авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 |

«Состав атмосферы над Северной Евразией: эксперименты TROICA Международный научно-технический центр TROICA: Трансконтинентальные наблюдения ...»

-- [ Страница 2 ] --

Для прогнозирования происходящих в при родной среде изменений и оценки их послед- Рис.3.1.9. Среднее NO и NO2 (цифрами обозначены ствий необходимо вести мониторинг содер- номера экспедиций TROICA) в сравнении с со держанием NO и NO2 на станциях Хоенпайсенберг жания NOх в атмосфере. Территория России и Зотино представляет особый интерес, т.к. информа ция об эмиссиях и концентрациях NOх здесь довольно скудна. Эксперименты TROICA Концентрация NO и NO2 над незагрязнен показали, что вагон-лаборатория является ными районами по данным всех экспериментов уникальным по эффективности средством их TROICA близка к распределению окислов азота наблюдений. на станции Хоенпайсенберг. Но для некоторых Средние значения NO и NO2 в приземном экспедиций TROICA измеренные величины кон воздухе и их вариации представлены в таблице центраций NO и NO2 близки к величинам, полу 3.1.2. Самые высокие концентрации окислов ченным на фоновой станции Зотино. В целом азота отмечаются в крупных городах и доходят явного сезонного хода нет, хотя для NO2 заметно иногда до нескольких десятков ppbv (рис. 3.1.8). уменьшение концентрации летом.

Газовые примеси и аэрозоли над континентом Концентрация NO2 в течение дня изменя ется незначительно. Содержание NO в дневные часы в городах увеличивается из-за работы транспорта (рис. 3.1.10). Сухая трава, горящая весной и осенью, лесные пожары оказывают заметное влияние на концентрацию окислов азота.

Вертикальное распределение O3 и NO Антропогенные выбросы в атмосферу, изменяют химический состав не только при земного слоя, но и свободной атмосферы. Эти выбросы влияют на развитие озоновой дыры над Антарктикой, мини-дыр в некоторых рай онах Арктики, а также на истощение глобаль ного атмосферного озона. Измерительные приборы мобильной лаборатории, способны выполнять дистанционное зондирование атмосферы и изучать содержания химически и климатически активных газов во всей толще атмосферы.

В экспериментах TROICA проводились измерения вертикальных профилей озона и двуокиси азота до высоты 40-50 км над регионами, не охваченными стационарной глобальной сетью атмосферного монито ринга. Полученные данные использовались для валидации результатов зондирования состава атмосферы с космических аппаратов OMI, SCIAMACHI, GOMOS, GOME II и других.

По мере развертывания национальной системы мониторинга состояния атмосферы Рис. 3.1.10. Суточный ход NO(а) и NO2(б) в не измерения с передвижной лаборатории могут загрязненных условиях на участке Москва использоваться для калибровки приборов, Владивосток Таблица 3.1.2. Вариации приземной концентрации NO (a) и NO2 (б) (ВСЕ данные и данные, полученные в незагрязнен ных условиях – ФОН) вдоль Транссибирской железной дороги Москва-Владивосток (TROICA-2 TROICA-12) Персентили a) Усло- Кол-во Ст. Медиа Сезон Среднее Мода вия данных откл на 25% 75% 10% 90% ВСЕ 16557 1.71 4.97 0.21 0.04 0.06 1.01 0.03 3. Весна ФОН 6872 0.11 0.10 0.07 0.04 0.04 0.17 0.02 0. ВСЕ 50529 1.44 4.01 0.40 0.2 0.23 0.90 0.15 2. Лето ФОН 11626 0.25 0.09 0.26 0.3 0.20 0.32 0.12 0. ВСЕ 17828 2.23 6.37 0.16 0.07 0.08 0.73 0.05 5. Осень ФОН 7881 0.12 0.08 0.09 0.07 0.06 0.15 0.04 0. b) Персентили Усло- Кол-во Ст. Медиа Сезон Среднее Мода вия данных откл на 25% 75% 10% 90% ВСЕ 16578 5.30 6.46 2.99 1.23 1.72 5.860 1.13 12. Весна ФОН 4580 1.30 0.34 1.28 0.94 1.01 1.580 0.87 1. ВСЕ 67748 3.31 4.12 2.01 0.4 1.06 3.940 0.60 7. Лето ФОН 26956 0.95 0.43 0.94 0.4 0.60 1.280 0.40 1. ВСЕ 17920 4.49 6.40 2.12 0.41 0.99 4.785 0.51 11. Осень ФОН 7787 0.95 0.48 0.88 0.41 0.54 1.340 0.36 1. Газовые примеси и аэрозоли над континентом Рис. 3.1.12. Вертикальное распределения двуоки си азота, полученное в экспедициях TROICA-4 (а), и TROICA-9 (б). Содержание NO2 дано как среднее в 5 км слое воздуха. Для сравнения синим цветом показаны измерения на Звенигородской научной станции (55.69° с.ш., 36.77° в.д.) 7 марта 1998 года установленных на станциях этой сети, а также станциях, работающим по международным программам NDAAC, ACCENT, AERONET и др.

Эксперименты TROICA продемонстриро вали возможность контролирования состоя ния озонового слоя и образования в нем аномалий (мини-дыр), которые регулярно формируются над Сибирью.

Рис 3.1.11 - 3.1.13 показывают примеры восстановления вертикальных профилей О и NO2 в экспедициях TROICA-4 и TROICA- [Postylyakov et al., 2006]. В обеих экспедициях распределения примесей в стратосфере по маршруту Москва-Владивосток было при мерно одинаковым. Общее содержание озона, измеренное в TROICA-4, хорошо согласуется с данными TOMS.

Модель переноса излучения МСС++ в атмосфере, которая используется для полу чения данных дистанционного зондирования в экспериментах TROICA, включает вычисле ние производных поля радиации по характе Рис. 3.1.11. Измерения озона в экспедиции TROICA-4:

ристикам атмосферы в дополнение к обыч Общее содержание озона, измеренное с 18 по ным расчетам интенсивности поля радиации.

февраля 1998 года и данные TOMS(a). Ромбы показы вают время пересечения местного полдня. Участки Эти производные также называются весо пути, вдоль которых были измерены вертикальные выми функциями обратной задачи, послой профили озона обозначены белыми линиями на ными воздушными массами или факторами карте общего содержания озона TOMS на 18 февраля 1998 года (б). Профили распределения озона, изме- уширения. Линеаризованная модель пере ренные вечером 19 и 23 февраля 1998 года (в) носа радиации MCC++ подробно изложена в работах [Postylyakov, 2004, Patat et al.. 2006].

Эта модель выполняет расчеты для сферически-симметричной атмосферы, что позволяет использовать ее для измерений Газовые примеси и аэрозоли над континентом Рис. 3.1.13. Вертикальный разрез содержания NO2 Рис. 3.1.14. Ошибки скалярного расчета послойной по пути Москва-Владивосток-Москва (TROICA-9) воздушной массы MAX DOAS измерений для раз личных зенитных углов наблюдений (OZA). Зенитный угол Солнца (SZA) равен 80° в сумерки и в пригоризонтных направле ниях. Подобные наблюдения предоставляют информацию о вертикальном распределении слабо поглощающих примесей в атмосфере.

Модель учитывает все порядки рассеяния и рассчитывает четыре компонента вектор параметра Стокса, что позволяет избежать неточностей, характерных для скалярного описания солнечной радиации. Рис. 3.1. показывает пример ошибки скалярных (без учета поляризации) расчетов послойной воз душной массы, которая существенно зависит от высоты и азимута угла рассеяния и может Спектрометры для наблюдения общего содержа достигать нескольких десятков процентов. ния и вертикального распределения O3 и NO 3.2. Углеродсодержащие соединения: CO, CO2, CH Пространственное распределение процессы, а также выбросы транспорта и промышленных предприятий.

Парниковые газы оказывают существенное Высокие концентрации CO2 регистрирова влияние на климат Земли, атмосферные радиа- лись в ночное время суток, когда происходит ционные процессы и химический состав при- его интенсивное выделение в атмосферу за земного воздуха. Измерения концентрации в счет дыхания растительности и почвы и нако воздухе углекислого газа (CO2) и метана (CH4) пление в приземном воздухе во время инвер с помощью передвижной лаборатории позво- сий температуры. В то же время, наблюдаются ляют выявлять природные и антропогенные коротковременные всплески CO2 в промыш источники этих важнейших парниковых газов, ленных регионах, т.к антропогенный метан проводить оценку их воздействия на состав также накапливается в приземном слое во атмосферы и климат, следить за качеством время инверсий температуры.

приземного воздуха, обнаруживать экстре- Важнейшие источники CO: окисление мальные экологические ситуации и прогнози- метана, горение биомассы, выбросы транс ровать их развитие. Примеры пространствен- порта, тепловых электростанций и промыш ных распределений CO2 и CH4 приведены на ленных предприятий. Высокие концентра рис. 3.2.1 и 3.2.3. ции опасны для живой природы и здоровья Изменение содержания углекислого газа человека. По данным экспериментов TROICA, в атмосфере оказывает наиболее значитель- наиболее загрязненные CO районы страны – ное воздействие на климат Земли. Его важ- Центральный Европейский (влияние транс нейшими источниками являются биогенные порта и промышленности) и Юг Восточной Газовые примеси и аэрозоли над континентом Рис. 3.2.1. Концентрация углекислого газа в при земном воздухе (усредненные данные по 10 км.) по наблюдениям в экспедиции TROICA – 9 вдоль Транссибирской ж.д. между Москвой и Хабаров ском. Ночное увеличение углекислого газа связано с дыханием растений и его накоплением вблизи поверхности земли под слоем инверсии Рис. 3.2.4. Гистограммы повторяемости значений концентраций парниковых газов над континентом Сибири (предприятия энергетики и регуляр ные выносы загрязнений с территории Китая, Рис. 3.2.2. Концентрация окиси углерода в при Японии, Южной Кореи и лесные пожары). Рас земном воздухе (усредненные данные по 10 км.) по наблюдениям в экспедиции TROICA – 9 (лето пределение СО во время проезда от Москвы 1999 г.) вдоль Транссибирской ж.д. между Москвой и до Хабаровска в 1999 г. показано на рис.3.2.2.

