Vol. 30, issue 12, article # 7

Antokhina O.Yu., Аntokhin P.N., Arshinova V.G., Arshinov M.Yu., Belan B.D., Belan S.B., Davydov D.K., Ivlev G.A., Kozlov A.V., Nedelec Ph., Paris J.-D.., Rasskazchikova T.M., Savkin D.E., Simonenkov D.V., Sklyadneva T.K., Tolmachev G.N., Fofonov A.V. The vertical distributions of gaseous and aerosol admixtures in air over the Russian Arctic. // Optika Atmosfery i Okeana. 2017. V. 30. No. 12. P. 1043-1052 [in Russian].
Copy the reference to clipboard

The vertical distributions of gas and aerosol compositions of air over the Kara Sea and coastal areas of the Russian Arctic, measured by Tu-134 Optic airborne laboratory in October, 2014, are analyzed. Features of the altitude distributions of CO2 and aerosol over the Kara Sea that differ them from continental conditions are revealed. No considerable deviations from continental distributions are found for CH4, CO, and O3.


Arctic, atmosphere, aerosol, air, vertical distribution, gases, continental, large-scale, spatial


  1. Shepherd T.G. Effects of a warming Arctic // Science. 2016. V. 353, N 6303. P. 989–990.
  2. Johannessen O.M., Kuzmina S.I., Bobylev L.P., Miles M.W. Surface air temperature variability and trends in the Arctic: New amplification assessment and regionalisation // Tellus. 2016. V. 68. 28234. URL: http://dx.doi.org/10.3402/tellusa.v68.28234.
  3. Vogt M. Adrift in an ocean of change // Science. 2015. V. 350, N 6267. P. 1466–1468.
  4. Najafi M.R., Zwiers F.W., Gillett N.P. Attribution of Arctic temperature change to greenhouse-gas and aerosol influences // Nat. Clim. Change. 2015. N 5. P. 246–249.
  5. Tranvik L. Carbon cycling in the Arctic // Science. 2014. V. 345, N 6199. P. 870.
  6. Cory R.M., Ward C.P., Crump B.C., Kling G.W. Sunlight controls water columm processing of carbon in arctic fresh waters // Science. 2014. V. 345, N 6199. P. 925–928.
  7. Arnold S.R., Law K.S., Brock C.A., Thomas J.L., Starkweather S.M., Salzen K., Stohl A., Sharma S., Lund M.T., Flanner M.G., Petaja T., Tanimoto H., Gamble J., Dibb J.E., Melamed M., Johnson N., Fider M., Tynkkynen V.-P., Baklanov A., Eckhardt S., Monks S.A., Browse J., Bozem H. Arctic air pollution: Challenges and opportunities for the next decade // Elementa: Sci. Anth. 2016. N 4. 16 p.
  8. Law K.S., Stohl A., Quinn P.K., Brock C.A., Burkhart J.F., Paris J.D., Ancellet G., Singh B., Roiger A., Schlager H. Arctic air pollution // Bull. Am. Meteorol. Soc. 2014. V. 95, N 12. P. 1873–1895.
  9. Roiger A., Thomas J.-L., Schlager H., Law K.S., Kim J., Schafler A., Weinzierl B., Dahlkotter F., Krisch I., Marelle L., Minikin A., Raut J.-C., Reiter A., Rose M., Scheibe M., Stock P., Baumann R., Clerbaux C., George M., Onishi T., Flemming J. Quantifying emerging local anthropogenic emissions in the Arctic region // Bull. Am. Meteorol. Soc. 2015. V. 96, N 3. P. 441–460.
  10. Evangeliou N., Balkanski Y., Hao W.M., Petkov A., Silverstein R.P., Corley R., Nordgren B.L., Urbanski S.P., Eckhardt S., Stohl A., Tunved P., Crepinsek S., Jefferson A., Sharma S., Njgaard J.K., Skov H. Wildfires in northern Eurasia affect the budget of black carbon in the Arctic – a 12-year retrospective synopsis (2002–2013) // Atmos. Chem. Phys. 2016. V. 16, N 12. P. 7587–7604.
  11. O’Shea S.J., Allen G., Gallagher M.W., Bower K., Illingworth S.M., Muller J.B.A., Jones B.T., Percival C.J., Bauguitte S.J-B., Cain M., Warwick N., Quiguet A., Skuba U., Drewer J., Dinsmore K., Nisbet E.G., Lowry D., Fisher R.E., France J.L., Aurela M., Lohila A., Hayman G., George C., Clark D.B., Manning A.J., Friend A.D., Pyle J. Methane and carbon dioxide fluxes and their regional scalability for the European Arctic wetlands during the MAMM // Atmos. Chem. Phys. 2014. V. 14, N 23. P. 13159–13174.
