Том 32, номер 01, статья № 2

Бручковский И.И., Боровский А.Н., Джола А.В., Еланский Н.Ф., Постыляков О.В., Баженов О.Е., Романовский О.А., Садовников С.А., Kanaya Y. Наблюдения интегрального содержания формальдегида в нижней тропосфере в городских агломерациях Москвы и Томска методом дифференциальной спектроскопии. // Оптика атмосферы и океана. 2019. Т. 32. № 01. С. 11-19.
Скопировать ссылку в буфер обмена
Аннотация:

С 2009 г. в зоне влияния городской агломерации Москвы (Звенигородская научная станция – ЗНС) и в юго-восточной части города Томска (Сибирская лидарная станция) проводятся регулярные измерения интегрального содержания (ИС) формальдегида в нижней тропосфере. В работе кратко описываются используемые аппаратура и методики измерения, а также приводятся первые результаты измерений. Показано превышение среднего уровня содержания формальдегида на ЗНС над его уровнем в Томске. Наиболее вероятной причиной повышенных значений формальдегида при восточных ветрах на ЗНС является поступление загрязненного московского воздуха. По наблюдениям в Томске возможное влияние загрязненного городского воздуха на содержание формальдегида начинает проявляться при температурах выше 25 °С. На обеих станциях выявлена положительная зависимость ИС формальдегида от температуры воздуха.

Ключевые слова:

формальдегид, HCHO, дифференциальная спектроскопия, дистанционное зондирование, пограничный слой атмосферы, Звенигородская научная станция, Сибирская лидарная станция

Список литературы:

1. Seco R., Peñuelas J., Filella L. Short-chain oxygenated VOCs: Emission and uptake by plants and atmospheric sources, sinks, and concentrations // Atmos. Environ. 2007. V. 41, N 12. P. 2477–2499. DOI: 10.1016/j.atmosenv.2006.11.029.
2. Holzinger R., Warneke C., Hansel A., Jordan A., Lindinger W., Scharffe D.H., Schade G., Crutzen P.J. Biomass burning as a source of formaldehyde, acetaldehyde, methanol, acetone, acetonitrile, and hydrogen cyanide // Geophys. Res. Lett. 1999. V. 26, N 8. P. 1161–1164. DOI: 10.1029/1999GL900156.
3. Yokelson R.J., Goode J.G., Ward D.E., Susott R.A., Babbitt R.E., Wade D.D., Bertschi I., Griffith D.W.T., Hao W.M. Emissions of formaldehyde, acetic acid, methanol, and other trace gases from biomass fires in North Carolina measured by airborne Fourier transform infrared spectroscopy // J. Geophys. Res. D. 1999. V. 104, N 23. P. 30109–30125. DOI: 10.1029/1999JD900817.
4. Andreae M.O., Merlet P. Emission of trace gases and aerosols from biomass burning // Global Biogeochem. Cycles. 2001. V. 15, N 4. P. 955–966. DOI: 10.1029/2000GB001382.
5. Kohse-Hçinghaus K., Osswald P., Cool T.A., Kasper T., Hansen N., Qi F., Westbrook C.K., Westmoreland P.R. Verbrennungschemie der Biokraftstoffe: Von Ethanol bis Biodiesel // Angew. Chem. 2010. V. 122. P. 3652–3679.
6. Leitner W., Klankermayer J., Pischinger S., Pitsch H., Kohse-Hoinghaus K. Advanced Biofuels and Beyond: Chemistry Solutions for Propulsion and Production // Angew. Chem., Int. Ed. Engl. 2017. V. 56, N 20. P. 5412–5452. DOI: 10.1002/anie.201607257.
7. Weller R., Schrems O., Boddenberg A., Gäb S., Gautrois M. Meridional distribution of hydroperoxides and formaldehyde in the marine boundary layer of the Atlantic (48°N–35°S) measured during the Albatross campaign // J. Geophys. Res. D. 2000. V. 105, N 11. P. 14401–14412. DOI: 10.1029/1999JD901145.
