Vol. 30, issue 01, article # 1

Gorchakov G.I., Karpov A.V., Vasil'ev A.V., Gorchakova I.A. Brown carbon and black carbon in megacity smogs. // Optika Atmosfery i Okeana. 2017. V. 30. No. 01. P. 5-11 [in Russian].
Copy the reference to clipboard
Abstract:

Aerosol radiative characteristic variability stipulated by brown carbon and black carbon content variations in megacity smogs for Beijing, San-Paulu, Santiago, and Mexico have been analyzed by AERONET data. It is shown that the brown carbon contribution into the imaginary part of the refraction coefficient for a wavelength of 440 nm in smogs can exceed the black carbon contribution more than threefold. In megacity smogs the spectral dependencies of the aerosol optical depth absorption can be approximated by power function with satisfactory precision excluding some Beijing smogs at wavelength of 400 nm when relative concentration of the brown carbon is big. It is shown, that the coarse mode contribution into total aerosol optical depth extinction in smogs can constitute from 6 to 20% for wavelength of 440 and 1020 nm respectively and contribution into aerosol optical depth absorption – from 22% for wavelength of 440 nm to 38% for a wavelength of 1020 nm. The megacity smog aerosol distinguishes from the smoke aerosol formed during large-scale fires in the boreal forests of Russia by increased contribution of the coarse mode in total volume of the aerosol and high values of the imaginary part of the refraction coefficient and therefore by more greater values of aerosol absorbing ability.

Keywords:

megacity smogs, brown carbon, black carbon, refraction coefficient, aerosol optical depth, single scattering albedo

References:

