Том 36, номер 11, статья № 4

Аннотация:

Настоящая статья продолжает цикл исследований состава воздуха над морями Российского сектора Арктики в сентябре 2020 г. Анализируется пространственное распределение следующих малых газовых составляющих: оксида углерода (СО), озона (О₃), оксида и диоксида азота (NO, NO₂) и диоксида серы (SO₂). Показано, что концентрация О₃ изменялась в приводном слое (высота 200 м) в диапазоне 18–36 млрд^-1, СО – 60–130 млрд^-1, NO – 0,005–0,12 млрд^-1, NO₂ – 0,10–1,00 млрд^-1 и SO₂ – 0,06–0,80 млрд^-1. Над акваториями большинства морей распределение газов по площади было неоднородным, что, скорее всего, обусловливается различиями в поглощении их океаном и особенностями переноса с континента.

Ключевые слова:

Арктика, атмосфера, воздух, вертикальное распределение, диоксид азота, диоксид серы, озон, оксид азота, оксид углерода, перенос, примеси, состав

Иллюстрации:

Список литературы:

1. IPCC, 2021: Summary for policymakers // 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: Cambridge University Press, 2021. P. 1–41.
2. Shepherd T.G. Effects of a warming Arctic // Science. 2016. V. 353, N 6303. P. 989–990.
3. Najafi M.R., Zwiers F.W., Gillett N.P. Attribution of Arctic temperature change to grenhouse-gas and aerosol influences // Nat. Clim. Change. 2015. N 2. P. 4.
4. Rantanen M., Karpechko A.Yu., Lipponen A., Nording K., Hyvarinen O., Ruosteenoja K., Vihma T., Laaksonen A. The Arctic has warmed nearly four times faster than the globe since 1979 // Commun. Earth Environ. 2022. V. 3. P. 168.
5. Thoman R., Druckenmiller M.L., Moon T. State of the climate in 2021 // Bull. Am. Meteorol. Soc. 2022. V. 103, N 8. P. S257–S306.
6. Wendisch M, Brückner M., Crewell S., Ehrlich A., Notholt J., Lüpkes C., Macke A., Burrows J.P., Rinke A., Quaas J., Maturilli M., Schemann V., Shupe M.D., Akansu E.F., Barrientos-Velasco C., Bärfuss K., Blechschmidt A.-M., Block K., Bougoudis I., Bozem H., Böckmann C., Bracher A., Bresson H., Bretschneider L., Buschmann M., Chechin D.G., Chylik J., Dahlke S., Deneke H., Dethloff K., Donth T., Dorn W., Dupuy R., Ebell K., Egerer U., Engelmann R., Eppers O., Gerdes R., Gierens R., Gorodetskaya I.V., Gottschalk M., Griesche H., Gryanik V.M., Handorf D., Harm-Altstädter B., Hartmann J., Hartmann M., Heinold B., Herber A., Herrmann H., Heygster G., Höschel I., Hofmann Z., Hölemann J., Hünerbein A., Jafariserajehlou S., Jäkel E., Jacobi C., Janout M., Jansen F., Jourdan O., Jurányi Z., Kalesse-Los H., Kanzow T., Käthner R., Kliesch L.L., Klingebiel M., Knudsen E.M., Kovács T., Körtke W., Krampe D., Kretzschmar J., Kreyling D., Kulla B., Kunkel D., Lampert A., Lauer M., Lelli L., von Lerber A., Linke O., Löhnert U., Lonardi M., Losa S.N., Losch M., Maahn M., Mech M., Mei L., Mertes S., Metzner E, Mewes D., Michaelis J., Mioche G., Moser M., Nakoudi K., Neggers R., Neuber R., Nomokonova T., Oelker J., Papakonstantinou-Presvelou I., Pätzold F., Pefanis V., Pohl C., van Pinxteren M., Radovan A., Rhein M., Rex M., Richter A., Risse N., Ritter C., Rostosky P., Rozanov V.V., Ruiz Donoso E., Saavedra Garfias P.S., Salzmann M., Schacht J., Schäfer M., Schneider J., Schnierstein N., Seifert P., Seo S., Siebert H., Soppa M.A., Spreen G., Stachlewska I.S., Stapf J., Stratmann F., Tegen I., Viceto C., Voigt C., Vountas M., Walbröl A., Walter M., Wehner B., Wex H., Willmes S., Zanatta M., Zeppenfeld S. Atmospheric and surface processes, and feedback mechanisms determining Arctic amplification // Bull. Am. Meteorol. Soc. 2023. V. 104, N 1. P. E208–E242.
