Том 34, номер 11, статья № 8

Аннотация:

В сентябре 2020 г. на самолете-лаборатории Ту-134 «Оптик» было проведено широкомасштабное комплексное исследование состава тропосферы над российским сектором Арктики. Исследована пространственно-временная изменчивость концентраций аэрозоля и черного углерода (ВС). По данным зондирования проанализированы общие и отличительные черты пространственной изменчивости вертикальных профилей концентрации аэрозоля и ВС. Получены интегральные концентрации ВС в столбе атмосферы в арктических и субарктических широтах.

Ключевые слова:

аэрозоль, черный углерод, сажа, вертикальное распределение, самолет-лаборатория, Арктика

Список литературы:

1. Lindsay R.W., Zhang J., Schweiger A., Steele M., Stern H. Arctic sea ice retreat in 2007 follows thinning trend. // J. Climate. 2009. V. 22. P. 165–176.
2. Boucher O., Randall D., Artaxo P., Bretherton C., Feingold G., Forster P., Kerminen V.-M., Kondo Y., Liao H., Lohmann U., Rasch P., Satheesh S.K., Sherwood S., Stevens B., Zhang X.Y. Clouds and aerosols. // Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change / T.F. Stocker, D. Qin, G.-K. Plattner, M. Tignor, S.K. Allen, J. Doschung, A. Nauels, Y. Xia, V. Bex, P.M. Midgley (eds.). Cambridge: Cambridge University Press, 2013. 571–657. DOI: 10.1017/ CBO9781107415324.016.
3. Screen J.A., Simmonds I. The central role of diminishing sea ice in recent Arctic temperature amplification // Nature. 2010. V. 464. P. 1334–1337.
4. Pithan F., Mauritsen T. Arctic amplification dominated by temperature feedbacks in contemporary climate models // Nat. Geosci. 2014. V. 7. P. 181–184.
5. Виноградова А.А., Титкова Т.Б. Черный углерод в атмосфере и альбедо подстилающей поверхности в Российской Арктике весной // Оптика атмосф. и океана. 2020. Т. 33, № 1. С. 61–67; Vinogradova A.A., Titkova T.B. Atmospheric black carbon and surface albedo in the Russian Arctic during spring // Atmos. Ocean. Opt. 2020. V. 33, N 3. P. 260–266.
6. Shindell D., Faluvegi G. Climate response to regional radiative forcing during the twentieth century // Nat. Geosci. 2009. V. 2. P. 294–300.
7. AMAP: Assessment 2015: Black carbon and ozone as Arctic climate forcers. AMAP, 2015.
8. Koch D., Hansen J. Distant origins of Arctic black carbon: A Goddard Institute for Space Studies ModelE experiment // J. Geophys. Res. 2005. V. 110. P. D04204. DOI: 10.1029/2004JD005296.
9. Stohl A. Characteristics of atmospheric transport into the Arctic troposphere // J. Geophys. Res. 2006. V. 111. P. D11306.
10. Sharma S., Ishizawa M., Chan D., Lavoué D., Andrews E., Eleftheriadis K., Maksyutov S. 16-year simulation of Arctic black carbon: Transport, source contribution, and sensitivity analysis on deposition // J. Geophys. Res.: Atmos. 2013. V. 118. P. 943–964.
11. Arnold S., Law K., Brock C., Thomas J., Starkweather S., von Salzen K., Stohl A., Sharma S., Lund M., Flanner M., Petäjä T., Tanimoto H., Gamble J., Dibb J., Melamed M., Johnson N., Fidel M., Tynkkynen V.-P., Baklanov A., Eckhardt S., Monks S., Browse J., Bozem H. Arctic air pollution: Challenges and opportunities for the next decade // Elem. Sci. Anthr. 2016. V. 4. P. 000104. DOI: 10.12952/journal. elementa.000104.
12. Eckhardt S., Hermansen O., Grythe H., Fiebig M., Stebel K., Cassiani M., Baecklund A., Stohl A. The influence of 25 cruise ship emissions on air pollution in Svalbard – a harbinger of a more polluted Arctic? // Atmos. Chem. Phys. 2013. V. 13. P. 8401–8409.
13. Corbett J.J., Lack D.A., Winebrake J.J., Harder S., Silberman J.A., Gold M. Arctic shipping emissions inventories and future scenarios // Atmos. Chem. Phys. 2010. V. 10. P. 9689–9704.
