Vol. 30, issue 09, article # 3

Аntokhin P.N., Arshinova V.G., Arshinov M.Yu., Belan B.D., Belan S.B., Voronetskaya N.G., Golovko A.K., Davydov D.K., Ivlev G.A., Kozlov A.V., Kozlov A.S., Malyshkin S.B., Pevneva G.S., Rasskazchikova T.M., Savkin D.E., Simonenkov D.V., Sklyadneva T.K., Tolmachev G.N., Fofonov A.V. Organic aerosol in air of Siberia and the Arctic. Part 3. Forest fire porducts. // Optika Atmosfery i Okeana. 2017. V. 30. No. 09. P. 740–749 [in Russian].
Copy the reference to clipboard
Abstract:

The contribution of wildfires into the content of the organic component of aerosol is studied on the basis of data of two flight campaigns carried out along the route Novosibirsk – Yakutsk – Novosibirsk in 2012 and 2013. The campaign of 2012 took place under conditions of extensive wildfires in Siberia, the campaign of 2013, on the contrary, in background conditions. The analysis of the selected aerosol samples shows that concentration of organic compounds during fires increases on the average by 35 times in the surface air layer and from 3 to 23 times in the free atmosphere in comparison with the background conditions. The composition of the organic component in the free atmosphere during fires changes depending on the region. At the Tomsk – Mirnyi segment, alkanes n-C19H40 – n-C21H44 prevailed in the aerosol samples; from Mirnyi to Yakutsk, the main concentration peak fell in the range of high-molecular compounds n-C19H40 – n-C25H52; at the Bratsk – Novosibirsk segment, low-molecular alkanes n-C12H26 – n-C18H38 prevailed in the aerosol composition.

Keywords:

atmospheric aerosol, composition, hydrocarbons

References:

  1. Andreae M.O. Biomass burning: Its history, use and distribution and its impact on environmental quality and global climate // Global Biomass Burning: Atmospheric, Climatic and Biospheric Implications / J.S. Levine (ed.). MIT Press, Cambridge, Mass., 1991. P. 3–21.
  2. Lamarque J.-F., Bond T.C., Eyring V., Granier C., Heil A., Klimont Z., Lee D., Liousse C., Mieville A., Owen B., Schultz M.G., Shindell D., Smith S.J., Stehfest E., Van Aardenne J., Cooper O.R., Kainuma M., Mahowald N., McConnell J.R., Naik V., Riahi K., van Vuuren D.P. Historical (1850–2000) gridded anthropogenic and biomass burning emissions of reactive gases and aerosols: Methodology and application // Atmos. Chem. Phys. 2010. V. 10, N 15. P. 7017–7039.
  3. Ito A., Sudo K., Akimoto H., Sillman S., Penner J.E. Global modeling analysis of tropospheric ozone and its radiative forcing from biomass burning emissions in the twentieth century // J. Geophys. Res. 2007. V. 112, D24307. DOI: 10.1029/2007JD008745.
  4. Rap A., Spracklen D.V., Mercado L., Reddington C.L., Haywood J.M., Ellis R.J., Phillips O.L., Artaxo P., Bonal D., Restrepo Coupe N., Butt N. Fires increase Amazon forest productivity through increases in diffuse radiation // Geophys. Res. Lett. 2015. V. 42, N 11. P. 4654–4662. DOI: 10.1002/2015GL063719.
  5. Ito A., Ito A., Akimoto H. Seasonal and interannual variations in CO and BC emissions from open biomass burning in Southern Africa during 1998–2005 // Global Biogeochem. Cycles. 2007. V. 21, GB2011. DOI: 10.1029/2006GB002848.
  6. Van Drooge B.L., Sicard M., Stohl A., Fontal M., Bravo N., Munoz A., Lange D., Fernandez P., Grimalt J.O. Detection and simulation of wild fire smoke impacting a Mediterranean urban atmosphere // Atmos. Pollut. Res. 2016. V. 7, N 3. P. 494–502.
