Том 34, номер 11, статья № 7

Аннотация:

По данным самолетного зондирования исследуется изменение состава воздуха при переходе из тропосферы в стратосферу. Анализируется распределение семи газов, дисперсного и химического состава аэрозоля. Показано, что при пересечении тропопаузы содержание H₂О, CO и CH₄ резко уменьшается, а О₃, NO₂ и счетная концентрация аэрозоля, наоборот, увеличиваются. В элементном составе над тропопаузой доминирует Si, в ионном – SO₄^2– В тропосфере же преобладают терригенные элементы Al, Cu, Fe, а среди ионов набор из нескольких соединений, изменяющийся по регионам. Выявлены также заметные различия в дисперсном составе частиц.

Ключевые слова:

атмосфера, аэрозоль, воздух, вертикальное распределение, газы, состав, стратосфера, тропосфера

Иллюстрации:

Список литературы:

1. Маховер З.М. Климатология тропопаузы. Л.: Гидрометеоиздат, 1983. 254 с.
2. Trickl T., Vogelmann H., Giehl H., Scheel H.-E., Sprenger M., Stohl A. How stratospheric are deep stratospheric intrusions? // Atmos. Chem. Phys. 2014. V. 14, N 18. P. 9941–9961.
3. Trickl T., Bartsch-Ritter N., Eisele H., Furger M., Mucke R., Sprenger M., Stohl A. High-ozone layers in the middle and upper troposphere above Central Europe: Potential import from the stratosphere along the subtropical jet stream // Atmos. Chem. Phys. 2011. V. 11, N 17. P. 9343–9366.
4. Куколева А.А. Оценки потоков озона через тропопаузу в планетарных высотных фронтальных зонах северного полушария // Изв. РАН. Физика атмосф. и океана. 2002. Т. 38, № 3. С. 376–387.
5. Иванова А.Р. Стратосферно-тропосферный обмен и его некоторые особенности во внетропических широтах // Метеорол. и гидрол. 2016. № 3. С. 22–45.
6. Криволуцкий А.А., Куколева А.А. Результаты Российских исследований средней атмосферы (2011–2014 гг.) // Изв. РАН. Физика атмосф. и океана. 2016. Т. 52, № 5. С. 561–570.
7. Boothe A.C., Homeyer C.R. Global large-scale stratosphere–troposphere exchange in modern reanalyses // Atmos. Chem. Phys. 2017. V. 17, N 9. P. 5537–5559.
8. Runde T., Dameris M., Garny H., Kinnison D.E. Classification of stratospheric extreme events according to their downward propagation to the troposphere // Geophys. Res. Lett. 2016. V. 43, N 12. P. 6665–6672.
9. Mihalikova M., Kirkwood S., Arnault J., Mikhaylova D. Observation of a tropopause fold by MARA VHF wind-profiler radar and ozonesonde at Wasa, Antarctica: Comparison with ECMWF analysis and a WRF model simulation // Ann. Geophys. 2012. V. 30, N 9. P. 1411–1421.
10. Mihalikova M., Kirkwood S. Tropopause fold occurrence rates over the Antarctic station Troll (75 S, 2.5 E) // Ann. Geophys. 2013. V. 31, N 4. P. 591–598.
11. Weigel K., Hoffmann L., Gunther G., Khosrawi F., Olschewski F., Preusse P., Spang R., Stroh F., Riese M. A stratospheric intrusion at the subtropical jet over the Mediterranean Sea: Air-borne remote sensing observations and model results // Atmos. Chem. Phys. 2012. V. 12, N 8. P. 8423–8438.
