Том 38, номер 09, статья № 5

Аннотация:

Состав атмосферного аэрозоля и его количественные характеристики в околополюсной области Северного Ледовитого океана (СЛО) мало изучены. В дрейфующей экспедиции «Северный полюс-41» впервые проведен продолжительный (октябрь 2022 г. – май 2024 г.) цикл комплексных исследований аэрозоля в высоких широтах СЛО (81–88,5 °с.ш.). Средняя массовая концентрация черного углерода (еВС) в приземном слое атмосферы за 20 месяцев измерений составила 19 нг/м³, объемные концентрации субмикронного (V_f) и грубодисперсного (V_с) аэрозоля – 0,41 и 0,65 мкм³/см³ соответственно. Аэрозольная оптическая толща атмосферы на длине волны 0,5 мкм и показатель Ангстрема в весенние периоды 2023 и 2024 гг. в среднем составили 0,095 и 1,52. В полученных данных хорошо проявилась сезонная изменчивость содержания аэрозоля и еВС, аналогичная более южным районам СЛО. Самые большие концентрации наблюдались весной (еВС = 29 нг/м³, V_f = 0,61 мкм³/см³, V_c = 0,77 мкм³/см³), минимальные – в июне – октябре (еВС = 11 нг/м³, V_f = 0,13 мкм³/см³, V_c = 0,26 мкм³/см³). При качественном сходстве сезонной изменчивости средние характеристики аэрозоля в околополюсной области в несколько раз меньше многолетних данных в более южных районах океана и на полярных станциях (Баренцбург, Мыс Баранова). Полученные результаты вносят количественную определенность в закономерности пространственной и сезонной изменчивости аэрозоля в высокоширотной части СЛО.

Ключевые слова:

Северный Ледовитый океан, дрейфующая экспедиция, аэрозоль, черный углерод, аэрозольная оптическая толща

Иллюстрации:

Список литературы:

