Главная – Журналы – Оптика атмосферы и океана 2022 номер 6

Рассмотрена применимость спутниковых данных для оценки неустойчивости и влагосодержания атмосферы в случаях возникновения конвективных опасных явлений погоды на европейской территории России и Урале. Рассматриваемая выборка включала 305 случаев шквалов, смерчей и крупного града. Оценены значения параметра неустойчивости Lifted Index и общего влагосодержания воздуха по спутниковым данным MODIS Atmospheric Profile Product и данными реанализа ERA5. Установлено, что медианные значения параметров неустойчивости и влагосодержания по разным данным близки, а экстремумы существенно различаются. По данным MODIS фиксируются локальные области с очень сильной неустойчивостью и высоким влагосодержанием, которые не обнаруживаются по данным реанализа. Отмечена существенная ограниченность данных MODIS в связи с низкой частотой съемки и невозможностью получения информации о параметрах неустойчивости для ячеек с облачностью, что, в частности, сократило итоговую выборку с 305 до 95 случаев.

Обсуждаются результаты комплексного эксперимента по изучению состава и временной изменчивости городского аэрозоля в приземном воздухе в центре Москвы, основанные на ежедневных данных о концентрациях частиц PM₁₀ и PM_2,5. В дополнение к этим непрерывным наблюдениям каждый сезон (в течение 35-40 дней) ежедневно проводились измерения массовой концентрации всего аэрозоля (гравиметрическим методом) и 65 химических элементов, входящих в его состав. Рассматриваются зимы 2019/2020 и 2020/2021 гг. Состав аэрозоля сопоставляется с метеорологическими параметрами приземной атмосферы в Москве, с направлением дальнего переноса воздушных масс в Московский регион, а также с распределением пыли в воздухе над европейской территорией России (ЕТР) (по данным реанализа MERRA-2). Подробный анализ элементного состава московского аэрозоля позволил выделить элементы глобального/локального распространения, а также природного/антропогенного генезиса. Концентрации всех составляющих аэрозоля в Москве зимой не превосходили соответствующие среднесуточные ПДК для воздуха жилых территорий. Показано, что накоплению массы аэрозолей РМ₁₀ и РМ_2,5 в воздухе города способствуют штилевые условия. Максимальные уровни аэрозольного загрязнения наблюдались в декабре 2020 г. при ветрах юго-восточных направлений, когда происходил дальний атмосферный перенос примесей в Москву от источников, расположенных в южных районах ЕТР, на Прикаспийской низменности и в западных районах Казахстана.

Обсуждаются результаты измерений физико-химических характеристик аэрозоля летом 2021 г. в Гренландско-Карском секторе Северного Ледовитого океана (83-й и 84-й рейсы НИС «Академик Мстислав Келдыш»). Исследовались аэрозольная оптическая толща атмосферы, концентрации аэрозоля и черного углерода, а также химический состав аэрозольных проб - концентрации основных элементов, органического и элементного углерода, изотопный состав углерода. Для большинства характеристик аэрозоля отмечены более низкие средние значения в сравнении с тремя предшествующими экспедициями. С учетом данных предшествующих экспедиций оцениваются различия концентраций аэрозоля и черного углерода над Карским, Баренцевым, Норвежским и Гренландским морями.

Проведен анализ результатов многолетних (2007-2021 гг.) комплексных экспериментальных исследований микрофизических параметров, массовой концентрации и элементного состава аэрозольных частиц в приземном слое атмосферы семиаридных зон юга европейской территории России (ЕТР). Установлены фоновые значения среднесуточной массовой концентрации приземных аэрозолей в летний жаркий период в опустыненных районах Калмыкии и сухостепной зоне Ростовской обл., составившие 125 и 34 мкг/м³ соответственно. Определены функции распределения частиц по размерам, характерные для атмосферных аэрозолей юга ЕТР. Установлена связь между выносом частиц в атмосферу и основными атмосферными процессами. Исследована многолетняя изменчивость элементного состава приземных аэрозолей. Выявлены незначительные вариации массовой концентрации Cd, Hg, Cu в составе аэрозольных частиц в Ростовской обл. Элементный состав аэрозолей в Калмыкии подвержен большей изменчивости по содержанию как природных, так и техногенных элементов, в основном химических элементов солевого баланса и тяжелых металлов. Показано, что для большинства элементов характерна слабая интенсивность накопления в аэрозолях, а их дифференциация в бóльшей мере зависит от мозаичности подстилающей поверхности. За исследованный многолетний период наблюдается тенденция очищения атмосферы опустыненных территорий европейского юга России от вредных примесей за счет уменьшения аридизации климата и снижения антропогенного влияния.

Исследованы микроорганизмы атмосферных аэрозолей, отобранные в период с сентября 2020 по декабрь 2021 г. в Новосибирске на четырех стационарных точках, различающихся по уровню антропогенного загрязнения. Для отбора атмосферных аэрозолей использована ежемесячная фильтрация атмосферного воздуха с применением армированных тефлоновых мембран Sartorius в течение 12 ч с периодом в две недели. В условиях отбора в числе культивируемых бактерий в зимний период преобладали спорообразующие бактерии рода Bacillus и кокки родов Staphylococcus и Micrococcus . В весенне-летних и осенних пробах атмосферных аэрозолей наблюдалось резкое увеличение концентрации и разнообразия кокковых форм, спорообразующих и неспороносных бактерий, актиномицетов и грибов. В значительном количестве выявлены гемолитические спорообразующие бактерии и стафилококки, полирезистентные к антибиотикам, обладающие ферментами, способствующими развитию инфекционного процесса.