7. Najafi M.R., Zwiers F.W., Gillett N.P. Attribution of Arctic temperature change to grenhouse-gas and aerosol influences // Nature Clim. Change. 2015. N 2. 4 p.
8. 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. N 11. P. 4.
9. Nomura D., Granskog M.A., Fransson A., Chierici M., Silyakova A., Ohshima K.I., Cohen L., Delille B., Hudson S.R., Dieckmann G.S. CO₂ flux over young and snow-covered Arctic pack ice in winter and spring // Biogeosci. 2018. V. 15, N 11. P. 3331–3343.
10. Willis M.D., Leaitch R.W., Abbatt J.P.D. Processes controlling the composition and abundance of Arctic aerosol // Rev. Geophys. 2018. V. 56, N 4. P. 621–671.
11. Arnold S.R., Law K.S., Brock C.A., Thomas J.L., Starkweather S.M., Salzen K., Stohl A., Sharma S., Lund M.T., Flanner M.G., Petäjä T., Tanimoto H., Gamble J., Dibb J.E., Melamed M., Johnson N., Fider M., Tynkkynen V.-P., Baklanov A., Eckhardt S., Monks S.A., Browse J., Bozem H. Arctic air air pollution: Challenges and opportunities for the next decade // ELEMENTA: Sci. Atmos. 2016. N 4. P. 16.
12. Law K.S., Stohl A., Quinn P.K., Brock C.A., Burkhart J.F., Paris J.D., Ancellet G., Singh B., Roiger A., Schlager H. Arctic air pollution // Bull. Am. Meteorol. Soc. 2014. V. 95, N 12. P. 1873–1895.
13. Roiger A., Thomas J.-L., Schlager H., Law K.S., Kim J., Schafler A., Weinzierl B., Dahlkotter F., Krisch I., Marelle L., Minikin A., Raut J.-C., Reiter A., Rose M., Scheibe M., Stock P., Baumann R., Clerbaux C., George M., Onishi T., Flemming J. Quantifying emerging local anthropogenic emissions in the Arctic region // Bull. Am. Meteorol. Soc. 2015. V. 96, N 3. P. 441–460.
14. Evangeliou N., Balkanski Y., Hao W.M., Petkov A., Silverstein R.P., Corley R., Nordgren В., Urbanski S.P., Eckhardt S., Stohl A., Tunved P., Crepinsek S., Jefferson A., Sharma S., Njgaard J.K., Skov H. Wildfires in northern Eurasia affect the budget of black carbon in the Arctic – a 12-year retrospective synopsis (2002–2013) // Atmos. Chem. Phys. 2016. V. 16, N 12. P. 7587–7604.
15. Kulmala M., Nieminen T., Chellapermal R., Makkonen R., Back J., Kerminen V.-M. Climate feedbacks linking the increasing atmospheric CO₂ concentration, BVOC emissions, aerosols and clouds in forest ecosystems / U. Niinemets, R.K. Monson (eds.). Biology, controls and model tree volatile organic compound emissions. Dordrecht: Springer, 2010. P. 489–508.
16. Tei S., Morozumi T., Kotani A., Takano S., Sugimoto A., Miyazaki S., Shingubara R., Fan R., Petrov R., Starostin E., Shakhmatov R., Nogovitcyn A., Maximov T. Seasonal variations in carbon dioxide exchange fluxes at a taiga–tundra boundary ecosystem in Northeastern Siberia // Polar Sci. 2021. V. 28. P. 100644.