Хабаровском Атмосферный метан (CH4) влияет на кли мат планеты, а при высоких концентрациях в случае техногенных аварий создаёт угрозу взрывов. Важнейшим природным источником метана являются биогенные эмиссии из болот и увлажненных почв (см. табл. 3.2.1). Антропоген ные источники CH4: утечки из системы добычи и транспортировки газа, выбросы из очист ных сооружений и мусорных свалок. Районы с наиболее высоким содержанием метана в воздухе – Центральный Европейский (вблизи Рис. 3.2.3. Концентрация метана в приземном воздухе (усредненные данные по 10 км.) по наблюдениям в предприятий нефте- и газопереработки) и экспедиции TROICA – 9 (лето 1999 г.) вдоль Транс Западная Сибирь (природные источники, объ сибирской ж.д. между Москвой и Хабаровском. По екты газодобывающей промышленности).

данным изотопного анализа данных, полученных в ходе экспедиции TROICA-2, обширная область повы Статистический анализ данных измерений шенных концентраций метана в Зап. Сибири связана с концентраций парниковых газов, выполнен биогенными эмиссиями из болот и увлажненных почв ный по нескольким экспедициям, проведен ным в 1997-2004 гг., позволил выявить основ ные закономерности их пространственной и Табл. 3.2.1. Эмиссии СН4 и СО2 из природных источников (июнь-июль 2001 г., TROICA-7). временной изменчивости над территорией Рос сии [Oberlander et al., 2002;

Беликов и др., 2006].

Эмиссии, Газ Регион 106•мол/м2/ч В данном разделе приводятся результаты, относящиеся к незагрязненным условиям Макс З. Сибирь 70 ± (фоновым и близким к фоновым), т.е. в отсут Метан ствие непосредственного влияния антропо Мин В. Сибирь 3.2 ± 1. генного загрязнения атмосферы.

Характерное распределение повторяе Макс Д. Восток 13.6 ± 0. Углекислый мости значений концентраций парниковых газ Мин З. Сибирь 3.4 ± 1.7 газов отдельно для экспедиций, проведенных Газовые примеси и аэрозоли над континентом в холодный (зимний) и теплый (летний) сезоны, показано на рис. 3.2.4.

Для концентрации CO в холодный период среднее значение составляет 0,21±0,03 ppmv.

В теплый период средняя концентрация CO заметно меньше и равна 0,12±0,03 ppmv.

Распределение CO2 в зимнее время харак теризуется существенной однородностью, так что все значения сосредоточены в узкой области 380-400 ppmv. В теплый период кон центрация CO2 подвержена существенным вариациям, в особенности в условиях мощных приземных инверсий. Среднее значение кон центрации составляет 376±34 ppmv.

Распределение повторяемостей концен трации CH4 имеет характер, аналогичный распределению для CO2. Его концентрация зависит от приземных инверсий, однако, в Рис. 3.2.5. Пространственное распределение концентра меньшей степени, чем CO2. ций CO, CO2, CH4 над континентом в холодный период (10-ти градусное осреднение) Результаты анализа пространственного рас пределения концентраций парниковых газов над континентом показаны на рис. 3.2.5 и 3.2.6.

Концентрация CO в холодный период распределена над континентом практиче ски равномерно. В теплый период имеется ярко выраженный долготный градиент над территорией Сибири, который составляет 0,6 ppbv/градус долготы.

Распределение концентрации CO2 в холодный период практически однородно.

В теплый период неоднородности распре деления обусловлены различным характе ром ландшафтных условий и растительного покрова, а также различной степенью антро погенных эмиссий CO2.

Неоднородности пространственного рас пределения концентрации CH4 в холодный период обусловлены антропогенными источ никами. Теплый период характеризуется Рис. 3.2.6. Пространственное распределение концен хорошо заметным ростом концентрации в траций парниковых газов над континентом в теплый регионе Западной Сибири, что объясняется период (10-ти градусное осреднение) интенсивной эмиссией CH4 из увлажненных почв этого региона. условиях они также как и радон накаплива ются в приземном воздухе.

Если из рядов данных выбрать только те, Эмиссии которые были получены в чистых условиях, то налицо высокая корреляция между 222Rn и Полученные значения потоков Rn быть СО, СО2, СН4. При выполнении условий неза использованы для оценки эмиссий газовых грязненности воздушной массы NO 0.3 ppbv составляющих атмосферы, источники которых и CO 0.2 ppmv коэффициенты корреляции находятся на земной поверхности. В частно- концентраций этих газов с 222Rn находятся сти, к таким газам относятся парниковые газы в интервале 0.75-0.95. Зная поток радона из СО2 и СН4, а также СО, играющем важную роль почвы и коэффициенты линейных регрессий в образовании озона. В отсутствие антропо- между 222Rn и углеродсодержащими газами, генного влияния эти газы являются продук- мы получаем значения ночных биогенных том жизнедеятельности почвенных микроор- эмиссий. На рис. 3.2.7 – 3.2.9 приведены такие ганизмов и растительности. В инверсионных оценки для летних и зимних условий.

Газовые примеси и аэрозоли над континентом Рис. 3.2.7. Пространственное распределение ночных потоков CO2, рассчитанных по результатам измерений в экспедициях TROICA для летних и зимних условий Рис. 3.2.10. Идентификация источников метана по измерению изотопа 13C и D в пробах, взятых в экспедиции TROICA- Изотопный состав.

Исследования изотопного состава угле рода, кислорода и водорода с помощью пере движной лаборатории позволяют идентифи цировать источники эмиссий метана и окиси Рис. 3.2.8. Пространственное распределение ночных потоков CH4, рассчитанных по результатам измерений углерода и оценить их вклад в глобальный в экспедициях TROICA для летних и зимних условий баланс парниковых газов и наблюдаемые кли матические тренды. Изотопный анализ проб воздуха на 13С, 14С, 18O и D, полученных в ходе экспериментов TROICA, проводился в Инсти туте химии Макса Планка.

Источники атмосферного метана и окиси углерода можно разделить на три группы:

биогенные (эмиссии из болот и увлажненных почв), термогенные (высокотемпературные производственные циклы) и горение био массы (рис. 3.2.10).

Анализ изотопного состава СН4 проводился для проб воздуха, отобранных на пути от Рис. 3.2.9. Пространственное распределение ночных по токов CO2 и CH4, рассчитанных по результатам измере- Москвы до Владивостока и обратно в экспери ний в весенней экспедиции от Мурманска до Кисловод ментах TROICA – 2,5,7,8 [Bergamasсhi et al., 1998;

ска (TROICA-6, красный цвет – CO2, синий цвет – CH4) Oberlander et al., 2002;

Rockmann et al., 1997;

Тарасова и др., 2005]. В рамках эксперимента Газовые примеси и аэрозоли над континентом Рис. 3.2.11. Идентификация источников метана по измерению изотопа 13C и D в пробах, взятых на ко рабле (вдоль реки Обь) и на поезде (образец №5) во время экспедиции TROICA-5 в Западной Сибири TROICA-5 были проведены измерения и отбор проб с корабля во время плавания по реке Обь на протяжении 1500 км от Новосибирска до Ханты-Мансийска [Tarasova et al., 2006].

В ходе экспериментов TROICA повышен ный уровень CH4 был зарегистрирован при прохождении вагона-лаборатории по терри тории Западно-Сибирской низменности и с борта корабля на р. Оби. Анализ содержания изотопов 13C и D показал, что большая часть приземного метана имеет биогенное про исхождение за счет эмиссий с поверхности болот и увлажненных почв (рис. 3.2.11).

Заметный вклад в формирование повы шенного уровня метана в Западно-Сибирском регионе вносят утечки природного газа во время его добычи, переработки и транспор тировки. Корабельные измерения показали, что на малом расстоянии от места добычи природного газа (~0,5 км) превышение кон Рис. 3.2.12. Отношение концентраций 13С и СН4 в центрации СН4 над фоновым уровнем может различных регионах России по данным экспедиции на 50% и более быть обусловлено антропоген- TROICA-7: Европейская часть России (Zone 1), Запад ным воздействием. Высокий уровень метана ная Сибирь (Zone 2), Центральная Сибирь (Zone 3), Восточная Сибирь и Дальний Восток (Zone 4) также может быть связан с его накоплением в приземном воздухе во время существова- г. Перми, где поезд пересекал несколько ния температурных инверсий, которые в цен- магистральных газопроводов, соединяющих тральной части континента наиболее ярко северные месторождения газа с Центральной выражены. Россией. Например, в эксперименте TROICA- В других регионах высокие концентра- превышение СН4 над фоном достигало здесь ции метана регулярно отмечались в районе 200 ppbv. При этом содержание в пробах Газовые примеси и аэрозоли над континентом изотопа 13С (13Систочник =52.4%) говорило о присутствии в воздухе природного газа, т.е.

СН4 термогенного происхождения.

Благодаря передвижной лаборатории был проведен анализ распределения и осо бенности происхождения СН4 в различных регионах России. Были выделены: Европей ская часть России (Зона 1), Западная (Зона 2) и Центральная (Зона 3) Сибирь, Восточная Сибирь и Дальний Восток (Зона 4). В качестве примера на рис. 3.2.12 показано содержание изотопов 13С в составе метана для проб воз духа, взятых в этих регионах в эксперименте TROICA-7, и характеризующихся разной кон центрацией метана. Как следует из пред ставленных графиков и из данных анализа, полученных в других экспедициях, биоген ные источники метана играют преобладаю щую роль не только в Западной Сибири, но и в других регионах России. В то же время ярко выделяются локальные области повы шенного содержания СН4 в городах, их окрестностях и различных объектах газовой индустрии. В целом анализ данных наблюде ний позволяет сделать вывод, что в системе транспортировки, распределения и потребле ния природного газа довольно значительны его утечки, и они могут быть количественно оценены на основе данных экспериментов TROICA. Позитивным моментом в этой ситуа ции является явно имеющая место тенденция повышения качества магистральных газо проводов с 1996 г. по настоящее время, про являющаяся в уменьшении от экспедиции к экспедиции по Транссибу случаев увеличе- Рис. 3.2.13. Идентификация источников CO на ния концентрации СН4 при пересечении или основе изотопного анализа 13С, 14С и 18О вблизи таких газопроводов.

Изотопный состав окиси углерода (13С, в то время как фотохимическое окисление С, 18О) позволяет идентифицировать его дает значения С18О близкие к фоновому. Фото источники: сжигание ископаемого топлива химическое окисление СН4, ЛОС и некоторых и горение биомассы (оба источника распо- других соединений, равно как и горение био ложены, в основном, на поверхности земли), массы сопровождается появлением 14СО и, фотохимическое окисление СН4 и летучих напротив, при сжигании ископаемого топлива органических соединений (действуют в толще СО отсутствует.

атмосферы и имеют резко неоднородное Анализ 14С и 18О в СО (см. пример на рис.