  12. Willis M.D., Burkart J., Thomas J.L., Kollner F., Schneider J., Bozem H., Hoor P.M., Aliabadi A.A., Schulz H., Herber A.B., Leaitch W.R., Abbatt J.D. Growth of nucleation mode particles in the summertime Arctic: A case study // Atmos. Chem. Phys. 2016. V. 16, N 12. P. 7663–767.
  13. Asmi E., Kondratyev V., Brus D., Laurila T., Lihavainen H., Backman J., Vakkari V., Aurela M., Hatakka J., Viisanen Y., Uttal T., Ivakhov V., Makshtas A. Aerosol size distribution seasonal characteristics // Atmos. Chem. Phys. 2016. V. 16, N 13. P. 1271–1287.
  14. Cassidy A.E., Christen A., Henry Y.R. The effect of a permafrost disturbance on growing-season carbon-dioxide fluxes in high Arctic tundra ecosystem // Biogeosciences. 2016. V. 13, N 8. P. 2291–2303.
  15. Strachan I.B., Nugent R.A., Crombie S., Bonneville M.C. Carbon dioxide and methane exchange at a cool-temperate freshwater marsh // Environ. Res. Lett. 2015. V. 10, N 10. P. 10.
  16. Fisher J.B., Sikka M., Oechel W.C., Huntzinger D.N., Melton J.R., Koven C.D., Ahlstrom A., Arian M.A., Baker I., Chen J.M., Ciais P., Davidson C., Dietze M., El-Marsi B., Hayes D., Huntingford C., Jain A.K., Levy P.E., Lomas M.R., Poulter B., Price D., Sahoo A.K., Schaefer K., Tian H., Tomelleri E., Verbeeck H., Viovy N., Wania R., Zeng N., Miller C.E. Carbon cycle uncertainty in the Alaskan Arctic // Biogeosciences. 2014. V. 11, N 15. P. 4271–4288.
  17. Langer M., Westermann S., Anthony K.W., Wischnewski K., Boike J. Frozen ponds: Production and storage of methane during the Arctic winter in a lowland tundra landscape in northern Siberia, Lena // Biogeosciences. 2015. V. 12, N 4. P. 977–990.
  18. Golubjatnikov L.L., Kazancev V.S. Vklad tundrovyh ozer Zapadnoj Sibiri v metanovyj bjudzhet atmosfery // Izv. RAN. Fiz. atmosf. i okeana. 2013. V. 49, N 4. P. 430–438.
  19. Kiselev A.A., Reshetnikov A.I. Metan v Rossijskoj Arktike: rezul'taty nabljudenij i raschetov // Problemy Arktiki i Antarktidy. 2013. N 2. P. 5–15.
  20. Giamarelou M., Eleftheriadis K., Nyeki S., Torseth K., Biskos G. Indirect evidence of the composition of nucleation mode atmospheric particles in the high Arctic // J. Geophys. Res.: Atmos. 2016. V. 121, N 2. P. 965–975.
  21. Myhre C.L., Ferre B., Platt M., Silyakova A., Hermansen O., Allen G., Pisso I., Schmidbauer N., Stohl A., Pitt J., Jansson P., Greinert J., Percival C., Fjaeraa A.M., O´Shea S.J., Gallagher M., Breton M.L., Bower K.N., Bauguitte S.J.B., Dalsoren S., Vadakkepuliyambatta S., Fisher R.E., Nisbet E.G., Lowry D., Myhre G., Pyle J.A., Cain M., Mienert J. Extensive release of methane from Arctic seabed west of Svalbard during summer 2014 // Geophys. Res. Lett. 2016. V. 43, N 9. P. 4624–4631.
  22. France J.L., Cain M., Fisher R.E., Lowry D., Allen G., Shea S.J.O., Illingworth S., Pyle J., Warwick N., Jones B.T., Gallagher M.W., Bower K., Breton M.L., Percival C., Muller J., Wellpott A., Bauguitte S., George C., Hayman G.D., Manning A.J., Myhre C.L., Lanoiselle M., Nisbet E.G. Measurements of d13C in CH4 and using particle dispersion modeling to characterize sources of Arctic methane within an air mass // J. Geophys. Res.: Atmos. 2016. V. 121, N 23. P. 14257–14270.