17. Juutinen S., Aurela M., Tuovinen J.-P., Ivakhov V., Linkosalmi M., Räsänen A., Virtanen T., Mikola J., Nyman J., Vähä E., Loskutova M., Makshtas A., Laurila T. Variation in CO₂ and CH₄ fluxes among land cover types in heterogeneous Arctic tundra in northeastern Siberia // Biogeosci. 2022. V. 19, N 13. P. 3151–3167.
18. Ивахов В.М., Парамонова Н.Н., Привалов В.И., Зинченко А.В., Лоскутова М.А., Макштас А.П., Кустов В.А., Лаурила Т., Аурела М., Асми Э. Атмосферная концентрация диоксида углерода на станциях Тикси и Мыс Баранова в 2010–2017 гг. // Метеорол. и гидрол. 2019. Т. 4. С. 110–121.
19. Нагурный А.П. Анализ данных измерений концентрации диоксида углерода в приледном слое атмосферы на ледовой дрейфующей станции «Северный Полюс-35» (2007–2008 г.) // Метеорол. и гидрол. 2010. № 9. С. 55–61.
20. Пипко И.И., Пугач С.П., Семилетов И.П. Динамика СО₂ на шельфе Восточно-Сибирского моря // Метеорол. и гидрол. 2010. № 9. С. 62–73.
21. Semiletov I.P., Shakhova N.E., Pipko I.I., Pugach S.P., Charkin A.N., Dudarev O.V., Kosmach D.A., Nishino S. Space-time dynamics of carbon and environmental parameters related to carbon dioxide emissions in the Buor-Khaya Bay and adjacebt part of Laptev Sea // Biogeosci. 2013. V. 10, N 9. P. 5977–5996.
22. Клепиков А.В., Данилов А.И. Полярная метеорология (результаты российских исследований в 2015–2018 г.) // Изв. РАН. Физ. атмосф. и океана. 2021. Т. 57, № 3. С. 261–277.
23. Belan B.D., Ancellet G., Andreeva I.S., Antokhin P.N., Arshinova V.G., Arshinov M.Y., Balin Y.S., Barsuk V.E., Belan S.B., Chernov D.G., Davydov D.K., Fofonov A.V., Ivlev G.A., Kotel'nikov S.N., Kozlov A.S., Kozlov A.V., Law K., Mikhal'chishin A.V., Moseikin I.A., Nasonov S.V., Nédélec P., Okhlopkova O.V., Ol'kin S.E., Panchenko M.V., Paris J.-D., Penner I.E., Ptashnik I.V., Rasskazchikova T.M., Reznikova I.K., Romanovskii O.A., Safatov A.S., Savkin D.E., Simonenkov D.V., Sklyadneva T.K., Tolmachev G.N., Yakovlev S.V., Zenkova P.N. Integrated airborne investigation of the air composition over the Russian sector of the Arctic // Atmos. Meas. Tech. 2022. V. 15, N 13. P. 3941–3967.
24. Антохина О.Ю., Антохин П.Н., Аршинова В.Г., Аршинов М.Ю., Белан Б.Д., Белан С.Б., Гурулева Е.В., Давыдов Д.К., Ивлев Г.А., Козлов А.В., Law K.S., Рассказчикова Т.М., Paris J.-D., Савкин Д.Е., Симоненков Д.В., Скляднева Т.К., Толмачев Г.Н., Фофонов А.В. Состав воздуха над Российским сектором Арктики. 1. Метан // Оптика атмосф. и океана. 2023. Т. 36, № 2. С. 100–110; Antokhina O.Yu., Antokhin P.N., Arshinova V.G., Arshinov M.Yu., Belan B.D., Belan S.B., Gurulev E.V., Davydov D.K., Ivlev G.A., Kozlov A.V., Law K., Nédélec P., Rasskazchikova T.M., Paris J.-D., Savkin D.E., Simonenkov D.V., Sklyadneva T.K., Tolmachev G.N., Fofonov A.V. Air Composition over the Russian Arctic: 1 – Methane // Atmos. Ocean. Opt. 2023. V. 36, N 5. P. 470–489.