  7. Yang M.Y.M., Vay S.A., Stoh A., Choi Y., Diskin G.S., Sachse G.W., Blake D.R. Chemical composition of tropospheric air masses encountered during high altitude flights (11.5 km) during the 2009 fall Operation Ice Bridge field campaign // J. Geophys. Res. 2012. V. 117, D17306. DOI: 10.1029/2012JD017858.
  8. Strode S.A., Pawson S. Detection of carbon monoxide trends in the presence of interannual variability // J. Geophys. Res.: Atmos. 2013. V. 118, N 21. P. 12257–12273. DOI: 10.1002/2013JD020258.
  9. Vasileva A., Moiseenko K. Methane emissions from 2000 to 2011 wildfires in Northeast Eurasia estimated with MODIS burned area data // Atmos. Environ. 2013. V. 71. P. 115–121.
  10. Williamson G.J., Prior L.D., Jolly W.M., Cochrane M.A., Murphy B.P., Bowman D.M.J.S. Measurement of inter- and intra-annual variability of landscape fire activity at a continental scale: The Australian case // Environ. Res. Lett. 2016. V. 11, N 3. 035003.
  11. Allen G. Rebalancing the global methane budget // Nature (Gr. Brit.). 2016. V. 538, N 7623. P. 46–48.
  12. Schwietzke S., Sherwood O.A., Bruhwiler L.M.P., Miller J.B., Etiope G., Dlugokencky E.J., Michel S.E., Arling V.A., Vaughn B.H., White J.W.C., Tans P.P. Upward revision of global fossil fuel methane emissions based on isotope database // Nature (Gr. Brit.). 2016. V. 538, N 7623. P. 88–91.
  13. Abbott B.W., Jones J.B., Schuur E.A.G., Chapin III F.S., Bowden W.B., Bret-Harte M.S., Epstein H.E., Flannigan M.D., Harms T.K., Hollingsworth T.N., Mack M.C., McGuire A.D., Natali S.M., Rocha A.V., Tank S.E., Turetsky M.R., Vonk J.E., Wickland K.P., Aiken G.R., Alexander H.D., Amon R.M.W., Benscoter B.W., Bergeron Y., Bishop K., Blarquez O., Bond-Lamberty B., Breen A.L., Buffam I., Cai Y., Carcaillet Ch., Carey S.K., Chen J.M., Chen H.Y.H., Christensen T.R., Cooper L.W., Cornelissen J.H.C., de Groot W.J., DeLuca T.H., Dorrepaal E., Fetcher N., Finlay J.C., Forbes B.C., French N.H.F., Gauthier S., Girardin M.P., Goetz S.J., Goldammer J.G., Gough L., Grogan P., Guo L., Higuera P.E., Hinzman L., Hu F.S., Hugelius G., Jafarov E.E., Jandt R., Johnstone J.F., Karlsson J., Kasischke E.S., Kattner G., Kelly R., Keuper F., Kling G.W., Kortelainen P., Kouki J., Kuhry P., Laudon H., Laurion I., Macdonald R.W., Mann P.J., Martikainen P.J., McClelland J.W., Molau U., Oberbauer S.F., Olefeldt D., Paré D., Parisien M.-A., Payette S., Peng C., Pokrovsky O.S., Rastetter E.B., Raymond P.A., Raynolds M.K., Rein G., Reynolds J.F., Robards M., Rogers B.M., Schädel C., Schaefer K., Schmidt I.K., Shvidenko A., Sky J., Spencer R.G.M., Starr G., Striegl R.G., Teisserenc R., Tranvik L.J., Virtanen T., Welker J.M., Zimov S. Biomass offsets little or none of permafrost carbon release from soils, streams, and wildfire: An expert assessment // Environ. Res. Lett. 2016. V. 11, N 3. 034014.
  14. Bian H., Colarco P.R., Chin M., Chen G., Rodriguez J.M., Liang Q., Blake D., Chu D.A., da Silva A., Darmenov A.S., Diskin G., Fuelberg H.E., Huey G., Kondo Y., Nielsen J.E., Pan X., Wisthaler A. Source attributions of pollution to the Western Arctic during the NASA ARCTAS field campaign // Atmos. Chem. Phys. 2013. V. 13, N 9. P. 4707–4721.