  23. Quennehen B., Schwarzenboeck A., Schmale J., Schneider J., Sodemann H., Stohl A., Ancellet G., Crumeyrolle S., Law K.S. Physical properties of pollution aerosol particles transported from North America to Greenland as measured during the POLARCAT summer campaign // Atmos. Chem. Phys. 2011. V. 11, N 21. P. 10947–10963.
  24. Leaitch W.R., Korolev A., Aliabadi A.A., Burkart J., Willis M.D., Abbatt J.P.D., Bozem H., Hoor P., Kollner F., Schneider J., Herber A., Konrad C., Brauner R. Effects of 20–100 nm particles on liquid clouds in the clean summertime Arctic // Atmos. Chem. Phys. 2016. V. 16, N 17. P. 11107–11124.
  25. Groot Zwaaftink C.D., Grythe H., Skov H., Stohl A. Substantial contribution of northern high-latitude sources to mineral dust in the Arctic // J. Geophys. Res.: Atmos. 2016. V. 121, N 23. P. 13678–13697.
  26. Heintzenberg J., Leck C. The summer aerosol in the central Arctic 1991–2008: Did it change or not? // Atmos. Chem. Phys. 2012. V. 12, N 9. P. 3969–3983.
  27. Tollefson J. Carbon-sensing satellite system faces high hurdles // Nature. 2016. V. 533, N 7604. P. 446–447.
  28. Popkin G. Commercial space sensors go high-tech // Nature. 2017. V. 545, N 7655. P. 397–398.
  29. Nagurnyj A.P. Analiz dannyh izmerenij koncentracii dioksida ugleroda v prilednom sloe atmosfery na ledovoj drejfujushhej stancii «Severnyj Poljus-35» (2007–2008 years) // Meteorol. i gidrol. 2010. N 9. P. 55–61.
  30. Nagurnyj A.P., Makshtas A.P. Koncentracija metana v pogranichnom sloe atmosfery po dannym izmerenij na drejfujushhih ledovyh stancijah «Severnyj poljus-36» i «Severnyj poljus-39» // Meteorol. i gidrol. 2016. N 3. P. 63–71.
  31. Pipko I.I., Pugach S.P., Semiletov I.P. Dinamika CO2 na shel'fe Vostochno-Sibirskogo morja // Meteorol. i gidrol. 2010. N 9. P. 62–73.
  32. Semiletov I.P., Shakhova N.E., Pipko I.I., Pugach S.P., Charkin A.N., Dudarev O.V., Kosmach D.A., Nishino S. Space-time dynamics of carbon and environmental parameters related to carbon dioxide emissions in the Buor-Khaya Bay and adjacent part of Laptev Sea // Biogeosciences. 2013. V. 10, N 9. P. 5977–5996.
  33. Yu J., Xie Z., Sun L., Kang H., He P., Xing G. d13C-CH4 reveals CH4 variations over oceans from mid-latitudes to the Arctic // Sci. Rep. 2015. V. 5, N 13760. 9 p.
  34. Antohin P.N., Arshinova V.G., Arshinov M.Ju., Belan B.D., Belan S.B., Davydov D.K., Ivlev G.A., Kozlov A.V., Nédélec P., Paris J.-D., Rasskazchikova T.M., Savkin D.E., Simonenkov D.V., Skljadneva T.K., Tolmachev G.N., Fofonov A.V. Krupnomasshtabnye issledovanija gazovogo i ajerozol'nogo sostava vozduha nad Sibirskim regionom // Optika atmosf. i okeana. 2014. V. 27, N 3. P. 232–239.
  35. 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.
  36. Berchet A., Bousguet P., Pison I., Locatelli R., Chevallier F., Paris J.-D., Dlugokencky E.J., Laurila T., Hatakka J., Viisanen Y., Worthy D.E.J., Nisbet E., Fisher R., France J., Lowry L., Ivakhov V., Hermansen O. Atmospheric constraints on the methane emissions from the East Siberian Shelf // Atmos. Chem. Phys. 2016. V. 16, N 6. P. 4147–4157.
  37. Bourgeois T., Orr J.C., Resplandy L., Terhaar J., Ethe C., Gehlen M., Bopp L. Coastal-ocean uptake of anthropogenic carbon // Biogeosciences. 2016. V. 13, N 14. P. 4167–4185.
  38. Sherstjukov B.G. Inercionnost' izmenenij temperatury v pripoverhnostnom sloe // Meteorol. i gidrol. 2017. N 4. P. 5–16.