пространственное распределение, завися- 3.2.13) в комбинации с анализом обратных щее от концентрации ОН и биогенных эмис- траекторий позволил установить причину сий ЛОС). От содержания изотопов углерода образования в Восточной Сибири летом и кислорода зависит скорость окисления СО. 1996г. (TROICA-2) нескольких областей с резко СО реагирует с ОН медленнее, а С18О быстрее, повышенной концентрацией окиси угле чем 12С16О. СО, образующаяся при окислении рода. Источником СО являлось горение био СН4 имеет низкое содержание 13С, поскольку массы - лесные пожары и сжигание отходов преимущественно СН4 является продуктом сельскохозяйственного производства в Китае бактериальной деятельности. Содержание 18О [Bergamasсhi et al., 1998].

зависит от характера окислительного про- Определение источников СО в Западной цесса. Окисление СН4 при высоких темпера- Сибири (во время плавания по Оби - TROICA-5) турах дает СО с высоким содержанием С18О, привело к выводу о преимущественном здесь Газовые примеси и аэрозоли над континентом влиянии на её содержа- во взятом воздухе описан подробно в работе ние процессов фотохи- [Turnbull et al., 2009]. Пробы воздуха анали мического окисления зировались на содержание многих других СН4. Об этом говорят его составляющих, включая некоторые гало 13Систочник значения генуглероды. Эти же галогенуглероды изме близкие к –36.8%. В рялись в непрерывном режиме с помощью то же время то, что четырехканального хроматографа ACATS-IV.

18 О и с т о ч н и к =9.0±1.6%, Эти непрерывные измерения позволяли сле позволяет заклю- дить за изменениями состава атмосферы и про чить, что и в Западной водить селекцию данных 14СО2 в зависимости Сибири заметно влия- от степени антропогенного воздействия.

ние пожаров (горения В результате анализа полученных дан биомассы) [Tarasova et ных было показано, что преимущественное al., 2005;

Tarasova et al., влияние на пространственное распределе 2007]. ние 14СО2 оказывает сгорание ископаемого Ева Оберландер дает Некоторое влия- топлива, свободного от 14С. Вместе с тем старт экспедиции TROICA- ние на содержание СО некоторый вклад в содержание в атмосфере в Западной Сибири, как СО2 вносят также атомные электростан было замечено по отдельным пробам, ока- ции. Их влияние проявляется в виде некото зывает сжигание попутного газа при добыче рого увеличения 14СО2 в окрестностях таких нефти и сжигание природного газа на газо- станций.

перекачивающих станциях (отмечались зна- Построение обратных траекторий позво чения 13Систочник=-40.3% и 18Оисточник=17.5%). лило идентифицировать основные особенно Схожий состав изотопов С и О наблюдался сти распределения 14СО2 и получить фоновые в окрестностях городов Перми и Кунгур, (вне антропогенного влияния) характери что подтверждает сделанные из изотопного стики поля её концентрации в пограничном содержания СН4 выводы о значительном воз- слое атмосферы над обширной частью Север действии в этом регионе нефтегазовой инду- ной Евразии. Содержание 14СО2 увеличивается стрии на состав атмосферного воздуха. на 5±1.0% в восточном направлении от 40о в.д. до 120о в.д. (рис. 3.2.14). Этот же градиент является значимым на уровне 99%. Величина градиента 14СО2 совпадает с численной оцен Двуокись углерода 14СО кой эмиссий СО2 от сжигания ископаемого топлива в Европе и изменения концентрации Двуокись углерода, выделяющаяся в атмос СО2 во время переноса и перемешивания феру в результате сжигания ископаемого продуктов сгорания в шлейфе загрязненного топлива, не содержит изотопа 14С (среднее воздуха. Наблюдавшееся увеличение 14СО время его жизни равно 8267 лет), но другие к Востоку континента соответствует уменьше источники СО2 поставляют 14С в концентра нию СО2 от сжигания ископаемого топлива на циях близких к концентрации в окружающем 1.8 ppmv (в обычно используемом предполо воздухе. Таким образом, измерения содержа жении, что изменение на –2.8‰ в 14СО2 соот ния радиоактивного углерода в атмосфере в ветствует изменению СО2 на 1 ppmv). Измере составе СО2 (14СО2) являются хорошим инди ния 14СО2 на станции Нивот Ридж, Колорадо, катором вклада сжигания угля, нефти и др.

США (NWR;

40,050 с.ш.;

105,580 з.д;

3475 м над видов ископаемого топлива в общий баланс уровнем моря), проведенные в чистом воздухе углекислого газа в атмосфере.

в свободной тропосфере, дали средние зна Уникальная информация о пространствен чения 14СО2, равное 66,8±1,3‰ (заштрихо ном распределении 14СО2 была получена от ванная область полученных значений приве Москвы (55о66’ с.ш.;

37о58’ в.д.) до Хабаровска дена на рис. 3.2.14).

(48о05’ с.ш., 135о10’ в.д.) в ходе эксперимента Эксперимент TROICA дал, соответственно, TROICA-8 (19 марта 1 апреля 2004 г.) [Turnbull для удаленных фоновых районов Восточной et al., 2009]. Анализируемый на изотопный Сибири величину 14СО2, равную 62,8±0,5‰.

состав воздух забирался в передней части Такое различие в изотопном составе приводит вагона на высоте 4 м над полотном железной к выводу, что, несмотря на заметное переме дороги. Пробы воздуха отбирались в специ шивание загрязнений, в пограничном слое альные 3-х литровые электро-полированные в ходе дальнего переноса, влияние Евро колбы из нержавеющей стали в течение пейских эмиссий СО2 ещё остается значи минут. Метод измерения концентрации 14СО Газовые примеси и аэрозоли над континентом мым вплоть до восточных границ Северной Евразии.

Данные наблюдений 14СО2 в чистом воз духе (TROICA-8) сравнивались с результатами численного моделирования переноса СО2 над Северной Евразией (транспортная модель ТМ5). Расчеты подтверждают, что особен ности полученного в экспериментах TROICA профиля 14СО2 почти полностью определя ются эмиссиями СО2 от сжигания ископаемого топлива. При этом величина градиента отно сительно мало чувствительна к неопределен ностям в оценке величины эмиссий продуктов сгорания топлива. Более чувствителен этот Рис. 3.2.14. 14СО2 как функция долготы. Черные ромбы соответствуют данным, полученным в градиент к используемым в модели параме- чистых фоновых условиях, светлые символы – трам вертикального перемешивания. Отсюда данным, полученным в условиях влияния атомных следует, что 14СО2 может служить эффектив- электростанций – (треугольники) и промышленных (городских) загрязнений (кружки). Заштрихованная ным индикатором правильности задания в область соответствует уровню 14СО2 на станции численных транспортных моделях процессов Huвот Puдж (США) с учетом стандартных отклоне перемешивания. ний. Модельные расчеты, проведенные для каждых времени и места отбора проб, приведены для стан дартного (сплошная линия) и быстрого (пунктирная линия) перемешивания (см. Turnbull et al., 2009) 3.3. Летучие органические соединения.

Многие из летучих органических соединений обладают токсичными, мутагенными и канце рогенными свойствами. При значительных кон центрациях они оказывают неблагоприятное воздействие на живую природу и человека. Раз рушаясь в атмосфере, образуют активные ради калы, которые определяют систему химических взаимодействий в атмосфере и ее состав.

На территории России регулярные наблюде ния ЛОС не ведутся. Практически отсутствует информация об их естественных и антропоген ных источниках. Не определена величина выноса ЛОС на территорию России из стран Европы и стран Восточной Азии. Наблюдения с помощью передвижной лаборатории дают важную инфор мацию для определения баланса этих приме сей и оценки их влияния на химический состав атмосферы и климат Земли (см. табл. 3.3.1).

Пробы воздуха на содержание ЛОС отбира Рис. 3.3.1. Распределения суммарной концентрации ЛОС для сельской местности и городских районов ются прямо по ходу движения поезда или во на маршруте Москва – Хабаровск (TROICA-4 и 5) время остановок на сорбент, либо закачиваются в канистры из нержавеющей стали. Затем пробы Табл. 3.3.1. Относительное содержание различных углеводородов (в %) в пробах, отобранных в сельской местности на маршруте Москва – Владивосток Эксперимент Алканы Алкены Ароматические Карбонильные Спирты,эфиры TROICA-2 91.6 ± 6.3 5.5± 1.5 0.4± 0.3 1.6± 0.9 0.9 ± 0. TROICA-3 87.3± 6.9 2.9± 0.9 1.8± 0.8 0.3± 0.2 7.7± 4. TROICA-4 89.2± 7.1 1.3± 0.7 0.7± 0.3 8.8± 4.1 –– TROICA-5 75.5± 15.1 5.5± 2.9 6.7± 3.8 6.7 ± 3.3 5.6 ± 3. Газовые примеси и аэрозоли над континентом Рис. 3.3.3. Пространственное распределение кон Рис. 3.3.2. Содержание основных для химии атмосфе центрации изопрена при движении на Восток и на ры летучих органических соединений на пути от Кис Запад. Эксперимент TROICA-12, 2008 г.

ловодска до Мурманска 27-29 мая 2000г (TROICA-6) Табл.3.3.2. Градиент концентрации ЛОС в южном меридио нальном направлении по наблюдениям 27-29 мая 2000г Соединение Градиент, ppbv /1000 км Метанол 2.37 ± 0, Ацетонитрил 0.08 ± 0, Ацетальдегид 0.23 ± 0, Ацетон 0.89 ± 0, Изопрен, 0.06 ± 0, растительные спирты С-пентан 0.03 ± 0, Бензол 0.07 ± 0, Толуол 0.05 ± 0, С8-бензолы 0.03 ± 0,01 Рис. 3.3.4. Пространственное распределение концентрации бензола и толуола при движении С9-бензолы 0.07 ± 0,01 на Восток. TROICA-8, биогенных эмиссий при перемещении с юга на анализируются в передвижной или стационар север в весенний период (табл. 3.3.2).

ной химической лаборатории. Пример получен Подробные трансконтинентальные изме ных данных показан на рис. 3.3.1 [Еланский и др., рения концентрации ЛОС в приземном воз 2000;

Elansky et al., 2001a].

духе были выполнены в летнем эксперименте Наиболее высокие значения ЛОС были полу TROICA-12. На рис. 3.3.3 представлено в каче чены летом 1999 г. Высокий уровень и специфи стве примера пространственное распределе ческое распределение примесей в экспери ние изопрена от Москвы до Владивостока. При менте TROICA–5 обусловлены интенсивным движении на Восток погода вдоль Транссиба испарением органических соединений и высо бала теплее и солнечнее, чем при движении в кими окислительными свойствами атмосферы в обратном направлении. Биогенные эмиссии в аномально жаркий летний период.

