Том 37, номер 10, статья № 5

Аннотация:

Функционирование тепловых электростанций сопровождается выбросом в атмосферу различных загрязняющих веществ, включая окислы азота. В настоящей работе представлены результаты спектрометрических измерений атмосферного содержания NO₂, выполненных на кольцевых маршрутах, огибающих крупные городские ТЭЦ Санкт-Петербурга. Пространственная изменчивость тропосферного содержания NO₂ в окрестностях ТЭЦ, определяемая из экспериментальных данных методом DOAS (Differential Optical Absorption Spectroscopy), демонстрирует повышенные значения с подветренной стороны от дымовых труб. Пространственные распределения, наблюдаемые в данных мобильных DOAS-измерений, подтверждаются результатами численных расчетов поля содержания NO₂, выполненных с использованием модели HYSPLIT (HYbrid Single-Particle Lagrangian Integrated Trajectories) с учетом априорной информации об объемах эмиссии NO_x основными городскими ТЭЦ. Приближенные оценки эмиссии NO_x двумя крупнейшими ТЭЦ Санкт-Петербурга на основе расчетов суммарного потока молекул NO₂ через замкнутый контур маршрута DOAS-измерений составили ~ 2 ¸ 3 тыс. т в год. Полученные экспериментальные данные важны для определения доли ТЭЦ в антропогенном загрязнении атмосферы.

Ключевые слова:

окислы азота, двуокись азота, дифференциальная спектроскопия, DOAS, мобильные измерения, антропогенная эмиссия, ТЭЦ, NOx, NO2

Иллюстрации:

Список литературы:

