Том 34, номер 12, статья № 5

Аннотация:

Рассмотрены результаты проводимого с октября 2020 г. по июнь 2021 г. экспериментального исследования конденсационной активности частиц разных размеров с применением фотоэлектрического счетчика частиц АЗ-10, оснащенного системой искусственного увлажнения забираемого из атмосферы аэрозоля. Параллельно с этими наблюдениями проводились измерения гигрограмм объемного коэффициента аэрозольного рассеяния интегральным нефелометром М903. Типичность атмосферных условий и характеристик аэрозоля в период измерений подтверждена результатами сравнения с данными многолетних исследований параметра конденсационной активности для коэффициента рассеяния под углом 45°.

Ключевые слова:

аэрозоль, фотоэлектрический счетчик, конденсационная активность

Список литературы:

1. Георгиевский Ю.С., Розенберг Г.В. Влажность как фактор изменчивости аэрозоля // Изв. АН СССР. Физ. атмосф. и океана. 1973. Т. 9, № 2. С 126–138.
2. Кондратьев К.Я. Атмосферный аэрозоль как климатообразующий компонент атмосферы. 1. Свойства аэрозоля различных типов // Оптика атмосф. и океана. 2004. Т. 17, № 1. С. 5–24.
3. Ивлев Л.С. Аэрозольное воздействие на климатичес­кие процессы // Оптика атмосф. и океана. 2011. Т. 24, № 5. С. 392–410.
4. Seinfeld J.H., Pandis S.N. Atmospheric Chemistry and Physics: From Air Pollution to Climate Change, 2nd Edition. New York: Wiley-Interscience, 2006.
5. Jaenicke R. Atmospheric aerosol and global climate // J. Aerosol Sci. 1980. V. 11. P. 577–588.
6. Lohmann U., Feichter J. Global indirect aerosol effects: a review // Atmos. Chem. Phys. 2005. V. 5. P. 715–737.
7. Meszaros A. On the variation of the size distributions of large and giant particles as a function of the relative humidity // Tellus A. 1971. V. 23, N 4–5. P. 436–440.
8. Chen Y., Wild O., Wang Y., Rand L., Teich M., Grossb J., Wangb L., Spindler G., Herrmann H., van Pinxteren D., McFiggans G., Wiedensohler A. The influence of impactor size cut-off shift caused by hygroscopic growth on particulate matter loading and composition measurements // Atmos. Environ. 2018. V. 195. P. 141–148.
9. Neubauer K.R., Johnston M.V., Wexler A.S. Humidity effects on the mass spectra of single aerosol particles // Atmos. Environ. 1998. V. 32, N 14/15. P. 2521–2529.
10. Mikhailov E.F., Vlasenko S.S., Rose D., Poschl U. Mass-based hygroscopicity parameter interaction model and measurement of atmospheric aerosol water uptake // Atmos. Chem. Phys. 2013. V. 13. P. 717–740.
11. Rader D.J., McMurry P.H. Application of the Tandem Differential Mobility Analyzer to studies of droplet growth and evaporation // J. Aerosol Sci. 1986. V. 17. P. 771–787.
12. Vlasenko S., Su H., Pöschl U., Andreae M., Mikhailov E. Tandem configuration of differential mobility and centrifugal particle mass analysers for investigating aerosol hygroscopic properties // Atmos. Meas. Tech. 2017. V. 10. P. 1269–1280.
13. Strapp J.W., Leaitch W.R., Liu P.S.K. Hydrated and dried aerosol size distribution measurements from the particle measuring systems FSSP-300 probe and the deiced PCASP-100X probe // J. Atmos. Ocean. Technol. 1992. V. 9. P. 548–555.
14. Petters M.D., Prenni A.J., Kreidenweis S.M., DeMott P.J. On measuring the critical diameter of cloud condensation nuclei using mobility selected aerosol // Aerosol Sci. Technol. 2007. V. 41. P. 907–913.
