Том 35, номер 01, статья № 2

Аршинов М. Ю., Белан Б. Д., Гармаш О. В., Давыдов Д. К., Демакова А. А., Ежова Е. В., Козлов А. В., Kulmala M., Lappalainen H., Petäjä T. Взаимосвязь концентрации атмосферных ионов и радона по данным измерений в обсерватории «Фоновая». // Оптика атмосферы и океана. 2022. Т. 35. № 01. С. 12–18. DOI: 10.15372/AOO20220102.
Скопировать ссылку в буфер обмена

Аннотация:

Приведены результаты исследования взаимосвязи поступления в воздух радона и образования ионов по данным наблюдений, проводимых в обсерватории «Фоновая» ИОА СО РАН. Показано, что такая связь является устойчивой в период с октября по январь. В остальные месяцы она нарушается. Если же из массива данных убрать события нуклеации и грозовых разрядов, то такая связь проявляется в течение всего года.

Ключевые слова:

атмосфера, воздух, ионы, наночастицы, нейтральные частицы, нуклеация, радон, взаимосвязь

Иллюстрации:

Список литературы:

1. Climate Change 2021: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge University Press, 2021. P. 1–41.
2. Фукс Н.А. Механика аэрозолей. АН СССР, 1955. 352 с.
3. Розенберг Г.В., Любовцева Ю.С., Горчаков Г.И. Фо­новый аэрозоль Абастумани // Изв. АН СССР. Физ. атмосф. и океана. 1982. Т. 18, № 8. С. 822–839.
4. Розенберг Г.В. Возникновение и развитие атмосферного аэрозоля – кинетически обусловленные параметры // Изв. АН СССР. Физ. атмосф. и океана. 1983. Т. 19, № 1. С. 21–35.
5. Розенберг Г.В. Кинетическая модель обезвоженного тонкодисперсного аэрозоля тропосферы // Изв. АН СССР. Физ. атмосф. и океана. 1983. Т. 19, № 3. С. 241–254.
6. Hirsikko A., Nieminen T., Gagne S., Lehtipalo K., Manninen H.E., Ehn M., Horrak U., Kerminen V.-M., Laakso L., McMurry P.H., Mirme A., Mirme S., Petaja T., Tammet H., Vakkari V., Vana M., Kulmala M. Atmospheric ions and nucleation: A review of observations // Atmos. Chem. Phys. 2011. V. 11, N 2. P. 767–798.
7. Gonser S.G., Klein F., Birmili W., Größ J., Kulmala M., Manninen H.E., Wiedensohler A., Held A. Ion – particle interactions during particle formation and growth at a coniferous forest site in central Europe // Atmos. Chem. Phys. 2014. V. 14, N 19. P. 10547–10563.
8. Mazon S.B., Kontkanen J., Manninen H.E., Nieminen T., Kerminen V.-M., Kulmala M. A long-term comparison of nighttime cluster events and daytime ion formation in a boreal forest // Boreal Environ. Res. 2016. V. 21, N 3–4. P. 242–261.
9. Leino K., Nieminen T., Manninen H.E., Petäjä T., Kerminen V.-M., Kulmala M. Intermediate ions as a strong indicator of new particle formation bursts in boreal forest // Boreal Environ. Res. 2016. V. 21, N 3–4. P. 274–286.
10. Yu F., Turco R.P. The size-dependent charge fraction of sub-3-nm particles as a key diagnostic of competitive nucleation mechanisms under atmospheric conditions // Atmos. Chem. Phys. 2011. V. 11, N 18. P. 9451–9463.
11. Merikanto J., Duplissy J., Määttänen A., Henschel H., Donahue N.M., Brus D., Schobesberger S., Kulmala M., Vehkamäki H. Effect of ions on sulfuric acid-water binary particle formation: 1. Theory for kinetic- and nucleation-type particle formation and atmospheric implications // J. Geophys. Res.: Atmos. 2016. V. 121, N 4. P. 1736–1751. DOI: 10.1002/2015JD023538.
12. Dunne E.M., Lee L.A., Reddington C.L., Carslaw K.S. No statistically significant effect of a short-term decrease in the nucleation rate on atmospheric aerosols // Atmos. Chem. Phys. 2012. V. 12, N 23. P. 11573–11587.