1. Kondratyev K.Ya., Ivlev L.S., Krapivin V.F., Varotsos C.A. Atmospheric aerosol properties, formation processes, and impacts: From nano- to global scales // Chichester: Springer/PRAXI, 2006. 572 p.
2. Duce R.A., Liss P.S., Merrill J.T., Atlas E.L., Buat-Menard P., Hicks B.B., Miller J.M., Prospero J.M., Arimoto R., Church T.M., Ellis W., Galloway J.N., Hansen L., Jickells T.D., Knap A.H., Reinhardt K.H., Schneider B., Soudine A., Tokos J.J., Tsunogai S., Wollast R., Zhou M. The atmospheric input of trace species to the world ocean // Glob. Biogeochem. Cycl. 1991. V. 5, N 3. P. 193–259. DOI: 10.1029/91GB01778.
3. Лисицын А.П. Современные представления об осадкообразовании в океанах и морях. Океан как природный самописец взаимодействия геосфер Земли // Мировой океан. Т. 2. Физика, химия, и биология океана. Осадкообразование в океане и взаимодействие геосфер Земли. М.: Научный мир, 2014. C. 331–571.
4. Abbatt J.P.D., Leaitch W.R., Aliabadi A.A., Bertram A.K., Blanchet J.-P., Boivin-Rioux A., Bozem H., Burkart J., Chang R.Y.W., Charette J., Chaubey J.P., Christensen R.J., Cirisan A., Collins D.B., Croft B., Dionne J., Evans G.J., Fletcher C.G., Gal M., Ghahremaninezhad R., Girard E., Gong W., Gosselin M., Gourdal M., Hanna S.J., Hayashida H., Herber A.B., Hesaraki S., Hoor P., Huang L., Hussherr R., Irish V.E., Keita S.A., Kodros J.K., Kollner F., Kolonjari F., Kunkel D., Ladino L.A., Law K., Levasseur M., Libois Q., Liggio J., Lizotte M., Macdonald K.M., Mahmood R., Martin R.V., Mason R.H., Miller L.A., Moravek A., Mortenson E., Mungall E.L., Murphy J.G., Namazi M., Norman A.-L., O'Neill N.T., Pierce J.R., Russell L.M., Schneider J., Schulz H., Sharma S., Si M., Staebler R.M., Steiner N.S., Thomas J.L., von Salzen K., Wentzell J.J.B., Willis M.D., Wentworth G.R., Xu J.-W., Yakobi-Hancock J.D. Overview paper: New insights into aerosol and climate in the Arctic // Atmos. Chem. Phys. 2019. V. 19. P. 2527–2560. DOI: 10.5194/acp-19-2527-2019.
5. Шевченко В.П. Влияние аэрозолей на среду и морское осадконакопление в Арктике. М.: Наука, 2006. 226 с.
6. Sharma S., Barrie L.A., Magnusson E., Brattström G., Leaitch W.R., Steffen A., Landsberger S. A factor and trends analysis of multidecadal lower tropospheric observations of Arctic aerosol composition, black carbon, ozone, and mercury at Alert, Canada // J. Geophys. Res.: Atmos. 2019. V. 124, N 14. P. 14,133–14,161. DOI: 10.1029/2019JD030844.
7. Shaw G.E. Atmospheric turbidity in the polar regions // J. Appl. Meteorol. 1982. V. 21, N 8. P. 1080–1088. DOI: 10.1175/1520-0450(1982)021<1080:ATITPR>2.0.CO;2.
8. Бартенева О.Д., Никитинская Н.И., Сакунов Г.Г., Веселова Л.К. Прозрачность толщи атмосферы в видимой и ближней ИК-области спектра. Л.: Гидрометеоиздат, 1991. 224 с.
9. Quinn P.K., Shaw G., Andrews E., Dutton E.G., Ruoho-Airola T., Gong S.L. Arctic haze: Current trends and knowledge gaps // Tellus. 2007. V. 59B. P. 99–114. DOI: 10.1111/j.1600-0889.2006.00236.x.
10. Arnold S.R., Law K.S., Brock C.A., Thomas J.L., Starkweather S., von Salzen K., Stohl A., Sharma S., Lund M., Flanner M.G., Petäjä T., Tanimoto H., Gamble J., Dibb J.E., Melamed M., Johnson N., Fidel M., Tynkkynen V.-P., Baklanov A., Bozem H. Arctic air pollution: Challenges and opportunities for the next decade // Elementa: Sci. Anthropocene. 2016. V. 4. DOI: 10.12952/journal.elementa.000104.
11. Physics and Chemistry of the Arctic Atmosphere / Al. Kokhanovsky, C. Tomasi (eds.). Springer, 2020. 717 p. DOI: 10.1007/978-3-030-33566-3.
12. Breider T.J., Mickley L.J., Jacob D.J., Wang Q., Fisher J.A., Chang R.Y.-W., Alexander B. Annual distributions and sources of Arctic aerosol components, aerosol optical depth, and aerosol absorption // J. Geophys. Res.: Atmos. 2014. V. 119. P. 4107–4124. DOI: 10.1002/2013JD020996.
