Том 37, номер 09, статья № 7

Аннотация:

Интерес к исследованиям аэрозоля в Арктике обусловлен большой динамикой климатических процессов и активным экономическим освоением этого региона. Имеющихся в настоящее время полярных станций недостаточно для определения пространственного распределения аэрозоля над территорией Северного Ледовитого океана (СЛО). В настоящей работе на основе результатов многолетних исследований в Евразийском секторе СЛО (19 судовых экспедиций в 2007–2023 гг.) выполнено статистическое обобщение объемных концентраций мелко- и грубодисперсного аэрозоля (V_f, V_с) в приводном слое и аэрозольной оптической толщи (АОТ) атмосферы. Среднее значение АОТ (0,5 мкм) составило 0,061 при показателе Ангстрема 0,9; концентраций мелко- и грубодисперсного аэрозоля – 0,35 и 2,5 мкм³/см³ соответственно. Самое большое содержание мелкодисперсного аэрозоля в атмосфере над Норвежским и Баренцевым морями. Пространственное распределение характеризуется спадом концентраций в северном и восточном направлениях: от Баренцева моря до Чукотского средние значения V_f уменьшаются в 1,7 раза (от 0,43 до 0,26 мкм³/см³). В пространственном распределении грубодисперсного аэрозоля отмечены очень высокие концентрации в юго-западной части Карского моря: среднее значение V_с составляет 4,18 мкм³/см³. Содержание грубодисперсного аэрозоля в Карском море уменьшается в восточном и западном направлениях в несколько раз. Представленные результаты могут быть использованы при планировании экономического развития Арктического региона и для совершенствования климатических моделей.

Ключевые слова:

Арктика, морские экспедиции, концентрации аэрозоля, аэрозольная оптическая толща, пространственное распределение

Иллюстрации:

Список литературы:

1. Physics and Chemistry of the Arctic Atmosphere / A. Kokhanovsky, C. Tomasi (eds.). England: Springer Polar Sciences series, 2020. 717 p. DOI: ORG/10.1007/978-3-030-33566-3.
2. Abbatt J.P.D., Leaitch W.R., Aliabadi A.A., Bertram A.K., Blanchet J.-P., Boivin-Rioux A., Bozem H., Burkart J., Chang R.Y.W., Charette J., Chaubey J.P., Christensen R.J., Cirisan A., Collins D.B., Croft B., Dionne J., Evans G.J., Fletcher C.G., Gal M., Ghahremaninezhad R., Girard E., Gong W., Gosselin M., Gourdal M., Hanna S.J., Hayashida H., Herber A.B., Hesaraki S., Hoor P., Huang L., Hussherr R., Irish V.E., Keita S.A., Kodros J.K., Kollner F., Kolonjari F., Kunkel D., Ladino L.A., Law K., Levasseur M., Libois Q., Liggio J., Lizotte M., Macdonald K.M., Mahmood R., Martin R.V., Mason R.H., Miller L.A., Moravek A., Mortenson E., Mungall E.L., Murphy J.G., Namazi M., Norman A.-L., O'Neill N.T., Pierce J.R., Russell L.M., Schneider J., Schulz H., Sharma S., Si M., Staebler R.M., Steiner N.S., Thomas J.L., von Salzen K., Wentzell J.J.B., Willis M.D., Wentworth G.R., Xu J.-W., Yakobi-Hancock J.D. Overview paper: New insights into aerosol and climate in the Arctic // Atmos. Chem. Phys. 2019. V. 19, N 4. P. 2527–2560. DOI: 10.5194/acp-19-2527-2019.
3. Xian P., Zhang J., O’Neill N.T., Toth T.D., Sorenson B., Colarco P.R., Kipling Z., Hyer E.J., Campbell JR., Reid J.S., Ranjbar K. Arctic spring and summertime aerosol optical depth baseline from long-term observations and model reanalyses – Part 1: Climatology and trend // Atmos. Chem. Phys. 2022. V. 22, N 15. P. 9915–9947. DOI: 10.5194/acp-22-9915-2022.
4. Кабанов Д.М., Масловский А.С., Радионов В.Ф., Сакерин С.М., Чернов Д.Г., Cидорова О.Р. Сезонная и межгодовая изменчивость характеристик аэрозоля по данным многолетних (2011–2021 гг.) измерений в Российском научном центре на архипелаге Шпицберген // Оптика атмосф. и океана. 2023. Т. 36, № 6. С. 433–442. DOI: 10.15372/AOO20230602; Kabanov D.M., Maslovsky A.S., Radionov V.F., Sakerin S.M., Sidorova O.R., Chernov D.G. Seasonal and interannual variability of aerosol characteristics according to the data of long-term (2011–2021) measurements at the Russian Scientific Center on the Spitzbergen Archipelago // Atmos. Ocean. Opt. 2023. V. 36, N 6. P. 645–654.
5. Сакерин С.М., Кабанов Д.М., Лоскутова М.А., Ризе Д.Д., Чернов Д.Г., Турчинович Ю.С. Характеристики аэрозоля на научно-исследовательском стационаре «Ледовая база “Мыс Баранова”» в 2018–2023 гг. // Проблемы Арктики и Антарктики. 2023. Т.  69, № 4. С.  421–434. DOI: 10.30758/0555-2648-2023-69-4-421-434.
6. Asmi E., Kondratyev V., Brus D., Laurila T., Lihavainen H., Backman J., Vakkari V., Aurela M., Hatakka J., Viisanen Y., Uttal T., Ivakhov V., Makshtas A. Aerosol size distribution seasonal characteristics measured in Tiksi, Russian Arctic // Atmos. Chem. Phys. 2016. V. 16. P. 1271–1287. DOI: 10.5194/acp-16-1271-2016.
7. Xing J., Bian L., Hu Q., Yu J., Sun C., Xie Z. Atmospheric black carbon along a cruise path through the Arctic Ocean during the Fifth Chinese Arctic Research Expedition // Atmosphere. 2014. V. 5. P. 292–306. DOI: 10.3390/atmos5020292.
8. Ferrero L., Sangiorgi G., Perrone M.G., Rizzi C., Cataldi M., Markuszewski P., Pakszys P., Makuch P., Petelski T., Becagli S., Traversi R., Bolzacchini E., Zielinski T. Chemical composition of aerosol over the Arctic Ocean from summer ARcticEXpedition (AREX) 2011–2012 cruises: Ions, amines, elemental carbon, organic matter, polycyclic aromatichydrocarbons, n-Alkanes, metals, and rare Earth elements // Atmosphere. 2019. V. 10, N 54. DOI: 10.3390/atmos10020054.
