Том 29, номер 06, статья № 8

Аннотация:

Обсуждаются источники озона и факторы, влияющие на образование аномальных концентраций приземного озона. На примере зарубежных наблюдений, данных измерений приземного озона в Москве, в ближних ее пригородах и на удаленной от мегаполиса территории, а также на побережье Черного моря иллюстрируются связи повышенных концентраций приземного озона с температурой воздуха, скоростью переноса в атмосферном пограничном слое, показана зависимость от адвекции озона и его предшественников. Изучение факторов образования озоновых эпизодов и причин пониженных концентраций озона при благоприятных для фотохимической наработки метеорологических условиях является основой для интерпретации и коррекции модельных прогнозов озона.

Ключевые слова:

озон, озоновый эпизод, метеорологические факторы, адвекция загрязнений, мегаполис, пригород, прогноз озона

Список литературы:

1. Air Quality Guidelines: Global Update 2005. Particulate matter, ozone, nitrogen dioxide and sulfur dioxide. WHO: Geneve, 2006. 484 p.
2. Гигиенические нормативы ГН 2.1.6.1338-03 Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест.
3. Directive 2008/50/EC of the European Parliament and of the Council of 21 May 2008 on ambient air quality and cleaner air for Europe // Off. J. Eur. Union. 152/1. 11.06.08. P. 1–44.
4. Health and Environment in Europe: Progress Assessment. WHO Regional Office for Europe: Copenhagen, 2010. 168 p.
5. Zeng G., Pyle J.A., Young P.J. Impact of climate change on tropospheric ozone and its global budgets // Atmos. Chem. Phys. 2008. V. 8. P. 369–387.
6. Racherla P.N., Adams P.J. The response of surface ozone to climate change over the Eastern United States // Atmos. Chem. Phys. 2008. V. 8. P. 871–885.
7. Doherty R.M., Wild O., Shindell D.T., Zeng G., MacKenzie I.A., Collins W.J., Fiore A.M., Stevenson D.S., Dentener F.J., Schultz M.G., Hess P., Derwent R.G., Keating T.J. Impacts of climate change on surface ozone and intercontinental ozone pollution: A multi-model study // J. Geophys. Res. D. 2013. V. 118, N 9. P. 3744–3763.
8. Перов С.П., Хргиан А.Х. Современные проблемы атмосферного озона. Л.: Гидрометеоиздат, 1980. 288 с.
9. Wild O. Modelling the global tropospheric ozone budget: Exploring the variability in current models // Atmos. Chem. Phys. 2007. V. 7. P. 2643–2660.
10. Logan J.A. An analysis of ozonesonde data for the troposphere: Recommendations for testing 3-D models and development of a gridded climatology for tropospheric ozone // J. Geophys. Res. D. 1999. V. 104. P. 16115–16149.
11. Pan L.L., Randel W.J., Gary B.L., Mahoney M.J., Hintsa E.J. Definitions and sharpness of the extratropical tropopause: A trace gas perspective // J. Geophys. Res. 2004. V. 109. P. D23103. DOI: 10.1029/2004JD004982.
12. Fischer H., Lawrence M., Gurk Ch., Hoor P., Lelie-veld J., Hegglin M.I., Brunner D., Schiller C. Model simulations and aircraft measurements of vertical, seasonal and latitudinal O₃ and CO distributions over Europe  //  Atmos.  Chem.  Phys.  2006.  V. 6.  P. 339–348.
13. Оке Т.Р. Климаты пограничного слоя. Л.: Гидрометеоиздат, 1982. 360 с. (Oke T.R. Boundary layer climates. 2nd ed. New York: Routledge, 1987. 460 p.).
14. Stull R.B. An introduction to boundary layer meteorology. 2nd ed. Dordrecht: Kluwer Academic Publishers, 1999. 666 p.
15. Белан Б.Д. Озон в тропосфере. Томск: Изд-во ИОА СО РАН, 2010. 525 с.
