CC BY
16
МЕТОДЫ ГЕОГРАФИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ
УДК 504.3.054
Н.Е. Чубарова1, И.К. Ларин2, Е.А. Лезина3
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ И МОДЕЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВАРИАЦИЙ СОДЕРЖАНИЯ ДИОКСИДА АЗОТА В ПОГРАНИЧНОМ СЛОЕ АТМОСФЕРЫ В МОСКВЕ4
На основании экспериментальных данных и модельных расчетов проанализированы вариации диоксида азота N0 в нижнем слое тропосферы в разные сезоны года. Натурные измерения проводились с помощью газовых анализаторов, установленных на Останкинской телебашне до высоты 350 м и в МГУ до уровня 150 м. Показано, что средние значения концентрации N0 близки к среднегодовому значению ПДК, принятому в РФ. В зимний период отмечается аномальное вертикальное распределение содержания N0 (увеличение с высотой), которое прослеживается до высоты 250 м. Сравнение суточных вариаций N02 на различной высоте, полученных по экспериментальным и модельным данным, показало удовлетворительное согласие, особенно после учета эмиссий N0 от ТЭЦ. Оценено содержание N0 в нижнем 350-метровом слое, которое может достигать 1,5 матм. см. На основании модельных и экспериментальных данных получены связи между общим содержанием N0 и его приземной концентрацией.
Ключевые слова: загрязнение атмосферы, диоксид азота, концентрация, фотохимическая модель, нижний слой тропосферы.
Введение. Атмосфера большого города может испытывать значительные возмущения в результате выброса различных газов промышленными объектами, электростанциями и транспортом. Это может приводить, в частности, к заметному увеличению содержания диоксида азота (N02), который оказывает вредное воздействие на здоровье человека. Исследования Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) показывают, что экспозиция по диоксиду азота в атмосферном воздухе в крупных городах может приводить как к острым, так и к хроническим заболеваниям, особенно у детей, а также у людей, страдающих хроническими заболеваниями дыхательных путей. В то же время за счет поглощения N02 в ультрафиолетовой (УФ) и видимой области спектра может наблюдаться дополнительное ослабление солнечной радиации [2, 6]. Таким образом, оценки общего содержания и изменчивости N02 могут уточнить наши представления о влиянии городского загрязнения на спектральный состав солнечного излучения, а также объяснить расхождение между спутниковыми и наземными измерениями УФ-радиации в антропогенных условиях [7].
О важности исследования диоксида азота свидетельствует и организация спутникового монито-
ринга NO2 с помощью приборов GOME, OMI, SCIAMACHY [5, 9]. Однако в настоящее время качество спутниковых восстановлений NO2 невысоко и требует проведения дополнительной вали-дации. Цель работы заключалась в оценке вариаций NO2 на разных высотах и в столбе атмосферы в теплый и холодный периоды года на основании экспериментальных и модельных данных, а также в объяснении причин изменчивости концентрации NO2. Отметим, что высотные измерения NO2 практически нигде в мире не проводятся, что дает уникальную возможность сопоставить данные моделей и измерений не только у поверхности земли, но и в нижнем, наиболее загрязненном слое тропосферы.
Описание эксперимента и фотохимической модели. Измерения концентрации NO2 с помощью газовых анализаторов фирмы ОПТЕК P-310 A проводились в юго-западной части Москвы, на 32-м этаже Главного здания МГУ (музей Землеведения), и параллельно в Метеорологической обсерватории МГУ (МО МГУ), расположенной поблизости. Разница высоты в этих точках составляла приблизительно 150 м. Оба газовых анализатора откалибро-ваны до и после экспериментов на станции экологического мониторинга, находящейся в совмест-
1 Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, географический факультет, кафедра метеорологии и климатологии, вед. науч. с., e-mail: [email protected]
2 Учреждение РАН, Институт энергетических проблем химической физики, зав. лабораторией, профессор, e-mail: [email protected]
3 Государственное природоохранное учреждение МОСЭКОМОНИТОРИНГ, главный специалист, e-mail: [email protected]
4 Исследования частично поддержаны грантами МНТЦ (№ 3254) и РФФИ (№ 08-05-00818-а).