8. Singh H.B., Chen Y., Staudt A., Jacob D., Blake D., Heikes B., Snow J. Evidence from the Pacific troposphere for large global sources of oxygenated organic compounds // Nature. 2001. V. 410, N 6832. P. 1078–1081. DOI: 10.1038/35074067.
9. Singh H.B., Salas L.J., Chatfield R.B., Czech E., Fried A., Walega J., Evans M.J., Field B.D., Jacob D.J., Blake D., Heikes B., Talbot R., Sachse G., Crawford J.H., Avery M.A., Sandholm S., Fuelberg H. Analysis of the atmospheric distribution, sources, and sinks of oxygenated volatile organic chemicals based on measurements over the Pacific during TRACE-P // J. Geophys. Res. 2004. V. 109. P. D15S07. DOI: 10.1029/2003JD003883.
10. Stavrakou T., Müller J.-F., De Smedt I., Van Roozendael M., van der Werf G.R., Giglio L., Guenther A. Global emissions of non-methane hydrocarbons deduced from SCIAMACHY formaldehyde columns through 2003–2006 // Atmos. Chem. Phys. 2009. V. 9. P. 3663–3679. DOI: 10.5194/acp-9-3663-2009.
11. Kaiser J., Jacob D.J., Zhu L., Travis K.R., Fisher J.A., González Abad G., Zhang L., Zhang X., Fried A., Crounse J.D., St. Clair J.M., Wisthaler A. High-resolution inversion of OMI formaldehyde columns to quantify isoprene emission on ecosystem-relevant scales: application to the southeast US // Atmos. Chem. Phys. 2018. V. 18. P. 5483–5497. https://DOI.org/10.5194/acp-18-5483-2018.
12. Arlander D., Brüning D., Schmidt U., Ehhalt D. The tropospheric distribution of formaldehyde during TROPOZ II // J. Atmos. Chem. 1995. V. 22, N 3. P. 251–269. DOI: 10.1007/BF00696637.
13. Seinfield J.H., Pandis S.N. Atmospheric chemistry and physics: From air pollution to climate change. 2nd ed. Hoboken: John Wiley & Sons, 2006. 1232 pp.
14. Stavrakou T., Müller J.-F., De Smedt I., Van Roozendael M., van der Werf G.R., Giglio L., Guenther A. Evaluating the performance of pyrogenic and biogenic emission inventories against one decade of space-based formaldehyde columns // Atmos. Chem. Phys. 2009. V. 9. P. 1037–1060.
15. Bauwens M., Stavrakou T., Müller J.-F., De Smedt I., Van Roozendael M., van der Werf G.R., Wiedinmyer C., Kaiser J.W., Sindelarova K., Guenther A. Nine years of global hydrocarbon emissions based on source inversion of OMI formaldehyde observations // Atmos. Chem. Phys. 2016. V. 16. P. 10133–10158. DOI: 10.5194/acp-16-10133-2016.
16. Иванов В.А., Елохов А.С., Постыляков О.В. О возможности оценки объема выбросов NO2 в городах по зенитным спектральным наблюдениям рассеянной солнечной радиации вблизи 450 нм // Оптика атмосф. и океана. 2012. Т. 25, № 6. C. 539–543. DOI: 10.1134/S1024856012060061; Ivanov V.А., Еlokhov А.S., Pоstylyakov О.V. On the possibility of estimating the volume of NO2 emissions in cities using zenith spectral observations of diffuse solar radiation near 450 nm // Atmos. Ocean. Opt. 2012. V. 25, N 6. P. 434–439.
17. Zhu L., Jacob D.J., Kim P.S., Fisher J.A., Yu K., Travis K.R., Mickley L.J., Yantosca R.M., Sulprizio M.P., De Smedt I., González Abad G., Chance K., Li C., Ferrare R., Fried A., Hair J.W., Hanisco T.F., Richter D., Jo Scarino A., Walega J., Weibring P., Wolfe G.M. Observing atmospheric formaldehyde (HCHO) from space: Validation and intercomparison of six retrievals from four satellites (OMI, GOME2A, GOME2B, OMPS) with SEAC4RS aircraft observations over the southeast US // Atmos. Chem. Phys. 2016. V. 16. P. 13477–13490. DOI: 10.5194/acp-16-13477-2016.