16. Исидоров В.А. Органическая химия атмосферы. СПб.: Химиздат, 2001. 352 с.
17. Jacob D.J. Introduction to Atmospheric Chemistry. Princeton, NJ: University Press, 1999. 266 p.
18. Seinfeld J.H., Pandis S.N. Atmospheric chemistry and physics: From air pollution to climate change. 2nd ed. New York: John Wiley & Sons, Inc., 2006. 1225 p.
19. Stockwell W.R., Lawson C.V., Saunders E., Goliff W.S. A review of tropospheric atmospheric chemistry and gas-phase chemical mechanisms for air quality modeling // Atmosphere. 2012. V. 3. P. 1–32. DOI: 10.3390/atmos3010001.
20. Sillman S. The relation between ozone, NO_x and hydrocarbons in urban and polluted rural environments // Atmos. Environ. 1999. V. 33, N 12. P. 1821–1845.
21. Haagen-Smit A.J. Chemistry and physiology of Los Angeles smog // Ind. Eng. Chem. Res. 1952. V. 44. P. 1342–1346.
22. Zhang R., Lei W., Tie X., Hess P. Industrial emissions cause extreme urban ozone diurnal variability // Proc. Nat. Acad. Sci. 2004. V. 101, N 17. P. 6346–6359.
23. Chan C.Y., Chan L.Y. Effect of meteorology and air pollutant transport on ozone episodes at a subtropical coastal Asian city, Hong Kong // J. Geophys. Res. D. 2000. V. 105, N 16. P. 20707–20724.
24. Sillman S. Ozone production efficiency and loss of NOx in power plant plumes: Photochemical model and interpretation of measurements in Tennessee // J. Geophys. Res. D. 2000. V. 105, N 7. P. 9189–9202.
25. Shan W., Yin Y., Lu H., Liang S. A meteorological analysis of ozone episodes using HYSPLIT model and surface  data  //  Atmos.  Res.  2009.  V. 93,  N 4.  P. 767–776.
26. Adame J.A., Hernández-Ceballos M.A., Bolívar J.P., De la Morena B. Assessment of an air pollution event in the southwestern Iberian Peninsula // Atmos. Environ. 2012. V. 55. P. 245–256.
27. Stohl A., Berg T., Burkhart J.F., Fjaeraa A.M., Forster C., Herber A., Hov O., Lunder C., McMillan W.W., Oltmans S., Shiobara M., Simpson D., Solberg S., Stebel K., Stroem J., Torseth K., Treffeisen R., Virkkunen K., Yttri K.E. Arctic smoke – record high air pollution levels in the European Arctic due to agricultural fires in Eastern Europe in spring 2006 // Atmos. Chem. Phys. 2007. V. 7. P. 511–534.
28. Bonasoni P., Evangelisti F., Bonafe U., Ravegnani F., Calzolari F., Stohl A., Tositti L., Tubertini O., Colombo T. Stratospheric ozone intrusion episodes recorded at Mt. Cimone during the VOTALP project: Case studies // Atmos. Environ. 2000. V. 34. P. 1355–1365.
29. Lin M., Fiore A.M., Cooper O.R., Horowitz L.W., Langford A.O., Levy II H., Johnson B.J., Naik V., Oltmans S.J., Senff C.J. Springtime high surface ozone events over the western United States: Quantifying the role of stratospheric intrusions // J. Geophys. Res. 2012.  V. 117.  D00V22.  DOI: 10.1029/2012JD018151.
30. Huang J.-P., Fung J.C.H., Lau A.K.H., Qin Y. Numerical simulation and process analysis of typhoon-related ozone episodes in Hong Kong // J. Geophys. Res. 2005. V. 110. D05301. DOI: 10.1029/2004JD004914.