бореальных и широколиственных лесах в Вос Использование протонного масс точной Сибири и Приморском крае были, соот спектрометра позволило в эксперименте ветственно, более активными при движении в TROICA-6 проводить измерения концентрации восточном направлении, чем в западном. Кон ключевых для химии атмосферы ЛОС в реаль центрация примесей, имеющих антропогенное ном времени. Пространственные структуры происхождение, в меньшей степени зависит от над континентом для большинства из них были погодных условий. На рис. 3.3.4 показаны про получены впервые (рис. 3.3.2).

фили концентрации бензола и толуола, скачки Наиболее высокие концентрации ЛОС на которых связаны с пересечением городов и трассе Мурманск – Кисловодск регистрирова шлейфов загрязненного воздуха. Полученная лись в зонах влияния городов Новочеркасск, информация о ключевых ЛОС дает, наконец, воз Рязань, Москва и Санкт-Петербург. Если рас можность более или менее надежного фотохи сматривать только чистые условия сельской мического моделирования изменений состава местности, то можно выделить меридиональ атмосферы над территорией России.

ный градиент ЛОС, связанный с уменьшением Газовые примеси и аэрозоли над континентом 3.4. Концентрации и потоки 222Rn ский регионы, горные районы Восточной Радон (222Rn) широко используется в каче Сибири и Амурская равнина. Именно здесь в стве информативного радиоактивного трас горных породах отмечается высокое содер сера для характеристики различных динами жание урана и радия.

ческих процессов в атмосфере: определения области формирования и траекторий дви жения воздушных масс, оценки вертикаль ного коэффициента диффузии и толщины слоя перемешивания, определения верти кальной стратификации нижней атмосферы.

По изменению его концентрации можно оце нить эмиссии, накопление различных газовых и аэрозольных примесей в приземном воз духе и их осаждении на поверхности. Главным источником поступления 222Rn в атмосферу является почва. Величина потока зависит от содержания природных радионуклидов в горных породах, почвах, подземных водах и Рис.3.4.1. Пространственное распределение от диффузионных свойств почвы. концентраций 222Rn от Москвы до Владивостока Измерения концентрации 222Rn проводи- (TROICA-11) лись с помощью анализатора дочерних про На рис. 3.4.2 представлены гистограммы дуктов его распада LLRDM (Low Level Radon плотности распределения суточных значе Daughters Measurements) фирмы Tracer Lab, ний концентрации радона для экспедиций, Германия. Воздухозаборник располагался в проведенных в разное время года. Харак передней части вагона на высоте 4 м. Значе теристики распределения концентрации ния концентрации 222Rn определяются каж Rn над континентом представлены в табл.

дые 10 мин, как средние за этот период вре 3.4.1. Распределение повторяемостей суточ мени. Погрешность измерений составляет ных значений концентрации радона несим около 30%.

метрично, что обусловлено увеличением На рис. 3.4.1 приведено в качестве примера концентрации радона в приземном слое распределение концентрации 222Rn между во время температурных инверсий. Такая Москвой и Владивостоком по измерениям несимметричность наиболее выражена в в экспедиции TROICA-11 (30.07.07 - 05.08.07).

период летних экспедиций (TROICA- 5, 7, 11) Общим для всех подобных трансконтинен и осенней экспедиции TROICA-9. Во время тальных профилей является резкое увеличе летних экспедиций и весенней экспедиции ние концентрации с момента установления TROICA-8 наблюдались значительные вариа приземных ночных температурных инверсий ции концентрации радона, 7.4 ± 7.9 Бк/м3 и и до их разрушения (на рис. 3.4.1 показано 6.7 ± 6.7 Бк/м3, соответственно (рис. 3.4.2).

положение верхней границы инверсии и её Максимальные значения концентрации подъем в течение ночи). Что касается про радона наблюдались летом и весной, до странственных неоднородностей, то анализ и 75 Бк/ м3, соответственно. Вариации днев данных, полученных в поездках по Транссибу, ных значений концентрации 222Rn (с 9 до 18 ч.

выявляет следующие области повышенных местного времени), т.е. во время отсутствия концентраций 222Rn – Уральский и Байкаль Табл.3.4.1. Статистические характеристики распределения суточных значений концентрации радона в экспедициях TROICA Стандартное Максимальное Минимальное отклонение квартиль квартиль Нижний значение значение Медиана Верхний среднего Ошибка Среднее Мода Лето 7,4 7,9 0,1 3,1 4,8 70,7 0.1 2,3 9, Осень 12,6 10,9 0,3 5,2 9,3 49,4 0,2 4,2 17, Весна 6,7 6,7 0,2 3,6 4,7 74,8 0,2 3,0 7, Газовые примеси и аэрозоли над континентом Рис.3.4.3. Сезонные вариации средних значений концентраций 222Rn Средняя концентрация 222Rn по всему коридору в зависимости от сезона (рис. 3.4.3) меняется от 6.2. (TROICA-5) до 12.6 Бк/м (TROICA-9). Различия от экспедиции к экспе диции связаны с состоянием поверхности (атмосферными осадками) и продолжитель ностью существования инверсий. На рис. 3.4. заметно общее увеличение 222Rn к концу лета и осени, когда продолжительность инвер сий резко возрастает. Большое количество осадков, наоборот, приводит к уменьшению потока 222Rn в атмосферу, что видно по сопо ставлению данных TROICA-7 и -5.

По наблюдениям концентрации 222Rn и толщины слоя инверсии были определены значения потоков радона для той местно сти, где состояние приземного слоя отли чалось высокой устойчивостью. При этом мы предполагаем, что поток радона для всей этой местности постоянен. Бльшую неопределенность в оценку потоков вно сит отсутствие информации о вертикаль ном градиенте 222Rn. По литературным дан Рис.3.4.2. Гистограммы плотности распределения ным, градиент 222Rn в этой области может суточных значений концентрации радона (а) летом (TROICA-5,7,11);

(б) осенью (TROICA-9);

(в) меняться в значительных пределах в зави весной (TROICA-8) симости от многих факторов, но в основном сосредоточен в слое 0-100 м. На рис. 3.4. приведены рассчитанные значения потока инверсий температуры, меньше его суточных радона при условии, что он распределен вариаций, а средние дневные значения в однородно в слое от земли до высоты 1,5 – 2 раза меньше средних значений за м. Как видно, максимальные потоки отмеча сутки. Максимальные дневные значения ются в Забайкалье – гористой территории составляют до 30 и 35 Бк/м3 летом и осенью, Восточной Сибири, минимальные значения, соответственно, и до 14 Бк/м3 весной. Высо как правило, относятся к тем районам, где кие значения концентрации радона в днев в момент измерений или накануне выпали ное время суток связаны, как предполага интенсивные осадки. Потоки радона из ется, с прохождением атмосферных фронтов почвы вдоль Транссибирской магистрали в во время проезда и образованием припод разные сезоны варьируют от 0.014 до 0. нятых инверсий температуры.

Газовые примеси и аэрозоли над континентом Бк/м2с. Средняя величина – 0.055 Бк/м2с.

Поскольку железная дорога пересекает ино гда территории, где идет активная добыча полезных ископаемых открытым способом и в шахтах, то некоторые повышенные зна чения на рис. 3.4.4 могут быть обусловлены влиянием антропогенных факторов.

Содержание 222Rn в приземном воздухе обратно пропорционально содержанию озона. Это связано с изменением вертикаль ного перемешивания атмосферы в течение суток. Во время инверсий температуры концентрация радона в приземном воздухе резко возрастает за счет его выделения из почвы и накопления в подинверсионном Рис.3.4.4. Распределение потока 222Rn от Москвы слое, а концентрация озона резко падает за до Владивостока (заштрихованная область – рельеф местности;

красный овал – протаивание счет его осаждения на земную поверхность, снежного покрова;

синий квадрат – осадки) отсутствия его фотохимической генерации и доступа из верхнего слоя тропосферы (рис. 3.4.5). Поэтому значения потока 222Rn из почвы в атмосферу могут быть исполь зованы для оценки стока озона на земную поверхность.

3.5. Озоноразрушающие вещества Среди озоноразрушающих веществ (ОРВ) особое место занимают галоны и хлорфтору Рис.3.4.5. Вариации концентраций 222Rn и O3 в глероды или фреоны. Их влияние наиболее летних экспедициях TROICA проявляется в стратосфере, где оно приводит к изменению содержания озона и появлению «озоновых дыр». В связи с этим в 1987 г. про изводство ОРВ строго регулируется Монре альским Протоколом, в котором участвует и Россия. Контроль за содержанием и выбро сами фреонов, галонов и других галогенсо держащих соединений – одна из важнейших экологических задач (рис. 3.5.1).

В настоящее время содержание в атмос фере контролируемых ОРВ снижается из-за прекращения их производства в 90-е годы в развитых странах. Однако многие развиваю Рис. 3.5.1. Соотношение хлор-, фтор- и бромсо щиеся страны продолжают производить и держащих углеводородов в глобальных эмиссиях использовать некоторые из этих соединений. галогенсодержащих ОРВ Учитывая долгое время их жизни, наблюдения в экспериментах TROICA могут дать необхо- установленный в режиме непрерывных димую информацию о расположении и интен- измерений в вагоне-лаборатории, позволил сивности источников ОРВ. одновременно измерять концентрации 11-ти В 2001 г. в сотрудничестве со специали- важнейших озоноразрушающих веществ и стами NOAA (руководитель работ со стороны парниковых газов вдоль всего пути на рас США – Джеймс Элкинс) были проведены уни- стоянии свыше 8000 км: фреон-11 (пенообра кальные наблюдения концентраций ОРВ от зователь, распылитель), фреон-12 (хладоноси Москвы до Хабаровска. Четырехканальный тель), галон-1211 (средство для пожаротушения), газ-хроматографический комплекс ACATS-IV, фреон-113, СН2CCl3, CCl4 (растворители) и др.

Газовые примеси и аэрозоли над континентом Рис. 3.5.2. Концентрация основных озоноразру шающих соединений фреона-12 и галона- вдоль Транссиба (Москва – Хабаровск) в июне июле 2001 г Рис. 3.5.4. Высокие корреляции между хлорфто руглеродами (фреоны-12 и 112), галлоном-1211, углекислым газом и 222Rn для 5, 6, 8, 10 июля г. наглядно иллюстрируют эффективность ис пользования корреляционной методики расчета эмиссий Рис. 3.5.3. Территория вдоль Транссиба, для кото- В 1990 г. проживало 7% населения России. На рой были рассчитаны эмиссии озоноразрушаю этой общей территории размером 611000 км2.

