Том 36, номер 01, статья № 8

Аннотация:

На основе данных реанализа ERA5 и среднесуточных приземных концентраций озона (О₃), измеряемых на TOR-станции с 1993 по 2020 г., исследован режим циркуляции, способствующий формированию экстремально высоких концентраций озона (95-й процентиль, далее О₃95). Обнаружено, что для всех месяцев прослеживается идентичный режим циркуляции, сопровождающийся повышением приземной температуры воздуха в районе, охватывающем станцию измерения концентрации озона. Помимо повышения температуры воздуха для событий О₃95 характерно усиление юго-западной составляющей поля скорости ветра. Обнаружено, что эти циркуляционные особенности связаны с развитием меридиональности, вероятно, обусловленной распространением волн в верхней тропосфере умеренных широт. Выявленный циркуляционный режим способствует одновременно трансграничному переносу озона и его предшественников из южных районов, усилению фотохимического образования О₃, а также появлению природных пожаров.

Ключевые слова:

приземная концентрация озона, циркуляция атмосферы, режимы, воздушные массы, баланс

Иллюстрации:

Список литературы:

1. Белан Б.Д. Озон в тропосфере. Томск: Изд-во ИОА СО РАН, 2010. 488 с.
2. Андреев В.В., Аршинов М.Ю., Белан Б.Д., Давыдов Д.К., Еланский Н.Ф., Жамсуева Г.С., Заяханов А.С., Ивлев Г.А., Козлов А.В., Котельников С.Н., Кузнецова И.Н., Лапченко В.А., Лезина Е.А., Постыляков О.В., Савкин Д.Е., Сеник И.А., Степанов Е.В., Толмачев Г.Н., Фофонов А.В., Челибанов И.В., Челибанов В.П., Широтов В.В. Приземная концентрация озона на территории России в первом полугодии 2020 г. // Оптика атмосф. и океана. 2020. Т. 33, № 9. С. 710–721; Andreev V.V., Arshinov M.Yu., Belan B.D., Davydov D.K., Elansky N.F., Zhamsueva G.S., Zayakhanov A.S., Ivlev G.A., Kozlov A.V., Kotel’nikov S.N., Kuznetsova I.N., Lapchenko V.A., Lezina E.A., Postylyakov O.V., Savkin D.E., Senik I.A., Stepanov E.V., Tolmachev G.N., Fofonov A.V., Chelibanov I.V., Chelibanov V.P., Shirotov V.V. Surface ozone concentration over Russian territory in the first half of 2020 // Atmos. Ocean. Opt. 2020. V. 33, N 6. P. 671–681.
3. Heidorn K.C., Yap D. A synoptic climatology for surface ozone concentrations in Southern Ontario, 1976–1981 // Atmos. Environ. 1986. V. 20, N 4. P. 695–703.
4. Davies T.D., Kelly P.M., Low P.S., Pierce C.E. Surface ozone concentrations in Europe: Links with the regional-scale atmospheric circulation // J. Geophys. Res.: Atmos. 1992. V. 97, N D9. P. 9819–9832.
5. Pryor S.C., McKendry I.G., Steyn D.G. Synoptic-scale meteorological variability and surface ozone concentrations in Vancouver, British Columbia // J. Appl. Meteorol. 1995. V. 34, N 8. P. 1824–1833.
6. Lennartson G., Schwartz M. A synoptic climatology of surface-level ozone in Eastern Wisconsin, USA // Clim. Res. 1999. V. 13. P. 207–220.
7. Hegarty J., Mao H., Talbot R. Synoptic controls on summertime surface ozone in the northeastern United States // J. Geophys. Res. 2007. V. 112, N D14.
8. Demuzere M., Trigo R.M., Vila-Guerau de Arellano J., van Lipzig N.P.M. The impact of weather and atmospheric circulation on O₃ and PM₁₀ levels at a rural mid-latitude site // Atmos. Chem. Phys. 2009. V. 9, N 8. P. 2695–2714.
