Geochemical Markers of Stagnant Zones in an Urban Heat Island

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

The paper presents data acquired by a comparative study of the vertical variability in the chemical composition and ratios of aerosol subdisperse fractions in snow layers chronologically correlated with the stratigraphically significant snowfall periods. These data highlight features of the concentrating of trace elements at reactive (geochemical) barriers in the snow profile. The ratio of three geochemically close groups of elements, such as siderophile, sulfophile, and lithophile elements, were found out to vary relatively little from one snow layer to another in the growing snow cover. Trajectory analysis of the transfer of air masses to which stratigraphically significant snowfalls were related to the observation site provides no evidence that the identified geochemical phenomenon can be explained by that the winter aerosol field that was formed above an urban area with different trajectories of air masses can be somehow inherited in the snow layers of the growing snow cover and thus affect the vertical distributions of trace elements. Evidence indicates that that the ratios of assemblages of trace elements in the discrete snow layers, which remain stable with the growth of the snow mass, can be employed as geochemical markers of stagnant zones in an urban heat island, and the method of geochemical sampling of a snow cover in its discrete layers at a rare network of urban meteorological observation sites is an efficient additional tool for studying microscale atmospheric processes and recovering information on characteristics of the transfer of pollutants in a spatially limited urban area.

About the authors

M. P. Tentyukov

Pitirim Sorokin Syktyvkar State University; V.E. Zuev Institute of Atmospheric Optics of Siberian Branch of the Russian Academy of Science

Email: tentukov@yandex.ru
55 Oktyabrsky Ave., Syktyvkar, 167001; 1 Academician Zuev pl., Tomsk, 634055

K. A. Shukurov

A.M. Obukhov Institute of Atmospheric Physics of Russian Academy of Sciences

Email: tentukov@yandex.ru
Pyzhevsky per., Moscow, 119017

B. D. Belan

V.E. Zuev Institute of Atmospheric Optics of Siberian Branch of the Russian Academy of Science

Email: tentukov@yandex.ru
1 Academician Zuev pl., Tomsk, 634055

D. V. Simonenkov

V.E. Zuev Institute of Atmospheric Optics of Siberian Branch of the Russian Academy of Science

Email: tentukov@yandex.ru
1 Academician Zuev pl., Tomsk, 634055

G. V. Ignatjev

Institute of Geology of Komi Science Center of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: tentukov@yandex.ru
Pervomayskaya st., Syktyvkar, 167000

V. I. Mikhailov

Institute of Chemistry of Komi Science Center of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: tentukov@yandex.ru
Pervomayskaya st., Syktyvkar, 167000

