млн^–1/млн^–1, СО₂/бензол = = 77–93 млн^–1/млрд^–1, СО₂/СО = 81–131 млн^–1/млн^–1, СО/бензол = 0.65–1.11 млн^–1/млрд^–1. Приведенные отношения характеризуют преобладающий вклад эмиссий от автотранспорта и теплоэнергетического сектора и могут быть использованы для уточнения абсолютных величин выбросов, в том числе на основе существующих инвентаризаций источников антропогенного загрязнения воздуха.

Ключевые слова

малые газовые примеси, мегаполис, источники загрязнения, изотопная сигнатура, эмиссионные отношения

Список литературы

Еланский Н.Ф., Шилкин А.В., Пономарев Н.А., Захарова П.В., Качко М.Д., Поляков Т.И. Пространственно-временные вариации содержания загрязняющих примесей в воздушном бассейне Москвы и их эмиссии // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2022. Т. 58. С. 92–108. https://doi.org/10.31857/s0002351522010023
Кадыгров Е.Н. Микроволновая радиометрия атмосферного пограничного слоя-метод, аппаратура, результаты измерений // Оптика атмосферы и океана. 2009. Т. 22. № 7. С. 697–704.
Ammoura L., Xueref-Remy I., Gros V., Baudic A., Bonsang B., Petit J.-E., Perrussel O., Bonnaire N., Sciare J., Chevallier F. Atmospheric measurements of ratios between CO2 and co-emitted species from traffic: a tunnel study in the Paris megacity // Atmos. Chem. Phys. 2014. V. 14. P. 12 871–12 882. https://doi.org/10.5194/acp-14-12871-2014
Bakkaloglu S., Lowry D., Fisher R.E., Menoud M., Lanoisell’e M., Chen T., Rockmann, T., Nisbet E.G.A. Stable isotopic signatures of methane from waste sources through atmospheric measurements // Atmos. Environ. 2022. Article 119021.
Berezina E., Moiseenko K., Skorokhod A., Pankratova N.V., Belikov I., Belousov V., Elansky N.F. Impact of VOCs and NOx on Ozone Formation in Moscow // Atmosphere. 2020. V. 11. P. 1262. https://doi.org/10.3390/atmos11111262
Berezina E., Moiseenko K., Vasileva A., Pankratova N., Skorokhod A., Belikov I., Belousov V. Emission Ratios and Source Identification of VOCs in Moscow in 2019–2020 // Atmosphere. 2022. V. 13. P. 257. https://doi.org/10.3390/ atmos13020257
Berezina E., Vasileva A.; Moiseenko K.; Pankratova N.; Skorokhod A., Belikov I.; Belousov V. Atmospheric CH4 and Its Isotopic Composition (δ 13C) in Urban Environment in the Example of Moscow, Russia. Atmosphere. 2023. V. 14. P. 830. https://doi.org/10.3390/atmos14050830
Canadel J.G., Ciais P., Dhakal S., Dolman H., Friedlingstein P., Gurney K.R., Held A., Jackson R.B., Le Quéré C., Malone E.L., Ojima D.S., Patwardhan A., Peters G.P., Raupach M.R. Interactions of the carbon cycle, human activity, and the climate system: a research portfolio // Curr. Opin. Environ. Sustain. 2010. V. 2. P. 301–311. https://doi.org/10.1016/j.cosust.2010.08.003
Derwent R.G., Parrish D.D., Simmonds P.G., O’Doherty S.J., Spain T.G. Seasonal cycles in baseline mixing ratios of a large number of trace gases at the Mace Head, Ireland atmospheric research station // Atmos. Env. 2020. V. 233. 117 531.
Dlugokencky E.J., Myers R.C., Lang P.M., Masarie K.A., Crotwell A.M., Thoning K.W., Hall B.D., Elkins J.W., Steele L.P. Conversion of NOAA atmospheric dry air CH4 mole fractions to a gravimetrically prepared standard scale // J. Geophys. Res. 2005. V. 110. D18306. https://doi.org/10.1029/2005JD006035
Fishe, R., Lowry D., Wilkin O., Sriskantharaja S., Nisbet E.G. High-precision, automated stable isotope analysis of atmospheric methane and carbon dioxide using continuous flow isotope-ratio mass spectrometry // Rapid Communications in Mass Spectrometry. 2006. V. 20. P. 200–208.
