Том 35, номер 10, статья № 8

Аннотация:

По измерениям концентраций озона (O₃) и оксидов азота (NO, NO₂) на высотной мачте ZOTTO (Zotino Tall Tower Observatory) в Центральной Сибири проведены оценки скоростей генерации (P) и разру­шения (L) озона, а также содержания пероксидных радикалов (OX) с использованием фотостационарного приближения. Максимумы суточного хода рассматриваемых величин приходятся на период с 11:00 до 15:00 местного времени и составляют ~ 6 млрд^-1/ч (P), 1,4 млрд^-1/ч (L) и 115 трлн^-1 ([OX]). В диапазоне измеренных концентраций NO_x от 0,2 до 0,8 млрд^-1 имеет место линейная зависимость P от [NO_x], соответствующая NO_x-лимитирующему производству озона, с коэффициентом пропорциональности P(O₃)/[NO_x] ~ ~ 13 (млрд^-1/ч)/млрд^-1. Высокое содержание пероксидных радикалов наряду с условием P >> L свидетельствует о процессах интенсивного окисления биогенных летучих органических соединений и фотохимической генерации озона. Приземный слой воздуха может выступать в качестве источника озона для атмосферного пограничного слоя над удаленными районами Сибири при концентрациях NO_x, отвечающих условиям как регионально фонового, так и слабо загрязненного воздуха. Полученные оценки свидетельствуют о значимой роли региональных эмиссий NO_x в балансе приземного озона и необходимости учета данного фактора при прогнозировании экологических рисков в регионах Сибири, традиционно относящихся к экологически чистым.

Ключевые слова:

фотохимическая генерация озона, пероксидные радикалы, летучие органические соединения, пограничный слой атмосферы, высотная мачта ZOTTO

Список литературы:

1. Calvert J.G. Test of the theory of ozone generation in Los Angeles atmosphere // Environ. Sci. Technol. 1976. V. 10, N 3. P. 248–256.
2. Parrish D.D., Trainer M., Williams E.J., Fahey D.W., Hubler G., Eubank C.S., Liu S.C., Murphy P.C., Albritton D.L. Fehsenfeld F.C. Measurements of the NO_x-O₃ photostationary state at Niwot Ridge, Colorado // J. Geophys. Res. 1986. V. 91, N D5. P. 5361–5370.
3. Kleinman L., Lee Y.-N., Springston S.R., Lee J.H., Nunnermacker L., Weinstein-Lloyd J., Zhou X., Newman L. Peroxy radical concentration and ozone formation rate at a rural site in the southeastern United States // J. Geophys. Res. 1995. V. 100, N D4. P. 7263–7273.
4. Thorp T., Arnold S.R., Pope R.J., Spracklen D.V., Co­nibear L., Knote C., Arshinov M., Belan B., Asmi E., Laurila T., Skorokhod A.I., Nieminen T., Petäjä T. Late-spring and summertime tropospheric ozone and NO₂ in western Siberia and the Russian Arctic: Regional model evaluation and sensitivities // Atmos. Chem. Phys. 2021. V. 21. P. 4677–4697.
5. Котельников С.Н. Основные механизмы взаимодействия озона с живыми системами и особенностями проблемы приземного озона для России // Рос. акад. наук. Тр. ин-та общ. физ. им. А. М. Прохорова. 2015. Т. 71. С. 10–41.
6. Hoshika Y., Paoletti E., Agathokleous E., Sugai T., Koike T. Developing ozone risk assessment for larch species // Front. Glob. Change. 2020. V. 3, N 45. P. 3–45.
7. Wolfe G.M., Thornton J.A., Bouvier-Brown N.C., Goldstein A.H., Park J.-H., McKay M., Matross D.M., Mao J., Brune W.H., LaFranchi B.W., Browne E.C., Min K.-E., Wooldridge P.J., Cohen R.C., Crounse J.D., Faloona I.C., Gilman J.B., Kuster W.C., de Gouw J.A., Huisman A., Keutsch F.N. The Chemistry of Atmosphere-Forest Exchange (Cafe) Model – Part 2: Application to BEARPEX-2007 observations // Atmos. Chem. Phys. 2011. V. 11. P. 1269–1294.
8. Peräkylä O., Vogt M., Tikkanen O.-P., Laurila T., Kajos M.K., Rantala P.A., Patokoski J., Aalto J., Yli-Juuti T., Ehn M., Sipila M., Paasonen P., Rissanen M., Nieminen T., Taipale R., Keronen P., Lappalainen H.K., Ruuskanen T.M., Rinne J., Kerminen V.-M., Kulmala M., Back J., Petaja T. Monoterpenes oxidation capacity and rate over a boreal forest: Temporal variation and connection to growth of newly formed particles // Boreal Environ. Res. 2014. V. 19. P. 293–310.
9. Chi X., Winderlich J., Mayer J.-C., Panov A.V., Heimann M., Birmili W., Heintzenberg J., Cheng Y., Andreae M.O. Long-term measurements of aerosol and carbon monoxide at the ZOTTO tall tower to characterize polluted and pristine air in the Siberian taiga // Atmos. Chem. Phys. 2013. V. 13. P. 12271–12298.
10. Moiseenko K.B., Vasileva A.V., Skorokhod A.I., Belikov I.B., Repin A.Yu., Shtabkin Yu.A. Regional impact of ozone precursor emissions on NO_x and O₃ levels at ZOTTO tall tower in central Siberia // Earth Space Sci. 2021. V. 8. e2021EA001762.
11. Антохин П.Н., Аршинова В.Г., Аршинов М.Ю., Белан Б.Д., Белан С.Б., Давыдов Д.К., Козлов A.B., Краснов O.A., Праслова О.В., Рассказчикова Т.М., Савкин Д.Е., Толмачев Г.Н., Фофонов А.В. Суточная динамика вертикального распределения озона в пограничном слое атмосферы в районе Томска // Оптика атмосф. и океана. 2013. Т. 26, № 8. С. 665–672.
12. Белан Б.Д., Толмачев Г.Н., Фофонов А.В. Вертикальное распределение озона в тропосфере над югом Западной Сибири // Оптика атмосф. и океана. 2010. Т. 23, № 9. С. 777–783; Belan B.D., Tolmachev G.N., Fofonov A.V. Ozone vertical distribution in the troposphere over south regions of Western Siberia // Atmos. Ocean. Opt. 2011. V. 24, N 2. P. 181–187.
13. Моисеенко К.Б., Штабкин Ю.А., Березина Е.В., Скороход А.И. Региональные фотохимические источники приземного озона в Европе и Западной Сибири // Изв. РАН, Физ. атмосф. и океана. 2018. Т. 54, № 6. С. 645–658.
14. Crowley J.N., Pouvesle N., Phillips G.J., Axinte R., Fischer H., Petäjä T., Nölscher A., Williams J., Hens K., Harder H., Martinez-Harder M., Novelli A., Kubistin D., Bohn B., Lelieveld J. Insights into HO_x and RO_x chemistry in the boreal forest via measurement of peroxyacetic acid, peroxyacetic nitric anhydride (PAN) and hydrogen peroxide // Atmos. Chem. Phys. 2018. V. 18. P. 13457–13479.
15. Stockwell W.R., Middleton P., Chang J.S., Tang X. The second generation regional acid deposition model chemical mechanism for regional air quality modeling // J. Geophys. Res. 1990. V. 95, N D10. P. 16343–16367.
16. Chameides W.L., Davis D.D., Rodgers M.O., Bradshaw J., Sandholm S., Sachse G., Hill G., Gregory G., Rasmussen R. Net ozone photochemical production over the eastern and central North Pacific as inferred from GTE/CITE 1 observations during fall 1983 // J. Geophys. Res. 1987. V. 92. P. 2131–2152.
17. Madronich S. Photodissociation in the atmosphere: 1. Actinic flux and the effects of ground reflections and clouds // J. Geophys. Res. 1987. V. 92. P. 9740–9752.
18. Demerjian K.L., Schere K.L., Peterson J.T. Theoretical estimates of actinic (spherically integrated) flux and photolytic rate constants of atmospheric species in the lower troposphere // Adv. Environ. Sci. Technol. 1980. V. 10. P. 369–459.
19. Trebs I., Bohn B., Ammann C., Rummel U., Blumthaler M., Königstedt R., Meixner F.X., Fan S., Andreae M.O. Relationship between the NO₂ photolysis frequency and the solar global irradiance // Atmos. Meas. Tech. 2009. V. 2. P. 725–739.
20. Shetter R.E., Stedman D.H., West D.H. The NO/ NO₂/O₃ photostationary state in Claremont, California // J. Air Pollut. Control Assoc. 1983. V. 33, N 3. P. 212–214.
21. Mannschreck K., Gilge S., Plass-Duelmer C., Fricke W., Berresheim H. Assessment of the applicability of NO–NO₂–O₃ photostationary state to long-term measurements at the Hohenpeissenberg GAW Station, Germany // Atmos. Chem. Phys. 2004. V. 4. P. 1265–1277.
22. Griffin R.J., Beckman P.J., Talbot R.W., Sive B.C., Varner R.K. Deviations from ozone photostationary state during the International consortium for atmospheric research on transport and transformation 2004 campaign: Use of measurements and photochemical mo­deling to assess potential causes // J. Geophys. Res. 2007. V. 112. P. D10S07.
23. Rohrer F., Brüning D., Grobler E.S., Weber M., Ehhalt D.H., Neubert R., Schüßler W., Levin I. Mixing ratios and photostationary state of NO and NO₂ observed during the POPCORN Field campaign at a rural site in Germany // J. Atmos. Chem. 1998. V. 31. P. 119–137.
24. Cantrell C.A., Shetter R.E., Calvert J.G., Parrish D.D., Fehsenfeld F.C., Goldan P.D., Kuster W., Williams E.J., Westberg H.H., Allwine G., Martin R. Peroxy radicals as measured in ROSE and estimated from photostationary state deviations // J. Geophys. Res. 1993. V. 98, N D10. P. 18 355–18 366.
25. Sillman S., Logan J.A., Wofsy S.C. The sensitivity of ozone to nitrogen oxides and hydrocarbons in regional ozone episodes // J. Geophys. Res. 1990. V. 95. P. 1837–1851.
26. Berezina E.V., Moiseenko K.B., Skorokhod A.I., Elansky N.F., Belikov I.B., Pankratova N.V. Isoprene and monoterpenes over Russia and their impacts in tropospheric ozone formation // Geogr. Environ. Sustain. 2019. V. 12, N 1. P. 63–74.