13. Kirkby J., Duplissy J., Sengupta K., Frege C., Gordon H., Williamson C., Heinritzi M., Simon M., Yan C., Almeida J., Tröstl J., Nieminen T., Ortega I.K., Wagner R., Adamov A., Amorim A., Bernhammer A.-K., Bianchi F., Breitenlechner M., Brilke S., Chen X., Craven J., Dias A., Ehrhart S., Flagan R.C., Franchin A., Fuchs C., Guida R., Hakala J.,  Hoyle C.R., Jokinen T., Junninen H., Kangasluoma J., Kim J., Krapf M., Kürten A., Laaksonen A., Lehtipalo K., Makhmutov V., Mathot S., Molteni U., Onnela A., Peräkylä O., Piel F., Petäjä T., Praplan A.P., Pringle K., Rap A., Richards N.A.D., Riipinen I., Rissanen M.P., Rondo L., Sarnela N., Schobesberger S., Scott C.E., Seinfeld J.H., Sipilä M., Steiner G., Stozhkov Y., Stratmann F., Tomé A., Virtanen A., Vogel A.L., Wagner A.C., Wagner P.E., Weingartner E., Wimmer D., Winkler P.M., Ye P., Zhang X., Hansel A., Dommen J., Donahue N.M., Worsnop D.R., Baltensperger U., Kulmala M., Carslaw K.S., Curtius J. Ion-induced nucleation of pure biogenic particles // Nature. 2016. V. 533, N 7604. P. 521–526.
14. Serrano C., Reis A.H., Rosa R., Lucio P.A. Influences of cosmic radiation, artificial radioactivity and aerosol concentration upon the fair-weather atmospheric electric field in Lisbon (1955–1991) // Atmos. Res. 2006. V. 81, N 2. P. 236–249.
15. Manohar S.N., Meijer H.A.J., Herber M.A. Radon flux maps for the Netherlands and Europe using terrestrial gamma radiation derived from soil radionuclides // Atmos. Environ. 2013. V. 81. P. 399–412.
16. Анисимов С.В., Галиченко С.В., Афиногенов К.В., Макрушин А.П., Шихова Н.М. Объемная активность радона и ионообразование в невозмущенной нижней атмосфере: наземные наблюдения и численное моделирование // Физика Земли. 2017. № 1. С. 155–170.
17. Komppula M., Vana M., Kerminen V.-M., Lihavainen H., Viisanen Y., Hõrrak U., Komsaare K., Tamm E., Hirsikko A., Laakso L. Kulmala M. Size distributions of atmospheric ions in the Baltic Sea region // Boreal Environ. Res. 2007. V. 12, N 3. P. 323–336.
18. Chen X., Virkkula A., Kerminen V.-M., Manninen H.E., Busetto M., Lanconelli C., Lupi A., Vitale V., del Gua­sta M., Grigioni P., Väänänen R., Duplissy E.-M., Petäjä T., Kulmala M. Features in air ions measured by an air ion spectrometer (AIS) at Dome C // Atmos. Chem. Phys. 2017. V. 17, N 22. P. 13783–13800.
19. Zhang K., Feichter J., Kazil J., Wan H., Zhuo W., Griffiths A.D., Sartorius H., Zahorowski W., Ramonet M., Schmidt M., Yver C., Neubert R.E.M., Brunke E.-G. Radon activity in the lower troposphere and its impact on ionization rate: a global estimate using different radon emissions // Atmos. Chem. Phys. 2011. V. 11, N 15. P. 7817–7838.
20. López-Coto I., Mas J.L., Bolivar J.P. A 40-year retrospective European radon flux inventory including climatological variability // Atmos. Environ. 2013. V. 73. P. 22–33.
21. Berezina E.V., Elansky N.F., Moiseenko K.B., Beli­kov I.B., Shumsky R.A., Safronov A.N., Brenninkmeijer C.A.M. Estimation of nocturnal 222Rn soil fluxes over Russia from TROICA measurements // Atmos. Chem. Phys. 2013. V. 23, N 15. P. 11695–11708.
22. Sahoo S.K., Katlamudi M., Shaji J.P., Krishna K.S.M., Lakshmi G.U. Influence of meteorological parameters on the soil radon (Rn222) emanation in Kutch, Gujarat, India // Environ. Monit. Assess. 2018. V. 190, N 111.
23. Podstawczynska A. Differences of near-ground atmospheric Rn-222 concentration between urban and rural area with reference to microclimate diversity // Atmos. Environ. 2016. V. 126. P. 225–234.
24. Bottardi C., Alberi M., Baldoncini M., Chiarelli E., Montuschi M., Raptis K.G.C., Serafini A., Strati V., Mantovani F. Rain rate and radon daughters’ activity // Atmos. Environ. 2020. V. 238. P. 117728.