12. Pisoft P., Sacha P., Polvani L.M., Añel J.A., de la Torre L., Eichinger R., Foelsche U., Huszar P., Jacobi C., Karlicky J., Kuchar A., Miksovsky J., Zak M., Rieder H.E. Stratospheric contraction caused by increasing greenhouse gases // Environ. Res. Lett. 2021. V. 16, N 6. P. 064038.
13. 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.
14. Collins W.J., Derwent R.G., Garnier B., Johnson C.E., Sanderson M.G., Stevenson D.S. Effect of stratosphere–troposphere exchange on the future tropospheric ozone trend // J. Geophys. Res. 2003. V. 108, N D12. P. 8528.
15. Geng L., Murray L.T., Mickley L.J., Lin P., Fu Q., Schauer A.J., Alexander B. Isotopic evidence of multiple controls on atmospheric oxidants over climate transitions // Nature. 2017. V. 546, N 7656. P. 133–137.
16. Crutzen P.J. Albedo enhancement by stratospheric sulfur injections: A contribution to resolve a policy dilemma? // Clim. Change. 2006. V. 77. P. 211–219.
17. Ravishankara A.R. Water vapor in the lower stratosphere // Science. 2012. V. 337, N 6096. P. 809–810.
18. Anderson J.G., Wilmouth D.M., Smith J.B., Sayres D.S. UV Dosage levels in summer: Increased risk of ozone loss from convectively injected water vapor // Science. 2012. V. 337, N 6096. P. 835–839.
19. Ueyama R., Jensen E.J., Pfister L., Diskin G.S., Bui T.P., Dean-Day J.M. Dehydration in the tropical tropopause layer: A case study for model evaluation using aircraft observations // J. Geophys. Res.: Atmos. 2014. V. 119, N 9. P. 5299–5316.
20. Schoeberl M.R., Selkirk H.B., Vömel H., Douglass A.R. Sources of seasonal variability in tropical upper troposphere and lower stratosphere water vapor and ozone: Inferences from the Ticosonde data set at Costa Rica // J. Geophys. Res.: Atmos. 2015. V. 120, N 18. P. 9684–9701.
21. Rolf C., Afchine A., Bozem H., Buchholz B., Ebert V., Guggenmoser T., Hoor P., Konopka P., Kretschmer E., Müller S., Schlager H., Spelten N., Suminska-Ebersoldt O., Ungermann J., Zahn A., Krämer M. Transport of Antarctic stratospheric strongly dehydrated air into the troposphere observed during the HALO-ESMVal campaign 2012 // Atmos. Chem. Phys. 2015. V. 15, N 16. P. 9143–9158.
22. Sofieva V.F., Tamminen J., Kyrölä E., Mielonen T., Veefkind P., Hassler B., Bodeker G.E. A novel tropopause-related climatology of ozone profiles // Atmos. Chem. Phys. 2014. V. 14, N 1. P. 283–299.
23. Petropavlovskikh I., Ray E., Davis S.M., Rosenlof K., Manney G., Shetter R., Hall S.R., Ullmann K., Pfister L., Hair J., Fenn M., Avery M., Thompson A.M. Low ozone bubbles observed in the tropical tropopause layer during the TC4 campaign in 2007 // J. Geophys. Res. 2010. V. 115. P. D00J16. DOI: 10.1029/2009JD012804.
24. Konopka P., Pan L.L. On the mixing-driven formation of the Extratropical Transition Layer (ExTL) // J. Geophys. Res. 2012. V. 117. P. D18301. DOI: 10.1029/2012JD017876.
25. Berchet B., Paris J.-D., Ancellet G., Law K.S., Stohl A., Nedelec Ph., Arshinov M.Yu., Belan B., Ciais Ph. Tropospheric ozone over Siberia in spring 2010: Remote influences and stratospheric intrusion // Tellus B. 2013. V. 65. P. 19688.