  15. Palmer P.I., Parrington M., Lee J.D., Lewis A.C., Rickard A.R., Bernath P.F., Duck T.J., Waugh D.L., Tarasick D.W., Andrews S., Aruffo E., Bailey L.J., Barrett E., Bauguitte S.J.-B., Curry K.R., Carlo P.D., Chisholm L., Dan L., Forster G., Franklin J.E., Gibson M.D., Griffin D., Helmig D., Hopkins J.R., Hopper J.T., Jenkin M.E., Kindred D., Kliever J., Le Breton M., Matthiesen S., Maurice M., Moller S., Moore D.P., Oram D.E., O’Shea S.J., Owen R.C., Pagniello C.M.L.S., Pawson S., Percival C.J., Pierce J.R., Punjabi S., Purvis R.M., Remedios J.J., Rotermund K.M., Sakamoto K.M., da Silva A.M., Strawbridge K.B., Strong K., Taylor J., Trigwell R., Tereszchuk K.A., Walker K.A., Weaver D., Whaley C., Young J.C. Quantifying the impact of BOReal forest fires on Tropospheric oxidants over the Atlantic using Aircraft and Satellites (BORTAS) experiment: Design, execution and science overview // Atmos. Chem. Phys. 2013. V. 13, N 13. P. 6239–6261.
  16. O’Shea S.J., Allen G., Gallagher M.W., Bauguitte S.J.-B., Illingworth S.M., Le Breton M., Muller J.B.A., Percival C.J., Archibald A.T., Oram D.E., Parrington M., Palmer P.I., Lewis A.C. Airborne observations of trace gases over boreal Canada during BORTAS: Campaign climatology, air mass analysis and enhancement ratios // Atmos. Chem. Phys. 2013. V. 13, N 24. P. 12451–12467.
  17. Law K.S., Stohl A., Quinn P.K., Brock C.A., Burkhart J.F., Paris J.-D., Ancellet G., Singh H.B., Roigr A., Schlager H., Dibb J., Jacob D.J., Arnold S.R., Pelon J., Thomas J.L. Arctic Air Pollution. New Insigths from POLARCAT-IPY // Bull. Am. Meteor. Soc. 2014. V. 95, N 12. P. 1873–1895.
  18. Virkkula A., Pohja T., Aalto P.P., Keronen P., Schobesberger S., Clements C.B., Petäjä T., Nikmo J., Kulmala M. Airborne measurements of aerosols and carbon dioxide during a prescribed fire experiment at a boreal forest site // Boreal Environ. Res. 2014. V. 19, suppl. B. P. 153–181.
  19. Basso L.S., Gatti L.V., Gloor M., Miller J.B., Domingues L.G., Correia C.S.C., Borges V.F. Seasonality and interannual variability of CH4 fluxes from the eastern Amazon Basin inferred from atmospheric mole fraction profiles // J. Geophys. Res.: Atmos. 2016. V. 121, N 1. P. 168–184. DOI: 10.1002/2015JD023874.
  20. Vivchar A.V., Moiseenko K.B., Pankratova N.V. Ocenki jemissij monookisi ugleroda ot prirodnyh pozharov v Severnoj Evrazii v prilozhenii k zadacham regional'nogo atmosfernogo perenosa i klimata // Izv. RAN. Fiz. atmosf. i okeana. 2010. V. 46, N 3. P. 307–320.
  21. Elanskij N.F., Mohov I.I., Belikov I.B., Berezina E.V., Elohov A.S., Ivanov V.A., Pankratova N.V., Postyljakov O.V., Safronov A.N., Skorohod A.I., Shumskij R.A. Gazovye primesi v atmosfere nad Moskvoj letom 2010 year // Izv. RAN. Fiz. atmosf. i okeana. 2011. V. 47, N 6. P. 729–738.