ном ведении Института физики атмосферы РАН им. А.М. Обухова и географического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова. Кроме того, мы использовали данные аналогичных измерений на Останкинской телебашне, расположенной на севере Москвы, где измерения проводились на высоте 0, 130, 238 и 348 м Государственным природоохранным учреждением МОСЭКОМОНИТОРИНГ. Дополнительно для оценки времени существования температурной инверсии использовались данные микроволнового температурного профилемера МТП5, установленного в МО МГУ.
Модельные расчеты выполнялись с использованием одномерной фотохимической модели средней атмосферы, разработанной в Институте энергетических проблем химической физики РАН. Модель позволяет рассчитывать высотные профили концентрации различных атмосферных компонентов, включая короткоживущие атомы и свободные радикалы, до высоты 20 км с шагом 50 м и с разрешением по времени от нескольких секунд до нескольких дней. Число рассчитываемых компонентов могло достигать 100 и более, а число реакций — нескольких сотен. В качестве входных параметров модели использовались предварительно рассчитанные высотные профили компонентов; спектральный поток солнечного излучения [4]; сечения поглощения и квантовые выходы продуктов фотодиссоциации [4]; константы скорости химических
реакций [4]; высотный профиль температуры [7] и коэффициента турбулентной диффузии [1, 10], а также высотные профили основных атмосферных компонентов, участвующих в химических реакциях [7]. При вычислении высотных профилей N0, N02 и О3 мы использовали данные о высотном распределении метана, формальдегида и угарного газа, а также экспериментальные данные о времени существования температурной инверсии, что определяло значения коэффициента турбулентной диффузии, которые выбирались в соответствии с указаниями, приведенными в табл. 1 из работы [1].
Результаты исследований. Два интенсивных периода измерений приходятся на июнь 2007 г. и февраль—март 2008 г., что позволяет проанализировать сезонные изменения атмосферного содержания N02. В табл. 1 представлены основные метеорологические характеристики летнего и зимнего экспериментов, а также измеренные значения концентрации N02 на различных уровнях в МГУ и Останкине для дневных условий в интервале ±3 часа относительно солнечного полдня, а также суточные величины концентрации N02.
Из данных табл. 1 видно, что в нижнем 250-метровом слое в период измерений наблюдаются высокие значения концентрации N02, особенно зимой. Средние суточные значения в приземном слое в летний период близки к принятым ВОЗ критериям для среднегодовых осредненных значений
Таблица 1
Основные метеорологические характеристики у поверхности земли и дневные значения концентрации N02
на высоте г в Останкине и МГУ
Статистики Параметры
Метеорологические характеристики Концентрация NO, мкг/м3 (МГУ) Концентрация NO, мкг/м3
атмосферное давление, мбар температура воздуха, °C относительная влажность, % скорость ветра, м/с Z = 0 м Z = 153 м Z = 0 м Z = 130 м Z = 248 м Z = 348 м
7-28 июня 2007 г.
Среднее 985,9 18,4 55,6 2,1 31(40) 26(32) 23(33) 17(21) 16(13) 12(9)
Минимум 975,3 8,6 27,0 0,0 3 (3) 0(0) 4(2) 1(0) 0(0) 1(0)
Максимум 996,4 28,5 95,0 5,0 89(126) 89(108) 71(96) 81(114) 78(78) 67(67)
Стандартное отклонение 4,9 4,0 14,3 0,8 18(24) 24(25) 13(18) 16(18) 15(13) 13(9)
12 февраля—10 марта 2008 г.
Среднее 980,5 -0,5 83,5 2,5 38(37) 47(47) 30(32) 40(39) 38(38) 14(13)
Минимум 948,0 -15,8 48,0 0,1 15(8) 23(12) 9(5) 29(28) 2(1) 0(0)
Максимум 1012,0 6,7 100,0 5,3 87(88) 79(86) 72(76) 59(59) 93(123) 76(94)
Стандартное отклонение 13,1 4,2 11,4 1,0 15(17) 13(14) 14(16) 7(7) 20(23) 16(20)
Примечание. Статистики рассчитаны на основании данных с часовым осреднением. В скобках — суточные значения концентрации N0. В летней выборке в МГУ за указанный период отсутствует несколько дней, что связано со сбоями в электропитании приборов, установленных на 32-м этаже.