9. Park J., Dall’Osto M., Park K., Gim Y., Kang H.J., Jang E., Park K.-T., Park M., Yum S.S., Jung J., Lee B.Y., Yoon Y.J. Shipborne observations reveal contrasting Arctic marine, Arctic terrestrial and Pacific marine aerosol properties // Atmos. Chem. Phys. 2020. V. 20, N 5. P. 5573–5590. DOI: 10.5194/acp-20-5573-2020.
10. Sakerin S.M., Kabanov D.M., Makarov V.I., Polkin V.V., Popova S.A., Chankina O.V., Pochufarov A.O., Radionov V.F., Rize D.D. Spatial distribution of atmospheric aerosol physicochemical characteristics in Russian sector of the Arctic Ocean // Atmosphere. 2020. V. 11, N 11. P. 1170. DOI: 10.3390/atmos1111170.
11. Антохина О.Ю., Антохин П.Н., Аршинова В.Г., Аршинов М.Ю., Белан Б.Д., Белан С.Б., Давыдов Д.К., Ивлев Г.А., Козлов А.В., Nédélec Ph., Paris J.-D., Рассказчикова Т.М., Савкин Д.Е., Симоненков Д.В., Скляднева Т.К., Толмачев Г.Н., Фофонов А.В. Вертикальное распределение газовых и аэрозольных примесей воздуха над российским сектором Арктики // Оптика атмосф. и океана. 2017. Т. 30, № 12. С. 1043–1052. DOI: 10.15372/AOO20171207; Antokhina O.Yu., Antokhin P.N., Arshinova V.G., Arshinov M.Yu., Belan B.D., Belan S.B., Davydov D.K., Ivlev G.A., Kozlov A.V., Nédélec P., Paris J.-D., Rasskazchikova T.M., Savkin D.E., Simonenkov D.V., Sklyadneva T.K., Tolmachev G.N., Fofonov A.V. Vertical distributions of gaseous and aerosol admixtures in air over the Russian Arctic // Atmos. Ocean. Opt. 2018. V. 31, N 3. P. 300–310.
12. Зенкова П.Н., Чернов Д.Г., Шмаргунов В.П., Панченко М.В., Белан Б.Д. Субмикронный аэрозоль и поглощающее вещество в тропосфере российского сектора Арктики по данным измерений самолета-лаборатории Ту-134 «Оптик» в 2020 г. // Оптика атмосф. и океана. 2021. Т. 34, № 11. С. 882–890. DOI: 10.15372/AOO20211108; Zenkova P.N., Chernov D.G., Shmargunov V.P., Panchenko M.V., Belan B.D. Submicron aerosol and absorbing substance in the troposphere of the Russian Sector of the Arctic according to measurements onboard the Tu-134 Optik aircraft laboratory in 2020 // Atmos. Ocean. Opt. 2022. V. 35, N 1. P. 43–51.
13. Антохина О.Ю., Антохин П.Н., Аршинова В.Г., Аршинов М.Ю., Белан Б.Д., Белан С.Б., Бердашкинова О.И., Голобокова Л.П., Давыдов Д.К., Ивлев Г.А., Козлов А.В., Онищук Н.А., Рассказчикова Т.М., Савкин Д.Е., Симоненков Д.В., Скляднева Т.К., Толмачев Г.Н., Фофонов А.В., Ходжер Т.В. Состав воздуха над Российским сектором Арктики в сентябре 2020 г. 4. Атмосферный аэрозоль // Оптика атмосф. и океана. 2024. Т. 37, № 3. C. 214–224. DOI: 10.15372/AOO20240305.
14. Glantz P., Bourassa A., Herber A., Iversen T., Karlsson J., Kirkevåg A., Maturilli M., Seland Ø., Stebel K., Struthers H., Tesche M., Thomason L. Remote sensing of aerosols in the Arctic for an evaluation of global climate model simulations // J. Geophys. Res.: Atmos. 2014. V. 119. P. 8169–8188. DOI: 10.1002/2013JD021279.
15. Hsu N.C., Gautam R., Sayer A.M., Bettenhausen C., Li C., Jeong M.J., Tsay S.-C., Holben B.N. Global and regional trends of aerosol optical depth over land and ocean using SeaWiFS measurements from 1997 to 2010 // Atmos. Chem. Phys. 2012. V. 12. P. 8037–8053. DOI: 10.5194/acp-12-8037-2012.
