Слайд 1 - Институт физики атмосферы им. А.М.Обухова РАН

Лаборатория газовых примесей атмосферы
Лаборатория создана в 1986 г. Основная задача - исследование физико-химических механизмов
пространственной и временной изменчивости состава атмосферы. Обеспечивает проведение
регулярных измерений содержания ключевых примесей атмосферы, радиационных и
метеорологических параметров на Кисловодской высокогорной, Звенигородской и Московской
научных станциях.
С 1995 г. проводит регулярные международные эксперименты TROICA с помощью специальной
передвижной лаборатории для комплексных исследований состояния окружающей среды,
созданной совместно с ВНИИ железнодорожного транспорта. Участвует в различных
международных проектах по проблемам изменения состава атмосферы и климата Земли.
Руководитель лаборатории – профессор Н.Ф.Еланский.
Приборы, методы, наблюдения
Создан автоматизированный приборный комплекс и программное обеспечение для измерений
содержания газовых (О3, NO, NO2, CO, CO2, CН4, SO2, NH3, углеводороды, 222Rn и др.) и
аэрозольных примесей в приземном воздухе, вертикального распределения О3, NO2. и аэрозоля в
тропосфере и стратосфере, радиационных и термодинамических параметров. Разработаны
эффективные алгоритмы восстановления вертикального распределения О3 и NO2, основанные на
численной модели переноса излучения в сферической неоднородной атмосфере с учетом
поляризации и многократного рассеяния. Комплекс может использоваться для оборудования
станций мониторинга состава атмосферы и качества приземного воздуха.
Ведутся регулярные наблюдения приземной концентрации многих газов и вертикального
распределения в атмосфере О3, NO2. На сети научных станций высокую ценность имеют ряды
содержания NO2 в тропосфере и стратосфере, степени поляризации рассеянного излучения
приземных концентраций озона, NOх, СО и других газов.
С 1995 г. проводятся эксперименты TROICA (TRanscontinental Observations Into the Chemistry of the
Atmosphere) с использованием передвижной лаборатории. В 2004 г. для этих экспериментов была
построена и оборудована новая лаборатория из двух вагонов.
Выполнена серия уникальных космических экспериментов на российских орбитальных станциях
«Салют».
Передвижная
лаборатория для
наблюдением за
составом атмосферы
Summer (TROICA-5, 7)
ppm
2
40
30
20
10
2.E+12
4.E+12
altitude, km
February 19, 1998
8.E+12
ppm
02.03.98
04.03.98
06.03.98
05.03.98
Altitude lay, km
0-5 10-15 20-25 30-35 40-45
Novocherkassk
Ryazan
Michurinsk
Bekasovo
Bologoe
Saint-Petersburg
Petrozavodsk
Кемь
Kem
Murmansk
Novocherkassk
Ryazan
Michurinsk
Bekasovo
Bologoe
Saint-Petersburg
Petrozavodsk
Кемь
Kem
Murmansk
Концентрация
летучих
органических
соединений в приземном воздухе между
Мурманском и Кисловодском,
24-27 мая 2000г, TROICA-6
KHABAROVSK
CHITA
IRKUTSK
ULAN-UDE
KRASNOYARSK
NOVOSIBIRSK
OMSK
PERM'
KIROV
300
40
60
80
100
120
140
ppm
2.0
[CH ]
40
60
80
100
120
2.0
1.8
1.6
40
07.03.98
4
1.8
1.6
Спутниковая карта района города
Первоуральска с нанесенными значениями
концентрации SO2 вдоль маршрута
TROICA-8 и шлейфом загрязнения с
металлургического комбината г. Ревда.
140
[CH ]
4
2
0
2
350
300
February 23, 1998
01.03.98
28.02.98
С9-benzol
6.E+12
Изменение вертикального
распределения O3 и NO2
при пересечении
арктической воздушной
массы 19 февраля – 7
марта, 1998г, TROICA-4
[CO ]
400
60
80
100
120
140
40
60
longitude, deg.
80
100
120
Содержание CO, CO2 и CH4 в приземном воздухе
между Москвой и Хабаровском в теплый и
холодный сезоны по данным экспедиций TROICA
(осреднение по 10° долготы).
Содержание NO2 в 5-км слое – 1014 см2
0
2
4
6 0
2
4
6 0
2
4
6
0 2 4 6
0
2
4
6
8
0 2 4 6
0
2
4
В
2003
году
состоялась
презентация
передвижной
лаборатории
на
Павелецком
вокзале. На снимке создатели
лаборатории
из
ИФА
РАН,
института
Железнодорожного
транспорта и НИФХИ им. Карпова.
6
Анализ данных и численное моделирование
Обнаружена слоистая структура вертикального распределения примесей в атмосфере, изучены
особенности их пространственной изменчивости над континентом и морской поверхностью,
механизмы формирования экспериментальных экологических ситуаций в городах и их шлейфах,
вблизи ЛЭП и магистральных газопроводов.
Фотохимическое моделирование показано возможность образования пестицидов,в частности,
трихлоруксусной кислоты в атмосфере из тетрахлорэтилена и метилхлороформа. Впервые были
выявлены природные источники предшественников ТХУ – деятельность галобактерий в водах озер
с высоким содержанием солей.