Рис. 1. Вариации значений коэффициента корреляции между концентрацией N0, измеренной в Останкине и в МГУ в течение дня на разных высотах в разные сезоны года. Жирная линия — значимость коэффициентов корреляции в рассматриваемых выборках. Здесь и далее указано московское зимнее время
концентрации диоксида азота, которые составляют 40 мкг/м3. В холодный период года такая концентрация прослеживается до высоты 250 м. В дневное время за счет фотодиссоциации отмечаются в целом более низкие значения, однако в зимний период они также высоки и близки к 40 мкг/м3. Для исследуемых периодов максимальные значения не превышали установленного в РФ с 1 февраля 2006 г. норматива для разовых значений концентраций диоксида азота (ПДК 200 мкг/м3), однако в некоторые дни его концентрация могла достигать почти 130 мкг/м3.
Зимой более высокая концентрация N02 отмечается практически на всех высотах, вплоть до 348 м, где она уже становится более или менее сравнимой с летней. Отметим, что в зимний период, по данным Останкино и МГУ, отмечается увеличение среднедневной и среднесуточной концентрации N02 с высотой (особенно в нижнем 150-метровом слое) вплоть до высоты 250 м. Это отличается от принятого стандартного вертикального распределения содержания диоксида азота,
рассматриваемого в атмосферных моделях для фоновых условий. Летом наблюдается уменьшение концентрации N02 с высотой, причем как в МГУ, так и в Останкине. Как видно из данных табл. 1, концентрация N02 в МГУ у поверхности земли и на высоте несколько выше, чем в Останкине. Это может быть связано с тем, что МГУ расположен ближе к центру города, где в целом уровень эмиссии N0X выше.
Рассмотрим пространственную корреляцию между концентрацией N02 на разных уровнях в разные сезоны года. Чтобы исключить влияние суточного хода, анализ связи между концентрацией N02, измеренной в МГУ и Останкине, проводился для одного и того же времени суток, т.е. для выборок измерений, сделанных в 12, 13, 14 часов и т.д. В результате получены зависимости значений коэффициента корреляции между концентрацией N02 и временем суток, которые показаны на рис. 1. На рис. 1 отчетливо видно, что днем связь между измерениями в разных пунктах Москвы увеличивается, в то время как ночью она становится незначимой, за исключением случаев корреляции между концентрацией N02 у поверхности земли в зимнее время. Другими словами, в дневное время сущест-
Рис. 2. Влияние различных параметров на относительное изменение содержания N0 в столбе атмосферы (если не оговаривается особо, то в качестве базовых при расчетах использовался зенитный угол I = 50° и Т = 294,7 К: а — влияние зенитного угла Солнца 100([Ы02]жн.уг. - №02]зен.уг. = зо)/^02]зен уг = зо, где [N0] — содержание N0 в столбе атмосферы 0—20 км и имеет размерность см-2; б — влияние температуры воздуха 100(^02]т — ^02]т = 265)/[Ы02]т = 265, %, где Т — температура в градусах Кельвина; в — влияние турбулентной диффузии 100([Ы02]^ — ^02]МИнв)/^02]МИнв, %; г — влияние формальдегида 100([Ы02][СН2о| — [N011111 [сн2о])/^02]т|11[Сн2о], %, где шт[СИ20]=1013 см 2
вуют факторы, определяющие однотипную межсуточную вариацию концентрации N02, в то время как ночью эти факторы ослабевают.
Для выяснения этих и других закономерностей вариации содержания диоксида азота проведен ряд модельных тестов на чувствительность его концентрации к разным метеорологическим параметрам. Результаты оценки чувствительности содержания N02 к некоторым важным атмосферным характеристиками приведены на рис. 2. В частности, рассчитано влияние зенитного угла Солнца на содержание N02 в столбе атмосферы (рис. 2, а) (угол определяет главным образом уровень солнечного излучения). Видно, что изменение интенсивности солнечного света при переходе от летнего полдня (30°) к позднему вечеру (85°) существенно влияет на содержание N02, которое возрастает в 4 раза. Такое увеличение содержания N02 объясняется уменьшением скорости фотодиссоциации по реакции N02 + Ну ^ N0 + 0 с ростом зенитного угла. На рис. 2, б приводятся данные расчетов, демонстрирующих влияние температуры на содержание двуокиси азота в столбе атмосферы; видно, что с повышением температуры содержание N02 повышается, что объясняется увеличе-
нием константы скорости реакции N0 + 0
N02 + 0о с температурой по закону Щ
3 ^ N0 + 0 ~
~ ехр (-1400/Т) [4].
