Vol. 30, issue 11, article # 9

Abstract:

Unique large-scale smoke haze over European part of Russia (EPR) and adjacent territories in July 2017 was caused by long-range smoke transport from the forest fires in Siberia, which is supported by 10-day back trajectories of air mass transfer in cities at EPR, from Archangelsk to Rostov-on-Don. The territory with AOD > 0.3 (average value is 0.43 and extreme is 2.5) bounded by the coordinates 45–70°N and 20–60°E reached about 5 million km² 25.07.2016, and the total smoke mass over EPR comprised ~ 1.2 million tonns. It is shown that the daily average mass concentration of aerosol with particles smaller then 2.5 mm exceeded the maximum permissible concentration at the majority of ecological monitoring stations in Moscow during 24.07–27.07.2016. The influence of local sources of carbon monoxide, nitrogen oxides, and aerosol on the air pollution was estimated. Carbon monoxide deficiency in smoke haze 2016 as compared with smoke haze 2010 was ascertained. It is shown that temperature and wind stratification may markedly influence the pollution level in the smoky urban atmosphere. Smoke aerosol radiative impact was evaluated. On July 25, 2016, the average aerosol radiative forcings over EPR at the top and the botton of the atmosphere were equal to –29 and –53 W/m² and extreme forcings reached –112 and –215 W/m², respectively.

Keywords:

large-scale smoke haze, long-range transport, smoke aerosol, aerosol mass concentration, carbon monoxide deficiency, aerosol radiative forcing, MODIS, AERONET

References:

1. Sitnov S.A., Mohov I.I., Gorchakov G.I. Svjaz' zadymlenija atmosfery evropejskoj territorii Rossii letom 2016 year s lesnymi pozharami v Sibiri i anomalijami atmosfernoj cirkuljacii // Dokl. AN. 2017. V. 472, N 4. P. 456–461.
2. Bondur V.G., Ginzburg A.S. Jemissija uglerodsoderzhashhih gazov i ajerozolej ot prirodnyh pozharov na territorii Rossii po dannym kosmicheskogo monitoringa // Dokl. AN. 2016. V. 466, N 4. P. 473–477.
3. Golicyn G.S., Gorchakov G.I., Grechko E.I., Semutnikova E.G., Rakitin V.S., Fokeeva E.V., Karpov A.V., Kurbatov G.A., Bajkova E.S., Safrygina T.P. Jekstremal'noe zagrjaznenie ugarnym gazom pogranichnogo sloja atmosfery v Moskovskom regione letom 2010 year. // Dokl. AN. 2011. V. 441, N 4. P. 532–538.
4. Mohov I.I. Osobennosti formirovanija letnej zhary 2010 year. na evropejskoj territorii Rossii v kontekste obshhih izmerenij klimata i ego anomalij // Izv. RAN. Fiz. atmosf. i okeana. 2011. V. 47, N 6. P. 709–716.
5. 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.
6. Panchenko M.V., Zhuravleva T.B., Kozlov V.S., Nasrtdinov I.M., Pol'kin V.V., Terpugova S.A., Chernov D.G. Ocenka radiacionnyh jeffektov ajerozolja v dymovyh i zadymlennyh uslovijah atmosfery Sibiri // Meteorol. i gidrol. 2016. N 2. PС. 45–54.
7. Skljadneva T.K., Ivlev G.A., Belan B.D., Arshinov M.Ju., Simonenkov D.V. Radiacionnyj rezhim g. Tomska v uslovijah dymnoj mgly // Optika atmosf. i okeana. 2015. V. 28, N 3. P. 215–222.
8. Gorchakov G.I., Anikin P.P., Voloh A.A., Emilenko A.S., Isakov A.A., Kopejkin V.M., Ponomareva T.Ja., Semutnikova E.G., Sviridenkov M.A., Shukurov K.A. Issledovanie sostava zadymlennoj atmosfery Moskvy vo vremja pozharov torfjanikov letom–osen'ju 2002 year. // Izv. RAN. Fiz. atmosf. i okeana. 2004. V. 40, N 3. P. 370–384.
9. Gorchakov G.I., Sitnov S.A., Sviridenkov M.A., Semoutnikova E.G., Emilenko A.S., Isakov A.A., Kopeikin 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.
10. Van Donkelaar A., Martin R.V., Levy R.C., da Silva M.A., Krzyzanowski M., Chubarova N.E., Semutnikova E.G., Cohen A.J. Satellite-based estimates of ground-level fine particle matter during extreme events: A case study of the Moscow fires in 2010 // Atmos. Environ. 2011. V. 45. P. 6225–6232.