References

  1. Геохимия окружающей среды. (1990) М.: Недра, 335 с.
  2. Глазунов А.В. (2014) Численное моделирование устойчивостратифицированных турбулентных течений над поверхностью городского типа. Спектры и масштабы, параметризация профилей температуры и скорости. Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 50(4), 406-410.
  3. Глинка Н.Л. (1987) Общая химия: учеб. пособие для вузов. Л.: Химия, 704 с.
  4. Гуртовая Е.Е. (1961) Некоторые вопросы температурного режима снежного покрова. Роль снежного покрова в природных процессах. М.: Изд-во АН СССР, 121-131.
  5. Ивлев Л.С. (2011) Аэрозольное воздействие на климатические процессы. Оптика атмосферы и океана. 24(5), 392-410.
  6. Ивлев Л.С., Довгалюк Ю.А. (1999) Физика атмосферных аэрозольных систем. СПб.: НИИХ СПбГУ, 258 с.
  7. Касимов Н.С., Власов Д.В., Кошелева Н.Е., Никифорова Е.М. (2016) Геохимия ландшафтов Восточной Москвы. М.: АПР, 276 с.
  8. Коломыц Э.Г. (2013) Теория эволюции в структурном снеговедении. М.: Геос, 482 с.
  9. Кузьмин П.П. (1957) Физические свойства снежного покрова. Л.: Гидрометеоиздат, 179 с.
  10. Московченко Д.В., Пожитков Р.Ю., Соромотин А.В. (2021) Геохимическая характеристика снежного покрова г. Тобольск. Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 332(5), 156-169.
  11. Патент 2411487 Российская Федерация, МПК8 G01N1/04 (2006.01). (2011) Снегоотборник Тентюкова / Тентюков М.П.; заявитель и патентообладатель Институт биологии Коми НЦ УрО РАН – № 2009131266/05; заявл. 17.08.2009; опубл. 10.02.2011; Бюл. № 4. 10 с. URL: https://ib.komisc.ru/files/innov/2411487.pdf. (дата обращения 19.02.2022).
  12. Патент на промышленный образец 89907 Российская Федерация, МКПО10 10-04. (2014) Устройство для измерения высоты снежного покрова и прироста инея / Тентюков М.П.; заявитель и патентообладатель Институт биологии Коми НЦ УрО РАН – № 2012503457; заявл. 01.10.2012; опубл. 16.09.2014. Бюл. № 9. 2 с. URL:https://ib.komisc.ru/files/innov/89907.pdf. (дата обращения 19.02.2022).
  13. Перельман А.И., Касимов Н.С. (1999) Геохимия ландшафта. М.: Астрея-2000, 768 с.
  14. Рихтер Г.Д. (1948) Роль снежного покрова в физико-географическом процессе. Труды Института географии АН СССР. 40. М.–Л.: Изд-во АН СССР, 171 с.
  15. Тентюков М.П. (2021) Визуализация структурно-текстурных изменений в новообразующемся снежном слое при длительном снегопаде. Лед и снег. 61(2), 222-231.
  16. Фирц Ш., Армстронг Р.Л., Дюран И., Этхеви П., Грин И., МакКланг Д.М., Нишимура К., Сатьявали П.К., Сократов С.А. (2012) Международная классификация для сезонно-выпадающего снега (руководство к описанию снежной толщи и снежного покрова). Материалы гляциологических исследований. (2), 80 с.
  17. Экогеохимия городских ландшафтов (1995) (Под. ред. Н.С. Касимова). М.: Изд-во Моск. ун-та,. 336 с.
  18. Anderson W., Li Q., Bou-Zeid E. (2015) Numerical simulation of flow over urban-like topographies and evaluation of turbulence temporal attributes. J. Turbul. 16(9), 809-831.
  19. Atlaskin E., Vihma T. (2012) Evaluation of NWP results for wintertime nocturnal boundary-layer temperatures over Europe and Finland. Q.J.R. Meteorol. Soc. 138(667), 1440-1451. https://doi.org/10.1002/qj.1885
  20. Draxler R.R., Hess G.D. (1998) An overview of the HYSPL-IT_4 modeling system of trajectories, dispersion, and deposition. Aust. Meteor. Mag. 47, 295-308.
  21. Hsu Y.-K., Holsen T., Hopke P. (2003) Comparison of hybrid receptor models to locate PCB sources in Chicago. Atmos. Environ. 37, 545-562.
  22. Kistler R., Kalnay E., Collins W.G., Saha S., White G., Woollen J., Chelliah M., Ebisuzaki W., Kanamitsu M., Kousky V., van den Dool H., Jenne R., Fiorino M. (2001) The NCEP–NCAR 50-year reanalysis: Monthly means CD-ROM and documentation. Bull. Am. Meteorol. Soc. 82(2), 247-268.
  23. Li X.X., Britter R., Norford L.K. (2016) Effect of stable stratification on dispersion within urban street canyons: A large-eddy simulation. Atmos. Environ. 144, 47-59.
  24. Mahowald N.M., Kloster S., Engelstaedter S., Moore J.K., Mukhopadhyay S., McConnell J.R., Albani S., Doney S.C., Bhattacharya A., Curran M.A.J., Flanner M.G., Hoffman F.M., Lawrence D.M., Lindsay K., Mayewski P.A., Neff J., Rothenberg D., Thomas E., Thornton P.E., Zender C.S. (2010) Observed 20th century desert dust variability: impact on climate and biogeochemistry. Atmos. Chem. Phys. 10(22), 10875-10893.
  25. Nygård T., Valkonen T., Vihma T. (2014) Characteristics of Arctic low-tropospheric humidity inversions based on radio soundings. Atmos. Chem. Phys. 14, 1959-1971. https://doi.org/10.5194/acp-14-1959-2014
  26. Pinzer B. R., Schneebeli M., Kaempfer T.U. (2012) Vapor flux and recrystallization during dry snow metamorphism under a steady temperature gradient as observed by time-lapse micro-tomography. Cryos. 6(5), 1141-1155.
  27. Sadique J., Yang X.I.A., Meneveau C., Mittal R. (2017) Aerodynamic properties of rough surfaces with high aspect-ratio roughness elements: effect of aspect ratio and arrangements. Bound.-Layer Meteorol. 163(2), 203-224.
  28. Shukurov K.A., Borovski A.N., Postylyakov O.V., Dzhola A.V., Grechko E.I., Kanaya Y. (2018) Potential sources of tropospheric nitrogen dioxide for western Moscow region, Russia. Proc. SPIE. 10833, 108337N.
  29. Shukurov K.A., Chkhetiani O.G. (2017) Probability of transport of air parcels from the arid lands in the Southern Russia to Moscow region. Proc. SPIE. 10466, 104663V.
  30. Sokratov S.A. (2001) Parameters influencing the recrystallization rate of snow. C. R. Sci. Techn. 33(2–3), 263-274.
  31. Sokratov S.A., Maeno N. (2000) Effective water vapor diffusion coefficient of snow under a temperature gradient. Water Resour. Res. 36, 1269-1276.
  32. Wetzel C., Brümmer B. (2011) An Arctic inversion climatology based on the European Centre Reanalysis ERA-40. Meteorol. Zeitschrift. 20(6), 589-600.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2.

Download (1MB)
3.

Download (209KB)
4.

Download (344KB)
5.

Download (243KB)
6.

Download (3MB)
7.

Download (6MB)

Copyright (c) 2023 М.П. Тентюков, К.А. Шукуров, Б.Д. Белан, Д.В. Симоненков, Г.В. Игнатьев, В.И. Михайлов

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».