CC BY
139
ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН _____________________________________2013, том 56, №6___________________________________
ФИЗИКА АТМОСФЕРЫ
УДК 551.521.3, 551.583
С.Ф.Абдуллаев, В.А.Маслов, Б.И.Назаров, У.Мадвалиев
ВАРИАЦИИ СОДЕРЖАНИЯ ПРИЗЕМНОГО ОЗОНА В РАЗЛИЧНЫХ РЕГИОНАХ ТАДЖИКИСТАНА
Физико-технический институт им. С.У.Умарова АН Республики Таджикистан
(Представлено членом-корреспондентом АН Республики Таджикистан Х.Х.Муминовым 26.07.2012 г.)
Исследовано изменение приземной концентрации озона в пустыне Айвадж, г. Душанбе и пос. Зидды. Обнаружено, что при одинаковой фоновой концентрации озона около 100 мкг/м3 в Айвадже наблюдаются выбросы до 400 мкг/м3, а в пос. Зидды - провалы почти до нуля. Суточный ход содержания озона в Душанбе имеет более низкий уровень, с максимумом в середине дня.
Ключевые слова: концентрация - озон - парниковые газы - суточный ход.
Озон, как малая газовая составляющая атмосферы, имеет очень значимые для среды обитания человека свойства. Одно из них - это его способность создавать парниковый эффект, избирательно поглощая прямое солнечное излучение и тепловое излучение земли [1, 2]. Таким же свойством обладает и природный пылевой аэрозоль. Мы проводили регулярные измерения содержания приземного озона и концентрации пылевых частиц с 2009 г. по 2012 г. в г. Душанбе. Эпизодические измерения (в течение суток) с теми же приборами были проведены также в пустыне Айвадж на юге Таджикистана и в горном поселке Зидды в октябре 2010 г. и июле 2011 г. Это позволило обнаружить некоторые характерные особенности содержания озона в различных климатических зонах Таджикистана.
Для измерения содержания озона в приземном слое использован газоанализатор Ф-105 ОПТЭК с абсолютной погрешностью + 20 мкг/м3. На рис. 1 приведены корреляции среднечасовых концентраций озона с температурой воздуха и с концентрацией пылевых частиц, полученные из измерений в Душанбе. Среднечасовые значения были получены путём усреднения результатов измерений, проводившихся через каждую минуту в течение 20 мин в начале каждого часа в течение всей серии исследований. Таким образом, некоторые детали динамики содержания озона по этой методике могут быть утрачены. Рост содержания озона с температурой отражает, по-видимому, эффект возрастания генерации озона при увеличении солнечной радиации. Небольшая положительная корреляция концентрации озона и пылевых частиц может отражать как возрастание генерации озона вблизи частиц, нагретых сильнее, чем воздух, так и участие озона и пылевых частиц в каких-то одновременных перемещениях воздушных масс, связанных, например, с понижением атмосферного давления при пылевых эпизодах.
Адрес для корреспонденции: Абдуллаев Сабур Фузайлович. 734063, Республика Таджикистан, г. Душанбе, ул. Айни, 299/1, Физико-технический институт АНРТ. E-mail: [email protected].
Рис.1. Корреляция среднечасового содержания озона и а) температуры воздуха; б) концентрации аэрозольных частиц.
На рис.2а изображён суточный ход среднечасового содержания озона в трёх климатических зонах Таджикистана: пустыне Айвадж (высота 319 м), г. Душанбе (высота 803 м) и поселке Зидды (высота 2449 м). Одновременно измерялась концентрация частиц размером 0.3-1.0 мкм в приземном слое атмосферы (рис.2б). Кроме того, на рис. 2в приведены метеорологические параметры, относящиеся к периоду измерений в Айвадже: давление, относительная влажность, температура воздуха и температура почвы. Во время измерений в Айвадже наблюдалась сильная пылевая мгла, а при измерениях в Душанбе и пос. Зидды запылённость была фоновой.
Высокие уровни озона в атмосфере сопровождаются, как правило, повышенной температурой воздуха и высоким уровнем солнечной радиации. Для Айваджа характерно соответствие хода изменения содержания пылевого аэрозоля и температуры почвы и воздуха с максимумом в середине дня, поскольку в день измерений наблюдалась сильная пылевая мгла. Концентрация озона при этом менялась очень резко. Совершенно иной была концентрация пыли в Душанбе и в пос. Зидды - минимум в середине дня. При этом ход вариации концентрации озона и частиц был гораздо более гладким.