GAW WMO. Impacts of megacities on air pollution and climate // Rep. № 205. 2012. P. 298.
Ilyin G.N., Troitsky A.V. Determining the Tropospheric Delay of a Radio Signal by the Radio1metric Method // Radiophysics and Quantum Electronics. 2017. V. 60. № 4. P. 291–299.
Kelvin H.B., Jacob D.J. A new model mechanism for atmospheric oxidation of isoprene: global effects on oxidants, nitrogen oxides, organic products, and secondary organic aerosol // Atmos. Chem. Phys. 2019. V. 19. P. 9613–9640. https://doi.org/10.5194/acp-19-9613-2019
Levin I., Glatzel-Mattheier H., Marik T., Cuntz M., Schmidt M., Worthy D.E.J. Verification of German methane emission inventories and their recent changes based on atmospheric observations // J. Geophys. Res. 1999. V. 104. P. 3447–3456.
Lopez M., Sherwood O.A., Dlugokencky E.J., Kessler R., Giroux L. et al. Isotopic signatures of anthropogenic CH4 sources in Alberta, Canada // Atmospheric Environment. 2017. V. 164. P. 280–288. ffhttps://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2017.06.021
Pankratova N., Skorokhod A., Belikov I., Belousov V., Muravya V., Flint M. Ship-Borne Observations of Atmospheric CH4 and δ13C Isotope Signature in Methane over Arctic Seas in Summer and Autumn 2021 // Atmosphere. 2022. V. 13. P. 390–458. https://doi.org/10.3390/atmos13030458
Pankratova N., Skorokhod A., Belikov I., Elansky N., Rakitin V., Shtabkin Y., Berezina E. Evidence of atmospheric response to methane emissions from the east Siberian arctic shelf. // Geogr. Environ. Sustain. 2018. V. 11. P. 85–92. https://doi.org/10.24057/2071-9388-2018-11-1-85-92
Townsend-Small A., Tyler S.C., Pataki D.E., Xu X., Christensen L.E. Isotopic measurements of atmospheric methane in Los Angeles, California, USA: influence of “fugitive” fossil fuel emissions // J. Geophys. Res. Atmos. 2012. V. 117(D7). P. D07308. https://doi.org/10.1029/2011JD016826
Varga T., Fisher R.E., France J.L., Haszpra L., Jull A.J.T., Lowry D. et al. Identification of potential methane source regions in Europe using δ13CCH4 measurements and trajectory modeling // J. Geophysical Research: Atmospheres. 2021. V. 126. e2020JD033963. https://doi.org/10.1029/2020JD033963
Wennberg P.O., Mui W., Wunch D., Kort E.A., Blake D.R. Atlas E.L., Santoni G.W., Wofsy S.C., Diskin G.S., Joeng S., Fischer M.L. On the sources of methane to the Los Angeles atmosphere // Environ. Sci. Technol. 2012. V. 46. P. 9282–9289. https://doi.org/10.1021/es301138y
Wong K.W., Fu D., Pongetti T.J., Newman S., Kort E.A., Duren R., Hsu Y.-K., Miller C.E., Yung Y.L., Sander S.P. Mapping CH4 : CO2 ratios in Los Angeles with CLARS-FTS from MountWilson // California, Atmos. Chem. Phys. 2015. V. 15. P. 241–252. https://doi.org/10.5194/acp-15-241-2015
Xueref-Remy I., Zazzeri G., Br’eon F.M., Vogel F., Ciais P., Lowry D., Nisbet E.G. Anthropogenic methane plume detection from point sources in the Paris megacity area and characterization of their δ13C signature // Atmos. Environ. 2020. V. 222. 117055. https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2019.117055
Zazzeri G., Lowry D., Fisher R.E., France J.L., Lanoisellé M., Grimmond C.S.B., Nisbet E.G. Evaluating methane in-ventories by isotopic analysis in the London region // Sci. Rep. 2017. V. 7. 4854. https://doi.org/10.1038/s41598-017-04802-6