  39. Antohin P.N., Arshinova V.G., Arshinov M.Ju., Belan B.D., Belan S.B., Davydov D.K., Ivlev G.A., Kozlov A.V., Rasskazchikova T.M., Fofonov A.V. Blokirujushhaja rol' Ural'skih gor v transgranichnom perenose primesej iz Evropy v Aziju // Optika atmosf. i okeana. 2010. V. 23, N 11. P. 937–941; Antochin P.N., Arshinova V.G., Arshinov M.Yu., Belan B.D., Belan S.B., Davydov D.K., Ivlev G.A., Kozlov A.V., Rasskazchikova T.M., Fofonov A.V. The blocking role of the Ural mountains in the transborder transfer of impurities from Europe to Asia // Atmos. Ocean. Opt. 2011. V. 24, N 3. P. 242–246.
  40. Paris J.-D., Stohl A., Ciais P., Nédélec P., Belan B.D., Arshinov M.Y., Ramonet M. Source-receptor relationships for airborne measurements of CO2, CO and O3 above Siberia: A cluster-based approach // Atmos. Chem. Phys. 2010. V. 10, N 4. P. 1671–1687.
  41. Paris J.-D., Ciais Ph., Nédélec Ph., Stohl A., Belan B.D., Arshinov M.Yu., Carouge C., Golitsyn G., Granberg I.G. New insights on the chemical composition of the Siberian air shed from the YAK-AEROSIB aircraft campaigns // Bull. Am. Meteorol. Soc. 2010. V. 91, N 5. P. 625–641.
  42. The state of greenhouse gases in the atmosphere based on global observations through 2015: Greenhouse Gas Bulletin. Geneva, Switzerland: WMO, 2016. N 12. 7 p.
  43. Cicerone R.J. How has the atmospheric concentration of CO changed? // In the Changing Atmosphere. New York: John Willey & Sons, 1988. P. 49–61.
  44. Delmas R.Y., Legrand M. Trends recorded in Greenland in relation with northern hemisphere anthropogenic pollution // IGACtiv. Newslett. 1998. N 14. P. 19–22.
  45. Assonov S.S., Brenninkmeijer C.A.M., Jöckel P., Mulvaney R., Bernard S. Chappellaz J. Evidence for CO increase in the SH during the 20th century based on firn air samples from Berkner Island, Antarctica // Atmos. Chem. Phys. 2007. V. 7, N 2. P. 295–308.
  46. Atmosphere trace gases that are radiatively active and significance to global change // Earth Quest. 1990. V. 4, N 2. P. 10–11.
  47. Glinka N.L. Obshhaja himija. L.: Himija, 1985. 702 p.
  48. Dobrovol'skij G.V., Nikitin E.D. Funkcii pochv v biosfere i jekosistemah. M.: Nauka, 1990. 261 p.
  49. Sergienko V.I., Dudarev O.V., Dmitrevskij N.N., Shahova N.E., Nikol'skij N.N., Nikiforov S.L., Salomatin A.S., Saljuk R.A., Karnauh V.V., Chernyh D.B., Tumskoj V.E., Chuvilin E.M., Buhanov B.A. Degradacija podvodnoj merzloty i razrushenie gidratov shel'fa morej Vostochnoj Arktiki kak vozmozhnaja prichina «metanovoj katastrofy»: nekotorye rezul'taty kompleksnyh issledovanij 2011 year // Dokl. AN. 2012. V. 445, N 3. P. 330–335.
  50. Anisimov O.A., Zabojkina Ju.G., Kokorev V.A., Jurganov L.N. Vozmozhnye prichiny jemissii metana na shel'fe morej Vostochnoj Arktiki // Ljod i sneg. 2014. V. 54, N 2. P. 69–81.
  51. Shakhova N., Semiletov I., Salyuk A., Yusupov V., Kosmach D., Gustafsson O. Extensive methane venting to the atmosphere from sediments of the East Siberian Arctic Shelf // Science. 2010. V. 327. P. 1246–1250.
  52. Shakhova N., Semiletov I., Leifer I., Sergienko V., Salyuk A., Kosmach D., Chernykh D., Stubbs C., Nicolsky D., Tumskoy V., Gustafsson O. Ebullition and storm-induced methane release from the East Siberian Arctic Shelf // Nat. Geosci. 2014. V. 7. P. 64–70.