14. Melia N., Haines K., Hawkins E. Sea ice decline and 21st century trans-Arctic shipping routes // Geophys. Res. Lett. 2016. V. 43. P. 9720–9728.
15. Peters G.P., Nilssen T.B., Lindholt L., Eide M.S., Glomsrød S., Eide L.I., Fuglestvedt J.S. Future emissions from shipping and petroleum activities in the Arctic // Atmos. Chem. Phys. 2011. V. 11. P. 5305–5320.
16. Sharma S., Andrews E., Barrie L.A., Ogren J.A., Lavoué D. Variations and sources of the equivalent black carbon in the high Arctic revealed by long-term observations at Alert and Barrow: 1989–2003 // J. Geophys. Res. 2006. V. 111. P. D14208. DOI: 10.1029/ 2005JD006581
17. Shindell D.T., Chin M., Dentener F., Doherty R.M., Faluvegi G., Fiore A.M., Hess P., Koch D.M., MacKenzie I.A., Sanderson M.G., Schultz M.G., Schulz M., Stevenson D.S., Teich H., Textor C., Wild O., Bergmann D.J., Bey I., Bian H., Cuvelier C., Duncan B.N., Folberth G., Horowitz L.W., Jonson J., Kaminski J.W., Marmer E., Park R., Pringle K.J., Schroeder S., Szopa S., Takemura T., Zeng G., Keating T.J., Zuber A. A multi-model assessment of pollution transport to the Arctic // Atmos. Chem. Phys. 2008. V. 8. P. 5353–5372.
18. Hirdman D., Sodemann H., Eckhardt S., Burkhart J.F., Jefferson A., Mefford T., Quinn P.K., Sharma S., Strom J., Stohl A. Source identification of short-lived air pollutants in the Arctic using statistical analysis of measurement data and particle dispersion model output // Atmos. Chem. Phys. 2010. V. 10. P. 669–693.
19. Hecobian A., Liu Z., Hennigan C.J., Huey L.G., Jimenez J.L., Cubison M.J., Vay S., Diskin G.S., Sachse G.W., Wisthaler A., Mikoviny T., Weinheimer A.J., Liao J., Knapp D.J., Wennberg P.O., Kürten A., Crounse J.D., Clair J.St., Wang Y., Weber R.J. Comparison of chemical characteristics of 495 biomass burning plumes intercepted by the NASA DC-8 aircraft during the ARCTAS/CARB-2008 field campaign // Atmos. Chem. Phys. 2011. V. 11. P. 13325–13337.
20. Brock C.A., Cozic J., Bahreini R., Froyd K.D., Middlebrook A.M., McComiskey A., Brioude J., Cooper O.R., Stohl A., Aikin K.C., de Gouw J.A., Fahey D.W., Ferrare R.A., Gao R.-S., Gore W., Holloway J.S., Hübler G., Jefferson A., Lack D.A., Lance S., Moore R.H., Murphy D.M., Nenes A., Novelli P.C., Nowak J.B., Ogren J.A., Peischl J., Pierce R.B., Pilewskie P., Quinn P.K., Ryerson T.B., Schmidt K.S., Schwarz J.P., Sodemann H., Spackman J.R., Stark H., Thomson D.S., Thornberry T., Veres P., Watts L.A., Warneke C., Wollny A.G. Characteristics, sources, and transport of aerosols measured in spring 2008 during the aerosol, radiation, and cloud processes affecting Arctic Climate (ARCPAC) Project // Atmos. Chem. Phys. 2011. V. 11. P. 2423–2453.
21. Cohen J., Screen J.A., Furtado J.C., Barlow M., Whittleston D., Coumou D., Francis J., Dethloff K., Entekhabi D., Overland J., Jones J. Recent Arctic amplification and extreme mid-latitude weather // Nat. Geosci. 2014.V. 7. P. 627–637.
22. Schmale J., Schneider J., Ancellet G., Quennehen B., Stohl A., Sodemann H., Burkhart J.F., Hamburger T., Arnold S.R., Schwarzenboeck A., Borrmann S., Law K.S. Source identification and airborne chemical characterisation of aerosol pollution from long-range transport over Greenland during POLARCAT summer campaign 2008 // Atmos. Chem. Phys. 2011. V .11. P. 10097–10123.