18. OMI algorithm theoretical basis document. Volume IV: OMI trace gas algorithms // ATBD-OMI-02. Version 2.0, 2002. 78 p.
19. Pinardi G., Van Roozendael M., Abuhassan N., Adams C., Cede A., Clémer K., Fayt C., Frieß U., Gil M., Herman J., Hermans C., Hendrick F., Irie H., Merlaud A., Navarro Comas M., Peters E., Piters A.J.M., Puentedura O., Richter A., Schönhardt A., Shaiganfar R., Spinei E., Strong K., Takashima H., Vrekoussis M., Wagner T., Wittrock F., Yilmaz S. MAX-DOAS formaldehyde slant column measurements during CINDI: Intercomparison and analysis improvement // Atmos. Meas. Tech. 2013. V. 6. P. 167–185. DOI: 10.5194/amt-6-167-2013.
20. Wagner T., Beirle S., Brauers T., Deutschmann T., Frieß U., Hak C., Halla J. D., Heue K.P., Junkermann W., Li X., Platt U., Pundt-Gruber I. Inversion of tropospheric profiles of aerosol extinction and HCHO and NO2 mixing ratios from MAX-DOAS observations in Milano during the summer of 2003 and comparison with independent data sets // Atmos. Meas. Tech. 2011. V. 4. P. 2685–2715. DOI: 10.5194/amt-4-2685-2011.
21. Lee X., Brauers T., Hofzumahaus A., Lu K., Li Y.P., Shao M., Wagner T., Wahner A. MAX-DOAS measurements of NO2, HCHO and CHOCHO at a rural site in Southern China // Atmos. Chem. Phys. 2013. V. 13. P. 2133–2151. DOI: 10.5194/acp-13-2133-2013.
22. Borovski A.N., Dzhola A.V., Elokhov A.S., Grechko E.I., Postylyakov O.V., Kanaya Y. First measurements of formaldehyde integral content at Zvenigorod Scientific Station // Int. J. Remote Sens. 2014. V. 35, N 15. P. 5609–5627. DOI: 10.1080/01431161.2014.945011.
23. Postylyakov O.V., Borovski A.N., Dzhola A.V., Elokhov A.S., Grechko E.I., Kanaya Y. Measurements of formaldehyde total content in troposphere using DOAS technique in Moscow Region: Preliminary results of 3 year observations // Proc. SPIE. 2014. V. 9242. P. 92420T-7. DOI: 10.1117/12.2069824.
24. Vlemmix T., Hendrick F., Pinardi G., De Smedt I., Fayt C., Hermans C., Piters A., Wang P., Levelt P., van Roozendael M. MAX-DOAS observations of aerosols, formaldehyde and nitrogen dioxide in the Beijing area: Comparison of two profile retrieval approaches // Atmos. Meas. Tech. 2015. V. 8. P. 941–963. DOI: 10.5194/amt-8-941-2015.
25. Ivanov V., Borovski A., Postylyakov O. First comparison of formaldehyde integral contents in ABL retrieved during clear-sky and overcast conditions by ZDOAS technique // Proc. SPIE. 2017. V. 10424. P. 104240O-1–9. DOI: 10.1117/12.2278235.
26. Spinei E., Whitehill A., Fried A., Tiefengraber M., Knepp T.N., Herndon S., Herman J.R., Müller M., Abuhassan N., Cede A., Richter D., Walega J., Crawford J., Szykman J., Valin L., Williams D.J., Long R., Swap R.J., Lee Y., Nowak N., Poche B. The first evaluation of formaldehyde column observations by improved Pandora spectrometers during the KORUS-AQ field study // Atmos. Meas. Tech. 2018. V. 11. P. 4943–4961. DOI: 10.5194/amt-11-4943-2018.