11. Chubarova N., Nezval’ Y., Sviridenkov M., Smirnov A., Slutsker I. Smoke aerosol and its radiative effects during extreme fire event over Central Russia in summer 2010 // Atmos. Meas. Tech. 2012. V. 5. P. 557–568.
12. Sitnov S.A. Sputnikovyj monitoring soderzhanij gazovyh primesej atmosfery i opticheskih harakteristik atmosfernogo ajerozolja nad evropejskoj territoriej Rossii v aprele–sentjabre 2010 year // Dokl. AH. 2011. V. 437, N 1. P. 102–107.
13. 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.
14. 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.
15. Sitnov S.A. Analiz sputnikovyh nabljudenij ajerozol'nyh opticheskih harakteristik i gazovyh primesej atmosfery nad central'nym rajonom Rossijskoj Federacii v period anomal'no vysokih letnih temperatur i massovyh pozharov 2010 year // Optika atmosf. i okeana. 2011. V. 24, N 7. P. 572–581.
16. Kuznecova I.N., Zvjagincev A.M., Semutnikova E.G. Jekologicheskie posledstvija pogodnyh anomalij letom 2010 year. Analiz uslovij anomal'noj pogody na territorii Rossii letom 2010 year. М.: Триада, 2010. P. 58–64.
17. Kuznecova I.N., Zvjagincev A.M., Semutnikova E.G. Jekologicheskie posledstvija pogodnyh anomalij letom 2010 year. Analiz uslovij anomal'noj pogody na territorii Rossii letom. 2011. V. 47, N 6. P. 74–789.
18. Gorchakov G.I., Anikin P.P., Voloh A.A., Emilenko A.S., Isakov A.A., Kopejkin V.M., Ponomareva T.Ja., Semutnikova E.G., Sviridenkov M.A., Shukurov K.A. Issledovanie sostava zadymlennoj atmosfery Moskovskogo regiona // Dokl. AN. 2003. V. 390, N 5. P. 251–254.
19. Gorchakov G.I., Sviridenkov M.A., Semutnikova E.G., Chubarova N.E., Holben B.N., Smirnov A.V., Emilenko A.S., Isakov A.A., Kopejkin V.M., Karpov A.V., Lezina E.A., Zadorozhnaja O.S. Opticheskie i mikrofizicheskie harakteristiki ajerozolja zadymlennoj atmosfery Moskovskogo regiona v 2010 year // Dokl. AN. 2011. V. 437, N 5. P. 686–690.
20. Mohov I.I., Gorchakova I.A. Radiacionnyj i temperaturnyj jeffekty letnih pozharov 2002 year v Moskovskom regione // Dokl. AN. 2005. V. 400, N 4. P. 528–531.
21. Bondur V.G. Kosmicheskij monitoring jemissij malyh gazovyh komponent i ajerozolej pri prirodnyh poz. 2015. N 6. P. 21–25.
22. Sitnov S.A. Opticheskaja tolshha ajerozolja i obshhee soderzhanie oksida ugleroda nad evropejskoj territoriej Rossii v period massovyh pozharov leta 2010 year: vzaimosvjaz' izmenchivosti zagrjaznenij i meteorologicheskih velichin // Izv. RAN. Fiz. atmosf. i okeana. 2011. V. 47, N 6. P. 774–789.
23. Sitnov S.A., Gorchakov G.I., Sviridenkov M.A., Kopejkin V.M., Ponomareva T.Ja., Karpov A.V. Vlijanie atmosfernoj cirkuljacii na jevoljuciju i radiacionnyj forsing dymovogo ajerozolja na evropejskoj chasti Rossii letom 2010 year // Issled. Zemli iz kosmosa. 2013. N 2. P. 28–41.
24. Shakina N.P., Ivanova A.R., Birman B.A., Skriptunova E.N. Blokirovanie: uslovija leta 2010 year v kontekste sovremennyh znanij. Analiz uslovij anomal'noj pogody na territorii Rossii letom 2010 year. M.: Triada, 2010. P. 6–21.
25. Vinogradova A.A., Smirnov N.S., Korotkov V.N. Anomal'nye pozhary 2010 i 2012 years na territorii Rossii i postuplenie chernogo ugleroda v Arktiku // Optika atmosf. i okeana. 2016. V. 29, N 6. P. 482–487; Vinogradova A.A., Smirnov N.S., Korotkov V.N. Anomalous wildfires in 2010 and 2012 on the Territory of Russia and supply of black carbon to the Arctic // Atmos. Ocean. Opt. 2016. V. 29, N 6. P. 545–550.
