Том 37, номер 10, статья № 2

Аннотация:

В Арктике потепление климата происходит в несколько раз быстрее, чем в других районах земного шара. Это может быть результатом усиления обратных связей между климатом и составом атмосферы. Однако данных об изменениях концентрации климатически активных веществ в этом регионе крайне мало. Поэтому для восполнения пробела в данных о вертикальном распределении газового и аэрозольного составов воздуха над Российским сектором Арктики в сентябре 2020 г. на самолете-лаборатории Ту-134 «Оптик» был проведен эксперимент по зондированию атмосферы и водной поверхности над акваториями всех российских морей Северного Ледовитого океана. В настоящей работе приводится анализ пространственного распределения газового и аэрозольного составов арктической тропосферы. Показано, что в период эксперимента концентрация СО₂ в направлении с запада на восток росла в приводном и пограничном слоях и, наоборот, убывала в тропосфере. Содержание же метана в приводном слое в том же направлении уменьшалось. Концентрации СО, NO_X и SO₂ в Российском секторе Арктики были очень низкими, что характерно для удаленных фоновых районов. Все фракции аэрозоля также демонстрируют убывание содержания с запада на восток. Полученные результаты могут быть использованы при моделировании атмосферных процессов, происходящих в Арктике в условиях изменяющегося климата.

Ключевые слова:

Арктика, атмосфера, аэрозоль, вертикальное распределение, диоксид серы, метан, озон, оксиды азота, оксиды углерода, перенос, состав

Иллюстрации:

Список литературы:

1. IPCC, 2021: Summary for Policymakers // Climate Change 2021: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. England: Cambridge University Press, 2021. P. 1–41.
2. Rantanen M., Karpechko A.Yu., Lipponen A., Nording K., Hyvarinen O., Ruosteenoja K., Vihma T., Laaksonen A. The Arctic has warmed nearly four times faster than the globe since 1979 // Commun. Earth Environ. 2022. V. 3. Art. N 168. DOI: 10.1038/s43247-022-00498-3.
3. Thoman R., Druckenmiller M.L., Moon T. State of the climate in 2021 // Bull. Am. Meteorol. Soc. 2022. V. 103, N 8. P. S257–S306. DOI: 10.1175/BAMSStateoftheclimate.1.
4. Wendisch M, Brückner M., Crewell S., Ehrlich A., Notholt J., Lüpkes C., Macke A., Burrows J.P., Rinke A., Quaas J., Maturilli M., Schemann V., Shupe M.D., Akansu E.F., Barrientos-Velasco C., Bärfuss K., Blechschmidt A.-M., Block K., Bougoudis I., Bozem H., Böckmann C., Bracher A., Bresson H., Bretschneider L., Buschmann M., Chechin D.G., Chylik J., Dahlke S., Deneke H., Dethloff K., Donth T., Dorn W., Dupuy R., Ebell K., Egerer U., Engelmann R., Eppers O., Gerdes R., Gierens R., Gorodetskaya I.V., Gottschalk M., Griesche H., Gryanik V.M., Handorf D., Harm-Altstädter B., Hartmann J., Hartmann M., Heinold B., Herber A., Herrmann H., Heygster G., Höschel I., Hofmann Z., Hölemann J., Hünerbein A., Jafariserajehlou S., Jäkel E., Jacobi C., Janout M., Jansen F., Jourdan O., Jurányi Z., Kalesse-Los H., Kanzow T., Käthner R., Kliesch L.L., Klingebiel M., Knudsen E.M., Kovács T., Körtke W., Krampe D., Kretzschmar J., Kreyling D., Kulla B., Kunkel D., Lampert A., Lauer M., Lelli L., von Lerber A., Linke O., Löhnert U., Lonardi M., Losa S.N., Losch M., Maahn M., Mech M., Mei L., Mertes S., Metzner E., Mewes D., Michaelis J., Mioche G., Moser M., Nakoudi K., Neggers R., Neuber R., Nomokonova T., Oelker J., Papakonstantinou-Presvelou I., Pätzold F., Pefanis V., Pohl C., van Pinxteren M., Radovan A., Rhein M., Rex M., Richter A., Risse N., Ritter C., Rostosky P., Rozanov V.V., Ruiz Donoso E., Saavedra Garfias P.S., Salzmann M., Schacht J., Schäfer M., Schneider J., Schnierstein N., Seifert P., Seo S., Siebert H., Soppa M.A., Spreen G., Stachlewska I.S., Stapf J., Stratmann F., Tegen I., Viceto C., Voigt C., Vountas M., Walbröl A., Walter M., Wehner B., Wex H., Willmes S., Zanatta M., Zeppenfeld S. Atmospheric and surface processes, and feedback mechanisms determining Arctic amplification: A rewiew of first results and prospects of the (AC)³ project // Bull. Am. Meteorol. Soc. 2023. V. 104, N 1. P. E208–E242. DOI: 10.1175/BAMS-D-21-0218.1.
5. Sand M., Berntsen T.K., von Salzen K., Flanner M.G., Langner J., Victor D.G. Response of Arctic temperature to changes in emissions of short-lived climate forcers // Nat. Clim. Change. 2015. N 11. P. 286–289. DOI: 10.1038/nclimate2880.
6. Nomura D., Granskog M.A., Fransson A., Chierici M., Silyakova A., Ohshima K.I., Cohen L., Delille B., Hudson S.R., Dieckmann G.S. CO₂ flux over young and snow-covered Arctic pack ice in winter and spring // Biogeosci. 2018. V. 15, N 11. P. 3331–3343. DOI: 10.5194/bg-15-3331-2018.
7. Willis M.D., Leaitch R.W., Abbatt J.P.D. Processes controlling the composition and abundance of Arctic aerosol // Rev. Geophys. 2018. V. 56, N 4. P. 621–671. DOI: 10.1029/2018RG000602.
8. Kulmala M., Nieminen T., Chellapermal R., Makkonen R., Back J., Kerminen V.-M. Climate feedbacks linking the increasing atmospheric CO₂ concentration, BVOC emissions, aerosols and clouds in forest ecosystems // Biology, Controls and Model Tree Volatile Organic Compound Emissions / U. Niinemets, R.K. Monson (eds.). Dordrecht: Springer, 2010. P. 489–508.
9. Ивахов В.М., Парамонова Н.Н., Привалов В.И., Зинченко А.В., Лоскутова М.А., Макштас А.П., Кустов В.А., Лаурила Т., Аурела М., Асми Э. Атмосферная концентрация диоксида углерода на станциях Тикси и Мыс Баранова в 2010–2017 гг. // Метеорол. и гидрол. 2019. № 4. С. 110–121.
10. Нагурный А.П. Анализ данных измерений концентрации диоксида углерода в приледном слое атмосферы на ледовой дрейфующей станции «Северный Полюс-35» (2007–2008 гг.) // Метеорол. и гидрол. 2010. № 9. С. 55–61.
11. Pankratova N., Skorokhod A., Belikov I., Belousov V., Muravya V., Flint M. Ship-borne observations of atmospheric CH₄ and d¹³C isotope signature in methane over Arctic seas in summer and autumn 2021 // Atmosphere. 2022. V. 13, N 3. P. 458. DOI: 10.3390/atmos13030458.