26. Homeyer C.R., Bowman K.P., Pan L.L., Atlas E.L., Gao R.-S., Campos T.L. Dynamical and chemical characteristics of tropospheric intrusions observed during START08 // J. Geophys. Res. 2011. V. 116. P. D06111. DOI: 10.1029/2010JD015098.
27. Анохин Г.Г., Антохин П.Н., Аршинов М.Ю., Барсук В.Е., Белан Б.Д., Белан С.Б., Давыдов Д.К., Ивлев Г.А., Козлов А.В., Козлов В.С., Морозов М.В., Панченко М.В., Пеннер И.Э., Пестунов Д.А., Сиков Г.П., Симоненков Д.В., Синицын Д.С., Толмачев Г.Н., Филиппов Д.В., Фофонов А.В., Чернов Д.Г., Шаманаев В.С., Шмаргунов В.П. Самолет-лаборатория Ту-134 «Оптик» // Оптика атмосф. и океана. 2011. Т. 24, № 9. С. 805–816.
28. Отмахов В.И., Петрова Е.В., Отмахова З.И., Лапова Т.В. Химико-атомно-эмиссионный спектральный анализ атмосферных и промышленных аэрозолей на содержание тяжелых металлов // Оптика атмосф. и океана. 1999. Т. 12, № 4. С. 341–344.
29. Belan B.D., Ivlev G.A., Kozlov A.V., Rasskazchikova T.M., Simonenkov D.V., Tolmachev G.N. Typisation of the chemical composition of the tropospheric aerosol of the south of Western Siberia by the air mass // Proc. SPIE. 2018. V. 10833. DOI: 10.1117/12.2504604.
30. Голобокова Л.П., Ходжер Т.В., Изосимова О.Н., Зенкова П.Н., Почуфаров А.О., Хуриганова О.И., Онищук Н.А., Маринайте И.И., Полькин В.В., Радионов В.Ф., Сакерин С.М., Лисицын А.П., Шевченко В.П. Химический состав атмосферного аэрозоля в арктическом районе по маршрутам морских экспедиций 2018–2019 гг. // Оптика атмосф. и океана. 2020. Т. 33, № 6. С. 421–429; Golobokova L.P., Khodzher T.V., Izosimova O.N., Zenkova P.N., Pochyufarov A.O., Khuriganowa O.I., Onishyuk N.A., Marinayte I.I., Polkin V.V., Radionov V.F., Sakerin S.M., Lisitzin A.P. and Shevchenko V.P. Chemical composition of atmospheric aerosol in the Arctic region and adjoining seas along the routes of marine expeditions in 2018–2019 // Atmos. Ocean. Opt. 2020. V. 33, N 5. P. 480–489. DOI: 10.15372/AOO20200601.
31. Golobokova L.P., Khodzher T.V., Khuriganova O.I., Marinayte I.I., Onishchuk N.A., Rusanova P., Potemkin V.L. Variability of chemical properties of the atmospheric aerosol above lake Baikal during large wildfires in Siberia // Atmosphere. 2020. V. 11, N 11. P. 1230. DOI: 10.3390/atmos11111230.
32. Иванова А.Р. Тропопауза-многообразие определений и современные подходы к идентификации // Метеорол. и гидрол. 2013. № 12. С. 23–36.
33. Prather M.J., Zhu X., Tang Q., Hsu J., Neu J.L. An atmospheric chemist in search of the tropopause // J. Geophys. Res. 2011. V. 116. P. D04306. DOI: 10.1029/2010JD014939.
34. Иванова А.Р. Наклон тропопаузы как характеристика ее деформации // Метеорол. и гидрол. 2011. № 2. С. 17–29.
35. Хромов С.П. Основы синоптической метеорологии. Л.: Гидрометеоиздат, 1948. 700 с.
36. Матвеев Л.Т. Курс общей метеорологии. Физика атмосферы. СПб.: Гидрометеоиздат, 2000. 777 с.
37. Remsberg E.E. Methane as a diagnostic tracer of changes in the Brewer–Dobson circulation of the stratosphere // Atmos. Chem. Phys. 2015. V. 15, N 7. P. 3739–3754.