26. Gorchakov G., Semoutnikova E., Karpov A., Lezina E. Air pollution in Moscow Megacity // Advanced topics in environmental health and air pollution case studies. Rijeka: Intech, 2011. P. 211–236.
27. Salomonson V.V., Barnes W.L., Maymon P.W., Mont-gomery H.E., Ostrow H. MODIS, advanced facility instrument for studies of the Earth as a system // IEEE Trans. Geosci. Remote Sens. 1989. V. 27. P. 145–153.
28. Kaufman Y.J., Tanré D., Gordon H.R., Vermote E.F., Chu A., Holben B.N. Operational remote sensing of aerosol over land from EOS moderate resolution imaging spectroradiometer // J. Geophys. Res. D. 1997. V. 102, N 14. P. 17051–17067.
29. Levy R.C., Remer L.A., Mattoo S., Vermote E.F., Kaufman Y.J. Second-generation operational algorithm: retrieval of aerosol properties over land from inversion of moderate resolution imaging spectroradiometer spectral reflectance // J. Geophys. Res. 2007. V. 112. D13211. DOI: 10.1029/2006JD007811.
30. Acker J.C., Leptoukh G. Online analysis enhances use of NASA Earth Science Data // EOS, Trans. Am. Geophys. Union. 2007. V. 88. P. 14–17. DOI: 10.1029/ 2007EO020003.
31. Holben B.N., Eck T.F., Slutsker I., Tanre D., Buis J.P., Setzer A., Vermote E., Reagan J.A., Kaufman Y.J., Nakajima N., Lavenu F., Jankowiak I., Smirnov A. AERONET – A federated instrument network and data archive for aerosol characterization // Remote Sens. Environ. 1998. V. 66, N 1. P. 1–16.
32. Dubovik 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.
33. Kadygrov E.N., Kuznecova I.N. Metodicheskie rekomendacii po ispol'zovaniju dannyh distancionnyh izmerenij profilej temperatury v atmosfernom pogranichnom sloe mikrovolnovymi profilemerami: teorija i praktika. Dolgoprudnyj: Ministerstvo prirodnyh resursov i jekologii RF, 2015. 171 p.
34. Belousov S.L., Pagava T.S., Raschet traektorij vozdushnyh chastic. Otraslevoj fond algoritmov i programm «Gidrometeosluzhba» 1998. N 257244 8.00150–01 13.
35. Gorchakov G.I., Emilenko A.S., Sviridenkov M.A. Odnoparametricheskaja model' prizemnogo ajerozolja // Izv. AN SSSR. Fiz. atmosf. i okeana. 1981. V. 17, N 1. P. 39–49.
36. Kozlov V.S., Panchenko M.V., Jausheva E.P. Submikronnyj ajerozol' i sazha prizemnogo sloja v sutochnom hode // Optika atmosf. i okeana. 2010. V. 23, N 7. P. 561–567; Kozlov V.S., Panchenko M.V., Yausheva E.P. Diurnal variations of the submicron aerosol and black carbon in the near-ground layer // Atmos. Ocean. Opt. 2011. V. 24, N 1. P. 30–38.
37. Gorchakov G.I., Semutnikova E.G., Isakov A.A., Kopejkin V.M., Karpov A.V., Kurbatov G.A., Ponomareva T.Ja., Sokolov A.V. Moskovskaja dymnaja mgla 2010 year. Jekstremal'noe ajerozol'noe i gazovoe zagrjaznenie vozdushnogo bassejna Moskovskogo regiona // Optika atmosf. i okeana. 2011. V. 24, N 6. P. 452–458.
38. Gorchakov G.I., Kopejkin V.M., Sitnov S.A., Semutnikova E.G., Sviridenkov M.A., Karpov A.V., Lezina E.A., Emilenko A.S., Isakov A.A., Kuznecov G.A., Ponomareva T.Ja. Moskovskaja dymnaja mgla v oktjabre 2014 year. Variacii massovoj koncentracii ajerozolja // Optika atmosf. i okeana. 2015. V. 28, N 10. P. 872–878; Gorchakov G.I., Kopeikin V.M., Sitnov S.A., Semoutnikova E.G., Sviridenkov M.A., Karpov A.V., Lezina E.A., Emilenko A.S., Isakov A.A., Kuznetsov G.A., Ponomareva T.Ya. Moscow smoke haze in october 2014. Variations in the aerosol mass concentration // Atmos. Ocean. Opt. 2016. V. 29, N 1. P. 5–11.