9. Agel L., Lopez V., Barlow M., Colby F. Regional and Large-Scale Influences on Summer Ozone Levels in Southern California // J. Appl. Meteorol. Climatol. 2011. V. 50, N 4. P. 800–805.
10. Vanos J.K., Cakmak S., Bristow C., Brion V., Tremblay N., Martin S.L., Sheridan S.S. Synoptic weather typing applied to air pollution mortality among the elderly in 10 Canadian cities // Environ. Res. 2013. V. 126. P. 66–75.
11. Zhang Y., Mao H., Ding A., Zhou D., Fu C. Impact of synoptic weather patterns on spatio-temporal variation in surface O₃ levels in Hong Kong during 1999–2011 // Atmos. Environ. 2013. V. 73. P. 41–50.
12. Pope R.J., Butt E.W., Chipperfield M.P., Doherty R.M., Fenech S., Schmidt A., Arnold S.R., Savage N.H. The impact of synoptic weather on UK surface ozone and implications for premature mortality // Environ. Res. Lett. 2016. V. 11, N 12. P. 124004.
13. Giaccone E., Fratianni S., Cortesi N., González-Hidalgo J. Surface ozone concentration and its relation with weather types in NW Italy, 2003–2014 // Clim. Res. 2019. V. 77, N 1. P. 7–89.
14. Han H., Liu J., Shu L., Wang T., Yuan H. Local and synoptic meteorological influences on daily variability in summertime surface ozone in eastern China // Atmos. Chem. Phys. 2020. V. 20, N 1. P. 203–222.
15. Gouldsbrough L., Hossaini R., Eastoe E., Young P.J. A temperature dependent extreme value analysis of UK surface ozone, 1980–2019 // Atmos. Environ. 2022. V. 273. P. 118975.
16. Song A., Yan Y., Kong S., Ma J., Tong Z. Impact of synoptic climate system interaction on surface ozone in China during 1950–2014 // Atmos. Environ. 2022. V. 279. P. 119126.
17. Антохин П.Н. Исследование вертикального распределения озона в пограничном слое атмосферы.: Автореф. дисс. Томск, 2015. 21 с.
18. Антохин П.Н., Белан Б.Д., Савкин Д.Е., Толмачев Г.Н. Сравнение различных методов статистического прогнозирования суточной динамики приземной концентрации озона // Оптика атмосф. и океана. 2013. Т. 26, № 12. С. 1082–1089.
19. Белан Б.Д., Савкин Д.Е., Толмачев Г.Н. Зависимость образования озона в приземном слое от температуры воздуха // Оптика атмосф. и океана. 2017. Т. 30, № 11. С. 971–979; Belan B.D., Savkin D.E., Tolmachev G.N. Air-temperature dependence of the ozone generation rate in the surface air layer // Atmos. Ocean. Opt. 2018. V. 31, N 2. P. 187–196.
20. Аршинов М.Ю., Белан Б.Д., Давыдов Д.К., Савкин Д.Е., Толмачев Г.Н. Мезомасштабная изменчивость концентрации озона в приземном слое воздуха в Томском регионе (2010–2012 гг.) // Україн. Гідрометеорол. журн. 2013. № 12. С. 95–105.
21. Селегей Т.С., Филоненко Н.Н., Ленковская Т.Н. Зависимость концентраций приземного озона от адвективных факторов (на примере г. Новосибирска) // Оптика атмосф. и океана. 2010. Т. 23, № 12. С. 1080–1086.
22. Antokhina O.Y., Antokhin P.N., Arshinov M.Y., Arshinova V.G., Belan B.D., Belan S.B., Davydov D.K., Dudorova N.V., Ivlev G.A., Kozlov A.V., Praslova O., Rasskazchikova T.M., Savkin D.E., Simonenkov D.V., Sklyadneva T.K., Tolmachev G.N., Fofonov A.V. Dynamic of the gas and aerosol composition in the atmospheric surface layer of Western Siberia during the summer polar intrusion // Proc. SPIE. V. 11208. P. 1120885-1.