23. Sodemann H., Pommier M., Arnold S.R., Monks S.A., Stebel K., Burkhart J.F., Hair J.W., Diskin G.S., Clerbaux C., Coheur P.-F., Hurtmans D., Schlager H., Blechschmidt A.-M., Kristjánsson J.E., Stohl A. Episodes of cross-polar transport in the Arctic troposphere during July 2008 as seen from models, satellite, and aircraft observations // Atmos. Chem. Phys. 2011. V. 11. P. 3631–3651.
24. Monks S.A., Arnold S.R., Emmons L.K., Law K.S., Turquety S., Duncan B.N., Flemming J., Huijnen V., Tilmes S., Langner J., Mao J., Long Y., Thomas J.L., Steenrod S.D., Raut J.C., Wilson C., Chipperfield M.P., Diskin G.S., Weinheimer A., Schlager H., Ancellet G. Multi-model study of chemical and physical controls on transport of anthropogenic and biomass burning pollution to the Arctic // Atmos. Chem. Phys. 2015. V. 15. P. 3575–3603.
25. Law K.S., Stohl A., Quinn P.K., Brock C.A., Burkhart J.F., Paris J.-D., Ancellet G., Singh H.B., Roiger A., Schlager H., Dibb J., Jacob D.J., Arnold S.R., Pelon J., Thomas J.L. Arctic air pollution: New insights from POLARCAT-IPY // Bull. Am. Meteorol. Soc. 2014. V. 95. P. 1873–1895.
26. Stohl A., Klimont Z., Eckhardt S., Kupiainen K., Shevchenko V.P., Kopeikin V.M., Novigatsky A.N. Black carbon in the Arctic: The underestimated role of gas flaring and residential combustion emissions // Atmos. Chem. Phys. 2013. V. 13. P. 8833–8855.
27. Kodros J.K., Hanna S.J., Bertram A.K., Leaitch W.R., Schulz H., Herber A.B., Zanatta M., Burkart J., Willis M.D., Abbatt J.P.D., Pierc J.R. Size-resolved mixing state of black carbon in the Canadian high Arctic and implications for simulated direct radiative effect // Atmos. Chem. Phys. 2018. V. 18. P. 11345–11361.
28. Samse B.H., Myhr G., Schul M., Balkanski Y., Bauer S., Berntsen T.K., Bian H., Bellouin N., Diehl T., Easter R.C., Ghan S.J., Iversen T., Kinne S., Kirkevåg A., Lamarque J.-F., Lin G., Liu X., Penner J.E., Seland Ø., Skeie R.B., Stier P., Takemura T., Tsigaridis K., Zhang K. Black carbon vertical profiles strongly affect its radiative forcing uncertainty // Atmos. Chem. Phys. 2013. V. 13. P. 2423–2434.
29. Flanner M.G. Artic climte sensitivity to local lack carbon // J. Geophys. Res.: Atmos. 2013. V. 118. P. 1840–1851.
30. Tomasi C., Kokhanovsky A.A., Lupi A., Ritter C., Smirnov A., Mazzola M., Stone R.S., Lanconelli C., Vitale V., Holben B.N., Nyeki S., Wehrli C., Altonen V., de Leeuw G., Rodriguez E., Herber A.B., Stebel K., Stohl A., O’Neill N.T., Radionov V.F., Zielinski T., Petelski T., Sakerin S.M., Kabanov D.M., Xue Y., Mei L., Istomina L., Wagener R., McArthur B., Sobolewski P.S., Butler J., Kivi R., Courcoux Y., Larouche P., Broccardo S., Piketh S.J. Aerosol remote sensing in polar regions // Earth-Sci. Rev. 2015. V. 140. P. 108–157.
31. Abbatt J.P.D., Leaitch W.R., Aliabadi A.A., Bertram A.K., Blanchet J.-P., Boivin-Rioux A., Bozem H., Burkart J., Chang R.Y.W., Charette J., Chaubey J.P., Christensen R.J., Cirisan A., Collins D.B., Croft B., Dionne J., Evans G.J., Fletcher C.G., Galí M., Ghahremaninezhad R., Girard E., Gong W., Gosselin M., Gourdal M., Hanna S.J., Hayashida H., Herber A.B., Hesaraki S., Hoor P., Huang L., Hussherr R., Irish V.E., Keita S.A., Kodros J.K., Köllner F., Kolonjari F., Kunkel D., Ladino L.A., Law K., Levasseur M., Libois Q., Liggio J., Lizotte M., Macdonald K.M., Mahmood R., Martin R.V., Mason R.H., Miller L.A., Moravek A., Mortenson E., Mungall E.L., Murphy J.G., Namazi M., Norman A.-L., O'Neill N.T., Pierce J.R., Russell L.M., Schneider J., Schulz H., Sharma S., Si M., Staebler R.M., Steiner N.S., Thomas J.L., von Salzen K., Wentzell J.J.B., Willis M.D., Wentworth G.R., Xu J.-W., Yakobi-Hancock J.D. Overview paper: New insights into aerosol and climate in the Arctic // Atmos. Chem. Phys. 2019. V. 19. P. 2527–2560.