38. Bozem H., Hoor P., Kunkel D., Köllner F., Schneider J., Herber A., Schulz H., Leaitch W.R., Aliabadi A.A., Willis M.D., Burkart J., Abbatt J.P.D. Characterization of transport regimes and the polar dome during Arctic spring and summer using in situ aircraft measurements // Atmos. Chem. Phys. 2019. V. 19, N 23. P. 15049–15071.
39. Oelhaf H., Sinnhuber B.-M., Woiwode W., Bönisch H., Bozem H., Engel A., Fix A., Friedl-Vallon F., Grooß J.-U., Hoor P., Johansson S., Jurkat-Witschas T., Kaufmann S., Krämer M., Krause J., Kretschmer E., Lörks D., Marsing A., Orphal J., Pfeilsticker K., Pitts M., Poole L., Preusse P., Rapp M., Riese M., Rolf Ch., Ungermann J., Voigt Ch., Volk C.M., Wirth M., Zahn A., Ziereis H. POLSTRACC // Bull. Am. Meteorol. Sоc. 2019. V. 100, N 12. P. 2634–2664.
40. Volz A., Enhalt D.H., Derwent R.G. Seasonal and latitudinal variations of ¹⁴CO and the tropospheric concentration of OH radicals // J. Geophys. Res. 1981. V. 86, N 5. P. 5163–5171.
41. Enhalt D.H. The atmospheric cycle of methan // Tellus. 1974. V. 26, N 1. P. 58–70.
42. Liang Q., Rodriguez J.M., Douglass A.R., Crawford J.H., Olson J.R., Apel E., Bian H., Blake D.R., Brune W., Chin M., Colarco P.R., da Silva A., Diskin G.S., Duncan B.N., Huey L.G., Knapp D.J., Montzka D.D., Nielsen J.E., Pawson S., Riemer D.D., Weinheimer A.J., Wisthaler A. Reactive nitrogen, ozone and ozone production in the Arctic troposphere and the impact of stratosphere-troposphere exchange // Atmos. Chem. Phys. 2011. V. 11, N 24. P. 13181–13199.
43. Varotsos C., Christodoulakis J., Tzanis C., Cracknell A.P. Signature of tropospheric ozone and nitrogen dioxide from space: A case study for Athens, Greece // Atmos. Environ. 2014. V. 89. P. 721–730.
44. Ивлев Л.С. Химический состав и структура атмосферных аэрозолей. Л.: Изд-во ЛГУ, 1982. 366 с.
45. Шакина Н.П., Кузнецова И.Н., Иванова А.Р. Анализ случаев стратосферных вторжений, сопровождаемых повышением радиоактивности в приземном воздухе // Метеорол. и гидрол. 2000. № 2. С. 53–60.
46. Cho H.-M., Hong Y.-L., Kim G. Atmospheric depositional fluxes of cosmogenic 35S and 7Be: Implications for the turnover rate of sulfur through the biosphere // Atmos. Environ. 2011. V. 45, N 25. P. 4230–4234.
47. Jurkat T., Kaufmann S., Voigt Ch., Schäuble D., Jeßberger Ph., Ziereis H. The airborne mass spectrometer AIMS – Part 2: Measurements of trace gases with stratospheric or tropospheric origin in the UTLS // Atmos. Meas. Tech. 2016. V. 9, N 4. P. 1907–1923.
48. Schneider J., Weigel R., Klimach T., Dragoneas A., Appel O., Hünig A., Molleker S., Köllner F., Clemen H.-Ch., Eppers O., Hoppe P., Hoor P., Mahnke Ch., Krämer M., Rolf Ch., Grooß J.-U., Zahn A., Obersteiner F., Ravegnani F., Ulanovsky A., Schlager H., Scheibe M., Diskin G.S., DiGangi J.P., Nowak J.B., Zöger M., Borrmann S. Aircraft-based observation of meteoric material in lower-stratospheric aerosol particles between 15 and 68N // Atmos. Chem. Phys. 2021. V. 21, N 2. P. 989–1013.