На рис. 2, в показано влияние коэффициента турбулентной диффузии (К^) на столб N09. Видно, что по мере увеличения К в диапазоне 105—106 см2с-1, принятых в работе [10], столб N02 уменьшается. Это объясняется тем, что повышенное значение коэффициента турбулентной диффузии приводит к более эффективному переносу N02 вверх, где происходит его более быстрое разрушение солнечным излучением. Компоненты, не разрушаемые светом (такие, например, как СО2), гораздо меньше зависят от величины К^. Однако в ряде работ используются более низкие значения коэффициента турбулентного обмена [1], которые мы и выбрали для дальнейшей работы, — для них эффект заметно меньше.
На рис. 2, г приведены данные, демонстрирующие влияние органики (формальдегида) на общее содержание N02. Видно, что повышение содержания формальдегида в столбе атмосферы приводит к уменьшению общего содержания N02. Это объясняется последовательностью реакций: СН20 + + НУ ^ НС0 + Н, Н + 03 ^
та превращается в азотную кислоту. В урбанизированной среде формальдегид образуется при окислении метана и других углеводородов, выбрасываемых автотранспортом и объектами промышленности. Поэтому влияние углеводородов на N02 во многом определяется приведенными выше процессами. В дальнейшем для учета этого влияния при проведении модельных расчетов вводилась эмиссия С0, основным продуктом окисления которого в атмосфере является формальдегид.
Влияние приземной концентрации молекул воды на общее содержание N02 составляет всего несколько процентов. Некоторое уменьшение содержания N02 с повышением концентрации молекул Н20 также объясняется увеличением концентрации радикалов 0Н, образующихся в результате реакций 03 +
+ НУ ^ 0(1Б) + 02, 0(1Б) + Н20 ^ 20Н, 0Н + + N02 + М ^ HN0з + М, приводящих к некоторому уменьшению концентрации N02.
Возвращаясь после проведенных тестов к анализу рис. 1, можно сказать, что усиление межсуточных пространственных связей между концентрацией N02 в дневное время, скорее всего, связано с влиянием межсуточных вариаций солнечного облучения, которое оказывает доминирующее действие на процессы фотодиссоциации N02 и соответственно на его концентрацию. В то же время зимой в ночное время у поверхности земли большую роль, вероятно, играют условия температурной стратификации, когда под воздействием синхронно действующих местных источников загрязнения одновременно в разных точках Москвы могут синхронно увеличиваться (или уменьшаться) значения приземной концентрации N02. Однако из-за небольших выборок указанные причины можно рассматривать лишь как гипотезы, это требует дополнительных исследований.
Рассмотрим вертикальное распределение концентрации N02 в теплый и холодный периоды. На рис. 3 приведены модельные профили N02 до
^ 0Н + 02, 0Н + N02 + + М ^ Н^3 + М, в результате которых диоксид азо-
Рис. 3. Вертикальные профили N0? в нижних слоях тропосферы по модельным (а) и экспериментальным (б) данным для летних и зимних условий
высоты 4 км, нормированные на величину концентрации в приземном слое. Там же по- я казаны и экспериментальные данные. Хоро- ^ шо видно, что за счет вариации значений ко- ^ эффициента турбулентного обмена в течение н дня отмечаются заметные сезонные вариации вертикального распределения N02. Летом за счет лучшего обмена в дневные часы отмечается более медленное убывание концентрации N02 с высотой, причем как по данным измерений, так и по модельным расчетам. Отчетливо видно увеличение зимой концентрации N02 с высотой, которое получено по расчетным и экспериментальным в данным. В табл. 2 приведены общее содержа- £ ние диоксида азота в столбе 0—20 км и его § распределение по слоям для дневных усло- ^ вий, рассчитанное на основании модели. Хо- | Ц рошо видно, что в зимний период N02 в §2 основном содержится (около 60%) в нижнем 350-метровом слое атмосферы, в то время как летом его содержание в этом слое состав- 1
5- V
^ §
г
о
ляет около 30—40%, а вертикальное распре- § Ц деление носит более равномерный характер.