25. Antonovich V.V., Antokhin P.N., Arshinov M.Yu., Belan B.D., Balin Y.S., Davydov D.K., Ivlev G.A., Kozlov A.V., Kozlov V.S., Kokhanenko G.P., Novoselov M.M. Station for the comprehensive monitoring of the atmosphere at Fonovaya Observatory, West Siberia: Current status and future needs // Phys. Proc. SPIE. 2018. V. 10833. P. 108337Z.
26. Белан Б.Д. Динамика слоя перемешивания по аэрозольным данным // Оптика атмосф. и океана. 1994. Т. 7, № 8. С. 1045–1054.
27. Белан Б.Д. Озон в тропосфере. Томск: ИОА СО РАН, 2010. 488 с.
28. Porstendorfer J. Свойства и поведение радона и торона и их дочерних продуктов в воздухе // Проблемы окружающей среды и природных ресурсов. 2001. Вып. 9. С. 59–98.
29. Chambers S.D., Williams A.G., Crawford J., Griffiths A.D. On the use of radon for quantifying the effects of atmospheric stability on urban emissions // Atmos. Chem. Phys. 2015. V. 15, N 3. P. 1175–1190.
30. Chen X., Paatero J., Kerminen V.-M., Riuttanen L., Hatakka J., Hiltunen V., Paasonen P., Hirsikko A., Franchin A., Manninen H.E., Petäjä T., Viisanen Y., Kulmala M. Responses of the atmospheric concentration of radon-222 to the vertical mixing and spatial transportation // Boreal Environ. Res. 2016. V. 21, N 3–4. P. 299–318.
31. Victor N.J., Siingh D., Singh R.P., Singh R., Kamra A.K. Diurnal and seasonal variations of radon (222Rn) and their dependence on soil moisture and vertical stability of the lower atmosphere at Pune, India // J. Atmos. Sol.-Terr. Phys. 2019. V. 195. P. 105118.
32. Chambers S., Williams A.G., Zahorowski W., Griffiths A., Crawford J. Separating remote fetch and local mixing influences on vertical radon measurements in the lower atmosphere // Tellus B. 2011. V. 63, N 5. P. 843–859.
33. Wang Y., Wang Ya., Duan J., Cheng T., Zhu H., Xie X., Liu Y., Ling Y., Li X., Wang H., Li M., Zhang R. Temporal variation of atmospheric static electric field and air ions and their relationships to pollution in Shanghai // Aerosol Air Qual. Res. 2018. V. 18, N 7. P. 1631–1641.
34. Li Y., Guo X., Wang T., Zhao Y., Zhang H., Wang W. Characteristics of atmospheric small ions and their application to assessment of air quality in a typical semi-arid city of Northwest China // Aerosol Air Qual. Res. 2015. V. 15, N 3. P. 865–874.
35. Kamsali N., Pawar S.D., Murugavel P., Gopalakrishnan V. Estimation of small ion concentration near the Earth’s surface // J. Atmos. Sol.-Terr. Phys. 2011. V. 73, N 16. P. 2345–2351.
36. Ling X., Jayaratne R., Morawska L. The relationship between airborne small ions and particles in urban environments // Atmos. Environ. 2013. V. 79. P. 1–6.
37. Dos Santos V.N., Herrmann E., Manninen H.E., Hussein T., Hakala J., Nieminen T., Aalto P.P., Merkel M., Wiedensohler A., Kulmala M., Petäjä T., Hämeri K. Variability of air ion concentrations in urban Paris // Atmos. Chem. Phys. 2015. V. 15, N 23. P. 13717–13737.
38. Chambers S.D., Hong S.-B., Williams A.G., Crawford J., Griffiths A.D., Park S.-J. Characterising terrestrial influences on Antarctic air masses using Radon-222 measurements at King George Island // Atmos. Chem. Phys. 2014. V. 14, N 18. P. 9903–9916.
39. Bothaa R., Labuschagne C., Williams A.G., Bosmane G., Brunke E.-G., Rossouw A., Lindsaya R. Characterising fifteen years of continuous atmospheric radon activity observations at Cape Point (South Africa) // Atmos. Environ. 2018. V. 176. P. 30–39.