16. Markowicz K.M., Pakszys P., Ritter C., Zielinski T., Udisti R., Cappelletti D., Mazzola M., Shiobara M., Xian P., Zawadzka O., Lisok J., Petelski T., Makuch P., Karasiński G. Impact of North American intense fires on aerosol optical properties measured over the European Arctic in July 2015 // J. Geophys. Res.: Atmos. 2016. V. 121. P. 14,487–14,512. DOI: 10.1002/2016JD025310.
17. Remer L.A., Kaufman Y.J., Tanre D., Mattoo S., Chu D.A., Martins J.V., Li R.-R., Ichoku C., Levy R.C., Kleidman R.G., Eck T.F., Vermote E., Holben B.N. The MODIS aerosol algorithm, products, and validation // J. Atmos. Sci. 2005. V. 62, N 4. P. 947–973. DOI: 10.1175/JAS3385.1.
18. Gelaro R., McCarty W., Suárez M.J., Todling R., Molod A., Takacs L., Randles C.A., Darmenov A., Bosilovich M.G., Reichle R., Wargan K., Coy L., Cullather R., Draper C., Akella S., Buchard V., Conaty A., da Silva A.M., Gu W., Kim G.-K., Koster R., Lucchesi R., Merkova D., Nielsen J.E., Partyk G., Pawson S., Putman W., Rienecker M., Schubert S.D., Sienkiewicz M., Zhao B. The Modern-Era Retrospective Analysis for Research and Applications, version 2 (MERRA-2) // J. Climate. 2017. V. 30, N 14. P. 5419–5454. DOI: 10.1175/JCLI-D-16-0758.1.
19. Global Modeling and Assimilation Office (GMAO), 2015a. MERRA-2 tavgM_2d_aer_Nx: 2d, Monthly mean, Time-averaged, Single-Level, Assimilation, Aerosol Diagnostics V5.12.4, Greenbelt, MD, USA, Goddard Earth Sciences Data and Information Services Center (GES DISC). DOI: 10.5067/FH9A0MLJPC7N (last access: 15.04.2023).
20. Global Modeling and Assimilation Office (GMAO), 2015b. MERRA-2 tavg1_2d_aer_Nx: 2d, 1-Hourly, Time-averaged, Single-Level, Assimilation, Aerosol Diagnostics V5.12.4, Greenbelt, MD, USA, Goddard Earth Sciences Data and Information Services Center (GES DISC). DOI: 10.5067/KLICLTZ8EM9D (last access: 15.04.2023).
21. Mei L., Xue Y., de Leeuw G., von Hoyningen-Huene W., Kokhanovsky A.A., Istomina L., Guang J., Burrows J.P. Aerosol optical depth retrieval in the Arctic region using MODIS data over snow // Remote Sens. Environ. 2013. V. 128. P. 234–245. DOI: 10.1016/j.rse.2012. 10.009.
22. Журавлева Т.Б., Артюшина А.В., Виноградова А.А., Воронина Ю.В. Черный углерод в приземной атмосфере вдали от источников эмиссий: сравнение результатов измерений и реанализа MERRA-2 // Оптика атмосф. и океана. 2020. Т. 33, № 4. С. 250–260. DOI: 10.15372/AOO20200402; Zhuravleva T.B., Artyushina A.V., Vinogradova A.A., Voronina Yu.V. Black carbon in the near-surface atmosphere far away from emission sources: Comparison of measurements and MERRA-2 reanalysis data // Atmos. Ocean. Opt. 2020. V. 33, N 6. P. 591–601.
23. Turchinovich Yu.S., Pochufarov A.O., Sakerin S.M. Algorithm of controlling the quality and retrieval of data from measurements of aerosol and black carbon concentrations in marine expeditions // Proc. SPIE. 2021. V. 11916. P. 119161U. DOI: 10.1117/12.2600591.
24. Chen Y.-C., Hamre B., Frette Q., Muyimbwa D., Blindheim S., Stebel K., Sobolewski P., Toledano C., Stamnes J. Aerosol optical properties in Northern Norway and Svalbard // Appl. Opt. 2016. V. 55, N 4. DOI: 10.1364/AO.55.000660.
25. Smithsonian Institution – Global Volcanism Program: Worldwide Holocene Volcano and Eruption Information. URL: https://volcano.si.edu (last access: February 2022).
26. Sakerin S.M., Kabanov D.M., Kopeikin V.M., Kruglinsky I.A., Novigatsky A.N., Shevchenko V.P., Turchinovich Yu.S. Spatial distribution of atmospheric black carbon in the Eurasian sector of the Arctic Ocean from 28 marine expeditions (2007–2022) // Atmos. Pollut. Res. 2023. V. 14. P. 101885. DOI: 10.1016/j.apr.2023.101885.