Представлен анализ долговременной изменчивости микроструктурных характеристик аэрозоля в приземном слое атмосферы, измеренных в мониторинговом режиме на аэрозольной станции ИОА СО РАН за период 2000-2020 гг. Оценки проведены на основе следующих характеристик: концентраций субмикронных N_f , крупнодисперсных N_c частиц и их соотношения N_f / N_c . Рассмотрены два массива данных: «полный» и отдельно для типа «аэрозольной погоды» «фон». Определено, что диапазон изменения среднегодовых значений общей концентрации частиц N ( r > 0,2 мкм) составлял 8 ¸ 50 см^-3, а для фоновых ситуаций - 5 ¸ 30 см^-3. Выявлено, что достоверные долговременные тренды исследуемых характеристик отсутствуют. Спектральный анализ среднемесячных концентраций для массива «фон» выявил наличие значимого (с вероятностью 0,95) временного периода ~ 1 год для параметров N_f / N_c и N_f и его отсутствие для N_c .

Проанализирован химический состав сухого осаждения в промышленном центре Восточной Сибири г. Иркутске (Россия) в 2020 г. В теплое время года в составе сухих выпадений были повышены PO₄³_¯, особенно в штилевую погоду. В осенний период средние концентрации NH₄⁺ по сравнению с августом возросли в три раза, водорастворимого Si²⁺ - в два раза, а концентрации PO₄³_¯ снизились в три раза.

Приведены результаты исследования эмиссии в атмосферу пыльцы 26 видов анемофильных растений и 3 видов энтомофильных растений, для которых возможна факультативная анемофилия. Оценена доля кластеров из двух и более пыльцевых зерен от суммарного числа пыльцевых частиц, поступающих в атмосферу. Показано, что подобные кластеры в значительных количествах образовывались во всех сериях опытов. Доля пыльцевых кластеров достигала ~ 71% от общего числа пыльцевых частиц. Доля пыльцевых зерен в составе кластеров достигала ~ 94% от общего числа зерен пыльцы.

При анализе экологического воздействия эмиссий горения биомасс на региональном и глобальном уровнях приоритетное значение имеют исследования физико-химических и токсикологических характеристик дымов, данные о которых сильно ограничены для сибирских лесных пожаров. Состав дымовых аэрозолей, формирующихся при горении сибирских биомасс, изучается в ходе экспериментов, проводимых в Большой аэрозольной камере Института оптики атмосферы имени В.Е. Зуева СО РАН (г. Томск). Методами ИК Фурье-спектроскопии, газовой хромато-масс-спектрометрии и жидкостной хроматографии исследован состав органических соединений, образующихся при сжигании сосны сибирской и лесного опада в режимах тления, открытого горения и в процессе старения дымов. Установлены маркеры, позволяющие определять условия сжигания и тип биомасс: характерные полосы поглощения, соотношения групп карбоксильных и алифатических соединений, диагностические соотношения полициклических ароматических углеводородов (ПАУ). Проведены расчет факторов эмиссии ПАУ и оценка уровня канцерогенной опасности смеси ПАУ, содержащихся в составе дымовых аэрозолей.

Обсуждаются результаты экспериментальных и численных исследований атмосферного загрязнения окрестностей цементного завода, расположенного в г. Искитиме Новосибирской обл. Представлены данные сетевых измерений водородного показателя (рН), содержания ионных компонентов, взвешенных веществ, накопленных в снежном покрове за зимний период 2018/2019 гг. Численная реконструкция полей загрязнения осуществлялась с использованием малопараметрических моделей в приближениях легкой и монодисперсной примесей. Проведен статистический анализ связей содержания примесей в пробах снега со значениями снежного индекса (NDSI), рассчитанного по информации со спутниковых снимков высокого разрешения.

Рассмотрены вопросы применения спутниковых данных MODIS для диагностики состояния нефтедобывающих арктических территорий. Исследовано состояние растительного покрова углеводородных месторождений Пуровского района Ямало-Ненецкого автономного округа: Восточно-Таркосалинского, Вынгаяхинского и Тарасовского, за период 2013-2020 гг. По спутниковым данным Terra/MODIS средствами геоинформационной системы ArcGis проведен расчет средних значений вегетационного индекса EVI для исследуемых территорий. Построены карты техногенной нагрузки нефтегазового комплекса.

Решается задача выявления связи измеряемых с помощью ГНСС-приемников параметров атмосферы с характеристиками конвективных процессов по данным мониторинга в г. Казани за 2010-2020 гг. Когерентность и синхронность вариаций интенсивности осадков и потенциальной доступной энергии неустойчивости с вариациями зенитной тропосферной задержки наиболее часто обнаруживаются на временных масштабах меньше 4 ч, при этом уровень вейвлет-корреляции в большинстве случаев больше 0,8.

Предложено два метода исследования влияния истечения массы с поверхности частицы на ее коэффициент сопротивления в широком диапазоне чисел Рейнольдса. Для реализации метода разработаны две экспериментальные установки, на которых проведено исследование влияния вдува воздуха с поверхности твердой перфорированной сферы на коэффициент сопротивления в широком диапазоне Re = 133 ¸ 9900 при различных скоростях вдуваемого потока. Показано, что по мере увеличения скорости вдуваемого с поверхности твердой сферической частицы газа коэффициент сопротивления частицы уменьшается. Методом регрессионного анализа получена эмпирическая формула для расчета коэффициента сопротивления твердой сферы в автомодельном режиме в зависимости от соотношения скорости вдува газа и скорости обдувающего потока.