32. Watson-Parris D., Schutgens N., Reddington C., Pringle K.J., Liu D., Allan J.D., Coe H., Carslaw K.S., Stier P. In situ constraints on the vertical distribution of global aerosol // Atmos. Chem. Phys. 2019. V. 19. P.11765–11790.
33. Сакерин С.М., Кабанов Д.М., Радионов В.Ф., Чернов Д.Г., Турчинович Ю.С., Лубо-Лесниченко К.Е., Прахов А.Н. Обобщение результатов измерений аэрозольной оптической толщины атмосферы на арх. Шпицберген в 2011–2016 гг. // Оптика атмосф. и океана. 2017. Т. 30, № 11. С. 948–955; Sakerin S.M., Kabanov D.M., Radionov V.F., Chernov D.G., Turchinovich Yu.S., Lubo-Lesnichenko K.E., Prakhov A.N. Generalization of results of atmospheric aerosol optical depth measurements on Spitsbergen archipelago in 2011–2016 // Atmos. Ocean. Opt. 2018. V. 31, N 2. P. 163–170.
34. Savatyugin L.M. The current state of the natural environment on Spitzbergen archipelago multi-authored monograph. Saint-Petersburg: AART, 2021. DOI: 10.30758/978-5-98364-101-3.
35. Макштас А.П., Уттал Т. Начало совместных Российско-американских атмосферных наблюдений в Тикси // Рос. поляр. исслед. 2010. № 2. C. 35–38.
36. 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 measured in Tiksi, Russian Arctic // Atmos. Chem. Phys. 2016. V. 16. P. 1271–1287.
37. Сакерин С.М., Голобокова Л.П., Кабанов Д.М., Калашникова Д.А., Козлов В.С., Круглинский И.А., Макаров В.И., Макштас А.П., Попова С.А., Радионов В.Ф., Симонова Г.В., Турчинович Ю.С., Ходжер Т.В., Хуриганова О.И., Чанкина О.В., Чернов Д.Г. Результаты измерений физико-химических характеристик атмосферного аэрозоля на научно-исследовательском стационаре «Ледовая база “Мыс Баранова”» в 2018 г. // Оптика атмосф. и океана. 2019. Т. 32, № 6. С. 421–429; Sakerin S.M., Golobokova L.P., Kabanov D.M., Kalashnikova D.A., Kozlov V.S., Kruglinsky I.A., Makarov V.I., Makshtas A.P., Popova S.A., Radionov V.F., Simonova G.V., Turchinovich Yu.S., Khodzher T.V., Khuriganowa O.I., Chankina O.V., Chernov D.G. Measurements of physicochemical characteristics of atmospheric aerosol at research station “Ice Base Cape Baranov” in 2018 // Atmos. Ocean. Opt. 2019. V. 32, N 5. P. 511–520.
38. Макштас А.П., Соколов В.Т. Научно-исследовательский стационар «Ледовая база “Мыс Баранова”» – летний полевой сезон 2014 г. // Рос. поляр. исслед. 2014. Т. 17, № 3. C. 10–12.
39. Popovicheva O.B., Evangeliou N., Eleftheriadis K., Kalogridis A.C., Sitnikov N., Eckhard S., Stohl A. Black carbon sources constrained by observations in the Russian high Arctic // Environ. Sci. Technol. 2017. V. 51, N 7. P. 3871–3879.
40. Sakerin S.M., Bobrikov A.A., Bukin O.A., Golobokova L.P., Pol’kin Vas.V., Pol’kin Vik.V., Shmirko K.A., Kabanov D.M., Khodzher T.V., Onischuk N.A., Pavlov A.N., Potemkin V.L., Radionov V.F. On measurements of aerosol-gas composition of the atmosphere during two expeditions in 2013 along the Northern Sea Route // Atmos. Chem. Phys. 2015. V. 15. P. 12413–12443.