  22. Zvjagincev A.M., Bljum O.B., Glazkova A.A., Kotel'nikov S.N., Kuznecova I.N., Lapchenko V.A., Lezina E.A., Miller E.A., Miljaev V.A., Popikov A.P., Semutnikova E.G., Tarasova O.A., Shalygina I.Ju. Zagrjaznenie vozduha na Evropejskoj chasti Rossii i Ukraine v uslovijah zharkogo leta 2010 year // Izv. RAN. Fiz. atmosf. i okeana. 2011. V. 47, N 6. P. 757–766.
  23. Chubarova N.E., Gorbarenko E.V., Nezval' E.I., Shilovceva O.A. Ajerozol'nye i radiacionnye harakteristiki atmosfery vo vremja lesnyh i torfjanyh pozharov v 1972, 2002 i 2010 years v Podmoskov'e // Izv. RAN. Fiz. atmosf. i okeana. 2011. V. 47, N 6. P. 790–800.
  24. Fokeeva E.V., Safronov A.N., Rakitin V.S., Jurganov L.N., Grechko E.I., Shumskij R.A. Issledovanie vlijanija pozharov v ijule–avguste 2010 g. na zagrjaznenie okis'ju ugleroda atmosfery Moskvy i okrestnostej // Izv. RAN. Fiz. atmosf. i okeana. 2011. V. 47, N 6. P. 739–756.
  25. Krol M., Peters W., Hooghiemstra P., George M., Clerbaux C., Hurtmans D., McInerney D., Sedano F., Bergamaschi P., El Hajj M., Kaiser J.W., Fisher D., Yershov V. How much CO was emitted by the 2010 fires around Moscow? // Atmos. Chem. Phys. 2013. V. 13, N 9. P. 4737–4747.
  26. Kashin F.V., Aref'ev V.N., Sizov N.I., Akimenko R.M., Upjenjek L.B. Fonovaja sostavljajushhaja okisi ugleroda v prizemnom vozduhe (stancija monitoringa «Obninsk») // Izv. RAN. Fiz. atmosf. i okeana. 2016. V. 52, N 3. P. 281–287.
  27. Skljadneva T.K., Ivlev G.A., Belan B.D., Arshinov M.Ju., Simonenkov D.V. Radiacionnyj rezhim Tomska v uslovijah dymnoj mgly // Optika atmosf. i okeana. 2015. V. 28, N 3. P. 215–222.
  28. Shtabkin Ju.A., Moiseenko K.B., Skorohod A.I., Vasil'eva A.V., Hajmann M. Istochniki i variacii troposfernogo SO v Central'noj Sibiri: chislennye jeksperimenty i nabljudenija na vysotnoj machte ZOTTO // Izv. RAN. Fiz. atmosf. i okeana. 2016. V. 52, N 1. P. 51–63.
  29. Anohin G.G., Antohin P.N., Arshinov M.Ju., Barsuk V.E., Belan B.D., Belan S.B., Davydov D.K., Ivlev G.A., Kozlov A.V., Kozlov V.S., Morozov M.V., Panchenko M.V., Penner I.Je., Pestunov D.A., Sikov G.P., Simonenkov D.V., Sinicyn D.S., Tolmachev G.N., Filippov D.V., Fofonov A.V., Chernov D.G., Shamanaev V.S., Shmargunov V.P. Samolet-laboratorija Tu-134 «Optik» // Optika atmosf. i okeana. 2011. V. 24, N 9. P. 805–816.
  30. Voroneckaja N.G., Pevneva G.S., Golovko A.K., Kozlov A.S., Arshinov M.Ju., Belan B.D., Simonenkov D.V., Tolmachev G.N. Uglevodorodnyj sostav troposfernogo ajerozolja juga Zapadnoj Sibiri // Optika atmosf. i okeana. 2014. V. 27, N 6. P. 496–505; Vоrоnеtskaya N.G., Pеvnеvа G.S., Gоlоvkо А.K., Kоzlоv А.S., Аrshinоv М.Yu., Bеlаn B.D., Simоnеnkоv D.V., Тоlmаchev G.N. Hydrocarbon composition of tropospheric aerosol in the South of Western Siberia // Atmos. Ocean. Opt. 2014. V. 27, N 6. P. 547–557.