По некоторым данным, в урбанизированных | ё
районах при определенных метеорологиче- ЦЗ ¡^
ских условиях за счет выброса отходов само- в §
летного топлива на высоте около 8—9 км ^а.
может отмечаться значительно более высокая £ §
концентрация N0X (до 5 ррЬ) [3]. Это в свою ^ |
очередь может увеличивать относительный 7 Ц
вклад N02 на этой высоте в тропосфере. ® в
Однако неизвестно, насколько равномерно рас- § |
пределена эта концентрация, поэтому пока 13 ц
этот источник N0X в модели не учитывался. " &
На рис. 4 представлены эксперименталь- ^ |
ные данные среднего суточного распределе- <и §
ния N02 на различной высоте, а также ре- Ц ^
зультаты соответствующих модельных расче- Ц ^
х
й О
тов для летних и зимних условий. Летом с 6 до 8 часов утра отмечается увеличение N02
.
в пределах 350 м, что можно объяснить уве- Л а личением эмиссии N0X за счет выбросов от О § транспорта («час пик») и фотохимическими в
реакциями. Температурная инверсия при этом не позволяет быстрый обмен с вышележащими слоями атмосферы, что привело бы к более интенсивному разрушению N02. Отметим некоторый сдвиг максимума с высотой за счет турбулентной диффузии, что наблюдается как по данным модельных расчетов, так и в эксперименте.
Затем в дневные часы летом наблюдается уменьшение концентрации N02 во всех слоях за счет его интенсивного разрушения солнечным излучением, которое наблюдается в Москве летом примерно в 12:30 (по московскому зимнему времени). Однако мини-
Зима 2000—10 000 м ЧО 2 2 2 2 2 2 2 3 5
1000—2000 м 5 6 3 11 11 11 11 11 2 4 3
350—1000 м с- 6 2 5 2 2 3 2 3 2 3 2 3 2 3 2 4 2 6
0—350 м 2 чо 5 0 6 3 6 6 6 6 6 3 6 9 5 6 6
Общее содержание N0, [матм. см] 0,93 0 0,89 0,78 0,73 0,73 0,75 0,83 0,99 8 ,2 2
Лето 2000—10 000 м 3 3 5 6 6 7 8 9 9 0
1000—2000 м с- с- 8 0 2 2 2 2 5 2 6 2 7 2 7 2 7 2
350—1000 м 2 3 2 3 5 3 7 3 7 3 7 3 7 3 6 3 6 3 5 3 4 3
0—350 м 8 8 2 8 3 5 3 3 3 31 0 3 9 2 9 2 9 2
Общее содержание N0, [матм. см] 0,63 0,63 0,65 0,68 0,72 0,75 0,78 ,81 0, 0,84 0,89 0,97
Время московское зимнее 0 ГО 0 ГО ОО 0 го ¿К 10:30 0 :3 0 :3 2: 0 :3 3: 0 :3 0 :3 5: 0 :3 6: 0 :3 7:
О
г
2
I
о
о -
и
В
о
Я
сЗ
Я
Л =
Рис. 4. Среднее суточное распределение N0 в нижней части планетарного граничного слоя согласно экспериментальным и модельным данным в летних и зимних условиях
мальные значения концентрации NO2 отмечаются несколько позже, примерно в 15—18 ч. Это объясняется постепенным увеличением концентрации углеводородов, достигающей максимума во второй половине дня, что сопровождается уменьшением концентрации NO2 по механизму, описанному для формальдегида при анализе рис. 2 (если иметь в виду, что формальдегид является одним из основных продуктов окисления углеводородных выбросов от автотранспорта). Кроме того, во второй половине дня достигает максимума и концентрация озона, что соответствует экспериментальным и модельным данным. Это приводит к дополнительному образованию радикалов ОН- и уменьшению концентрации NO2 по описанному выше механизму. В вечерние часы, при некотором уменьшении солнечного излучения и, следовательно, интенсивности фотохимического разрушения NO2, отмечается увеличение концентрации диоксида азота, которое в большой степени зависит также от эмиссий от автотранспорта. Это приводит к постепенному накоплению NO2, которое усиливается в при-
земном слое с развитием ночной температурной инверсии.