  53. Enhalt D.H. The atmospheric cycle of methane // Tellus. 1974. V. 26, N 1–2. P. 58–70.
  54. Zavarzin G.A. Mikrobnyj cikl metana v holodnyh uslovijah // Priroda. 1995. N 6. P. 3–14.
  55. Belan B.D. Ozon v troposfere. Tomsk: Izd-vo IOA SO RAN, 2010. 488 p.
  56. Vorob'ev V.I. Sinopticheskaja meteorologija. L.: Gidrometeoizdat, 1991. 616 p.
  57. Mahover Z.M. Klimatologija tropopauzy. L.: Gidrometeoizdat, 1983. 254 p.
  58. Krzyscin J., Krizan P., Jaroslawski J. Long-term changes in the tropospheric column ozone from the ozone soundings over Europe // Atmos. Environ. 2007. V. 41, N 3. P. 606–616.
  59. Follette-Cook M.B., Hudson R.D., Nedoluha G.E. Classification of Northern Hemisphere stratospheric ozone and water vapor profiles by meteorological regime // Atmos. Chem. Phys. 2009. V. 9, N 16. P. 5989–6003.
  60. Arshinov M.Ju., Belan B.D., Ivlev G.A., Krasnov O.A., Rasskazchikova T.M., Simonenkov D.V., Tolmachev G.N., Fofonov A.V. Kompleksnaja ocenka sostojanija vozdushnogo bassejna Noril'skogo promyshlennogo rajona. Pt. 3. Rasprostranenie primesej v vozdushnom bassejne Noril'skogo regiona // Optika atmosf. i okeana. 2006. V. 19, N 9. P. 798–804.
  61. Arshinova V.G., Belan B.D., Ivlev G.A., Rasskazchikova T.M., Simonenkov D.V., Tolmachev G.N., Fofonov A.V. Kompleksnaja ocenka sostojanija vozdushnogo bassejna Noril'skogo promyshlennogo rajona. Pt. 4. Vertikal'naja stratifikacija primesej // Optika atmosf. i okeana. 2006. V. 19, N 10. P. 905–908.
  62. Panchenko M.V., Terpugova S.A. Godovoj hod soderzhanija submikronnogo ajerozolja v troposfere nad Zapadnoj Sibir'ju // Optika atmosf. i okeana. 1994. V. 7, N 8. P. 1033–1044.
  63. Panchenko M.V., Pol'kin  V.V., Terpugova S.A., Tumakov A.G., Shmargunov V.P., Jausheva E.P. O formirovanii sredneregional'nogo ajerozol'nogo fona // Optika atmosf. i okeana. 1995. V. 8, N 7. P. 1112–1114.
  64. Panchenko M.V., Terpugova S.A. Vnutrisezonnye faktory izmenchivosti harakteristik submikronnogo ajerozolja. 1. Vozdushnye massy // Optika atmosf. i okeana. 1995. V. 8, N 12. P. 1761–1767.
  65. Sakerin S.M., Kabanov D.M. Melko- i grubodispersnye komponenty ajerozol'noj opticheskoj tolshhi atmosfery v morskih i poljarnyh rajonah // Optika atmosf. i okeana. 2015. V. 28, N 8. P. 690–697; Sakerin S.M., Kabanov D.M. Fine and coarse components of atmospheric aerosol optical depth in maritime and polar regions // Atmos. Ocean. Opt. 2015. V. 28, N 6. P. 510–517.
  66. Sakerin S.M., Kabanov D.M., Pol'kin V.V., Radionov V.F., Holben B.N., Smirnov A. Variacii opticheskih i mikrofizicheskih harakteristik ajerozolja na marshrute Rossijskih antarkticheskih jekspedicij v Vostochnoj Atlantike // Optika atmosf. i okeana. 2016. V. 29, N 8. P. 666–678; Sakerin S.M., Kabanov D.M., Polkin V.V., Radionov V.F., Holben B.N., Smirnov A. Variations in aerosol optical and microphysical characteristics along the route of Russian Antarctic expeditions in the East Atlantic // Atmos. Ocean. Opt. 2017. V. 30, N 1. P. 89–102.
  67. Sakerin S.M., Golobokova L.P., Kabanov D.M., Pol'kin V.V., Turchinovich Ju.S., Hodzher T.V., Huriganova O.I. Prostranstvenno-vremennaja izmenchivost' harakteristik ajerozolja na marshrute Indo-Atlanticheskoj jekspedicii NIS «Akademik Nikolaj Strahov» // Optika atmosf. i okeana. 2017. Т. 30, № 1. С. 42–52; Sakerin S.M., Golobokova L.P., Kabanov D.M., Polkin V.V., Turchinovich Yu.S., Khodzher T.V., Khuriganova O.I. Spatiotemporal variations in aerosol characteristics along the route of the Indian-Atlantic expedition onboard the research vessel Akademik Nikolaj Strakhov // Atmos. Ocean. Opt. 2017. V. 30, N 4. P. 349–359.