23. Антохина О.Ю., Антохин П.Н., Аршинова В.Г., Аршинов М.Ю., Белан Б.Д., Белан С.Б., Давыдов Д.К., Дудорова Н.В., Ивлев Г.А., Козлов А.В., Рассказчикова Т.М., Савкин Д.Е., Симоненков Д.В., Скляднева Т.К., Толмачев Г.Н., Фофонов А.В. Исследование состава воздуха в различных воздушных массах // Оптика атмосф. и океана. 2018. Т. 31, № 9. С. 752–759; Antokhina O.Yu., Antokhin P.N., Arshinova V.G., Arshinov M.Yu., Belan B.D., Belan S.B., Davydov D.K., Dudorova N.V., Ivlev G.A., Kozlov A.V., Rasskazchikova T.M., Savkin D.E., Simonenkov D.V., Sklyadneva T.K., Tolmachev G.N., Fofonov A.V. Study of air composition in different air masses // Atmos. Ocean. Opt. 2019. V. 32, N 1. P. 72–79.
24. Antokhina O., Savkin D., Belan B., Tolmachev G. Dependence of the surface ozone concentration on the air temperature and conditions of atmospheric circulation in Western Siberia in the warm season (May–September) // Proc. SPIE. 2017. V. 10466. P. 104666H 1–11.
25. Antokhina O.Y., Antokhin P.N., Arshinov M.Y., Belan B.D., Davydov D.K., Kozlov A.V., Savkin D.E., Sklyadneva T.K., Tolmachev G.N., Fofonov A.V. Formation of gases and aerosol composition in background and urban areas of Western Siberia: A case study for the record-breaking hot April of 2020 // IOP Conf. Ser.: Earth and Environ. Sci. 2020. V. 611, N 1. P. 012035.
26. Overland J.E., Wang M. The 2020 Siberian heat wave // Int. J. Climatol. 2020. V. 41, N S1. P. E2341–E2346.
27. Solberg S., Hov Ø., Søvd A., Isaksen I.S.A., Coddeville P., De Backer H., Forster C., Orsolin Y., Uhse K. European surface ozone in the extreme summer 2003 // J. Geophys. Res. 2008. V. 13, N D7. P. D07307.
28. Еланский Н.Ф., Мохов И.И., Беликов И.Б. и др. Газовые примеси в атмосфере над Москвой летом 2010 г. // Изв. РАН. Физика атмосф. и океана. 2011. Т. 47, № 6. С. 729–738.
29. Звягинцев А.М., Блюм О.Б., Глазкова А.А., Котельников С.Н., Кузнецова И.Н., Лапченко В.А., Лезина Е.А., Миллер Е.А., Миляев В.А., Попиков А.П., Семутникова Е.Г., Тарасова О.А., Шалыгина И.Ю. Аномалии концентраций малых газовых составляющих в воздухе европейской части России и Украины летом 2010 г. // Оптика атмосф. и океана. 2011. Т. 24, № 7. С. 582–588; Zvyagintsev A.M., Blum O.B., Glazkova A.A., Kotel’nikov S.N., Kuznetsova I.N., Lapchenko V.A., Lezina E.A., Miller E.A., Milyaev V.A., Popikov A.P., Semutnikova E.G., Tarasova O.A., Shalygina I.Yu. Anomalies of trace gases in the air of the European part of Russia and Ukraine in summer 2010 // Atmos. Ocean. Opt. 2011. V. 24, N 6. P. 536–542.
30. Sklyadneva T.K., Zhuravleva T.B., Davydov D.K., Kozlov A.V. Analysis of ground-based and satellite observations of atmospheric gas pollutants over Tomsk region under smoke mist conditions during summer 2012 // Proc. SPIE. 2016. V. 10035. P. 10035R.
31. Pelly J.L., Hoskins B.J. A new perspective on blocking // J. Atmos. Sci. 2003. V. 60, N 3. P. 743–755.
32. Hersbach H., Bell B., Berrisford P., Hirahara S., Horányi A., Muñoz-Sabater J., Nicolas J., Peubey C., Radu R., Schepers D., Simmons A., Soci C., Abdalla S., Abellan X., Balsamo G., Bechtold P., Biavati G., Bidlot J., Bonavita M., Chiara G. The ERA5 global reanalysis // Q. J. R. Meteorol. Soc. 2020. V. 146, N 530. P. 1999–2049.