В зимнее время отмечается более сложная картина. Утренний и вечерний максимумы в приземной концентрации N02 существуют, но выражены слабее на фоне значительного повышения концентрации с высотой с максимумом на высоте 100—250 м. В модельных расчетах получено более симметричное распределение с выраженным минимумом в околополуденные часы, которое зимой наблюдается около 12:30.
Отметим, что и зимой и летом включены дополнительные эмиссии N0X на высоте выбросов от ТЭЦ (120—180 м), причем летом эмиссия была на 30% меньше, что приблизительно соответствует реальным условиям. Однако если в зимнее время высотный максимум N02 выражен очень отчетливо, то летом за счет активных процессов фотодиссоциации и несколько меньшей эмиссии высотный максимум N02 практически не выражен.
Согласно экспериментальным данным, в зимнее время даже осредненное содержание N02 в ниж-
>§ £ Приземная концентрация К02, мкг/м3
О т
♦ зима, эксперимент ■ лето, эксперимент д лето, модель о зима, модель
Рис. 5. Связь между общим содержанием N0 в нижнем 350-метровом слое и приземной концентрацией по данным расчетов и измерений для разный сезонов года
нем 350-метровом слое быио довольно значительным (около 0,6 матм. см)5, а в отдельные дни оно достигало 1,4—1,5 матм. см. Летом его содержание могло также достигать больших величин, однако в среднем оно бышо ниже (0,3 матм. см), что, с одной стороны, определяется более активными процессами фотодиссоциации N0 за счет солнечного облучения, а с другой — несколько меньшей (на 30%) эмиссией N0^. из выгсотныи источников.
Таблица 3
Значения коэффициента регрессии а (матм. см • мкг-1 • м_3)
и коэффициента корреляции г между значениями приземной концентрации N0 и общим содержанием N02 в нижнем 350-метровом столбе атмосферы по данным измерений и моделирования
Время года Эксперимент Модель
а г а г
Лето 0,0124 0,85 0,0138 0,46
Зима 0,0199 0,76 0,0179 0,92
Важная задача — определение связи между общим содержанием N02 и его концентрацией у поверхности земли. Для этого использовались экспериментальные и модельные данные. На рис. 5 приведены зависимости между приземной концентрацией N02 и общим его содержанием в нижнем 350-метровом слое, где его вклад в общее содержание максимален. В табл. 3 приведены значения коэффициента регрессии и коэффициента корреляции между этими величинами. Отметим, что рассматривались только дневные ситуации при отсутствии мощных инверсий. Отчетливо видно, что летом коэффициент регрессии несколько ниже, чем зимой
(а-0,012^0,014 и а-0,020^0,018 матм.см-мкг"1-м-3 соответственно), что может быть обусловлено более эффективным разрушением N02 в процессе фотодиссоциации, а также несколько меньшими выбросами N02 из высотных источников. Таким образом, используя полученные простые зависимости, можно оценивать общее содержание N02 в наиболее загрязненном слое атмосферы непосредственно по данным приземных измерений, которые широко доступны.
Выводы. 1. Показано, что средние значения концентрации N02, особенно в зимний период, близки к среднегодовому значению ПДК, принятому в РФ. В зимний период отмечается аномальное высотное распределение концентрации N02 (увеличение N02 с высотой), что прослеживается до высоты 250 м. Выявлено усиление связи между концентрацией N02 в Останкине и МГУ в дневное время суток, что предположительно связано с доминирующим влиянием солнечного облучения, обусловливающего фотодиссоциацию N02.
2. Количественно оценена чувствительность N02 к действию солнечного облучения, температуры воздуха, турбулентной диффузии, а также влиянию органических соединений на примере формальдегида.
3. В результате сравнения натурных и модельных данных по высотному распределению N02 показана возможность модельного восстановления изменения концентрации N02 в нижнем слое тропосферы (до 4000 м) по данным мониторинга в приземном слое (до 350 м), а также необходимость учитывать выбросы от ТЭЦ для объяснения полученных экспериментальных данных.