щих веществ Суммарный поток ОРВ с этой территории рас считывался как сумма потоков с отдельных На рис. 3.5.2. приведены примеры полу областей. Экстраполируя полученные оценки ченных трансконтинентальных профилей на всю населенную территорию России можно концентраций фреона-11 и галона-1211 в грубо оценить суммарные российские эмис приземном воздухе.

сии ОРВ. В табл. 3.5.1 приведены интегральные По наблюдениям концентраций ОРВ, СО2, эмиссии ОРВ для коридора, представленного Rn в эксперименте TROICA-7 были рассчи на рис. 3.5.4, и для страны в целом в сравнении таны эмиссии озоноразрущающих веществ с с глобальными эмиссиями.

территории России [Hurst et al., 2004]. В основе Полученные оценки указывают на то, что методики лежит использование высокой кор Российские эмиссии, даже если они недооце реляции между этими веществами, поскольку нены, все равно малы, чтобы играть заметную их источники находятся на поверхности земли роль в глобальном балансе ОРВ. Этот резуль и накопление под слоем ночи температурных тат подтверждает прекращение производства инверсий происходит одинаковым образом в России запрещенных ОРВ и выполнение тре (рис. 3.5.3). По трансконтинентальным про бований Монреальского протокола. Высокое филям и обратным траекториям были опре значение российских эмиссий фреона-12 гово делены области, на которых расположены рит, прежде всего, о недооцененных глобаль источники, определявшие увеличение концен ных эмиссиях этого вещества и продолжение траций в инверсионных условиях и оценены (возможно роста) его производства в Китае, их интегральные эмиссии. Эти области зани Индии и других развивающихся странах.

мали площади от 4500 до 166000 км (рис. 3.5.4).

Табл. 3.5.1. Концентрация ОРВ и оценка российских и глобальных эмиссий ОРВ Интервал из- Среднее значе- Точность Российские Глобальные мерений (сек) ние (ppt) измере-ний () эмиссии эмиссии Фреон-12 70 573.0 4.0 32-129 Галон-1211 70 4.66 0.04 0.6-2.3 8. Фреон-113 140 82.3 0.3 0.4-2.3 8. Фреон-11 140 262.9 0.5 0.6-2.3 78. CCl4 140 102.7 0.4 0.3-1.1 63. CH3CCl3 140 39.0 0.5 – 41. Газовые примеси и аэрозоли над континентом 3.6. Аэрозоли Основные характеристики ющими приборами, принадлежащими НИФХИ им. Л.Я Карпова и ИФА им. А.М. Обухова РАН:

Атмосферный аэрозоль существенно вли- - нефелометры для определения мас яет на окружающую среду и на качество нашей совых концентраций аэрозольных частиц в жизни. Аэрозольные частицы могут оказывать интервале размеров 0.0515 мкм;

воздействие на климат и гидрологический - лазерный анализатор для определе цикл в глобальном и региональном масшта- ния распределения аэрозольных частиц по бах. В ближайшем окружении человека аэро- размерам в интервале 0.0515 мкм;

зольные частицы ухудшают видимость, осо- - аэталометр для определения концен бенно в загрязненном городском воздухе, и трации сажи;

отрицательно влияют на здоровье людей. Для - фотоэлектрический анализатор для лучшего понимания аэрозольных эффектов определения распределения аэрозольных требуется детальная информация о распреде- частиц по размерам в интервале 0.0515 мкм;

лении в атмосфере аэрозолей разного проис- - пробоотборники, собирающие аэро хождения и о вариациях химических и физи- золь для последующего анализа химического ческих свойств аэрозолей в пространстве. состава и массовой концентрации.

До сих пор имеется мало сведений о концен- Аппаратура автоматизирована и позволяет трациях и химическом составе аэрозольных проводить измерения и передачу данных в частиц над территорией России. Однако, такие реальном масштабе времени. В 2004 г. изме сведения представляют большой интерес по рительная система была дополнена анали нескольким причинам. Во-первых, в России затором спектра частиц (ДСА), созданным в существуют обширные городские территории Институте химической кинетики и горения и индустриальные комплексы с плохо изучен- СО РАН. Этот прибор регистрирует мелкоди ными потенциальными источниками антропо- сперсные частицы ( 0.002 мкм).

генных аэрозольных частиц, эмиссии из кото рых могут быть значительными. Аэрозольные измерения с наветренной стороны от таких источников весьма важны для разработчиков глобальных аэрозольных моделей, а также для специалистов, планирующих регулиро вание качества воздуха в России. Во-вторых, наибольшие массивы бореальных лесов на Земле расположены в России. Они выделяют в атмосферу большое количество природных аэрозольных частиц и органических соеди- Рис. 3.6.1. Вариации массовой концентрации аэро нений, являющихся источником вторичных золя вдоль железнодорожной трассы Москва аэрозолей. В-третьих, аэрозольные частицы, Хабаровск-Москва по данным экспедиций TROICA 1998, 1999 и 2001 годов образующиеся в результате сжигания био массы и лесных пожаров, могут при опреде ленных метеорологических условиях значи тельно ухудшать качество воздуха над всей Евразией и над территорией Арктики. Аэро зольные измерения в районах, подверженных пожарам, полезны для развития мониторин говых предупреждающих систем, с помощью которых эпизоды загрязнения воздуха могли бы стать предсказуемыми.

Концентрация и распределение по раз мерам. Передвижная лаборатория TROICA с 1996 г. измеряет концентрации, микрофизи ческие и химические свойства атмосферных аэрозолей. Лаборатория оборудована следу П.А. Ромашкин, Дж.В. Элкинс и Д.Ф. Хёрст в вагоне-лаборатории Газовые примеси и аэрозоли над континентом Рис. 3.6.2. Распределение аэрозольных частиц Рис. 3.6.3. Распределения аэрозольных частиц по по размерам в сельской местности вдоль отрез размерам, характерные для населенных пунктов ка железной дороги 7000–7400 км (от Москвы) внутри индустриальных зон.

(TROICA-5) Создан обширный архив, содержащий дан ные о концентрации, распределении по раз мерам и химическому составу аэрозоля. Эти данные проанализированы не полностью.

Часть результатов опубликована в статьях [Андронова и др., 2002;

Андронова и др., 2003].

Здесь мы приводим некоторые из этих резуль татов в качестве примеров.

Средняя массовая концентрация аэрозоля в шлейфах индустриальных зон и больших городов составляет 100-120 мкг/м3;

в выход ные дни концентрация в несколько раз ниже, Рис. 3.6.4. Химический состав аэрозоля над Транс чем в рабочие дни (рис. 3.6.1). Массовая кон- сибирской магистралью (лето 2001 г., TROICA-7) центрация аэрозоля в сельских районах нахо последующих химических анализов много дится в пределах от 10 до 20 мкг/м3.

численные пробы воздуха, почвы и пыле Мощным источником атмосферного аэро вого аэрозоля, поднятого с полотна железной золя являются лесные пожары. В шлейфах дороги движущимися поездами (рис. 3.6.4).

лесных пожаров, которые встречались на пути Для анализа этих проб были использованы экспедиций TROICA, максимальные зафикси методы активации нейтронами, рентгенов рованные его массовые концентрации превы ского анализа, ИК-спектрометрии и электрон шали 800 мкг/м3.

ной микроскопии.

Комплексный анализ микрофизических Коэффициенты обогащения аэрозоля крем характеристик и пространственно-временной нием, железом, кальцием, калием и титаном изменчивости приземного аэрозоля позво значительно меньше десяти;

это означает, что ляет идентифицировать его локальные перечисленные элементы имеют почвенное источники.

происхождение.

Изолированные населенные пункты и про Коэффициенты обогащения аэрозоля нике мышленные предприятия, встречные поезда лем, магнием, марганцем, барием, стронцием, и индустриальные зоны городов четко прояв фосфором, цинком и свинцом около десяти;

ляются на рис. 3.6.2 и 3.6.3.

это означает, что источники этих элементов Химический состав аэрозоля. Транспор меняются от региона к региону.

тировка различных грузов по железной дороге Коэффициенты обогащения аэрозоля приводит к загрязнению атмосферы, желез цезием, серой, хлором, бромом, йодом, нодорожного полотна, балластной призмы и медью, и ванадием больше десяти;

возможно, придорожных почв. На территории железной эти элементы имеют различные, в том числе дороги осаждаются также примеси, перене техногенные, источники.

сенные ветром от удаленных источников.

Аэрозоль, обогащенный наибольшим чис Наш опыт показывает, что передвижные лом элементов (17), идентифицирован в рай лаборатории являются хорошим средством оне Байкала и Забайкалье, а аэрозоль, обо контроля экологического состояния террито гащенный наименьшим числом элементов (8), рий, расположенных вдоль железных дорог.

идентифицирован в Западной Сибири.

Во время экспедиций были собраны для Газовые примеси и аэрозоли над континентом Природная радиоактивность. Для мони- Сажевый аэрозоль торинга газового загрязнения атмосферы Сажевый аэрозоль – важный компонент очень полезны радиоактивные метки. В каче загрязнения воздуха в городах и индустри стве меток обычно используют природные альных зонах. Сажа существенно влияет на радиоактивные благородные газы, такие как климат, т.к. является высокоэффективным радон (Rn) и торон (Tn). Как и парниковые поглотителем света. Частицы сажевого аэро газы, они выделяются с поверхности Земли золя могут быть использованы как трассеры и диффундируют в атмосфере под действием антропогенных примесей в тех случаях, когда метеорологических факторов. В значитель можно не принимать в расчёт влияние горе ной своей массе они находятся в составе ния биомассы (например, лесные пожары).

аэрозольных частиц. Rn и Tn не реакционно Они поглощают некоторые вещества, опасные способны, и поэтому их атмосферные траек для здоровья людей (например, бензопирен), тории однозначно характеризуют перенос проявляют токсичные и канцерогенные свой воздушных масс от мест локализации источ ства и катализируют некоторые атмосферные ников Rn и Tn.

химические реакции.

Аппаратура передвижной лаборатории Концентрацию сажевого аэрозоля в включает радиометр-спектрометр гамма атмосфере измеряли при движении вагона излучения, снабженный сцинтилляционным лаборатории по Транссибирской маги детектором NaI(TI), имеющим разрешение страли, по маршруту Мурманск-Кисловодск 10% для линии цезия 662 кэВ. Этот прибор и по кольцевому маршруту вокруг Москвы позволяет проводить количественные ана [Копейкин В.М., 2007;


Копейкин В.М., 2008].