33. Гордов Е.П., Богомолов В.Ю., Генина Е.Ю., Шульгина Т.М. Анализ региональных климатических процессов Сибири: подход, данные и некоторые результаты // Вестн. Новосибир. гос. ун-та. Серия: Информационные технологии. 2011. Т. 9, № 1. С. 56–66.
34. Kharyutkina E., Loginov S., Martynova Y., Sudakov I. Time series analysis of atmospheric precipitation characteristics in Western Siberia for 1979–2018 across different datasets // Atmosphere. 2022. V. 13, N 2. P. 189.
35. Аршинов М.Ю., Белан Б.Д., Зуев В.В., Зуев В.Е., Ковалевский В.К., Лиготский А.В., Мелешкин В.Е., Панченко М.В., Покровский Е.В., Рогов А.Н., Симоненков Д.В., Толмачев Г.Н. TOR-станция мониторинга атмосферных параметров // Оптика атмосф. и океана. 1994. Т. 7, № 8. С. 1085–1092.
36. Давыдов Д.К., Белан Б.Д., Антохин П.Н., Антохина О.Ю., Антонович В.В., Аршинова В.Г., Аршинов М.Ю., Ахлестин А.Ю., Белан С.Б., Дудорова Н.В., Ивлев Г.А., Козлов А.В., Пестунов Д.А., Рассказчикова Т.М., Савкин Д.Е., Симоненков Д.В., Скляднева Т.К., Толмачев Г.Н., Фазлиев А.З., Фофонов А.В. Мониторинг атмосферных параметров: 25 лет TOR-станции ИОА СО РАН // Оптика атмосф. и океана. 2018. Т. 31, № 10. С. 845–853; Davydov D.K., Belan B.D., Antokhin P.N., Antokhina O.Yu., Antonovich V.V., Arshinova V.G., Arshinov M.Yu., Akhlestin A.Yu., Belan S.B., Dudorova N.V., Ivlev G.A., Kozlov A.V., Pestunov D.A., Rasskazchikova T.M., Savkin D.E., Simonenkov D.V., Sklyadneva T.K., Tolmachev G.N., Fazliev A.Z., Fofonov A.V. Monitoring of atmospheric parameters: 25 years of the Tropospheric Ozone Research Station of the Institute of Atmospheric Optics, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences // Atmos. Ocean. Opt. 2019. V. 32, N 2. P. 80–192.
37. Wirth V., Riemer M., Chang E.K.M., Martius O. Rossby wave packets on the midlatitude waveguide–a review // Mon. Weather Rev. 2018. V. 146, N 7. P. 1965–2001.
38. Антохина О.Ю., Антохин П.Н., Девятова Е.В., Мордвинов В.И. Динамические процессы в атмосфере, обусловливающие аномалии осадков в Восточной Сибири и Монголии в летний период // Фундам. и прикл. климатол. 2018. № 1. С. 10–27.
39. 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, N 6. P. 4677–4697.
40. Моисеенко К.Б., Штабкин Ю.А., Березина Е.В., Скороход А.И. Региональные фотохимические источники приземного озона в Европе и Западной Сибири // Изв. РАН. Физика атмосф. и океана. 2018. Т. 54, № 6. С. 645–658.
41. 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, N 7.
42. Obolkin V., Potemkin V., Khuriganova O., Khodzher T. Ozone monitoring in the Baikal region (East Siberia): Spatiotemporal variability under the influence of air pollutants and site conditions // Atmosphere. 2022. V. 13, N 4. P. 519.
43. Shtabkin Y.A., Moiseenko K.B., Skorokhod A.I., Berezina E.V., Vasileva A.V. Sources and variations of tropospheric ozone in central Siberia: Observations and model simulations // IOP Conf. Ser.: Earth and Environ. Sci. 2020. V. 606, N 1. P. 012058.
44. Schierhorn F., Kastner T., Kuemmerle T., Meyfroidt P., Kurganova I., Prishchepov A.V., Erb K.-H., Houghton R.A., Müller D. Large greenhouse gas savings due to changes in the post-Soviet food systems // Environ. Res. Lett. 2019. V. 14, N 6. P. 065009.