31. Jiang Y.C., Zhao T.L., Liu J., Xu X.D., Tan C.H., Cheng X.H., Bi X.Y., Gan J.B., You J.F., Zhao S.Z. Why does surface ozone peak before a typhoon landing in southeast China? // Atmos. Chem. Phys. 2015. V. 15. P. 13331–13338.
32. Edwards P.M., Brown S.S., Roberts J.M., Ahmadov R., Banta R.M., deGouw J.A., Dubé W.P., Field R.A., Flynn J.H., Gilman J.B., Graus M., Helmig D., Koss A., Langford A.O., Lefer B.L., Lerner B.M., Li R., Li S.-M., McKeen S.A., Murphy S.M., Parrish D.D., Senff C.J., Soltis J., Stutz J., Sweeney C., Thompson C.R., Trainer M.K., Tsai C., Veres P.R., Washenfelder R.A., Warneke C., Wild R.J., Young C.J., Yuan B., Zamora R. High winter ozone pollution from carbonyl photolysis in an oil and gas basin // Nature. 2014. V. 514. P. 351–354.
33. Oltmans S., Schnell R., Johnson B., Pétron G., Mefford T., Neely III R. Anatomy of wintertime ozone associated with oil and natural gas extraction activity in Wyoming and Utah // Elementa: Sci. Anthropocene. 2014. V. 2. 000024. DOI: 10.12952/journal.elementa. 000024.
34. Warneke C., Geiger F., Edwards P.M., Dube W., Pétron G., Kofler J., Zahn A., Brown S.S., Graus M., Gilman J.B., Lerner B.M., Peischl J., Ryerson T.B., de Gouw J.A., Roberts J.M. Volatile organic compound emissions from the oil and natural gas industry in the Uintah Basin, Utah: Oil and gas well pad emissions compared to ambient air composition // Atmos. Chem. Phys. 2014. V. 14. P. 10977–10988.
35. Neemann E.M., Crosman E.T., Horel J.D., Avey L. Simulations of a cold-air pool associated with elevated wintertime ozone in the Uintah Basin, Utah // Atmos. Chem. Phys. 2015. V. 15. P. 135–151.
36. Carnero J.A.A., Bolívar J.P., de la Morena B.A. Surface ozone measurements in the southwest of the Iberian Peninsula (Huelva, Spain) // Environ. Sci. Pollut. Res. 2010. V. 17, N 2. P. 355–368.
37. Stauffer R.M., Thompson A.M. Bay breeze climatology at two sites along the Chesapeake bay from 1986–2010: Implications for surface ozone // J. Atmos. Chem. 2013. DOI: 10.1007/s10874-013-9260-y.
38. Loughner C.P., Tzortziou M., Follette-Cook M., Pickering K.E., Goldberg D., Satam C., Weinheimer A., Crawford J.H., Mannino A., Knapp D.J., Montzka D.D., Diskin G.S., Marufu L.T., Dickerson R.R. Impact of bay-breeze circulations on surface air quality and boundary layer export // J. Appl. Meteorol. Clim. 2014. V. 53, N 7. P. 1697–1713.
39. Звягинцев А.М., Беликов И.Б., Еланский Н.Ф., Какаджанова Г., Кузнецова И.Н., Тарасова О.А., Шалыгина И.Ю. Статистическое моделирование максимальных суточных концентраций приземного озона // Оптика атмосф. и океана. 2010. Т. 23, № 2. С. 127–135; Zvyagintsev A.M., Belikov I.B., Elanskii N.F., Kakadzhanova G., Kuznetsova I.N., Tarasova O.A., Shalygina I.Yu. Statistical modeling of daily maximum surface ozone concentrations // Atmos. Ocean. Opt. 2010. V. 23, N 4. P. 284–292.
40. Rasmussen D.J., Fiore A.M., Naik V., Horowitz L.W., McGinnis S.J., Schultz M.G. Surface ozone-temperature relationships in the eastern US: A monthly climatology for evaluating chemistry-climate models // Atmos. Environ. 2012. V. 47, N 1. P. 142–153.