15. Rovelli G., Miles R.E.H., Reid J.P., Clegg S.L. Accurate measurements of aerosol hygroscopic growth over a wide range in relative humidity // J. Phys. Chem. 2016. V. A120. P. 4376–4388.
16. Chen J., Zhao C., Ma N., Puzhen Y. Aerosol hygroscopicity parameter derived from the light scattering enhancement factor measurements in the North China Plain // Atmos. Chem. Phys. Discuss. 2014. V. 14. P. 8105–8118.
17. Kuang Y., Zhao C.S., Zhao G., Tao J.C., Xu W., Ma N., Bian Y.X. A novel method for calculating ambient aerosol liquid water content based on measurements of a humidified nephelometer system // Atmos. Meas. Tech. 2018. V. 11. P. 2967–2982.
18. Терпугова С.А., Панченко М.В., Свириденков М.А., Докукина Т.А. Соотношения между оптическими и микрофизическими параметрами конденсационной изменчивости приземного аэрозоля // Оптика атмосф. и океана. 2009. Т. 22, № 7. С. 629–634; Terpugova S.A., Panchenko M.V., Sviridenkov M.A., Dokukina T.A. Relationships between the optical and microphysical parameters of near-ground aerosol con­densation activity // Atmos. Ocean. Opt. 2009. V. 22, N 4. P. 405–412.
19. Wang Z., Cheng Y., Ma N., Mikhailov E.F., Pöschl U., Su H. Dependence of the hygroscopicity parameter k on particle size, humidity and solute concentration: Implications for laboratory experiments, field measurements and model studies // Atmos. Chem. Phys. Discuss. 2017. P. 253–286.
20. Liu Q., Jing B., Peng C., Tong S., Wang W., Ge M. Hygroscopicity of internally mixed multi-component aerosol particles of atmospheric relevance // Atmos. Environ. 2016. V. 125. P. 69–77.
21. Liu H.J., Zhao C.S. Aerosol hygroscopicity derived from size-segregated chemical composition and its pa­rameterization in the North China Plain // Atmos. Chem. Phys. 2013. V. 13, N 8. P. 20885–20922.
22. Gysel M. Closure between chemical composition and hygroscopic growth of aerosol particles during TORCH2 // Atmos. Chem. Phys. 2007. V. 7, N 24. P. 6131–6144.
23. Zhang X., Massoli P., Quinn P.K., Bates T.S., Cappa C.D. Hygroscopic growth of submicron and supermicron aerosols in the marine boundary layer // J. Geophys. Res.: Atmos. 2014. V. 119. P. 8384–8399.
24. Исаков А.А., Тихонов А.В. О сопоставлении осредненных направлений прихода в Подмосковье воздушных масс со средними величинами параметра Хенела и показателя преломления вещества частиц // Оптика атмосф. и океана. 2010. Т. 23, № 1. С. 9–13; Isakov A.A., Tikhonov A.V. On the comparison of the average arrival directions of air masses in the Moscow region versus the average hanel parameters and average particle refractive indices // Atmos. Ocean. Opt. 2010. V. 23, N 3. P. 169–173.
25. Исаков А.А., Тихонов А.В. Cвязь параметров аэрозоля Центральной России с воздушными массами // Оптика атмосф. и океана. 2014. Т. 27, № 3. С. 192–196; Isakov A.A., Tikhonov A.V. Relationship between aerosol parameters and air masses in Central Russia // Atmos. Ocean. Opt. 2014. V. 27, N 4. P. 475–478.
26. Bougiatioti A., Nenes A., Fountoukis C., Kalivitis N., Pandis S.N., Mihalopoulos N. Size-resolved CCN distributions and activation kinetics of aged continental and marine aerosol // Atmos. Chem. Phys. 2011. V. 11. P. 8791–8808.