13. Schmale J., Sharma S., Decesari S., Pernov J., Massling A., Hansson H.-C., von Salzen K., Skov H., Andrews E., Quinn P.K., Upchurch L.M., Eleftheriadis K., Traversi R., Gilardoni S., Mazzola M., Laing J., Hopke P. Pan-Arctic seasonal cycles and long-term trends of aerosol properties from 10 observatories // Atmos. Chem. Phys. 2022. V. 22. P. 3067–3096. DOI: 10.5194/acp-22-3067-2022.
14. Asmi E., Kondratyev V., Brus D., Laurila T., Lihavainen H., Backman J., Vakkari V., Aurela M., Hatakka J., Viisanen Y., Uttal T., Ivakhov V., Makshtas A. Aerosol size distribution seasonal characteristics measured in Tiksi, Russian Arctic // Atmos. Chem. Phys. 2016. V. 16. P. 1271–1287. DOI: 10.5194/acp-16-1271-2016.
15. Сакерин С.М., Чернов Д.Г., Кабанов Д.М., Козлов В.С., Панченко М.В., Полькин В.В., Радионов В.Ф. Предварительные результаты исследований аэрозольных характеристик атмосферы в районе Баренцбурга (Шпицберген) // Проблемы Арктики и Антарктики. 2012. Т. 91, № 1. С. 20–31.
16. Кабанов Д.М., Масловский А.С., Радионов В.Ф., Сакерин С.М., Чернов Д.Г., Сидорова О.Р. Сезонная и межгодовая изменчивость характеристик аэрозоля по данным многолетних (2011–2021 гг.) измерений в Российском научном центре на архипелаге Шпицберген // Оптика атмосф. и океана. 2023. Т. 36, № 6. С. 433–442. DOI: 10.15372/AOO20230602; Kabanov D.M., Maslovsky A.S., Radionov V.F., Sakerin S.M., Sidorova O.R., Chernov D.G. Seasonal and interannual variability of aerosol characteristics according to the data of long-term (2011–2021) measurements at the Russian Scientific Center on the Spitzbergen Archipelago // Atmos. Ocean. Opt. 2023. V. 36, N 6. P. 645–654.
17. Сакерин С.М., Кабанов Д.М., Лоскутова М.А., Ризе Д.Д., Чернов Д.Г., Турчинович Ю.С. Характеристики аэрозоля на научно-исследовательском стационаре «Ледовая база Мыс Баранова» в 2018–2023 гг. // Проблемы Арктики и Антарктики. 2023. Т.  69, № 4. С.  421–434. DOI: 10.30758/0555-2648-2023-69-4-421-434.
18. Поповичева О.Б., Чичаева М.А., Кобелев В.О., Касимов Н.С. Региональные источники загрязнения атмосферы Арктики черным углеродом по данным измерений на острове Белый // Оптика атмосф. и океана. 2022. Т. 35, № 12. С. 1043–1050. DOI: 10.15372/AOO20221212; Popovicheva O.B., Chichaeva M.A., Kobelev V.O., Kasimov N.S. Black carbon seasonal trends and regional sources on Bely Island (Arctic) // Atmos. Ocean. Opt. 2023. V. 36, N 2. P. 176–184.
19. Шевченко В.П., Копейкин В.М., Новигатский А.Н., Малафеев Г.В. Черный углерод в приводном слое атмосферы над Северной Атлантикой и морями Российской Арктики в июле–сентябре 2017 г. // Океанология. 2019. Т. 59, № 5. С. 771–776. DOI: 10.31857/S0030-1574595771-776.
20. Сакерин С.М., Кабанов Д.М., Круглинский И.А., Полькин В.В., Почуфаров А.О. Особенности пространственного распределения атмосферного аэрозоля в Евразийском секторе Северного Ледовитого океана // Оптика атмосф. и океана. 2024. Т. 37, № 9. С. 772–778. DOI: 10.15372/AOO20240907; Sakerin S.M., Kabanov D.M., Kruglinsky I.A., Pol’kin V.V., Pochufarov A.O. Features of the spatial distribution of atmospheric aerosol in the Eurasian Sector of the Arctic Ocean // Atmos. Ocean. Opt. 2024. V. 37, N 6. P. 881–889.
21. Sakerin S.M., Kabanov D.M., Makarov V.I., Polkin V.V., Popova S.A., Chankina O.V., Pochufarov A.O., Radionov V.F., Rize D.D. Spatial distribution of atmospheric aerosol physicochemical characteristics in Russian sector of the Arctic Ocean // Atmosphere. 2020. V. 11, N 11. P. 1170. DOI: 10.3390/atmos1111170.
22. Виноградова А.А., Поллисар А.В. Элементный состав аэрозоля в атмосфере центральной части Российской Арктики // Изв. РАН. Физ. атмосф. и океана. 1995. Т. 31, № 2. С. 264–274.