41. Lee Y.C., Shindell D.T., Faluvegi G., Wenig M., Lam Y.F., Ning Z., Hao S., Lai C.S. Increase of ozone concentrations, its temperature sensitivity and the precursor factor in South China // Tellus B. 2014. V. 66. 23455. 16 p. URL: http://dx.doi.org/10.3402/ tellusb.v66.23455.
42. Curci G., Beekmann M., Vautard R., Smiatek G., Steinbrecher R., Theloke J., Friedrich R. Modelling study of the impact of isoprene and terpene biogenic emissions on European ozone levels // Atmos. Environ. 2009. V. 43, N 7. P. 1444–1455.
43. Hodnebrog Ø., Solberg S., Stordal F., Svendby T.M., Simpson D., Gauss M., Hilboll A., Pfister G.G., Turquety S., Richter A., Burrows J.P., Denier van der Gon H.A.C. Impact of forest fires, biogenic emissions and high temperatures on the elevated Eastern Mediterranean ozone levels during the hot summer of 2007 // Atmos. Chem. Phys. 2012. V. 12, N 18. P. 8727–8750.
44. Li L., Wang X. Seasonal and diurnal variations of atmospheric non-methane hydrocarbons in Guangzhou, China // Int. J. Environ. Res. Public Health. 2012. V. 9. P. 1859–1873. DOI: 10.3390/ijerph9051859.
45. Plass-Duelmer C., Berresheim H. Trends von atmosphärischen Kohlenwasserstoffen (VOC) und ihre Klimarelevanz. WMO-GAW Briefe. Meteorol. Observatorium Hohenpeißenberg. 2005. N 27. 2 S.
46. Звягинцев А.М., Беликов И.Б., Егоров В.И., Еланский Н.Ф., Крученицкий Г.М., Кузнецова И.Н., Николаев А.Н., Обухова З.В., Скороход А.И. Положительные аномалии приземного озона в июле–августе 2002 г. в Москве и ее окрестностях // Известия РАН. Физ. атмосф. и океана. 2004. Т. 40, № 1. С. 75–86.
47. Кузнецова И.Н. Влияние метеорологических условий на загрязнение воздуха Москвы в летних эпизодах 2010 г. // Изв. РАН. Физ. атмосф. и океана. 2012. Т. 48. № 5. С. 566–577.
48. 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 г. // Изв. РАН. Физ. атмосф. и океана. 2011. Т. 47, № 6. С. 729–738.
49. Звягинцев А.М., Блюм О.Б., Глазкова А.А., Котельников С.Н., Кузнецова И.Н., Лапченко В.А., Лезина Е.А., Миллер Е.А., Миляев В.А., Попиков А.П., Семутникова Е.Г., Тарасова О.А., Шалыгина И.Ю. Загрязнение воздуха на Европейской части России и в Украине в условиях жаркого лета 2010 г. // Изв. РАН. Физ. атмосф. и океана. 2011. Т. 47, № 6. С. 757–766.
50. Konovalov I.B., Beekmann M., Kuznetsova I.N., Yurova A., Zvyagintsev A.M. Atmospheric impacts of the 2010 Russian wildfires: Integrating modelling and measurements of an extreme air pollution episode in the Moscow region // Atmos. Chem. Phys. 2011. V. 11, N 19. P. 10031–10056.
51. Jaffe D.A., Wigder N., Downey N., Pfister G., Boynard A., Reid S.B. Impact of wildfires on ozone exceptional events in the Western U.S. // Environ. Sci. Technol. 2013. V. 47. P. 11065–11072.
52. Fiala J., Cernikovsky L., de Leeuw F., Kurfuerst P. Air pollution by ozone in Europe in summer 2003. Overview of exceedances of EC ozone threshold values during the summer season April–August 2003 and comparisons with previous years. Topic report 3/2003. Copenhagen:  European  Environment  Agency,  2003.  33 p.