лизы аэрозольных частиц на содержание Атмосферный аэрозоль осаждали на кварце химических элементов, не имеющих близ вых волоконных фильтрах и затем измеряли корасположенных спектральных линий. Он поглощение света полученными образцами.

эффективен для изучения нуклидного состава Анализы проводились одновременно раз аэрозоля. Раздел 3 посвящен анализу данных измерений концентрации 222Rn. ными приборами (см. табл. 3.6.1).

Табл. 3.6.1. Концентрация сажевого аэрозоля в приземном слое атмосферы вдоль Транссибирской магистрали в весенний и зимний периоды Сажа, мкг/м3 Сажа, мкг/м Сажа, мкг/м3 Сажа, мкг/м Москва – Хабаровск, Хабаровск – Москва, Москва – Хабаровск, Москва – Хабаровск, Регион 1998 г., зима 1997г., весна 1998 г., зима 1997 г., весна город с/м город с/м город с/м город с/м Вятка 5.2 2.8 1.2 1.1 5.3 0.7 4.9 3. Пермь’ 1.0 0.4 1.9 0.7 1.5 0.4 1.3 1. Екатеринбург 3.2 1.4 2.3 1.2 1.3 1.0 2.4 2. Курган - - 2.7 1.5 3.7 1.5 4.6 2. Омск 1.5 1.5 3.0 1.4 0.8 0.6 2.6 1. Новосибирск 3.2 0.6 7.4 1.4 1.9 0.5 4.1 2. Красноярск 2.1 1.3 7.2 0.9 2.1 0.4 2.0 2. Зима 7.3 1.2 8.0 3.3 3.3 0.3 5.2 3. Черемково 7.1 1.2 16.5 4.0 2.4 0.3 8.2 5. Иркутск 5.6 1.8 7.7 0.6 1.8 0.8 7.1 3. Улан-Удэ 7.0 1.8 - 0.6 3.1 0.8 4.2 1. Чита 4.8 2.1 3.9 0.5 2.5 0.8 7.2 1. Семиозерный 7.7 1.5 1.1 0.8 0.9 0.8 0.5 0. Шимановская 4.8 2.0 1.2 0.7 2.2 0.5 1.4 0. Белогорск 4.2 2.2 1.2 1.2 1.0 1.0 1.3 0. Хабаровск 7.7 2.5 2.7 2.2 3.0 1.3 - 0. среднее 4.8 1.4 4.7 1.4 2.2 0.7 3.7 2. Газовые примеси и аэрозоли над континентом Средний уровень сажевого загрязне ния атмосферы вдоль трассы Мурманск Кисловодск составляет 1-2 мкг/м3 (рис. 3.6.5).

Вдоль участков железной дороги, на которых используются дизельные локомотивы, загряз нение атмосферы на порядок выше. В зим ний период обнаружены крупномасштабные (протяженностью 500-1000 км) неоднород ности в распределении сажевого аэрозоля в приземном слое атмосферы над Транссибир ской магистралью. Эта особенность связана с синоптическими и метеорологическими про цессами, определяющими перенос и накопле- Рис. 3.6.5. Концентрация сажевого аэрозоля в при земном слое атмосферы вдоль трасс Мурманск ние сажи в атмосфере (табл. 3.6.1 и рис. 3.6.6).

Кисловодск (апрель 6-9, 2000 г.) и Кисловодск Обнаружено, что концентрация сажевого Мурманск (май 24-27, 2000 г.). Расстояния указаны аэрозоля увеличивается по мере уменьше- от Москвы.

ния скорости перемещения воздушных масс.

Крупномасштабные (протяженностью около 1000 км) зоны загрязнения, наблюдавшиеся весной 1997 г., были вызваны сжиганием сухой травы. В зимне-осенний период концентра ция сажи в атмосфере над Южной Сибирью и Дальним Востоком была в два раза выше, чем над Европейской территорией России. В лет ний период атмосфера над железнодорож ными линиями загрязнена незначительно.

Аэрозольные измерения в экспеди ции TROICA- Более детальная информация о физических и химических свойствах аэрозоля была полу чена группами специалистов под руковод ством М.Кулмала и В.-М. Керминена [Kuokka et.

al., 2007;

Vartiainen et al., 2007]. В ходе экспе диции TROICA-9 в вагоне-лаборатории была установлена аппаратура с высоким времен ным разрешением для непрерывного мони торинга аэрозольных параметров.

В период экспедиции TROICA-9 атмос фера была наиболее “грязной”. Анализ тра екторий воздушных масс показал, что в течение почти всего периода экспедиции от Москвы до Владивостока и обратно пре обладал юго-западный и западный перенос Рис. 3.6.6. Концентрация сажевого аэрозоля в приземном слое атмосферы во время некоторых из Волго-Уральского, Казахстанского, Южно экспедиций TROICA.

Сибирского и Китайского индустриальных регионов. Только в течение одного дня, когда Концентрацию сажи измеряли с экспедиция находилась в центральной Сибири, 5-минутным разрешением;

использовали был отмечен северный перенос. Воздушные двухволновой аэталометр. Ионный состав массы, приходившие в этот день в район аэрозольных частиц измеряли с помощью наблюдений, были немного загрязнены про инструментального комплекса, состоявшего дуктами лесных пожаров. Теплая солнечная из пробоотборника PILS (Particle Into Liquid погода, сопровождавшая экспедицию почти Sampler) и двух ионных хроматографов (IC).

на всем маршруте, способствовала накопле Комплекс PILS-IC анализировал фракцию мел нию примесей в приземном слое атмосферы.

Газовые примеси и аэрозоли над континентом кодисперсных частиц (с аэродинамическим диаметром Dp 2.5 мкм). Концентрации Cl, a) NO3, SO42, Na+, NH4+, K+, Ca2+, Mg2+, оксалата и MSA измеряли с 15-минутным разрешением.

Численное распределение 3–950 нм аэрозоль ных частиц по размерам определяли прибо ром DMPS. Для получения 24-часовых проб, предназначенных для гравиметрического и химического анализов, использовали вир туальный импактор (VI). Этот импактор разде лял пробу на мелкодисперсную (Dp 2.5 мкм) и грубодисперсную (2.5 мкм Dp 8 мкм) фракции. Пробы анализировали методом ионной хроматографии. Анализ проб выя вил те же ионы, которые были идентифици рованы комплексом PILS-IC. Три ангидрида моносахаридов (левоглюкозан, галактоза и б) манноза) определяли с помощью жидкост ного хромато-масс-спектрометра (LC-MS).

Следовые количества элементов Al, As, Cd, Co, Cr, Cu, Pb, Mn, Ni, Fe, V, Sb и Zn анализировали с помощью прибора ICP-MS (Inductively coupled plasma mass-spectrometer).

Число аэрозольных частиц изменялось в пределах от 300 до 40 000 на 1 см3 и обычно составляло несколько тысяч на 1 см3. Самые низкие концентрации зафиксированы в сельской местности между Читой и Хаба ровском, а самые высокие – в окрестностях больших поселков и городов. При движении вагона-лаборатории по маршруту Москва– Рис. 3.6.7. Массовые концентрации (a) и вклады (б) Владивосток–Москва в обоих направлениях ионов, сажи, ангидридов моносахаридов, следовых концентрации частиц в районе Москвы почти элементов и неидентифицированного вещества в не различались, но в средней части обратного аэрозольные частицы фракции PM2.5, измеренные на маршруте между Владивостоком и Москвой маршрута Владивосток–Москва (на отрезке 40007000 км от Москвы) концентрация была существенно ниже, чем при движении от Москвы к Владивостоку.

Концентрации ионов и сажи были довольно низкими на участке маршрута между и 6500 км (от Москвы) и были высоким на участке маршрута между Москвой и Ново сибирском и в районе Хабаровска во время движения вагона-лаборатории на прямом и на обратном участках маршрута. Концентра ции ионов и сажи в окрестностях Хабаровска были особенно высокими во время движе ния вагона-лаборатории на обратном участке маршрута.

Траекторный анализ показал, что высокая концентрация аэрозольных частиц обуслов лена преимущественно дальним переносом из северо-восточного Китая. Повышенные концентрации калия и оксалата указывают на Рис. 3.6.8. Концентрации сульфата, нитрата, ам горение биомассы. мония, сажи (мкг м-3) и суммарный объем частиц Средняя массовая концентрация и химиче- (мкм3см-3), измеренные на маршруте между Вла ский состав аэрозольных частиц во фракции дивостоком и Москвой Газовые примеси и аэрозоли над континентом Рис. 3.6.9. Получасовые средние модальные концентрации аэрозольных частиц, измеренные на пути во Владивосток (черные кривые) и обратно в Москву (серые кривые). Верхний рисунок дает концентрацию моды нуклеации (3-25 нм), средний рисунок - моды ядер Айткена (25-90 нм) и нижний рисунок – моды аккумуляции (90-950 нм) соответствующих параметров, измеренные PM2.5 приведены на Рис. 3.6.7. Например, кон в ходе экспедиции TROICA-9 [Kuokka et al., центрации аммония и сульфатов неморского 2007].

происхождения варьировали от 0.01 до мкг/м3 и от 0.1 до 10 мкг/м3 соответственно Воздушный ионный спектрометр (AIS) различает примесные ионы в воздухе по их (рис. 3.6.8).

электрической подвижности. Он позволяет Мелкодисперсные частицы состоят в классифицировать отрицательные и положи основном из сажи (от 15.8 до 48.7%;

в среднем, 27.6%), SO42(от 2.7 до 33.5%;

в среднем, 13.0%), тельные ионы по крупности в диапазоне раз NH4+(от 1.2 до 10.5%;

в среднем, 4.1%) и NO3 (от меров от 0.4 до 40 нм как кластерные (0.4-1. нм), средне-размерные (1.8-7.5 нм) и крупные 0.5 до 2.4%;

в среднем, 1.4%). Следы металлов (7.5-40 нм). Получасовые средние концентра составляют в сумме 0.4–9.8% от массы мел ции ионов приведены на рис. 3.6.9. Концентра кодисперсных частиц. Вклад фракции анги ции отрицательных ионов выше и меняются в дридов моносахаридов составляет 0.4–1.6%, более широких интервалах, чем концентра за исключение одной пробы, собранной на ции положительных ионов (Vartiainen et al, участке маршрута 5926–7064 км от Москвы 2007).