  31. Arshinov M.Ju., Belan B.D., Voroneckaja N.G., Golovko A.K., Davydov D.K., Kozlov A.S., Pevneva G.S., Simonenkov D.V., Fofonov A.V. Organicheskij ajerozol' v atmosfere Sibiri i Arktiki. Part 1. Geograficheskie osobennosti i vremennaja dinamikа // Optika atmosf. i okeana. 2017. V. 30, N 8. P. 716–722.
  32. Jung J., Lyu Н., Lee M., Hwang T., Lee S., Oh S. Impact of Siberian forest fires on the atmosphere over the Korean Peninsula during summer 2014 // Atmos. Chem. Phys. 2016. V. 16, N 11. P. 6757–6770.
  33. Laing J.R., Jaffe D.A., Hee J.R. Physical and optical properties of aged biomass burning aerosol from wildfires in Siberia and the Western USA at the Mt. Bachelor Observatory // Atmos. Chem. Phys. 2016. V. 16, N 23. P. 15185–15197.
  34. Engling G., He J., Betha R., Balasubramanian R. Assessing the regional impact of indonesian biomass burning emissions based on organic molecular tracers and chemical mass balance modeling // Atmos. Chem. Phys. 2014. V. 14, N 15. P. 8043–8054.
  35. Takahama S., Schwartz R.E., Russell L.M., Macdonald A.M., Sharma S., Leaitch W.R. Organic functional groups in aerosol particles from burning and non-burning forest emissions at a high-elevation mountain site // Atmos. Chem. Phys. 2011. V. 11, N 13. P. 6367–6386.
  36. Corrigan A.L., Russell L.M., Takahama S., Äÿälä M., Ehn M., Junninen H., Rinne J., Petäjä T., Kulmala M., Vogel A.L., Hoffmann T., Ebben C.J., Geiger F.M., Chhabra P., Seinfeld J.H., Worsnop D.R., Song W., Auld J., Williams J. Biogenic and biomass burning organic aerosol in a boreal forest at Hyytiälä, Finland, during HUMPPA-COPEC 2010 // Atmos. Chem. Phys. 2013. V. 13, N 24. P. 12233–12256.
  37. Brito J., Rizzo L.V., Morgan W.T., Coe H., Johnson B., Haywood J., Longo K., Freitas S., Andreae M.O., Artaxo P. Ground-based aerosol characterization during the South American Biomass Burning Analysis (SAMBBA) field experiment // Atmos. Chem. Phys. 2014. V. 14, N 22. P. 12069–12083.
  38. Smolyakov B.S., Makarov V.I., Shinkorenko M.P., Popova S.A., Bizin M.A. Effects of Siberian wildfires on the chemical composition and acidity of atmospheric aerosols of remote urban, rural and background territories // Environ. Pollut. 2014. V. 188. P. 8–16.
  39. Arshinov M.Ju., Belan B.D., Belan S.B., Voroneckaja N.G., Golovko A.K., Davydov D.K., Ivlev G.A., Kozlov A.S., Malyshkin S.B., Pevneva G.S., Simonenkov D.V., Fofonov A.V. Organicheskij ajerozol' v atmosfere Sibiri i Arktiki. Part 2. Vertikal'noe raspredelenie // Optika atmosf. i okeana. 2017. V. 30, N 9. P. 733–739.
  40. Budyko M.I., Golicyn G.S., Izrajel' Ju.A. Global'nye klimaticheskie katastrofy. M.: Gidrometeoizdat, 1986. 160 p.
  41. Ingel' L.H. K teorii konvektivnyh struj i termikov v atmosfere // Izv. RAN. Fiz. atmosf. i okeana. 2016. V. 52, N 6. P. 676–680.