1. Seinfeld J.H., Pandis S.N. From Air Pollution to Climate Change. Atmospheric Chemistry and Physics. 2nd ed. New York: John Wiley & Sons, 2006. 1326 p.
2. Molina J.M., Molina L.T. Megacities and atmospheric pollution // J. Air Waste Manag. Assoc. 2004. V. 54, N 6. P. 644–680. DOI: 10.1080/10473289.2004.10470936.
3. Голдовская Л.Ф. Химия окружающей среды. М.: Мир, 2005. 296 с.
4. Platt U., Stuz J. Differential Optical Absorption Spectroscopy (DOAS), Principles and Applications. Berlin–Heidelberg: Springer, 2008. 598 p.
5. Johansson M., Galle B., Yu T., Tang L., Chen D., Li H., Li J.X., Zhang Y. Quantification of total emission of air pollutants from Beijing using mobile mini-DOAS // Atmos. Environ. 2008. V. 42. P. 6926–6933. DOI: 10.1016/j.atmosenv.2008.05.025.
6. Johansson M., Rivera C., de Foy B., Lei W., Song J., Zhang Y., Galle B., Molina L. Mobile mini-DOAS measurement of the outflow of NO₂ and HCHO from Mexico City // Atmos. Chem. Phys. 2009. V. 9. P. 5647–5653. DOI: 10.5194/acp-9-5647-2009.
7. Rivera C., Sosa G., Wohrnschimmel H., de Foy B., Johansson M., Galle B. Tula industrial complex (Mexico) emissions of SO₂ and NO₂ during the MCMA 2006 field campaign using a mobile mini-DOAS system // Atmos. Chem. Phys. 2009. V. 9. P. 6351–6361. DOI: 10.5194/acp-9-6351-2009.
8. Ibrahim O., Shaiganfar R., Sinreich R., Stein T., Platt U., Wagner T. Car MAX-DOAS measurements around entire cities: Quantification of NO_x emissions from the cities of Mannheim and Ludwigshafen (Germany) // Atmos. Meas. Tech. 2010. V. 3. P. 709–721. DOI: 10.5194/amt-3-709-2010.
9. Shaiganfar R., Beirle S., Sharma M., Chauhan A., Singh R.P., Wagner T. Estimation of NO_x emissions from Delhi using car MAX-DOAS observations and comparison with OMI satellite data // Atmos. Chem. Phys. 2001. V. 11. P. 10871–10887. DOI: 10.5194/acp-11-10871-2011.
10. Wang S., Zhou B., Wang Z., Yang S., Hao N., Valks P., Trautmann T., Chen L. Remote sensing of NO₂ emission from the central urban area of Shanghai (China) using the mobile DOAS technique // J. Geophys. Res. 2012. V. 117, N D13305. P. 1–14. DOI: 10.1029/2011JD016983.
11. Wu F.C., Xie P.H., Li A., Chan K.L., Hart A., Wang Y., Si F.Q., Zeng Y.M., Qin M., Xu J., Liu J.G., Liu W.Q., Wenig M. Observations of SO₂ and NO₂ by mobile DOAS in the Guangzhou eastern area during the Asian Games 2010 // Atmos. Meas. Tech. 2013. V. 6. P. 2277–2292. DOI: 10.5194/amt-6-2277-2013.
12. Rivera C., Barrera H., Grutter M., Zavala M., Galle B., Bei N., Li G., Molina L.T. NO₂ fluxes from Tijuana using a mobile mini-DOAS during Cal-Mex 2010 // Atmos. Environ. 2013. V. 70. P. 532–539. DOI: 10.1016/j.atmosenv.2012.12.026.
13. Frins E., Bobrowski N., Osorio M., Casaballe N., Belsterli G., Wagner T., Platt U. Scanning and mobile multi-axis DOAS measurements of SO₂ and NO₂ emissions from an electric power plant in Montevideo, Uruguay // Atmos. Environ. 2014. V. 98. P. 347–356. DOI: 10.1016/j.atmosenv.2014.03.069.
14. Li A., Zhang J., Xie P., Hu Z., Xu J., Mou F., Wu F., Liu J., Liu W. Variation of temporal and spatial patterns of NO₂ in Beijing using OMI and mobile DOAS // Science China. 2015. V. 58, N 9. P. 1367–1376. DOI: 10.1007/s11426-015-5459-x.
15. Shaiganfar R., Beirle S., Petetin H., Zhang Q., Beekmann M., Wagner T. New concepts for the comparison of tropospheric NO₂ column densities derived from car-MAX-DOAS observations, OMI satellite observations and the regional model CHIMERE during two MEGAPOLI campaigns in Paris 2009/10 // Atmos. Meas. Tech. 2015. V. 8. P. 2827–2852. DOI: 10.5194/amt-8-2827-2015.
16. Shaiganfar R., Beirle S., Denier van der Gon H., Jonkers S., Kuenen J., Petetin H., Zhang Q., Beekmann M., Wagner T. Estimation of the Paris NO_x emissions from mobile MAX-DOAS observations and CHIMERE model simulations during the MEGAPOLI campaign using the closed integral method // Atmos. Chem. Phys. 2017. V. 17. P. 7853–7890. DOI: 10.5194/acp-17-7853-2017.
17. Wu F., Li A., Xie P., Chen H., Hu Z., Zhang Q., Liu J., Liu W. Emission flux measurement error with a mobile DOAS system and application to NO_x flux observations // Sensors. 2017. V. 17. P. 231. DOI: 10.3390/s17020231.
18. Wu F., Xie P., Li A., Mou F., Chen H., Zhu Y., Zhu T., Liu J., Liu W. Investigations of temporal and spatial distribution of precursors SO₂ and NO₂ vertical columns in the North China Plain using mobile DOAS // Atmos. Chem. Phys. 2018. V. 18. P. 1535–1554. DOI: 10.5194/acp-18-1535-2018.