39. Gigienicheskie normativy GN 2.1.6.2604. Dopolnenie N 8 k GN 3.1.6.1338-03. Federal'naja sluzhba po nadzoru v sfere zashhity prav potrebitelej i blagopoluchija cheloveka. URL: http://rospotrebnadzor.ru/documents/ postanov/28308/print/ (data obrashhenija: 17.08.2017).
40. 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; Popovicheva O.B., Kozlov V.S., Rakhimov R.F., Shmargunov V.P., Kireeva E.D., Persiantseva N.M., Timofeev M.A., Engling G., Elephteriadis K., Diapouli L., Panchenko M.V., Zimmermann R., Schnelle-Kreis J. Optical-microphysical and physical-chemical characteristics of smokes from siberian biomass burning: Experiments in aerosol chamber // Atmos. Ocean. Opt. 2016. V. 29, N 6. P. 492–500.
41. Gorchakov G.I., Vasil'ev A.V., Verichev K.S., Semutnikova E.G., Karpov A.V. Tonkodispersnyj korichnevyj uglerod v zadymlennoj atmosfere // Dokl. AN. 2016. V. 471, N 1. P. 91–97.
42. Gorchakov G.I., Karpov A.V., Pankratova N.V., Semutnikova E.G., Vasil'ev A.V., Gorchakova I.A. Korichnevyj i chernyj uglerod v zadymlennoj atmosfere pri pozharah v boreal'nyh lesah // Issled. Zemli iz kosmosa. 2017. N 3. P. 11–21.
43. Gorchakov G.I., Semutnikova E.G., Anoshin B.A., Karpov A.V., Kolesnikova A.B. Uglevodorody v gorodskoj atmosfere // Izv. RAN. Fiz. atmosf. i okeana. 2009. V. 45, N 3. P. 337–347.
44. Gorchakov G.I., Semutnikova E.G., Gljadkov P.S., Karpov A.V., Kolesnikova A.B., Lezina E.A. Vertikal'nye profili koncentracij ugarnogo gaza i oksidov azota v pogranichnom sloe gorodskoj atmosfery // Optika atmosf. i okeana. 2009. V. 22, N 8. P. 787–794; Gorchakov G.I., Semoutnikova E.G., Glyadkov P.S., Karpov A.V., Kolesnikova A.B., Lezina E.A. Vertical profiles of concentrations of carbonmonoxide and nitrogen oxides in the urban atmospheric boundary layer // Atmos. Ocean. Opt. 2009. V. 22, N 6. P. 617–625.
45. Gorchakov G.I., Semutnikova E.G., Bajkova E.S., Karpov A.V. Nedel'nyj cikl sutochnogo hoda koncentracii ugarnogo gaza v prizemnom i pogranichnom slojah gorodskoj atmosfery // Dokl. AN. 2014. V. 455, N 4. P. 459–463.
46. Gorchakov G.I., Semutnikova E.G., Karpov A.V., Kolesnikova A.B., Bajkova E.S., Zadorozhnaja O.S. Nedel'nyj cikl zagrjaznenija vozduha v g. Moskve: kolichestvennye harakteristiki i utochnenie metodiki statisticheskogo prognoza koncentracij primesej // Optika atmosf. i okeana. 2010. V. 23, N 9. P. 784–792.
47. Seinfeld J.H., Pandis S.N. Atmospheric chemistry and physics. New York: Wiley Intersci. Publ., 1998. 1326 p.
48. Gorchakov G.I., Kadygrov E.N., Kunicyn V.E., Zaharov V.I., Semutnikova E.G., Karpov A.V., Kurbatov G.A., Miller E.A., Sitanskij S.I. Moskovskij ostrov tepla v blokirujushhem anticiklone letom 2010 year. // Dokl. AN. 2014. V. 456, N 5. P. 591–595.
49. Gorchakova I.A., Mohov I.I. Radiacionnyj i temperaturnyj jeffekty dymovogo ajerozolja v Moskovskom regione v period letnih pozharov 2010 year. // Izv. RAN. Fiz. atmosf. i okeana. 2012. V. 48, N 5. P. 558–565.
50. Sokolik I.N., Golitsyn G. Investigation of optical and radiative properties of atmospheric dust aerosol // Atmos. Environ. 1993. V. 27A, N 16. P. 2509–2517.
51. Jausheva E.P., Kozlov V.S., Panchenko M.V., Shmargunov V.P. Vlijanie dymov lesnyh pozharov na optiko-mikrofizicheskie harakteristiki submikronnogo ajerozolja i sazhi v Tomskom regione letom 2016 year. // Ajerozoli Sibiri. HHIII: Tez. dokl. Tomsk: IOA SO RAN, 2016. P. 9.