27. Petters M.D., Carrico C.M., Kreidenweis S.M., Prenni A.J., DeMott P.J., Collett Jr.J.L., Moosmuller H. Cloud condensation nucleation activity of biomass burning aerosol // J. Geophys. Res. 2009. V. 114. P. D22205.
28. Paramonov M., Aalto P.P., Asmi A., Prisle N., Kerminen V.-M., Kulmala M., Petäjä T. The analysis of size-segregated cloud condensation nuclei counter (CCNC) data and its implications for cloud droplet activation // Atmos. Chem. Phys. 2013. V. 13. P. 10285–10301.
29. Hegg D.A., Covert D.S., Jonsson H.H. Measurements of size-resolved hygroscopicity in the California coastal zone // Atmos. Chem. Phys. Discuss. 2008. V. 8. P. 10531–10560.
30. Mikhailov E.F., Mironov G.N., Pöhlker C., Chi X., Krüger M.L., Shiraiwa M., Förster J.-D., Pöschl U., Vlasenko S.S., Ryshkevich T.I., Weigand M., Kilcoyne A.L.D., Andreae M.O. Chemical composition, microstructure, and hygroscopic properties of aerosol particles at the Zotino Tall Tower Observatory (ZOTTO), Siberia, during a summer campaign // Atmos. Chem. Phys. 2015. V. 15. P. 8847–8869.
31. Михайлов Е.Ф., Иванова О.А., Власенко С.С., Небосько Е.Ю., Рышкевич Т.И. Измерения конденсационной активности ядер Айткена в пригороде Санкт-Петербурга // Изв. РАН. Физ. атмосф. и океана. 2017. T. 53, № 3.C. 1–9.
32. Kecorius S., Madueño L., Vallar E., Alas H., Betito G., Birmili W., Cambaliza M.O., Catipay G., Gonzaga-Cayetano M., Galvez M.C., Lorenzo G., Müller T., Simpas J.B., Tamayo E.G., Wiedensohler A. Aerosol particle mixing state, refractory particle number size distributions and emission factors in a polluted urban environment: Case study of Metro Manila, Philippines // Atmos. Environ. 2017. V. 170. P. 169–183.
33. Cocker D.R.III, Whitcock N.E., Flagan R.C., Seinfeld J.H. Hygroscopic properties of Pasadena, California, aerosol // Aerosol Sci. Technol. 2001. V. 35. P. 637–647.
34. Adam M., Putaud J.P., Martins dos Santos S., Dell’Acqua A., Gruening C. Aerosol hygroscopicity at Ispra EMEP-GAW station // Atmos. Chem. Phys. Discuss. 2012. V. 12. P. 5293–5340.
35. Rissler J., Vestin A., Swietlicki E., Fisch G., Zhou J., Artaxo P., Andreae M.O. Size distribution and hygroscopic properties of aerosol particles from dry-season biomass burning in Amazonia // Atmos. Chem. Phys. Discuss. 2005. V. 5. P. 8149–8207.
36. Zhou J., Swietlicki E., Berg O., Aalto P., Hämeri K., Nilsson E., Leck C. Hygroscopic properties of aerosol particles over the central Arctic Ocean during summer // J. Geophys. Res. 2001. V. 106, N D23. P. 32111–32123.
37. Koehler K.A., Kreidenweis S.M., DeMott P.J., Petters M.D., Prenni A.J., Carrico C.M. Hygroscopicity and cloud droplet activation of mineral dust aerosol // Geophys. Res. Lett. 2009. V. 36. P. L08805.
38. Рышкевич Т.И., Миронов Г.Н., Миронова С.Ю., Власенко С.С., Чи Х., Андреае М.О., Михайлов Е.Ф. Сравнительный анализ гигроскопических свойств атмосферных аэрозолей по данным летней и зимней экспедиций 2011 года на Сибирской фоновой станции ZOTTO // Изв. РАН. Физ. атмосф. и океана. 2015. Т. 51, № 5. C. 578–586.