19. Davis Z.Y.W., Baray S., McLinden C.A., Khanbabakhani A., Fujs W., Csukat C., Debosz J., McLaren R. Estimation of NO_x and SO₂ emissions from Sarnia, Ontario, using a mobile MAX-DOAS (Multi-AXis Differential Optical Absorption Spectroscopy) and a NO_x analyzer // Atmos. Chem. Phys. 2019. V. 19. P. 13871–13889. DOI: 10.5194/acp-19-13871-2019.
20. Cheng X., Ma J., Jin J., Guo J., Liu Y., Peng J., Ma X., Qian M., Xia Q., Yan P. Retrieving tropospheric NO₂ vertical column densities around the city of Beijing and estimating NO_x emissions based on car MAX-DOAS measurements // Atmos. Chem. Phys. 2020. V. 20. P. 10757–10774. DOI: 10.5194/acp-20-10757-2020.
21. Huang Y., Li A., Xie P., Hu Z., Xu J., Fang X., Ren H., Li X., Dang B. NO_x emission flux measurements with multiple mobile-DOAS instruments in Beijing // Remote Sens. 2020. V. 12, N 16. P. 2527. DOI: 10.3390/rs12162527.
22. Merlaud A., Belegante L., Constantin D.-E., Den Hoed M., Meier A.C., Allaart M., Ardelean M., Arseni M., Bösch T., Brenot H., Calcan A., Dekemper E., Donner S., Dörner S., Balanica Dragomir M.C., Georgescu L., Nemuc A., Nicolae D., Pinardi G., Richter A., Rosu A., Ruhtz T., Schönhardt A., Schuettemeyer D., Shaiganfar R., Stebel K., Tack F., Nicolae Vâjâiac S., Vasilescu J., Vanhamel J., Wagner T., Van Roozendael M. Satellite validation strategy assessments based on the AROMAT campaigns // Atmos. Meas. Tech. 2020. V. 13. P. 5513–5535. DOI: 10.5194/amt-13-5513-2020.
23. Ionov D., Poberovskii A. Quantification of NO_x emission from St. Petersburg (Russia) using mobile DOAS measurements around entire city // Int. J. Remote Sens. 2015. V. 36, N 9. P. 2486–2502. DOI: 10.1080/01431161.2015.1042123.
24. Ионов Д.В., Поберовский А.В. Интегральная эмиссия окислов азота с территории Санкт-Петербурга по данным мобильных измерений и результатам численного моделирования // Изв. РАН. Физ. атмосф. и океана. 2017. Т. 53, № 2. С. 232–241.
25. Ionov D.V., Poberovskii A.V. Observations of urban NO_x plume dispersion using the mobile and satellite DOAS measurements around the megacity of St. Petersburg (Russia) // Int. J. Remote Sens. 2019. V. 40, N 2. P. 719–733. DOI: 10.1080/01431161.2018.1519274.
26. Ionov D.V., Makarova M.V., Kostsov V.S., Foka S.C. Assessment of the NO_х integral emission from the St. Petersburg megacity by means of mobile DOAS measurements combined with dispersion modelling // Atmos. Pollut. Res. 2022. V. 13, N 12. P. 101958. DOI: 10.1016/j.apr.2022.101598.
27. Ионов Д.В., Макарова М.В., Косцов В.С. Экспериментальные оценки антропогенной эмиссии окислов азота с территории Санкт-Петербурга по данным многолетних мобильных измерений // Изв. РАН. Физ. атмосф. и океана. 2024. Т. 60, № 2. С. 251–263.
28. Makarova M.V., Alberti C., Ionov D.V., Hase F., Foka S.C., Blumenstock T., Warneke T., Virolainen Y., Kostsov V., Frey M., Poberovskii A.V., Timofeyev Y.M., Paramonova N., Volkova K.A., Zaitsev N.A., Biryukov E.Y., Osipov S.I., Makarov B.K., Polyakov A.V., Ivakhov V.M., Imhasin H.Kh., Mikhailov E.F. Emission Monitoring Mobile Experiment (EMME): An overview and first results of the St. Petersburg megacity campaign 2019 // Atmos. Meas. Tech. 2021. V. 14. P. 1047–1073. DOI: 10.5194/amt-14-1047-2021.
29. Elansky N. Air quality and CO emissions in the Moscow megacity // Urban Clim. 2014. V. 8. P. 42–56. DOI: 10.1016/j.uclim.2014.01.007.
30. Ионов Д.В., Поберовский А.В. Двуокись азота в воздушном бассейне Санкт-Петербурга: дистанционные измерения и численное моделирование // Изв. РАН. Физ. атмосф. и океана. 2012. Т. 48, № 4. C. 422–433.
31. Поберовский А.В., Шашкин А.В., Ионов Д.В., Тимофеев Ю.М. Вариации содержания NO₂ в районе Санкт-Петербурга по наземным и спутниковым измерениям рассеянного солнечного излучения // Изв. РАН. Физ. атмосф. и океана. 2007. Т. 43, № 4. C. 547–556.
32. Oda T., Maksyutov S. A very high-resolution (1 km ´ 1 km) global fossil fuel CO₂ emission inventory derived using a point source database and satellite observations of nighttime lights // Atmos. Chem. Phys. 2011. V. 11. P. 543–556. DOI: 10.5194/acp-11-543-2011.
33. Tan W., Liu C., Wang S., Liu H., Zhu Y., Su W., Hu Q., Liu J. Long-distance mobile MAX-DOAS observations of NO₂ and SO₂ over the North China Plain and identification of regional transport and power plant emissions // Atmos. Res. 2020. V. 245. P. 105037. DOI:10.1016/j.atmosres.2020.105037.
34. Fujinawa T., Kuze A., Suto H., Shiomi K., Kanaya Y., Kawashima T., Kataoka F., Mori S., Eskes H., Tanimoto H. First concurrent observations of NO₂ and CO₂ from power plant plumes by airborne remote sensing // Geophys. Res. Lett. 2021. V. 48. P. e2021GL092685. DOI: 10.1029/2021GL092685.34.