25. Антохина О.Ю., Антохин П.Н., Аршинова В.Г., Аршинов М.Ю., Белан Б.Д., Белан С.Б., Гурулева Е.В., Давыдов Д.К., Ивлев Г.А., Козлов А.В., Law K.S., Nédélec P., Рассказчикова Т.М., Paris J.-D., Савкин Д.Е., Симоненков Д.В., Скляднева Т.К., Толмачев Г.Н., Фофонов А.В. Состав воздуха над Российским сектором Арктики. 2. Углекислый газ // Оптика атмосф. и океана. 2023. Т. 36, № 4. С. 280–288; Antokhina O.Yu., Antokhin P.N., Arshinova V.G., Arshinov M.Yu., Belan B.D., Belan S.B., Gurulev E.V., Davydov D.K., Ivlev G.A., Kozlov A.V., Law K., Nédélec P., Rasskazchikova T.M., Paris J.-D., Savkin D.E., Simonenkov D.V., Sklyadneva T.K., Tolmachev G.N., Fofonov A.V. Air composition over the Russian Arctic: 2 – Carbon dioxide // Atmos. Ocean. Opt. 2023. V. 36, N 5. P. 490–500.
26. Rowlinson M.J., Rap A., Hamilton D.S., Pope R.J., Hantson S., Arnold S.R., Kaplan J.O., Arneth A., Chipperfield M.P., Forster P.M., Nieradzik L. Tropospheric ozone radiative forcing uncertainty due to pre-industrial fire and biogenic emissions // Atmos. Chem. Phys. 2020. V. 20, N 18. P. 10937–10951.
27. Антохин П.Н., Аршинова В.Г., Аршинов М.Ю., Белан Б.Д., Белан С.Б., Давыдов Д.К., Ивлев Г.А., Козлов А.В., Нэдэлек Ф., Париж Ж.-Д., Рассказчикова Т.М., Савкин Д.Е., Симоненков Д.В. Скляднева Т.К., Толмачев Г.Н., Фофонов А.В. Крупномасштабные исследования газового и аэрозольного состава воздуха над Сибирским регионом // Оптика атмосф. и океана. 2014. Т. 27, № 3. С. 232–239.
28. 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., Nédélec 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.
29. Глинка Н.Л. Общая химия. Л.: Химия, 1985. 702 с.
30. Антохин П.Н., Белан Б.Д. Регулирование динамики тропосферного озона через стратосферу // Оптика атмосф. и океана. 2012. Т. 25, № 10. С. 890–895.
31. Cao L., Li S., Gu Y. Luo Y. A three-dimensional simulation and process analysis of tropospheric ozone depletion events (ODEs) during the springtime in the Arctic using CMAQ (Community Multiscale Air Quality Modeling System) // Atmos. Chem. Phys. 2023. V. 23, N 5. P. 3363–3382.
32. 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. 180–192.
33. Штабкин Ю.А., Моисеенко К.Б., Скороход А.И., Васильева А.В., Хайманн М. Источники и вариации тропосферного СО в Центральной Сибири: численные эксперименты и наблюдения на высотной мачте в ZOTTO // Изв. РАН. Физ. атмос. и океана. 2016. Т. 52, № 1. С. 51–63.
34. Устинов В.П., Баранова Е.Л., Вишератин К.Н., Грачев М.И., Кальсин А.В. Вариации окиси углерода в атмосфере Антарктиды по данным наземных и спутниковых измерений // Исслед. Земли из космоса. 2019. № 2. С. 97–100.
35. Seinfeld J.H., Pandis S.N. Chemistry and Physics: From air Pollution to Climate Change. New Jersey: Wiley, 2006. 1190 p.
36. Lefohn A.S., Husar J.D., Husar R.B. Estimating historical anthropogenic global sulfur emission patterns for the period 1850–1990 // Atmos. Environ. 1999. V. 33, N 21. P. 3435–3444.
37. Galloway J.N., Winiwarter W., Leip A., Leach A.M., Bleeker A., Erisman J.W. Nitrogen footprints: Past, present and future // Environ. Res. Lett. 2014. V. 9115003. P. 11.