на пути к Владивостоку, в которой этот вклад Заряд на аэрозольных частицах зависит от составил 4%. Массовая доля химических ком процесса распада 222Rn. Т.к. эмиссия радона из понентов, идентифицированных во фракции почв в Сибири, в среднем, довольно интен PM2.5, составляет 27.7–78.5%. Предполагается, сивная, вероятность образования ионных что неидентифицированная часть аэрозоля пар значительна. Существует очевидная кор состоит из органических твёрдых частиц, реляция между концентрациями ионных водонерастворимых веществ и воды.

кластеров и 222Rn. Снежный покров и дожди Во время экспедиции содержание сажи уменьшают эманацию радона из почвы и во фракции PM2.5 было намного выше, чем образование ионов.

в Западной Европе, где эта характеристика В ходе экспедиции TROICA-9 были отме оценивается на уровне 5–10%;

содержание SO42 на пути в Москву было близко к содер- чены два события образования мелкоди жанию SO42 в Западной Европе, а на пути из сперсных аэрозольных частиц. Десятого Москвы оно было ниже. Содержания NO3 и октября после 3.30 UTC (10:30 местного вре NH4 + во фракции PM2.5 в Западной Европе мени) наблюдали рост отрицательных ионов.


На Рис. 3.6.10 показаны три линейных отрезка, находятся в интервалах 1.1–18% и 7.0–9.3% демонстрирующие скорость роста. Самая соответственно и превышают значения Газовые примеси и аэрозоли над континентом Вторичный аэрозоль в горных высокая скорость, 11.4±0.7 нм/ч, соответ ствует образованию ионов с диаметрами от районах 4.1 до 9.8 нм. Рост ионов меньших и больших размеров происходил медленнее, со скоро- Процесс образования вторичного аэрозоля стями 2.4±0.1 и 4.4±2.4 нм/ч соответственно. плохо изучен. Известны несколько механиз Аналогичное событие наблюдали 8 октября мов образования частиц, например, бинар после 5:00 UTC (после полудня по местному ная и тернарная нуклеация, кинетическая времени). Скорость роста отрицательных нуклеация, активация кластеров и ионно 10.2–25.6 нм ионов составляла 4.2±0.3 нм/ч. индуцированная нуклеация. Несколько иссле дований, выполненных в разных странах, под твердили существование событий нуклеации (Kulmala et al. 2004). Однако влияние каждого из механизмов нуклеации и атмосферных процессов на формирование аэрозоля пока не изучено.

Эксперименты TROICA выявили новый эффект, связанный с образованием уль трамелкодисперсных частиц в зонах мезо масштабных орографических возмущений.

Когда поезд пересекал Восточно-Сибирские горные хребты, наблюдались высокие (до 103 см –3) приземные концентрации 1.6–10 нм аэрозольных частиц. Этот эффект проявился наиболее отчетливо в марте 2004 г. (TROCA-8).

Рис.3.6.10. Численное распределение по разме Рис. 3.6.11 иллюстрирует ситуацию, наблю рам отрицательных ионов в приземном воздухе 10 октября 2005 г. По оси x отложено время [UTC], давшуюся в окрестностях Иркутска и Улан а по оси y – диаметр подвижности иона. Цвет Удэ (28 марта 2004 г.). В подветренной зоне указывает число ионов. Белые линии линейная было отмечено увеличение температуры, аппроксимация скорости роста частиц уменьшение влажности воздуха и резкое Концентрации левоглюкозана, оксалата увеличение концентрации ультрамелкоди и калия, измеренные на участке пути 5925- сперсных 1.6–10 нм частиц. Над хребтом и 7064 км от Москвы при движении вагона- в подветренной зоне наблюдались стацио лаборатории от Москвы до Владивостока, нарные орографические облака. Концентра были чрезвычайно высокими. Все эти веще- ции SO2 и летучих органических соединений ства являются трассерами горения биомассы. (ЛОС) были повышенными по всему району Концентрации сажи и сульфата и суммарный и были особенно высоки внутри шлейфов объем частиц увеличивались синхронно с от Иркутска, Улан-Удэ и Байкальска, где рас концентрациями трассеров горения био- положен целлюлозно-бумажный комбинат.

массы, но в различной степени. Характер изменения концентрации оксалата был иным.

Различия в составе продуктов горения био массы демонстрируют различия в условиях горения. Сажа и калий выделяются преиму щественно в случае пожаров с пламенем, а оксалат - при тлеющем горении (Vartiainen et al, 2007).

Полученные данные могут быть полезны для моделирования переноса и химической трансформации продуктов горения био массы и для распознавания техногенных и Рис. 3.6.11. Профили высоты железной дороги (ме тры над уровнем моря), температуры, влажности, природных пожаров.

концентрации SO2 и отношения числа ультра мелкодисперсных частиц (1.6–16 нм) к числу ядер Айткена (25 нм) вдоль маршрута, проходившего по региону Байкала (экспедиция TROICA-8, марта 2004 г.) Газовые примеси и аэрозоли над континентом Численное моделирование воздушных потоков в районе горных хребтов (рис. 3.6.12) предсказывает существование восходящих потоков в пограничном слое атмосферы (в наветренной зоне) и в свободной тропосфере (в подветренной зоне). Эти воздушные потоки обуславливают образование системы орогра фических стационарных облаков. Увеличе ние концентрации ультрамелкодисперсных частиц наблюдали в районе, в котором суще ствуют нисходящие потоки воздуха из сво бодной тропосферы. Процесс образования Рис. 3.6.12. Численное моделирование воздушных частиц в таких условиях может быть описан потоков над Приморским хребтом (оз. Байкал) следующим образом. Восходящие потоки в на 28 марта 2004 г. Синим цветом отмечены зоны наветренной зоне этого горного хребта, также формирования орографических облаков как и других горных массивов, расположен ных в этой местности, выносят SO2, NH3 и ЛОС в свободную атмосферу. Отметим, что в этой экспедиции концентрацию NH3 не измеряли, но во время других экспедиций TROICA кон центрация NH3 в этой зоне всегда была повы шенной. Резкое понижение температуры и прохождение воздушных потоков через оро графические облака активируют гомогенную нуклеацию паров предшественников аэро золя. Образуются нанометровые кластеры и аэрозольные частицы, которые могут быть зарегистрированы. В районе нисходящих Рис. 3.6.13. Распределение суммарных концен потоков, где испаряются облачные капли, трации грибных спор вдоль железнодорожной быстро уменьшается конденсационный сток. трассы Москва – Владивосток (ТРАНССИБ) по В этой зоне увеличивается концентрация сер- материалам экспедиции ТРОЙКА-2, 1996 г.

ной кислоты, что способствует конденсацион ский и Лекомцева, 1998;

Рыжкин и Еланский, ному росту кластеров и образованию новых 2002].

частиц.

Вдоль трассы Москва – Владивосток, в Численное моделирование фотохимиче отдельных регионах отмечены очень высокие ских процессов и взаимодействий газ–частица, их концентрации пыльцы и спор грибов (рис.

происходящих в таких условиях, подтверж 3.6.13). Идентифицированы различия в составе дает этот механизм.

спор в районах интенсивного сельскохозяй ственного землепользования (Европейская часть России, Тюменская обл.) и в малонасе Биологический аэрозоль.

ленных регионах Забайкалья.

Мониторинг концентраций спор грибов В состав биологического аэрозоля входят и пыльцы в г. Москве [Рыжкин и др., 2002] пассивно распространяющиеся в атмосфере показал, что в течение теплого сезона пре объекты биологического происхождения:

обладали споры кладоспориума, второй по вирусы, споры грибов и бактерий, пыльца величине группой были базидиоспоры (рис.

растений, пропагулы лишайников, и др. Среди 3.6.14). Их пиковые концентрации достигали них есть возбудители особо опасных заболе очень высоких значений. В период с июня ваний человека, животных и растений, микро по сентябрь суммарная концентрация спор организмы, вызывающие биоповреждения, грибов значительно превышала концентра аллергены, токсинопроизводители.

цию пыльцы (рис. 3.6.15). Суточные вариации В передвижной лаборатории было успешно концентраций спор в атмосфере различались испытано оборудование для их идентификации у грибов разных групп. Базидиоспоры дости и измерения концентраций в воздухе. Лабора гают максимальной концентрации утром – с тория действует в комплексе с метеообсерва 4 до 10 ч. Споры несовершенных грибов – с торией МГУ им. М. В. Ломоносова, на которой 15 до 18 часов (рис. 3.6.16, 3.6.17). Это связано мониторинг спор грибов ведется с 1996 г. [Елан Газовые примеси и аэрозоли над континентом Рис. 3.6.16. Суточный ход концентрации базидио спор в приземном воздухе Москвы (усредненные Рис. 3.6.14. Годовой ход концентраций преоблада данные за 1999-2001 годы) ющих групп грибных спор в приземном воздухе Москвы (усредненные данные за 1999-2001 годы) Рис. 3.6.17. Суточный ход концентрации спор гри бов рода Cladosporium (Deuteromycetes) в при Рис. 3.6.15. Годовой ход суммарных концентраций всех земном воздухе Москвы (усредненные данные за групп грибных спор и пыльцы в приземном воздухе 1999-2001 годы) Москвы (усредненные данные за 1999-2001 годы) с различиями в механизмах высвобождения • Идентификация особо опасных и спор у разных групп грибов и их летучести. карантинных живых объектов в атмосфер Передвижная обсерватория способна ном воздухе;

решать следующие задачи: • Исследование пространственного • Анализ изменения химического распределения биоаэрозоля и механизмов состава и жизнеспособности биологического его осаждения, его сезонные и суточные аэрозоля, вызванных изменениями состояния вариации;

воздушной среды;

• Определение источников выбросов, исследование экологического состояния объектов.

Газовые примеси и аэрозоли над континентом 4. Региональные загрязнения атмосферы 4.1. Загрязнение воздуха в городах Качество атмосферного воздуха – основ ной экологический фактор, влияющий на здоровье человека, состояние окружающей его природы, экономику. В городах сконцен трированы как население, так и основные источники эмиссии загрязняющих воздух примесей. В ходе фотохимической трансфор мации различных компонентов выбросов в атмосфере городов и их шлейфах образуются токсичные вещества. Для контроля качества воздуха и прогноза возникновения экстре мальных экологических ситуаций требуются измерения концентрации газовых и аэрозоль ных примесей, термодинамических, радиа ционных и метеорологических параметров с последующей обработкой результатов, при влекая методы численного моделирования.

Передвижная лаборатория позволяет изме рять в непрерывном режиме весь этот ком плекс параметров.