53. Solberg S., Coddeville P., Forster C., Hov O., Orsolini Y., Uhse K. European surface ozone in the extreme summer 2003 // Atmos. Chem. Phys. Discuss. 2005. V. 5. P. 9003–9038.
54. Solberg S., Hov O., Soevde A., Isaksen I.S.A., Coddeville P., De Backer H., Forster C., Orsolini Y.J., Uhse K. European surface ozone in the extreme summer 2003 // J. Geophys. Res. 2008. V. 113. D07307. DOI: 10.1029/2007JD009098.
55. Vieno M., Dore A.J., Stevenson D.S., Doherty R., Heal M.R., Reis S., Hallsworth S., Tarrason L., Wind P., Fowler D., Simpson D., Sutton M.A. Modelling surface ozone during the 2003 heat wave in the UK // Atmos. Chem. Phys. 2010. V. 10. P. 7963–7978.
56. Stedman J.R. The predicted number of air pollution related deaths in the UK during the August 2003 heatwave // Atmos. Environ. 2004. V. 38, N 8. P. 1087–1090.
57. Dear K., Ranmuthugala G., Kjellström T., Skinner C., Hanigan I. Effects of temperature and ozone on daily mortality during the August 2003 heat wave in France // Archives of Environmental and Occupational Health. 2005. V. 60. P. 205–212.
58. Filleul L., Cassadou S., Médina S., Fabres P., Lefranc A., Eilstein D., Le Tertre A., Pascal L., Chardon B., Blanchard M., Declercq C., Jusot J.-F., Prouvost H., Ledrans M. The relation between temperature, ozone and mortality in nine French cities during the heat wave of 2003 // Environ. Health Perspect. 2006. V. 114, N 9. P. 1344–1347.
59. Звягинцев А.М., Какаджанова Г., Тарасова О.А. Влияние направлений переноса на сезонный ход концентраций малых газовых составляющих атмосферы в Европе // Метеорол. и гидрол. 2010. № 7. C. 18–28.
60. Лапченко В.А., Звягинцев А.М. Приземный озон в Крыму // Пространство и Время. 2014. № 2(16). С. 254–257.
61. Tie X., Madronich S., Walters S., Edwards D.P., Ginoux P., Mahowald N., Zhang R., Lou C., Brasseur G. Assessment of the global impact of aerosols on tropospheric oxidants // J. Geophys. Res. 2005. V. 110. D03204. DOI: 10.1029/2004JD005359.
62. Lou S., Liao H., Zhu B. Impacts of aerosols on surface-layer ozone concentrations in China through heterogeneous reactions and changes in photolysis rates // Atmos. Environ. 2014. V. 85. P. 123–138.
63. Hallquist M., Wenger J.C., Baltensperger U., Rudich Y., Simpson D., Claeys M., Dommen J., Donahue N.M., George C., Goldstein A.H., Hamilton J.F., Herrmann H., Hoffmann T., Iinuma Y., Jang M., Jenkin M.E., Jimenez J.L., Kiendler-Scharr A., Maenhaut W., McFig-gans G., Mentel Th.F., Monod A., Prévôt A.S.H., Seinfeld J.H., Surratt J.D., Szmigielski R., Wildt J. The formation, properties and impact of secondary organic aerosol: current and emerging issues // Atmos. Chem. Phys. 2009. V. 9, N 14. P. 5155–5236. DOI: 10.5194/acp-9-5155-2009.
64. Waring M.S., Wells J.R., Siegel J.A. Secondary organic aerosol formation from ozone reactions with single terpenoids and terpenoid mixtures // Atmos. Environ. 2011. V. 45, N 25. P. 4235–4242.
65. Cristofanelli P., Bonasoni P. Background ozone in the southern Europe and Mediterranean area: Influence of the transport processes // Environ. Poll. 2009. V. 157. P. 1399–1406.