  1. Feng Y., Ramanthan V., Katamarthi V.R. Brown carbon: a significant atmospheric absorber of solar radiation? // Atmos. Chem. Phys. 2013. V. 13, N 17. P. 8607–8621.
  2. Holben B.N., Eck T.F, Slutsker I., Tanre D., Buis I.P., Setzer A., Vermote E., Reagan J.A., Kaufman Y.J; Nakajima N., Lavenu F., Jakowiak L., Smirnov A. AERONET – A federated instrument network and data archive for aerosol characterization // Remote Sens. Environ. 1998. V. 66, N 1. P. 1–16.
  3. Gorchakov G.I., Sitnov S.A., Sviridenkov M.A., Semoutnikova E.G., Emilenko A.S., Isakov A.A., Kopei-kin V.M., Karpov A.V., Gorchakova I.A., Verichev K.S., Kurbatov G.A., Ponomareva T.Ya. Satellite and ground-based monitoring of smoke in the atmosphere during the summer wildfires in European Russia in 2010 and Siberia in 2012 // Int. J. Remote Sens. 2014. V. 35, N 15. P. 5698–5721.
  4. Kozlov V.S., Yausheva E.P., Terpugova S.A., Panchenko M.V., Chernov D.G., Shmargunov V.P. Optical-microphysical properties of smoke haze from Siberian forest fires in summer 2012 // Int. J. Remote Sens. 2014. V. 35, N 15. P. 5722–5741.
  5. Голицын Г.С., Горчаков Г.И., Гречко Е.И., Семутникова Е.Г., Ракитин В.С., Фокеева Е.В., Карпов А.В., Курбатов Г.А., Байкова Е.С., Сафрыгина Т.П. Экстремальное загрязнение угарным газом пограничного слоя атмосферы в Московском регионе летом 2010 year. // Докл. АН. 2011. V. 441, N 4. P. 532–538.
  6. Голицын Г.С., Шукуров А.Х., Гинзбург А.С., Сутугин А.Г., Андронова А.В. Комплексное исследование микрофизических и оптических свойств дымового аэрозоля // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 1988. V. 24, N 3. P. 227–234.
  7. Мохов И.И. Особенности формирования летней жары 2010 г. на европейской территории России в контексте общих изменений климата и его аномалий // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2011. V. 47, N 6. P. 709–716.
  8. Горчакова И.А., Мохов И.И. Радиационный и температурный эффекты дымового аэрозоля в Московском регионе в период летних пожаров 2010 year. // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2012. V. 48, N 5. P. 496–503.
  9. Бондур В.Г. Космический мониторинг природных пожаров в России в условиях аномальной жары 2010 year. // Исслед. Земли из космоса. 2011. N 3. P. 3–13.
  10. Бондур В.Г. Космический мониторинг эмиссий малых газовых компонент и аэрозолей при природных пожарах в России // Исслед. Земли из космоса. 2015. N 6. P. 21–25.
  11. Chubarova N., Nezval E., Sviridenkov M., Smirnov A., Slutsker I. Smoke aerosol and its radiative effects during extreme fire event over Central Russia in summer 2010 // Atmos. Measur. Technol. 2012. V. 5, N 3. P. 557–568.
  12. Еланский Н.Ф., Мохов И.И., Беликов И.Б., Березина Е.В., Елохов А.С., Иванов В.А., Панкратова Н.В., Постыляков О.В., Сафронов А.Н., Скороход А.И., Шумский Р.А. Газовые примеси в атмосфере над Москвой летом 2010 year. // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2011. V. 47, N 6. P. 729–738.
  13. Кузнецова И.Н., Звягинцев А.М., Семутникова Е.Г. Экологические последствия погодных аномалий летом 2010 г. // Анализ условий аномальной погоды летом 2010 year. М.: Природа, 2010. P. 58–64.
  14. Ситнов С.А., Горчаков Г.И., Свириденков М.А., Копейкин В.М., Пономарева Т.Я., Карпов А.В. Влияние атмосферной циркуляции на эволюцию и радиационный форсинг дымового аэрозоля на европейской части России летом 2010 year. // Исслед. Земли из космоса. 2013. N 2. P. 28–41.
  15. Горчаков Г.И., Свириденков М.А., Семутникова Е.Г., Чубарова Н.Е., Холбен Б.Н., Смирнов А.В., Емиленко А.С., Исаков А.А., Копейкин В. М., Карпов А.В., Лезина Е.А., Задорожная О.С. Оптические и микрофизические характеристики аэрозоля задымленной атмосферы московского региона в 2010 year // Докл. АН. 2011. V. 437, N 5. P. 686–690.
  16. Дудорова Н.В., Белан Б.Д. Оценка факторов, определяющих формирование городского острова тепла в г. Томске // Оптика атмосф. и океана 2016. V. 29, N 5. P. 426–436.
  17. Панченко М.В., Журавлева Т.Б., Козлов В.С., Насртдинов И.М., Полькин В.В., Терпугова С.А., Чернов Д.Г. Оценка радиационных эффектов аэрозоля в дымовых и задымленных условиях атмосферы Сибири // Метеорол. и гидрол. 2016. N 2. P. 45–54.
  18. Скляднева Т.К., Ивлев Г.А., Белан Б.Д., Аршинов М.Ю., Симоненков Д.В. Радиационный режим г. Томска в условиях дымной мглы // Оптика атмосф. и океана. 2015. V. 28, N 3. P. 215–222.
  19. Eck T.F., Holben B.N., Reid J.S., Sinyk A., Hyer E.J., O’Neil N.T., Shaw G.E., Vandle Castle J.R., Chapin F.S., Dubovick O., Smirnov A., Vermote E., Schafer J.S., Giles D., Slutsker I., Sorokine M., New-Comb W.W. Optical properties of boreal region biomass burning aerosols in Central Alaska and seasonal variation of aerosol optical depth at an Arctic coastal site // J. Geophys. Res. 2009. V. 114. D11201. 14 p.
  20. Зуев В.Е., Креков Г.М. Оптические модели атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1986. 256 p.
  21. Lewis K., Arnott W.P., Moosmuller H., Wold C.E. Strong spectral variations of biomass smoke light absorption and single scattering albedo observed with a novel dual wavelength photoacoustic instrument // J. Geophys. Res. 2008. V. 113. D16203. DOI: 10.1029/2007JD009699.
  22. Kirchstetter T.V., Novakov T., Hobbs P.V. Evidence that the spectral dependence of light absorption by aerosols is affected by organic carbon // J. Geophys. Res. 2004. V. 109. D21208. DOI: 10.1029/2004JD004999.
  23. Dubovic O., King M.D. A flexible inversion algorithm for the retrieval of aerosol optical properties from Sun and Sky radiance measurements // J. Geophys. Res. D. 2000. V. 105, N 16. P. 20673–20696.
  24. Schnaiter M., Linke C., Mohler O., Naumann K.-H., Saathoff H., Schmidt H., Wagner R., Wehner B. Absorption amplification of black carbon internally mixed with secondary organic aerosol // J. Geophys. Res. 2005. V. 110. D19204. DOI: 10.1029/2005JD006046.
  25. Haywood J.M., Ramaswamy V. Global sensitivity studies of the direct radiative forcing due to anthropogenic sulfate and black carbon aerosols // J. Geophys. Res. D. 1998. V. 103, N 6. P. 6043–6058.
  26. Fuller K.A., Malm W.C., Kreidenweis S.M. Effects of mixing on extinction by carbonacedus particles // J. Geophys. Res. D. V. 104, N 13. P. 15941–15954.
  27. Chyleck P.V., Srivastava M., Pinnick R.G., Wang R.T. Scattering of electromagnetic waves by composite spherical particles. Experiment and effective medium approximations //Appl. Opt. 1998. V. 27, N 12. P. 2396–2404.
  28. Горчаков Г.И., Аникин П.П., Волох А.А., Емиленко А.С., Исаков А.А., Копейкин В.М., Пономарева Т.Я., Семутникова Е.Г., Свириденков М.А., Шукуров К.А. Исследование состава задымленной атмосферы московского региона // Докл. АН. 2003. V. 390, N 5. P. 251–254.
  29. Горчаков Г.И., Аникин П.П., Волох А.А., Емиленко А.С., Исаков А.А., Копейкин В.М., Пономарева Т.Я., Семутникова Е.Г., Свириденков М.А., Шукуров К.А. Исследование состава задымленной атмосферы Москвы во время пожаров торфяников летом – осенью 2002 year. // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2004. V. 40, N 3. P. 370–384.
  30. Bergstrom R.W., Russel P.B., Hignett P. Wavelength Dependence the Absorption of Black Carbon PARTIUCLES: Predictions and Results from TARFOX Experiment and Implications for the Aerosol Single Scattering Albedo // J. Atmos. Sci. 2002. V. 59, N 3. P. 567–577.
  31. Dubovic O., Holben B., Eck T.F., Smirnov A., Kaufman Y.J., King M.O., Tanre D., Slutsker I. Variability of Absorption and Optical Properties of Key Aerosol Types Observed in Worldwide Locations // J. Atmos. Sci. 2002. V. 59, N 3. P. 590–608.

Back