Выполняя измерения непрерывно на ходу поезда, передвижная лаборатория пресе кает шлейфы загрязнений от разных источ ников. Многократный проезд при различном направлении ветра позволяет локализовать и систематизировать источники эмиссии от любых объектов.

На рис. 4.1.1 представлен пример распре деления загрязняющих веществ, измерен ных вдоль железной дороги, пересекающей г. Тюмень, при различном направлении ветра.

Эти измерения были получены в ходе экспе- Рис. 4.1.2. Концентрации загрязняющих примесей диции TROICA-7 при движении в восточном и при проезде г. Красноярска западном направлениях. Структура простран ственного распределения NO позволяет сде лать вывод о том, что эмиссии NO во время движения поезда в обоих направлениях были от одних и тех же источников, а изменение распределения вызвано смещением шлейфов из-за изменения направления ветра.

Пространственное распределение примесей на территории городов зависит не только от рас положения источников, но и от рельефа местно сти, состояния растительности и др. факторов.

На рисунке 4.1.2 приведены распределе ния концентрации некоторых примесей при пересечении г. Красноярска. Высокие уровни загрязнений отмечаются в центре города и в промышленной зоне. Над холодным проду Рис. 4.1.1. Концентрация NO вдоль железной до ваемым руслом р. Енисей концентрации при роги в г. Тюмень летом 2001 г.

месей минимальны.

Региональные загрязнения атмосферы Табл. 4.1.1. Средние значения концентрации малых газовых примесей в городах и их пригородах по сравнению с фоно выми условиями для разных времен года: весны (TROICA-8), лета (TROICA -5,7,11,12), осени (TROICA -9) Весна Лето Осень Газы Приго- Приго- Приго Фон Город Фон Город Фон Город род род род O3 47.1 41.4 36.3 24.5 23.3 23.0 27.4 23.8 20. NOx 1.1 6.2 15.9 0.6 3.8 8.3 0.7 6.7 18. СO 180 240 330 150 190 240 130 290 SO2 1.5 3.1 5.3 1.1 1.3 1.4 1.9 3.4 4. CH4 1840 1880 1900 1860 1930 1950 1900 1990 NMHC 110 130 200 210 230 280 240 330 Работа передвижной обсерватории на сети (рис. 4.1.3). Т.е. поведение озона в городах Рос железных дорог дает возможность сравни- сии в среднем соответствует слабо загрязнен вать загрязненность воздуха в разных горо- ным условиям. В таблице 4.1.1 приведены сред дах и населенных пунктах, получая картину ние значения концентрации озона в городах, их экологического состояния. Многолетние их окрестностях и удаленных регионах для исследования позволяют оценивать тенден- разных экспедиций, а также средние дневные цию изменения экологической обстановки. значения (11:00 – 18:00 ч. по местному времени) На Транссибирском маршруте поезд много- концентрации озона. Очевидно, средний уро кратно пересекал около 110 городов с населе- вень загрязнения городов не очень велик.

нием от 20 тысяч до 1,5 млн. человек (не считая Невелики также концентрации предшествен г. Москвы). Несколько десятков городов были ников озона. Поскольку и погодные условия пройдены между Кисловодском и Мурманском в широтном поясе 48-58°, как правило, мало (TROICA-6). Специальная экспедиция (TROICA-10) благоприятны для активных фотохимических проведена для изучения состояния атмосферы процессов, то и уровень озона в городах даже в Московском мегаполисе. Многолетние иссле- в дневных условиях мало и даже не всегда пре дования не только позволяют выявить харак- вышает фоновый уровень терные для городов состояния атмосферы, но и Для исследований зависимости состава проследить тенденции в их изменении. городского воздуха от размера городов и Осредненные по всем городам, которые пересекались в экспедициях вдоль Трансси бирской железнодорожной магистрали, кон центрации озона приведены на рис. 4.1.3. В целом они очень близки к значениям, полу ченным в сельской местности, но несколько ниже из-за разрушения окислами азота.

Исключение составляет только TROICA-5, для которой уровень концентрации озона в горо дах был немного выше, чем в сельской мест ности. Это объясняется очень жаркой (тем пература 23-35°) и солнечной погодой почти на всем пути от Москвы до Владивостока и обратно. В городском воздухе повсеместно Рис. 4.1.3. Средние значения концентрации озона регистрировались высокие концентрации в городах вдоль Транссибирской железнодорож ной магистрали, полученные в ходе экспедиций ЛOC, вызванные, прежде всего, утечками и TROICA по сравнению с сезонными вариациями сжиганием автомобильного топлива. его концентраций на станциях в г. Москве, Зотино Сравнение сезонного хода концентрации и Хоенпайсенберге озона в городах России со станциями Хоенпай синберг и Зотино показывает меньшую измен- Табл. 4.1.2. Деление городов по численности населения чивость с февраля по ноябрь. При этом зани Категория Численность Количество жен весенний максимум концентрации озона городов населения, чел. городов и нет такой активной генерации озона, как в Крупные 500 000 центральной Европе в летний период. В тоже Средние 50 000 500 000 время разрушение озона в загрязненном Малые 50 000 воздухе существенно слабее, чем в г. Москве Региональные загрязнения атмосферы количества жителей все города были разбиты на три группы: большие, средние и малые (см.

табл. 4.1.2). На рис. 4.1.4 представлены средние значения концентрации О3, NOx, CO на тер ритории города, в его центре и на окраинах в сравнении с удаленной (фоновой) местностью.

Концентрации предшественников озона воз растают к центру городов во все сезоны, а кон центрация озона в городе в дневное время пре вышает фоновый уровень только для средних и малых городов.

В крупных городах в черте города раз рушение озона в реакциях с окислами азота превалирует над его образованием. Однако в теплый период года внутри шлейфа загряз ненного воздуха от крупных городов наблю дается превышение концентрации озона над Рис. 4.1.4. Средние дневные (11:00 – 18:00 по его концентрацией в удаленных регионах. местному времени) значения концентраций О3, NOx, CO в различных частях городов в сравнении На рис. 4.1.5 и 4.1.6 приведены средние для с удаленной (фоновой) местностью в различные всех городов кроме Москвы суточные вариации сезоны года (TROICA-3 – TROICA-11) некоторых других газов. Очевидно, изменение выбросы происходят, когда уже активно дей их концентрации в течение суток, прежде всего, ствуют процессы перемешивания и накопление определяется режимом работы автотранспорта не происходит (рис. 4.1.5 и 4.1.6). На рис. 4.1.5 это и, в меньшей степени, промышленных пред особенно хорошо видно на примере суточного приятий и временем установления и разруше хода концентраций NOx.

ния температурных инверсий, очень интенсив Во время экспедиций TROICA-8 и TROICA-9 во ных в Сибири. Если утренний и вечерний часы многих городах функционировали системы ото пик приходятся на время, когда, соответственно, пления. Если сравнить средний суточный ход О ещё не разрушилась (утро) и уже установилась в российских городах, которые пересекает Транс (вечер) инверсия, то происходит быстрое нако сиб, с суточными изменениями в Московском пление примесей в приземном воздухе. Такая мегаполисе с населением более 10 млн. чело ситуация часто складывается в холодное время век (наблюдения на территории Московского года. Летом из-за короткой ночи интенсивные Рис. 4.1.5. Суточные вариации NOx в городах в срав- Рис. 4.1.6. Суточные вариации концентраций SO2 в нении с сельской местностью в разное время года городах в сравнении с сельской местностью Региональные загрязнения атмосферы университета) для тех же месяцев, то заметны существенные различия (рис. 4.1.7). В основном они обусловлены существенно большим разру шением озона, особенно в ночное время суток, поскольку движение автотранспорта практиче ски круглосуточное и горизонтальная адвекция приносит также загрязненный воздух из окружа ющей промышленной местности. Но в середине дня в июле-августе уровень О3 практически во всех городах одинаков и превышает его значения в сельской местности. Такое превышение растет Рис. 4.1.8. Рост числа автомобилей в России и сред год от года по мере увеличения парка автомоби ние летние значения концентраций NOx в городах и лей и оживления промышленности после эконо- в сельской местности (экспедиции TROICA-2,5,7,11) мического коллапса 1991 – 1995 гг. Это подтверж дает рис. 4.1.8, где приведен тренд концентрации NOx, построенный по всем экспедициям с по 2007 г. На рисунке также представлен рост количества автомобилей в городах России. Так же ведет себя и концентрация CO (рис. 4.1.9).

На рис. 4.1.10 представлены концентрации летучих органических соединений разных классов в ряде городов России летом 1996 г., значительно превышающие их концентрации в сельской местности.

Передвижная лаборатория позволяет Рис. 4.1.9. Рост числа автомобилей в России и сред наблюдать шлейфы загрязнений от городов ние летние значения концентраций СO в городах и и промышленных центров. Протяженность в сельской местности (экспедиции TROICA-2,5,7,11) шлейфов может достигать нескольких сот километров. Пример такого шлейфа, протя- TROICA- нувшегося от Новосибирска до Омска на 650 км, показан на рис. 4.1.11 (TROICA-5).

Загрязняющие примеси в области шлейфа / подвергаются фотохимической трансформации,, в результате которой образуются токсичные продукты, в том числе – повышенные концен трации озона. На рисунке видна область генера- log ции, в которой концентрация озона более чем на 20 ppbv превышает его фоновый уровень 0, для данной местности с учетом суточного хода.

Рис. 4.1.10. Концентрации летучих органических соединений над городами Рис. 4.1.7. Суточные вариации концентраций O3 в г. Москве летом и осредненные значения для фо новых условий и для всех городов вдоль Трансси Рис. 4.1.11. Шлейф загрязняющих веществ от г. Новоси бирской железнодорожной магистрали по данным бирск (август 1999 г.) экспедиций TROICA-5,7, Региональные загрязнения атмосферы 4.2. Московский мегаполис С 3 по 7 октября 2006 г. был проведен уникальный эксперимент (TROICA-10) по наблюдению состава приземного воздуха в Московском мегаполисе. Передвижная лабо ратория из 2-х вагонов со специально выде ленным электровозом совершила 3 круга по кольцевой железной дороге, охватываю щей г. Москву и его окрестности. Протяжен ность дороги 526 км, удаленность от центра Москвы от 50 км на северо-западном до 95 км – на северо-восточном участке. Кроме того, в начале и конце эксперимента были прове- Участники экспедиции TROICA- дены наблюдения на радиальном северном направлении от центра города до кольцевой дороги.

Наблюдения проводились после смены господствовавшего в течение сентября над Европейской территорией страны мощного антициклона на атлантический циклон.



Pages:     | 1 || 3 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.