12. Клепиков А.В. Российские исследования в области полярной метеорологии в 2019–2022 гг. // Изв. РАН. Физ. атмосф. и океана. 2023. Т. 59, № 7. С. 915–929.
13. Kylling A., Zwaaftink G.C.D., Stohl A. Mineral dust instantaneous radiative forcing in the Arctic // Geophys. Res. Lett. 2018. V. 45, N 9. P. 4290–4298. DOI: 10.1029/2018GL077346.
14. Журавлева Т.Б., Панченко М.В., Козлов В.С., Насртдинов И.М., Полькин В.В., Терпугова С.А., Чернов Д.Г. Модельные оценки динамики вертикальной структуры поглощения солнечного излучения и температурных эффектов в фоновых условиях и экстремально задымленной атмосфере по данным самолетных наблюдений // Оптика атмосф. и океана. 2017. Т. 30, № 10. С. 834–839. DOI: 10.15372/AOO20171004; Zhuravleva T.B., Panchenko M.V., Kozlov V.S., Nasrtdinov I.M., Pol’kin V.V., Terpugova S.A., Chernov D.G. Model estimates of dynamics of the vertical structure of solar absorption and temperature effects under background conditions and in extremely smoke-laden atmosphere according to data of aircraft observations // Atmos. Ocean. Opt. 2018. V. 31, N 1. P. 24–30.
15. Burrows J.P., Martin R. Satellite observations of tropospheric trace gases and aerosols. Introduction // IGAC Newsletter. 2007. N 35. P. 2–7.
16. Tollefson J. Carbon-sensing satellite system faces high hurdles // Nature. 2016. V. 533, N 7604. P. 446–447.
17. Popkin G. Commercial space sensors go high-tech // Nature. 2017. V. 545, N 7655. P. 397–398.
18. Costantino L., Cuesta J., Emili E., Coman A., Foret G., Dufour G., Eremenko M., Chailleux Y., Beekmann M., Flaud J.-M. Potential of multispectral synergism for observing ozone pollution by combining IASI-NG and UVNS measurements from the EPS-SG satellite // Atmos. Meas. Tech. 2017. V. 10, N 4. P. 1281–1298. DOI: 10.5194/amt-10-1281-2017.
19. Wendisch M., Brenguier J.-L. (eds.). Airborne Measurements foe Environmental Research. Weinheim: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2013. 655 p.
20. Belan B.D., Ancellet G., Andreeva I.S., Antokhin P.N., Arshinova V.G., Arshinov M.Y., Balin Y.S., Barsuk V.E., Belan S.B., Chernov D.G., Davydov D.K., Fofonov A.V., Ivlev G.A., Kotel’nikov S.N., Kozlov A.S., Kozlov A.V., Law K., Mikhal’chishin A.V., Moseikin I.A., Nasonov S.V., Nédélec P., Okhlopkova O.V., Ol’kin S.E., Panchenko M.V., Paris J.-D., Penner I.E., Ptashnik I.V., Rasskazchikova T.M., Reznikova I.K., Romanovskii O.A., Safatov A.S., Sav-kin D.E., Simonenkov D.V., Sklyadneva T.K., Tolmachev G.N., Yakovlev S.V., Zenkova P.N. Integrated airborne investigation of the air composition over the Russian sector of the Arctic // Atmos. Meas. Tech. 2022. V. 15, N 13. P. 3941–3967. DOI: 10.5194/amt-15-3941-2022.
21. Антохина О.Ю., Антохин П.Н., Аршинова В.Г., Аршинов М.Ю., Белан Б.Д., Белан С.Б., Гурулева Е.В., Давыдов Д.К., Ивлев Г.А., Козлов А.В., Law K.S., Рассказчикова Т.М., Paris J.-D., Савкин Д.Е., Симоненков Д.В., Скляднева Т.К., Толмачев Г.Н., Фофонов А.В. Состав воздуха над Российским сектором Арктики. 1. Метан // Оптика атмосф. и океана. 2023. Т. 36, № 2. С. 100–110. DOI: 10.15372/AOO20230204; Antokhina O.Yu., Antokhin P.N., Arshinova V.G., Arshinov M.Yu., Belan B.D., Belan S.B., Guruleva E.V., Davydov D.K., Ivlev G.A., Kozlov A.V., Law K., Rasskazchikova T.M., Paris J.-D., Savkin D.E., Simonenkov D.V., Sklyadneva T.K., Tolmachev G.N., Fofonov A.V. Air composition over the Russian Arctic: 1 – Methane // Atmos. Ocean. Opt. 2023. V. 36, N 5. P. 470–489. DOI: 10.1134/S1024856023050032.
22. Антохина О.Ю., Антохин П.Н., Аршинова В.Г., Аршинов М.Ю., Ancellet G., Белан Б.Д., Белан С.Б., Гурулева Е.В., Давыдов Д.К., Ивлев Г.А., Козлов А.В., Law K.S., Nédélec Ph., Рассказчикова Т.М., Paris J.-D., Савкин Д.Е., Симоненков Д.В., Скляднева Т.К., Толмачев Г.Н., Фофонов А.В. Состав воздуха над Российским сектором Арктики. 2. Углекислый газ // Оптика атмосф. и океана. 2023. Т. 36, № 4. С. 280–288. DOI: 10.15372/AOO20230404; Antokhina O.Yu., Antokhin P.N., Arshinova V.G., Arshinov M.Yu., Ancellet G., Belan B.D., Belan S.B., Guruleva E.V., Davydov D.K., Ivlev G.A., Kozlov A.V., Law K., Nédélec P., Rasskazchikova T.M., Paris J.-D., Savkin D.E., Simonenkov D.V., Sklyadneva T.K., Tolmachev G.N., Fofonov A.V. Air composition over the Russian Arctic: 2 – Carbon dioxide // Atmos. Ocean. Opt. 2023. V. 36, N 5. P. 490–500.