27. Vigouroux C., Bauer Aquino C.A., Bauwens M., Becker C., Blumenstock T., De Mazière M., García O., Grutter M., Guarin C., Hannigan J., Hase F., Jones N., Kivi R., Koshelev D., Langerock B., Lutsch E., Makarova M., Metzger J.-M., Müller J.-F., Notholt J., Ortega I., Palm M., Paton-Walsh C., Poberovskii A., Rettinger M., Robinson J., Smale D., Stavrakou T., Stremme W., Strong K., Sussmann R., Té Y., Toon G. NDACC harmonized formaldehyde time series from 21 FTIR stations covering a wide range of column abundances // Atmos. Meas. Tech. 2018. V. 11. P. 5049–5073. DOI: 10.5194/amt-11-5049-2018.
28. Макарова М.В., Поберовский А.В., Вигуру К., Имхасин Х.Х. Измерения общего содержания формальдегида на станции St. Petersburg методами наземной ИК Фурье-спектрометрии // Материалы XХIV Междунар. симпоз. «Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы», 2–5 июля 2018 г. Томск: Изд-во ИОА СО РАН, 2018. С. С448–С451.
29. Boeke N.L., Marshall J.D., Alvarez S., Chance K.V., Fried A., Kurosu T.P., Rappenglück B., Richter D., Walega J., Weibring P., Millet D.B. Formaldehyde columns from the Ozone Monitoring Instrument: Urban versus background levels and evaluation using aircraft data and a global model // J. Geophys. Res. 2011. V. 116. P. D05303. DOI: 10.1029/2010JD014870.
30. Vigouroux C., Hendrick F., Stavrakou T., Dils B., De Smedt I., Hermans C., Merlaud A., Scolas F., Senten C., Vanhaelewyn G., Fally S., Carleer M., Metzger J.-M., Müller J.-F., van Roozendael M., De Mazièree M. Ground-based FTIR and MAX-DOAS observations of formaldehyde at Reunion Island and comparisons with satellite and model data // Atmos. Chem. Phys. 2009. V. 9. P. 9523–9544. DOI: 10.5194/acp-9-9523-2009.
31. De Smedt I., Van Roozendael M., Stavrakou T., Müller J.-F., Lerot C., Theys N., Valks P., Hao N., van der A R. Improved retrieval of global tropospheric formaldehyde columns from GOME-2/MetOp-A addressing noise reduction and instrumental degradation issues // Atmos. Meas. Tech. 2012. V. 5. P. 2933–2949. DOI: 10.5194/amt-5-2933-2012.
32. De Smedt I., Stavrakou T., Hendrick F., Danckaert T., Vlemmix T., Pinardi G., Theys N., Lerot C., Gielen C., Vigouroux C., Hermans C., Fayt C., Veefkind P., Müller J.-F., Van Roozendael M. Diurnal, seasonal and long-term variations of global formaldehyde columns inferred from combined OMI and GOME-2 observations // Atmos. Chem. Phys. 2015. V. 15. P. 12519–12545. DOI: 10.5194/acp-15-12519-2015.
33. Kanaya Y., Irie H., Takashima H., Iwabuchi H., Akimoto H., Sudo K., Gu M., Chong J., Kim Y.J., Lee H., Li A., Si F., Xu J., Xie P.-H., Liu W.-Q., Dzhola A., Postylyakov O., Ivanov V., Grechko E., Terpugova S., Panchenko M. Long-term MAX-DOAS network observations of NO2 in Russia and Asia (MADRAS) during the period 2007–2012: Instrumentation, elucidation of climatology, and comparisons with OMI satellite observations and global model simulations // Atmos. Chem. Phys. 2014. V. 14. P. 7909–7927. DOI: 10.5194/acp-14-7909-2014.
34. Евсеева Н.С. География Томской области: Природные условия и ресурсы. Томск: Том. гос. ун-т, 2001. 223 с.
35. Тимофеев Ю.М., Васильев А.В. Теоретические основы атмосферной оптики. М.: Наука, 2003. 472 c.
36. Тимофеев Ю.М. Глобальная система мониторинга параметров атмосферы и поверхности. СПб.: Санкт-Петербургский ун-т, 2010. 129 с.
37. Тимофеев Ю.М. Исследования атмосферы Земли методом прозрачности. М.: Наука, 2016. 344 c.