  42. Hornbrook R.S., Blake D.R., Diskin G.S., Fried A., Fuelberg H.E., Meinardi S., Mikoviny T., Richter D., Sachse G.W., Vay S.A., Walega J., Weibring P., Weinheimer A.J., Wiedinmyer C., Wisthaler A., Hills A., Riemer D.D., Apel E.C. Observations of nonmethane organic compounds during ARCTAS – Part 1: Biomass burning emissions and plume enhancements // Atmos. Chem. Phys. 2011. V. 11, N 21. P. 11103–11130.
  43. Yee L.D., Kautzman K.E., Loza C.L., Schilling K.A., Coggon M.M., Chhabra P.S., Chan M.N., Chan A.W.H., Hersey S.P., Crounse J.D., Wennberg P.O., Flagan R.C., Seinfeld J.H. Secondary organic aerosol formation from biomass burning intermediates: Phenol and methoxyphenols // Atmos. Chem. Phys. 2013. V. 13, N 16. P. 8019–8043.
  44. Urban R.C., Alves C.A., Allen A.G., Cardoso A.A., Campos M.L.A.M. Organic aerosols in a Brazilian agro-industrial area: Speciation and impact of biomass burning // Atmos. Res. 2016. V. 169. P. 271–279.
  45. Rahimov R.F., Makienko Je.V., Panchenko M.V. Optiko-mikrofizicheskie svojstva smeshannyh dymov ot neskol'kih raznesennyh istochnikov // Optika atmosf. i okeana. 2010. V. 23, N 8. P. 675–683.
  46. Rahimov R.F., Kozlov V.S., Tumakov A.G., Shmargunov V.P. Opticheskie i mikrofizicheskie svojstva smeshannogo dyma po dannym poljarizacionnyh spektronefelometricheskih izmerenij // Optika atmosf. i okeana. 2014. V. 27, N 1. P. 59–68.
  47. Rahimov R.F., Kozlov V.S., Panchenko M.V., Tumakov A.G., Shmargunov V.P. Svojstva atmosfernogo ajerozolja v dymovyh shlejfah lesnyh pozharov po dannym spektronefelometricheskih izmerenij // Optika atmosf. i okeana. 2014. V. 27, N 2. P. 126–133; Rаkhimоv R.F., Kоzlоv V.S., Pаnchеnkо М.V., Тumаkоv А.G., Shmаrgunov V.P. Properties of atmospheric aerosol in smoke plumes from forest fires according to spectronephelometer measurements // Atmos. Ocean. Opt. 2014. V. 27, N 3. P. 275–282.
  48. Popovicheva O.B., Kozlov V.S., Rahimov R.F., Shmargunov V.P., Kireeva E.D., Persianceva N.M., Timofeev M.A., Engling G., Elephteriadis K., Diapouli L., Panchenko M.V., Zimmermann R., Schnelle-Kreis J. Optiko-mikrofizicheskie i fiziko-himicheskie harakteristiki dymov gorenija sibirskih biomass: jeksperimenty v ajerozol'noj kamere // Optika atmosf. i okeana. 2016. V. 29, N 4. P. 323–331; Pоpоvichevа О.B., Kоzlоv V.S., Rаkhimоv R.F., Shmаrgunov V.P., Kireevа Е.D., Persiantsevа N.М., Тimofeev М.А., Engling G., Elephteriadis K., Diapouli L., Pаnchеnkо М.V., Zimmermann R., Schnelle-Kreis J. Optical-microphysical and physical-chemical characteristics of smokes from Siberian biomass burning: Experiment in aerosol chamber // Atmos. Ocean. Opt. 2016. V. 29, N 6. P. 492–500.
  49. Forrister H., Liu J., Scheuer E., Dibb J., Ziemba L., Thornhill K.L., Anderson B., Diskin G., Perring A.E., Schwarz J.P., Campuzano-Jost P., Day D.A., Palm B.B., Jimenez J.L., Nenes A., Weber R.J. Evolution of brown carbon in wildfire plumes // Geophys. Res. Lett. 2015. V. 42, N 11. P. 4623–4630.

Back