39. Levin E.J.T., Prenni A.J., Petters M.D., Kreidenweis S.M., Sullivan R.C., Atwood S.A., Ortega J., DeMott P.J., Smith J.N. An annual cycle of size-re­solved aerosol hygroscopicity at a forested site in Colorado // J. Geophys. Res. 2012. V. 117. P. D06201.
40. Graham B., Guyon P., Maenhaut W., Taylor P.E., Ebert M., Matthias-Maser S., Mayol-Bracero O.L., Godoi R.H.M., Artaxo P., Meixner F.X., Moura M.A.L., Rocha C., van Grieken R., Glovsky M.M., Flagan R.C., Andreae M.O. Composition and diurnal variability of the natural Amazonian aerosol // J. Geophys. Res.: Atmos. 2003. V. 108. P. 4765.
41. Лактионов А.Г. Равновесная гетерогенная конденсация. Л.: Гидрометеоиздат, 1988. 160 c.
42. Petters M.D., Kreidenweis S.M. A single parameter representation of hygroscopic growth and cloud condensation nucleus activity // Atmos. Chem. Phys. 2007. V. 7, N 8. P. 1961–1971.
43. Petters M.D., Kreidenweis S.M. A single parameter representation of hygroscopic growth and cloud condensation nucleus activity – Part 3: Including surfactant partitioning // Atmos. Chem. Phys. 2013. V. 13. P. 1081–1091.
44. Häkkinen S.A.K., Manninen H.E., Yli-Juuti T., Merikanto J., Kajos M.K., Nieminen T., D’Andrea S.D., Asmi A., Pierce J.R., Kulmala M., Riipinen I. Semi-empirical parameterization of size-dependent atmospheric nanoparticle growth in continental environments // Atmos. Chem. Phys. 2013. V. 13. P. 7665–7682.
45. Herbert F., Wacker U. Parameterization of the CCN-humidity spectrum in dependency on nucleation conditions and aerosol size distribution // Meteorol. Atmos. Phys. 1998. V. 66. P. 213–220.
46. Topping D.O., McFiggans G.B., Coe H. A curved multicomponent aerosol hygroscopicity model framework: Part 1 – Inorganic compounds // Atmos. Chem. Phys. 2005. V. 5. P. 1205–1222.
47. Груздев А.Н., Исаков А.А., Шукурова Л.М. Анализ связи конденсационной активности приземного аэрозоля с его химическим составом и относительной влажностью воздуха по измерениям на Звенигородской научной станции // Оптика атмосф. и океана. 2013. Т. 26, № 11. С. 978–984; Gruzdev A.N., Isakov A.A., Shukurova L.M. Analysis of relationship between condensation activity of surface aerosol and its chemical composition and relative air humidity according to measurements at the Zvenigorod scientific station // Atmos. Ocean. Opt. 2014. V. 27, N 2. P. 169–175.
48. Панченко М.В., Свириденков М.А., Терпугова С.А., Козлов В.С. Активная спектронефелометрия в исследовании микрофизических характеристик субмикронного аэрозоля // Оптика атмосф. и океана. 2004. Т. 17, № 5–6. С. 428–436.
49. Kasten F. Visibility forecast in the phase of precondensation // Tellus. 1969. V. 21. P. 631–635.
50. Hänel G. The properties of atmospheric aerosol particles as function of relative humidity at the thermodynamic equilibrium with surrounding moist air // Adv. Geophys. 1976. V. 19. P. 73–188.
51. Панченко М.В., Козлов В.С., Полькин В.В., Терпугова С.А., Тумаков А.Г., Шмаргунов В.П. Восстановление оптических характеристик тропосферного аэрозоля Западной Сибири на основе обобщенной эмпирической модели, учитывающей поглощающие и гигроскопические свойства частиц // Оптика атмосф. и океана. 2012. Т. 25, № 1. С. 46–54.