41. Терпугова С.А., Зенкова П.Н., Кабанов Д.М., Полькин В.В., Голобокова Л.П., Панченко М.В., Сакерин С.М., Лисицын А.П., Шевченко В.П., Политова Н.В., Козлов В.С., Ходжер Т.В., Шмаргунов В.П., Чернов Д.Г. Результаты исследований характеристик аэрозоля в атмосфере Карского и Баренцева морей в летне-осенний период 2016 г. // Оптика атмосф. и океана. 2018. Т. 31, № 5. С. 391–402; Terpugova S.A., Zenkova P.N., Kabanov D.M., Pol’kin V.V., Golobokova L.P., Panchenko M.V., Sakerin S.M., Lisitzin A.P., Shevchenko V.P., Politova N.V., Kozlov V.S., Khodzher T.V., Shmargunov V.P., Chernov D.G. Results of the study of aerosol characteristics in the atmosphere of the Kara and Barents Seas in summer and autumn 2016 // Atmos. Ocean. Opt. 2018. V. 31, N 5. P. 507–518.
42. 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., 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.
43. Sakerin S.M., Kabanov D.M., Makarov V.I., Polkin V.V., Popova S.A., Chankina O.V., Pochufarov A.O., Radionov V.F., Rize D.D. Spatial distribution of atmospheric aerosol physicochemical characteristics in Russian sector of the Arctic Ocean // Atmosphere. 2020. V. 11. P. 1170.
44. Антохина О.Ю., Антохин П.Н., Аршинова В.Г., Аршинов М.Ю., Белан Б.Д., Белан С.Б., Давыдов Д.К., Ивлев Г.А., Козлов А.В., Nedelec Ph., Paris J.-D., Рассказчикова Т.М., Савкин Д.Е., Симоненков Д.В., Скляднева Т.К., Толмачев Г.Н., Фофонов А.В. Вертикальное распределение газовых и аэрозольных примесей воздуха над российским сектором Арктики // Оптика атмосф. и океана. 2017. Т. 30, № 12. С. 1043–1052; Antokhina O.Yu., Antokhin P.N., Arshinova V.G., Arshinov M.Yu., 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., Sklyadneva T.K., Tolmachev G.N., Fofonov A.V. Vertical distributions of gaseous and aerosol admixtures in air over the Russian Arctic // Atmos. Ocean. Opt. 2018. V. 31, N 3. P. 300–310. DOI: 10.15372/AOO20171207.
45. Кузьмичев А.С., Бабухина Т.И., Ганьшин А.В., Лукьянов А.Н., Марков Р.М., Романовский А.М., Хаттатов В.У., Кирин Д.В., Малинина Е.П. Измерения содержания аэрозолей в тропосфере Арктического региона дистанционными и контактными методами с борта самолеталаборатории Як-42Д «Росгидромет» // Метеорол. и гидрол. 2016. № 5. С. 88–97.
46. Kozlov V.S., Panchenko M.V., Shmargunov V.P., Chernov D.G., Yausheva E.P., Pol’kin V.V., Terpugova S.A. Long-term investigations of the spatiotemporal variability of black carbon and aerosol concentrations in the troposphere of West Siberia and Russian Subarctic // Chem. Sustainable Dev. 2016. V. 24, N 4. P. 423–440.
47. Yang Q., Bitz C.M., Doherty S.J. Offsetting effects of aerosols on Arctic and global climate in the late 20th century // Atmos. Chem. Phys. 2014. V. 14. P. 3969–3975.
48. Sand M., Berntsen T.K., von Salzen K., Flanner M.G., Langner J., Victor D.G. Response of Arctic temperature to changes in emissions of short-lived climate forcers // Nat. Clim. Change. 2015. V. 6. P. 1–5.
49. 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.
50. Spackman J.R., Gao R.S., Neff W.D., Schwarz J.P., Watts L.A., Fahey D.W., Holloway J.S., Ryerson T.B., Peischl J., Brock C.A. Aircraft observations of enhancement and depletion of black carbon mass in the springtime Arctic // Atmos. Chem. Phys. 2010. V. 10. P. 9667–9680.
51. Liu J., Fan S., Horowitz L.W., Levy H. II. Evaluation of factors controlling long-range transport of black carbon to the Arctic // J. Geophys. Res. 2011. V. 116. P. D04307.