Численное моделирование применялось для изучения механизмов изменения состава атмосферы
под воздействием таких процессов, как струйные течения, орографические возмущения,
внутренние гравитационные волны, солнечные затмения и вулканические извержения, полетов
авиации и пусков ракет. Как правило, численное моделирование предшествовало проведению
экспериментов и создавало для них идеологическую базу.
Разработана концепция создания национальной сети мониторинга состава атмосферы. Создана и
регулярно пополняется база данных, к которой обеспечен удобный доступ пользователей. Данные
наблюдений на Московской станции публикуются в ежемесячном бюллетене.
а)
Калмыкия
Кольский п-ов
7
Скорость образования ТХУ в
загрязненном воздухе промышленных
районов, рассчитанная для Калмыкии,
Центрального района и Кольского
полуострова в зависимости от сезона.
Центральный район
ТХК ,10 3 мол /см3хдень
6
5
4
3
2
1
0
янв
Созданы двухмерные нелинейные полуаналитические и
трехмерная численная нестационарная модели обтекания
воздушным потоком препятствий произвольной формы.
На рисунке приведен пример деформации изэнтропических
поверхностей 301,4 К (~3 км) и 316,5 К (~7 км) при
обтекании потоком с постоянной по высоте скоростью 10
м/с и температурным градиентом 6° К/км препятствия
высотой 1 км.
Stratospheric column NO2 abundance at Zvenigorod
Column NO2 (1015 mol/cm2)
8
morning
evening
Соленое озеро в Калмыкии. Розовый цвет
говорит о наличии хлорсодержащих
продуктов жизнедеятельности галобактерий.
6
Содержание NO2 в вертикальном столбе по
наблюдениям на ЗНС в утренние и вечерние часы
за период с 1990 по 2004гг.
4
2
0
1990
Участники международной экспедиции по
проекту TRIDES в Калмыкии в поселке
Годжур, где обнаружена максимальная для
России концентрация ТХУ в растениях.
160
1992
1994
1996
1998
2000
2002
2004
140
Year
Среднегодовое
распределение
Линейный
тренд
Годовой ход
Эффект КДЦ
Смена направлений экваториального ветра
с восточной на западную на уровне 50 гПа.
Эффект Эль-Ниньо
O3, ppbv
120
Создана электронная база данных, которая включает результаты собственных наблюдений (станции, эксперименты TROICA, TRIDES, ECCA и т.д. ), а
также мировые архивы данных WOUDC, TOMS, SAGE, SBUV и др.
Пример анализа изменчивости атмосферного озона (WOUDC, станция Goose Bay (53 N, 60 W)).
Диапазон периодичностей
экваториального ветра
Диапазон периодичностей
проявления Эль-Ниньо
100
ПДК
80
60
40
20
Спектральная плотность межгодовой изменчивости
Максимум температуры поверхности
океана в области 5 S - 5 N, 90 W - 150 W
0
Lg S
7
30
6
3.3
20
2.9
15
2.5
10
5
CO, ppmv
25
ПДК
4
3
2.1
2
1.7
1
5
0
50
100
150
нбар
-1.5 -1.0 -0.5 0.0
нбар / год
1 3 5 7 9 11 1 3 5 7 9 11
Месяц года
-18 -12 -6
0
6
12 18
Задержка (месяцы)
-24 -18 -12 -6
0
6
12 18 24
Задержка (месяцы)
6
12
18
24
30
36
42
48
54
60
66
Период (месяцы)
Компоненты изменчивости озона имеют ярко выраженную высотную зависимость. Основной компонентой изменчивости является годовой ход,
однако эффекты КДЦ и Эль-Ниньо оказывают заметное влияние на содержание озона в тропосфере и в нижней стратосфере. Вследствие фазовых
различий изменения озона на разных высотах частично компенсируют друг друга.
140
longitude, deg.
дек
toluol
4
С8-benzol
Концентрация O3,
1/cм2
50
0
0.E+00
9
6
3
0
6
benzol
9
6
3
0
с-pentane
350
ноя
isoprene
6
4
2
0
acetone
3
2
1
0
60
1500
окт
acetaldehyde
1000
сен
9
6
3
0
500
авг
0
12
9
6
3
0
2,0
1,5
1,0
0,5
0,0
Высота (км)
c o n c e n t r a t i o n, p p b v
10
0
июль
methanol
-500
июнь
20
1500 -2000 -1500 -1000
2,0
1,5
acetonitrile
1,0
0,5
0,0
май
1000
апр
500
март
0
фев
-500
ozone concentration, cm^-3
-2000 -1500 -1000
450
EKATERINBURG
[CO ]
400
MOSCOW
ppm
N.NOVGOROD
KHABAROVSK
CHITA
IRKUTSK
ULAN-UDE
KRASNOYARSK
EKATERINBURG
OMSK
NOVOSIBIRSK
0.0
PERM'
0.0
KIROV
0.1
MOSCOW
0.1
N.NOVGOROD
0.2
450
Distance from Moscow, km
[CO]
[CO]
0.2
ppm
Distance from Moscow, km
Winter (TROICA-3, 8)
ppm
0
1
3
5
7
9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 2
ИЮЛЬ
4
6
8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30
АВГУСТ
Концентрация О3 и СО в приземном воздухе в
Москве в период задымления летом 2002г