23. Шевченко В.П., Лисицин А.П., Виноградова А.А., Смирнов В.В., Серова В.В., Штайн Р. Аэрозоли Арктики – результаты десятилетних исследований // Оптика атмосф. и океана. 2000. Т. 13, № 6–7. С. 551–576.
24. Bond T.C., Streets D.G., Yarber K.F., Nelson S.M., Woo J.-H., Klimont Z. A technology-based global inventory of black and organic carbon emissions from combustion // J. Geophys. Res. 2004. V. 109. D14203. DOI: 10.1029/2003JD003697.
25. Hirdman D., Sodemann H., Eckhardt S., Burkhart J.F., Jefferson A., Mefford T., Quinn P.K., Sharma S., Ström J., Stohl A. Source identification of short-lived air pollutants in the Arctic using statistical analysis of measurement data and particle dispersion model output // Atmos. Chem. Phys. 2010. V. 10. P. 669–693. DOI: 10.5194/acp-10-669-2010.
26. Виноградова А.А., Пономарева Т.Я. Атмосферный перенос антропогенных примесей в арктические районы России (1986–2010 гг.) // Оптика атмосф. и океана. 2012. Т. 25, № 6. С. 475–483; Vinogradova A.A., Ponomareva T.Ya. Atmospheric transport of anthropogenic impurities to the Russian Arctic (1986–2010) // Atmos. Ocean. Opt. 2012. V. 25, N 6. P. 414–422.
27. Виноградова А.А., Иванова Ю.А. Атмосферный перенос черного углерода в Российскую Арктику от различных источников (зима и лето 2000–2016 гг.) // Оптика атмосф. и океана. 2023. Т. 36, № 6. С. 425–432. DOI: 10.15372/AOO20230601; Vinogradova A.A., Ivanova Yu.A. Atmospheric transport of black carbon to the Russian Arctic from different sources: Winter and summer 2000–2016 // Atmos. Ocean. Opt. 2023. V. 36, N 6. P. 758–766.
28. Shupe M.D., Rex M., Blomquist B., Persson P.O.G., Schmale J., Uttal T., Althausen D., Angot H., Archer S., Bariteau L., Beck I., Bilberry J., Bucci S., Buck C., Boyer M., Brasseur Z., Brooks I.M., Calmer R., Cassano J., Castro V., Chu D., Costa D., Cox C.J., Creamean J., Crewell S., Dahlke S., Damm E., de Boer G., Deckelmann H., Dethloff K., Dütsch M., Ebell K., Ehrlich A., Ellis J., Engelmann R., Fong A.A., Frey M.M., Gallagher M.R., Ganzeveld L., Gradinger R., Graeser J., Greenamyer V., Griesche H., Griffiths S., Hamilton J., Heinemann G., Helmig D., Herber A., Heuzé C., Hofer J., Houchens T., Howard D., Inoue J., Jacobi H.-W., Jaiser R., Jokinen T., Jourdan O., Jozef G., King W., Kirchgaessner A., Klingebiel M., Krassovski M., Krumpen T., Lampert A., Landing W., Laurila T., Lawrence D., Lonardi M., Loose B., Lüpkes C., Maahn M., Macke A., Maslowski W., Marsay C., Maturilli M., Mech M., Morris S., Moser M., Nicolaus M., Ortega P., Osborn J., Pätzold F., Perovich D.K., Petäjä T., Pilz C., Pirazzini R., Posman K., Powers H., Pratt K.A., Preußer A., Quéléver L., Radenz M., Rabe B., Rinke A., Sachs T., Schulz A., Siebert H., Silva T., Solomon A., Sommerfeld A., Spreen G., Stephens M., Stohl A., Svensson G., Uin J., Viegas J., Voigt C., von der Gathen P., Wehner B., Welker J.M., Wendisch M., Werner M., Xie Z.Q., Yue F. Overview of the MOSAiC expedition // Elementa: Sci. Anthropocene. 2022. V. 10, N 1. 10(1). DOI: 10.1525/elementa.2021.00060.
29. Kozlov V.S., Shmargunov V.P., Panchenko M.V. Modified aethalometer for monitoring of black carbon concentration in atmospheric aerosol and technique for correction of the spot loading effect // Proc. SPIE. 2016. V. 10035, N 1003530. DOI: 10.1117/12.2248009.
30. Turchinovich Yu.S., Pochufarov A.O., Sakerin S.M. Algorithm of controlling the quality and retrieval of data from measurements of aerosol and black carbon concentrations in marine expeditions // Proc. SPIE. 2021. V. 11916, N 119161U. DOI: 10.1117/12.2600591.
31. Shaw G.E. The Arctic haze phenomenon // Bull. Am. Meteor. Soc. 1995. V. 76. P. 2403–2414. DOI: 10.1175/1520–0477076<2403:TAHP>2.0.CO;2.