23. Антохина О.Ю., Антохин П.Н., Аршинова В.Г., Аршинов М.Ю., Ancellet G., Белан Б.Д., Белан С.Б., Давыдов Д.К., Ивлев Г.А., Козлов А.В., Law K.S., Nédélec Ph., Рассказчикова Т.М., Paris J.-D., Савкин Д.Е., Симоненков Д.В., Скляднева Т.К., Толмачев Г.Н., Фофонов А.В. Состав воздуха над Российским сектором Арктики. 3. Малые газовые составляющие атмосферы // Оптика атмосф. и океана. 2023. Т. 36, № 11. С. 895–903. DOI: 10.15372/AOO20231104; Antokhina O.Yu., Antokhin P.N., Arshinova V.G., Arshinov M.Yu., Ancellet G., Belan B.D., Belan S.B., Davydov D.K., Ivlev G.A., Kozlov A.V., Law K., Nédélec P., Rasskazchikova T.M., Paris J.-D., Savkin D.E., Simonenkov D.V., Sklyadneva T.K., Tolmachev G.N., Fofonov A.V. Air composition over the Russian Arctic: 3 – Trace gases // Atmos. Ocean. Opt. 2024. V. 37, N 1. P. 31–47.
24. 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 атмосферы над Российским сектором Арктики в сентябре 2020 г. 4. Атмосферный аэрозоль // Оптика атмосф. и океана. 2024. Т. 37, № 3. С. 214–224. DOI: 10.15372/AOO20240305.
25. Deutsch C.V., Journel A.G. GSLIB – Geostatistical Software Library and User’s Guide. New York: Oxford University Press, 1992. 338 p.
26. van Marle M.J.E., van Wees D., Houghton R.A., Field R.D., Verbesselt J., van der Werf G.R. New land-use-change emissions indicate a declining CO₂ airborne fraction // Nature. 2022. V. 603, N 7901. P. 450–454. DOI: 10.1038/s41586-023-06605-4.
27. Глинка Н.Л. Общая химия. Л.: Химия, 1985. 702 с.
28. Boscolo-Galazzo F., Crichton K.A., Barker S., Pearson P.N. Temperature dependency of metabolic rates in the upper ocean: A positive feedback to global climate change? // Glob. Planet. Change. 2018. V. 170, N 11. P. 201–212. DOI: 10.1016/j.gloplacha.2018.08.017.
29. Yurganov L., Carroll D., Pnyushkov A., Polyakov I., Zhang H. Ocean stratification and sea–ice cover in Barents and Kara seas modulate sea–air methane flux: Satellite data // Adv. Polar Sci. 2021. V. 32, N 2. P. 118–140. DOI: 10.13679/j.advps.2021.0006.
30. Seinfeld J.H., Pandis S.N. Chemistry and Physics: From air Pollution to Climate Change. New Jersey: Wiley, 2006. 1190 p.
31. Dekhtyareva A., Hermanson M., Nikulina A., Hermansen O., Svendby T., Holmén K., Graversen R.G. Springtime nitrogen oxides and tropospheric ozone in Svalbard: Results from the measurement station network // Atmos. Chem. Phys. 2022. V. 22, N 17. P. 11631–11656. DOI: 10.5194/acp-22-11631-2022.
32. Белан Б.Д. Озон в тропосфере. Томск: Изд-во ИОА СО РАН, 2010. 488 с.
33. Cao L., Li S., Gu Y. Luo Y. A three-dimensional simulation and process analysis of tropospheric ozone depletion events (ODEs) during the springtime in the Arctic using CMAQ (Community Multiscale Air Quality Modeling System) // Atmos. Chem. Phys. 2023. V. 23, N 5. P. 3363–3382. DOI: 10.5194/acp-23-3363-2023.
34. Fan S.-M., Jacob D. Surface ozone depletion in Arctic spring sustained by bromine reactions on aerosols // Nature. 1992. V. 359, N 6395. P. 522–524. DOI: 10.1038/359522a0.
35. Сакерин С.М., Зенкова П.Н., Кабанов Д.М., Калашникова Д.А., Лисицын А.П., Макаров В.И., Полькин В.В., Попова С.А., Симонова Г.В., Чанкина О.В., Шевченко В.П. Результаты исследований физико-химических характеристик атмосферного аэрозоля в 71-м рейсе НИС «Академик Мстислав Келдыш» // Оптика атмосф. и океана. 2020. Т. 33, № 5. С. 358–367. DOI: 10.15372/AOO20200505; Sakerin S.M., Zenkova P.N., Kabanov D.M., Kalashnikova D.A., Lisitzin A.P., Makarov V.I., Polkin V.V., Popova S.A., Simonova G.V., Chankina O.V., Shevchenko V.P. Results of studying physicochemical characteristics of atmospheric aerosol in the 71st cruise of RV Akademik Mstislav Keldysh // Atmos. Ocean. Opt. 2020. V. 33, N 5. P. 470–479.
36. Голобокова Л.П., Ходжер Т.В., Изосимова О.Н., Зенкова П.Н., Почуфаров А.О., Хуриганова О.И., Онищук Н.А., Маринайте И.И., Полькин В.В., Радионов В.Ф., Сакерин С.М., Лисицин А.П., Шевченко В.П. Химический состав атмосферного аэрозоля в арктическом районе по маршрутам морских экспедиций 2018–2019 гг. // Оптика атмосф. и океана. 2020. Т. 33, № 6. С. 421–429. DOI: 10.15372/AOO20200601; Golobokova L.P., Khodzher T.V., Izosimova O.N., Zenkova P.N., Pochyufarov A.O., Khuriganowa O.I., Onishyuk N.A., Marinayte I.I., Polkin V.V., Radionov V.F., Sakerin S.M., Lisitzin A.P., Shevchenko V.P. Chemical composition of atmospheric aerosol in the Arctic Region and adjoining seas along the routes of marine expeditions in 2018–2019 // Atmos. Ocean. Opt. 2020. V. 33, N 5. P. 480–489.