66. Звягинцев А.М. Аномалии приземного озона в Европе // Изв. РАН. Физ. атмосф. и океана. 2004. Т. 40, № 3. С. 387–396.
67. Taubman B.F., Marufu L.T., Piety C.A., Doddridge B.G., Stehr J.W., Dickerson R.R. Airborne characterization of the chemical, optical, and meteorological properties, and origins of a combined ozone-haze episode over the eastern United States // J. Atmos. Sci. 2004. V. 61. P. 1781–1793.
68. Taubman B.F., Hains J.C., Thompson A.M., Marufu L.T., Doddridge B.G., Stehr J.W., Piety C.A., Dickerson R.R. Aircraft vertical profiles of trace gas and aerosol pollution over the mid-Atlantic U.S.: Statistics and meteorological cluster analysis // J. Geophys. Res. 2006. V. 111. D10S07. DOI: 10.1029/2005JD006196.
69. Morris G.A., Ford B., Rappenglueck B., Thompson A.M., Mefferd A., Ngan F., Lefer B. An evaluation of the interaction of morning residual layer and afternoon mixed layer ozone in Houston using ozonesonde data // Atmos. Environ.  2010. V. 44. P. 4024–4034.
70. Вильфанд Р.М., Кузнецова И.Н., Шалыгина И.Ю., Звягинцев А.М., Нахаев М.И., Захарова П.В., Лапченко В.А. Мониторинг и прогнозирование качества воздуха в московском регионе // Биосфера. 2014. Т. 6, № 4. С. 339–351.
71. Суркова Г.В., Блинов Д.В., Кирсанов А.А., Ревокатова А.И., Ривин Г.С. Моделирование распространения шлейфов воздушных загрязнений от очагов лесных пожаров с использование химико-транспортной модели COSMO-Ru7 ART // Оптика атмосф. и океана. 2014. Т. 27, № 1. C. 75–81; Surkova G.V., Blinov D.V., Kirsanov A.A., Revokatova A.P., Rivin G.S. Simulation of spread of air pollution plumes from forest fires with the use of COSMO-Ru7-ART Chemical-transport model // Atmos. Ocean. Opt. 2014. V. 27, N 3. P. 268–274.
72. Нахаев М.И., Березин Е.В., Шалыгина И.Ю., Кузнецова И.Н., Коновалов И.Б., Блинов Д.В., Лезина Е.А. Экспериментальные расчеты концентраций РМ10 и СО комплексом моделей CHIMERE и COSMO-RU7 // Оптика атмосф. и океана. 2015. Т. 28, № 6. С. 569–578.
73. Goyal P., Mishra D., Upadhyay A. Forecasting of ozone episodes through statistical and artificial intelligence based models over Delhi metropolitan area. Recent researches in applied mathematics, simulation and modelling.  Konya:  Selcuk  University,  2015.  P. 111–120.
74. Kukkonen J., Olsson T., Schultz D.M., Baklanov A., Klein T., Miranda A.I., Monteiro A., Hirtl M., Tarvainen V., Boy M., Peuch V.H., Poupkou A., Kioutsioukis I., Finardi S., Sofiev M., Sokhi R., Lehtinen K.E.J., Karatzas K., San Jose R., Astitha M., Kallos G., Schaap M., Reimer E., Jakobs H., Eben K. A review of operational, regional-scale, chemical weather forecasting models in Europe // Atmos. Chem. Phys. 2012. V. 12. P. 1–87.
75. Schnell J.L., Holmes C.D., Jangam A., Prather M.J. Skill in forecasting extreme ozone pollution episodes with a global atmospheric chemistry model // Atmos. Chem. Phys. 2014. V. 14. P. 7721–7739.
76. Sun W., Palazoglu A., Singh A., Zhang H., Wang Q., Zhao Z., Cao D. Prediction of surface ozone episodes using clusters based generalized linear mixed effects models in Houston–Galveston–Brazoria area, Texas // Atmos. Poll. Res. 2015. V. 6. P. 245–253.