40. Kalivitis N., Stavroulas I., Bougiatioti A., Kouvara­kis G., Gagne S., Manninen H.E., Kulmala M., Mihalopoulos N. Night-time enhanced atmospheric ion concentrations in the marine boundary layer // Atmos. Chem. Phys. 2012. V. 12, N 8. P. 3627–3638.
41. Miao S., Zhang X., Han Y., Sun W., Liu C. Yin S. Random forest algorithm for the relationship between negative air ions and environmental factors in an urban park // Atmosphere. 2018. V. 9, N 12. P. 463.
42. Salma I., Vörösmarty M., Gyöngyösi A.Z., Thén W., Weidinger T. What can we learn about urban air quality with regard to the first outbreak of the COVID-19 pandemic? A case study from central Europe // Atmos. Chem. Phys. 2020. V. 20, N 24. P. 15725–15742.
43. Johnson T.F., Hordley L.A., Greenwell M.P., Evans L.C. Associations between COVID-19 transmission rates, park use, and landscape structure // Sci. Total Environ. 2021. V. 789. P. 148123.
44. Mertens M., Jöckel P., Matthes S., Nützel M., Grewe V., Sausen R. COVID-19 induced lower-tropospheric ozone changes // Environ. Res. Lett. 2021. V. 16, N 6. P. 064005.
45. Bouarar I., Gaubert B., Brasseur G.P., Steinbrecht W., Doumbia T., Tilmes S., Liu Y., Stavrakou T., Deroubaix A., Darras S., Granier C., Lacey F., Muller J.-F., Shi X., Elguindi N., Wang T. Ozone anomalies in the free troposphere during the COVID-19 pandemic // Geophys. Res. Lett. 2021. V. 46, N 16. P. 094204.
46. Болшев Л.Н. Таблицы математической статистики. М.: Наука, 1983. 416 с.
47. Tammet H., Komsaare K., Hõrrak U. Intermediate ions in the atmosphere // Atmos. Res. 2014. V. 135–136. P. 263–273.
48. Jayaratne E.R., Ling X., Morawska L. Suppression of cluster ions during rapidly increasing particle number concentration events in the environment // Aerosol Air Qual. Res. 2015. V. 15, N 1. P. 28–37.
49. Salma I., Thén W., Aalto P., Kerminen V.-M., Kern A., Barcza Z., Petäjä T., Kulmala M. Influence of vegetation on occurrence and time distributions of regional new aerosol particle formation and growth // Atmos. Chem. Phys. 2021. V. 21, N 4. P. 2861–2880.
50. Li H., Canagaratna M.R., Riva M., Rantala P., Zhang Y., Thomas S., Heikkinen L., Flaud P.-M., Villenave E., Perraudin E., Worsnop D., Kulmala M., Ehn M., Bianchi F. Atmospheric organic vapors in two European pine forests measured by a Vocus PTR-TOF: insights into monoterpene and sesquiterpene oxidation processes // Atmos. Chem. Phys. 2021. V. 21, N 5. P. 4123–4147.
51. Rose C., Sellegri K., Freney E., Dupuy R., Colomb A., Pichon J.-M., Ribeiro M., Bourianne T., Burnet F., Schwarzenboeck A. Airborne measurements of new particle formation in the free troposphere above the Mediterranean Sea during the HYMEX campaign // Atmos. Chem. Phys. 2015. V. 15, N 17. P. 10203–10218.
52. Wehner B., Werner F., Ditas F., Shaw R.A., Kulmala M., Siebert H. Observations of new particle formation in enhanced UV irradiance zones near cumulus clouds // Atmos. Chem. Phys. 2015. V. 15, N 17. P. 10203–10218.
53. Аршинов М.Ю., Белан Б.Д., Давыдов Д.К., Ивлев Г.А., Козлов А.В., Козлов А.С., Малышкин С.Б., Симоненков Д.В., Антохин П.Н. Нуклеационные всплески в атмосфере бореальной зоны Западной Сибири. Часть I. Классификация и повторяемость // Оптика атмосф. и океана. 2014. Т. 27, № 9. С. 766–774.
54. Kulmala M., Laakso L., Lehtinen K.E.J., Riipinen I., Dal Maso M., Anttila T., Kerminen V.-M., Hõrrak U., Vana M., Tammet H. Initial steps of aerosol growth // Atmos. Chem. Phys. 2004. V. 4. P. 2553–2560.
55. Heintzenberg J., Wehner B., Birmili W. How to find bananas in the atmospheric aerosol: New approach for analyzing atmospheric nucleation and growth events // Tellus B. 2007. V. 59, N 2. P. 273–282.