4. Оценено общее содержание N02 в нижнем 350-метровом слое, которое может достигать в отдельных случаях 1,5 матм. см. В среднем, по экспериментальным данным, оно несколько ниже летом (0,3 матм. см) и выше зимой (0,6 матм. см). На основании модельных и экспериментальных данных получены количественные связи между общим содержанием N02 и его приземной концентрацией.
Авторы выражают признательность руководству музея Землеведения МГУ им. М.В. Ломоносова, а также сотруднику музея Землеведения В.В. Сна-кину за неоценимую помощь в организации эксперимента. Авторы также благодарят И.Б. Беликова за содействие в проведении эксперимента и студентов В.В. Лебедева и В.С. Партола за активное участие в экспериментальном цикле работ.
5 Матм. см. — миллиатмосферные сантиметры. Содержание N0, равное 1 матм. см, соответствует толщине его слоя в 0,001 см в столбе атмосферы, полученной при стандартных условиях.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Федосов А.А. Математическая модель загрязнения атмосферы выбросами тепловых электрических станций // Междунар. науч. журн. альтернативной энергетики и экологии. 2006. № 9. С. 98-102.
2. Чубарова Н.Е. О роли тропосферных газов в поглощении УФ радиации // Докл. РАН. 2006. Т. 407, № 2. С. 294-297.
3. Brunner D, Staehelin J., Jeker D. Large-scale nitrogen oxide plumes in the tropopause region and implications for ozone // Science. 1998. Vol. 282, N 5392. P. 1305-13091.
4. Chemical kinetics and photochemical data for use in atmospheric studies // Evaluation Number 15. JPL Publication. 2006. N 2. P. 1-231.
5. Martin R.V, Chance K, Jacob D.J. An improved retrieval of tropospheric nitrogen dioxide from GOME //J. Geophys. Res. 2002. Vol. 107(D20), N 4437. doi: 10.1029/2001JD001027.
6. McKenzie R.L., Weinreis C, Johnston P.V. et al. Effects of urban pollution on UV spectral irradiances // Atmos. Chem. Phys. 2008. Vol. 8. P. 5683-5697.
7. McKenzie R., Seckmeyer G., Bais A.F. et al. Satellite retrievals of erythemal UV dose compared with ground-based measurements at northern and southern midlatitudes // J. Geophys. Res. 2001. Vol. 106. P. 24051-24062.
8. Nicolet M. Etude des reactions chimiques de l'ozone dans la stratosphere // Inst. R. Meteorologique de Belgique. 1978. P. 471-477.
9. Richter A., Burrows, J.P., Nb H. et al. Increase in tropospheric nitrogen dioxide over China observed from space // Nature. 2005. Vol. 437. P. 129-132. doi: 10.1038/nature04092.
10. Shimazaki T. Minor Constituents in the Middle Atmosphere // Terra Scientific Publ. Comp. Tokyo, Japan. 1985. P. 354-355.
Поступила в редакцию 23.03.2009
N.E. Chubarova, I.K. Larin, E.A. Lezina
EXPERIMENTAL STUDIES AND MODELING
OF NITROGEN DIOXIDE VARIATIONS IN THE BOUNDARY LAYER IN MOSCOW
Variations of NO within the low troposphere layer have been studied basing on experimental data and model estimations for different seasons of the year. The experimental studies were carried out using gas analyzers installed on the Qstankino TV tower up to 350 m above the ground and on the top on the Moscow University main building at the height of 350 m. Mean NO2 concentrations appeared to be close to the annual mean allowable values approved in Russia. In winter a specific NO altitudinal trend, i.e. a rise in NO concentrations with increasing altitude, was observed up to the height of 250 m. There is a satisfactory correlation between experimentally obtained and modeled daily variations of NO concentrations at different altitudes, particularly if NO emissions of power plants are taken into account. According to the estimates NO concentrations in the low 350 m could reach 1,5 matm-cm. Correlation between the total amount of NO and its concentrations in the lowest atmospheric layer was obtained basing on experimental data and modeling results.
Key words: atmosphere pollution, nitrogen dioxide, concentrations, lowest troposphere layer.