38. Olson J.R., Crawford J.H., Brune B., Mao J., Ren X., Fried A., Anderson B., Apel E., Beaver M., Blake D., Chen G., Crounse J., Dibb J., Diskin G., Hall S.R., Huey L.G., Knapp D., Richter D., Riemer D., Clair J.St., Ullmann K., Walega J., Weibring P., Weinheimer A., Wennberg P., Wisthaler A. An analysis of fast photochemistry over high northern latitudes during spring and summer using in-situ observations from ARCTAS and TOPSE // Atmos. Chem. Phys. 2012. V. 12, N 15. P. 6799–6825.
39. Ianniello A., Salzano R., Salvatori R., Esposito G., Spataro F., Montagnoli M., Mabilia R., Pasini A. Nitrogen oxides (NO_x) in the Arctic troposphere at Ny-Ålesund (Svalbard Islands): Effects of anthropogenic pollution sources // Atmosphere. 2021. V. 12, N 7. P. 901.
40. Shah V., Jacob D.J., Dang R., Lamsal L.N., Strode S.A., Steenrod S.D., Boersma K.F., Eastham S.D., Fritz T.M., Thompson Ch., Peischl J., Bourgeois I., Pollack I.B., Nault B.A., Cohen R.C., Campuzano-Jost P., Jimenez J.L., Andersen S.T., Carpenter L.J., Sherwen T., Evans M.J. Nitrogen oxides in the free troposphere: Implications for tropospheric oxidants and the interpretation of satellite NO₂ measurements // Atmos. Chem. Phys. 2023. V. 23, N 2. P. 1227–1257.
41. Lamsal L.N., Janz S.J., Krotkov N.A., Pickering K.E., Spurr R.J.D, Kowalewski M.G., Loughner C.P., Crawford J.H., Swartz W.H., Herman J.R. High-resolution NO₂ observations from the Airborne Compact Atmospheric Mapper: Retrieval and validation // J. Geophys. Res.: Atmos. 2017. V. 122, N 3. P. 1953–1970.
42. Tu F.H., Thornton D.C., Bandy A.R., Carmichael G.R., Tang Y., Thornhill K.L., Sachse G.W., Blake D.R. Long-range transport of sulfur dioxide in the central Pacific // J. Geophys. Res. 2004. V. 109. D15S08.
43. Can Li, Stehr J.W., Marufu L.T., Li Z., Dickerson R.R. Aircraft measurements of SO₂ and aerosols over northeastern China: Vertical profiles and the influence of weather on air quality // Atmos. Environ. 2012. V. 62. P. 492–501.
44. Белан Б.Д., Скляднева Т.К. Тропосферный озон. 4. Фотохимическое образование тропосферного озона: роль солнечной радиации // Оптика атмосф. и океана. 2008. Т. 21, № 10. С. 858–868.
45. Whaley C.H., Law K.S., Hjorth J.L., Skov H., Arnold S.R., Langner J., Pernov J.B., Bergeron G., Bourgeois I., Christensen J.H., Chien R.-Y., Deushi M., Dong X., Effertz P., Faluvegi G., Flanner M., Fu J.S., Gauss M., Huey G., Im U., Kivi R., Marelle L., Onishi T., Oshima N., Petropavlovskikh I., Peischl J., Plummer D.A., Pozzoli L., Raut J.-C., Ryerson T., Skeie R., Solberg S., Thomas M.A., Thompson C., Tsigaridis K., Tsyro S., Turnock S.T., von Salzen K., Tarasick D.W. Arctic tropospheric ozone: Assessment of current knowledge and model performance // Atmos. Chem. Phys. 2023. V. 23, N 1. P. 637–661.
46. Dekhtyareva A., Hermanson M., Nikulina A., Hermansen O., Svendby T., Holmén K., Graversen R.G. Springtime nitrogen oxides and tropospheric ozone in Svalbard: Results from the measurement station network // Atmos. Chem. Phys. 2022. V. 22, N 17. P. 11631–11656.