52. Panchenko M.V., Zhuravleva T.B., Terpugova S.A., Polkin V.V., Kozlov V.S. An empirical model of optical and radiative characteristics of the tropospheric aerosol over West Siberia in summer // Atmos. Meas. Tech. 2012. V. 5, N 7. P. 1513–1527.
53. Panchenko M.V., Terpugova S.A., Pol’kin V.V., Kozlov V.S., Chernov D.G. Modeling of aerosol radiation-relevant parameters in the troposphere of Siberia on the basis of empirical data // Atmosphere. 2018. V. 9, N 11. P. 414–430.
54. Зенкова П.Н., Терпугова С.А., Полькин В.В., Полькин Вас.В., Ужегов В.Н., Козлов В.С., Яушева Е.П., Панченко М.В. Развитие эмпирической модели оптических характеристик аэрозоля Западной Сибири // Оптика атмосф. и океана. 2021. Т. 34, № 3. С. 192–198; Zenkova P.N., Terpugova S.A., Pol’kin V.V., Pol’kin Vas.V., Uzhegov V.N., Kozlov V.S., Yausheva E.P., Panchenko M.V. Development of an Empirical Model of Optical Characteristics of Aerosol in Western Siberia // Atmos. Ocean. Opt. 2021. V. 34, N 4. P. 320–326.
55. Полькин В.В. Учет зависимости границ диапазонов размеров частиц от комплексного показателя преломления материала частиц в фотоэлектрических счетчиках // Оптика атмосф. и океана. 2017. Т. 30, № 5. С. 442–446.
56. Аэрозольная станция ИОА СО РАН. URL: http:// aerosol.iao.ru (дата обращения: 6.09.2021).
57. Панченко М.В., Курышев С.П., Шмаргунов В.П., Терпугова С.А. Автоматизированный увлажнитель для исследования свойств аэрозоля при изменении относительной влажности // Аэрозоли Сибири. XXVI Конф.: Тез. докл. Томск: Изд-во ИОА СО РАН. 2019. С. 87.
58. Счетчик аэрозольных частиц АЗ-10-0. URL: https:// eco-intech.com/product/schetchik-chastits-az-10/ (дата обращения: 6.09.2021).
59. Козлов В.С., Полькин В.В., Фадеев В.Я. Влияние неопределенности оптических постоянных на точность фотоэлектрических счетчиков аэрозоля // Изв. АН СССР. Физ. атмосф. и океана. 1982. Т. 18, № 4. С. 428–431.
60. Quenzel H. Influence of refractive index on the accuracy of size determination of aerosol particles with light scattering aerosol counters // Appl. Opt. 1969. V. 8, N 1. P. 165–169.
61. Cooke D., Kerker M. Response calculations for light scattering aerosol particle counters // Appl. Opt. 1975. V. 14, N 3. P. 734–739.
62. Heyder J., Gebhart J. Optimization of response functions of light scattering instruments for size evaluation of aerosol particles // Appl. Opt. 1979. V. 18, N 5. P. 705–711.
63. Hodkinson J.R., Grenfield J.R. Response calculations for light scattering aerosol counters and photometers // Appl. Opt. 1965. V. 4, N 11. P. 1463–1474.
64. Зуев В.Е., Креков Г.М. Оптические модели атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1986. 256 с.
65. Панченко М.В., Терпугова С.А., Козлов В.С., Полькин В.В., Яушева Е.П. Годовой ход конденсационной активности субмикронного аэрозоля в приземном слое атмосферы Западной Сибири // Оптика атмосф. и океана. 2005. Т. 18, № 8. С. 678–683.
66. Горчаков Г.И., Емиленко А.С., Исаков А.А., Свириденков М.А. Коэффициент направленного светорассеяния в области углов 0,5–170° // Изв. АН СССР. Физ. атмосф. и океана. 1976. Т. 12, № 10. С. 1034–1044.
67. Борен К., Хафмен Д. Поглощение и рассеяние света малыми частицами. М.: Мир, 1986. 664 с.