38. Platt U., Stutz J. Differential Optical Absorption Spectroscopy, Principles and Applications. Berlin: Springer, 2008. 597 р.
39. Postylyakov O., Borovski A., Ivanov V. On determination of formaldehyde content in atmospheric boundary layer for overcast using DOAS technique // Proc. SPIE. 2015. V. 9680. P. 96804O.1–10. DOI: 10.1117/12.2205925.
40. Andreev M., Chulichkov A.I., Medvedev A.P., Postylyakov O.V. Estimation of cloud base height using ground-based stereo photography: Method and first results // Proc. SPIE. 2014. V. 9242. P. 924219-1–7. DOI: 10.1117/12.2069826.
41. Чуличков А.И., Андреев М.С., Голицын Г.С., Еланский Н.Ф., Медведев А.П., Постыляков О.В. Об определении нижней границы облачности по цифровой стереосъемке с поверхности Земли // Оптика атмосф. и океана. 2016. Т. 29, № 11. С. 980–986. DOI: 10.15372/AOO20161112; Chulichkov А.I., Аndreev М.S., Gоlitsyn G.S., Еlаnsky N.F., Меdvedev А.P., Pоstylyakov О.V. On cloud bottom boundary determination by digital stereo photography from the Earth’s surface // Atmos. Ocean. Opt. 2017. V. 30, N 2. P. 184–190.
42. Postylyakov O.V., Belikov I.B., Elansky N.F., Elohov A.S. Observations of the ozone and nitrogen dioxide profiles in the TROICA-4 experiment // Adv. Space Res. 2006. V. 37, N 12. P. 2231–2237. DOI: 10.1016/j.asr.2005.07.023.
43. Borovski A., Elokhov A., Postylyakov O., Bruchkouski I. Study of different operational modes of the IAP 2-port-DOAS instrument for investigation of atmospheric trace gases during CINDI-2 campaign // Proc. SPIE. 2017. V. 10424. DOI: 10.1117/12.2278234.
44. Постыляков О.В. Модель переноса радиации в сферической атмосфере с расчетом послойных воздушных масс и некоторые ее приложения // Изв. РАН. Физ. атмосф. и океана. 2004. Т. 40, № 3. С. 314–329.
45. Postylyakov O.V., Borovski A.N., Ivanov V. A., Dzhola A.V., Elokhov A.S., Grechko E.I., Kanaya Y. Formaldehyde integral content in troposphere of Moscow Region: Preliminary results of 6 years of measurements using DOAS technique // Proc. SPIE. 2016. V. 10035. DOI: 10.1117/12.2248630.
46. Meller R., Moortgat G.K. Temperature dependence of the absorption cross sections of formaldehyde between 223 and 323 K in the wavelength range 225–375 nm // J. Geophys. Res. 2000. V. 105. P. 7089–7101.
47. Vandaele A.C., Hermans C., Simon P.C., Van Roozendael M., Guilmot J.M., Carleer M., Colin R. Fourier transform measurement of NO2 absorption cross section in the visible range at room temperature // J. Atmos. Chem. 1996. V. 25. P. 289–305.
48. Serdyuchenko A., Gorshelev V., Weber M., Chehade W., Burrows J.P. High spectral resolution ozone absorption cross sections. Part 2: Temperature dependence // Atmos. Meas. Tech. 2014. V. 7, N 2. P. 625–636. URL: https://doi.org/10.5194/amt-7-625-2014 (last access: 12.09.2018).
49. Thalman R.M., Volkamer R. Temperature Dependent Absorption Cross-Sections of O2–O2 collision pairs between 340 and 630 nm and at atmospherically relevant pressure // Phys. Chem. Chem. Phys. 2013. V. 15, N 15. P. 15,371–15,381. URL: https://doi.org/10.1039/c3cp50968k (last access: 12.09.2018).
50. Chance K.V., Spurr R.J. Ring effect studies: Rayleigh scattering, including molecular parameters for rotational Raman scattering, and the Fraunhofer spectrum // App. Opt. 1997. V. 36, N 21. P. 5224–5230.
 

Вернуться