Детальные данные по концентрации озона (через каждую минуту) также существенно отличались во всех точках наблюдения (рис.3). Для Айваджа в период пылевой мглы характерны мощные выбросы днём с увеличением содержания озона до 400 мкг/м3 и провалы почти до нуля ночью, а в пос. Зидды наблюдались только провалы почти до нуля при том же фоновом значении около 100 мкг/м3. Суточный ход содержания приземного озона в Душанбе имеет относительно более гладкий характер и связан, скорее всего, с антропогенными факторами, особенно с автотранспортом, при бо-
лее высокой значимости растительности. Существенное различие динамики содержания озона в различных местностях [12] позволяет считать его характеристическим параметром местности.
Рис.2. а - Среднечасовой ход концентрации О3: Айвадж (2-3.07.2011), Душанбе (4-5.07.2011); Зидды (78.07.2011); б - вариации концентрации частиц 0.3-1.0 мкм: Айвадж (2-3.07.2011), Душанбе (4-5.07.2011); Зидды (7-8.07.2011); в - изменение метеорологических параметров в период измерений в Айвадже (1в- температура воздуха; ^ - температура почвы; £ % - относительная влажность воздуха; е, мб- упругость водяного пара)
12 13 17 18 19 20 22 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 13
Время
Рис.3. Амплитудный ход концентрации О3: а - Айвадж (2-3.07.2011), б - Душанбе (4-5.07.2011); в - Зидды (7-8.07.2011).
Наблюдения корреляции изменения содержания приземного озона и пылевого аэрозоля свидетельствуют о некоторой синхронности изменений их концентрации. Говорить об одновременном образовании в воздухе пыли и озона невозможно даже в условиях большого города, относя это за счёт автомобильного транспорта, поскольку корреляция имеет место и в высокогорье, и в пустыне, вдали от транспорта. Скорее всего, имеют место процессы переноса в приземном слое, в котором участвуют как частицы, так и приземный озон.
На рис.4а приведены среднечасовые значения концентрации озона и температуры воздуха 11 июля 2013 г. в Душанбе. На рис.4б приведены среднечасовые значения интенсивностей солнечной радиации и температуры воздуха за тот же день. Увеличение концентрации озона с ростом солнечной радиации и температуры воздуха определяется, видимо, увеличением скорости генерации озона в приземном слое атмосферы. При этом повышение концентрации озона происходит одновременно с повышением температуры, отставая от соответствующего хода интенсивности солнечной радиации примерно на три часа. На рис.4в приведены среднемесячные значения концентрации озона и дневной температуры воздуха за 2011 г. Этот график также подтверждает зависимость скорости генерации
озона от температуры воздуха.
Д>т»я«>с, 11.0Т.2011г, Вр»мя
Душамбе. 2011г
Рис.4. а - среднечасовые интенсивности солнечной радиации и концентрации озона; б - среднечасовые интенсивности солнечной радиации и температуры воздуха; в - среднемесячные концентрации озона и температуры воздуха. Душанбе, 2011 г.
Это означает, что в случае, если уровень приземного озона связан с переносом его из более высоких слоев атмосферы, то время этого переноса не превышает три часа. Если же озон генерируется в приземном слое воздуха, то скорость его образования связана не с величиной солнечной радиации, а с температурой воздуха, точнее, с температурой почвы и частиц аэрозоля.
Быстрые изменения содержания приземного озона ниже инверсионного слоя могут быть вызваны, например, вихревыми течениями, подобными «соляным пальцам», которые образуются при одновременном воздействии двух диффузионных процессов при ненулевых градиентах температуры и концентрации примеси [3-5].
Трудно сказать, насколько осуществима возможность значительного переноса воздушных масс с пылью и озоном из озоносферы. Во-первых, способны ли многокилометровые струйные течения обеспечить дневной ход вариации озона. Пыли выше инверсионного слоя мало, она может захватываться только в приземных слоях воздуха. Во-вторых, инверсионный слой (в Душанбе на уровне 3-4 км) образует естественную преграду для вертикальных перемещений воздуха, особенно в период пылевой мглы. При этом образуются устойчивые диффузионные слои [6,7], которые препятствуют движению воздуха. Разрушить такую систему способны, видимо, сильные осадки, либо, напротив, вулканические и прочие явления, вызы-
вающие мощные восходящие движения воздуха.
Если принять, что перемещение частиц аэрозоля и молекул озона происходит преимущественно одновременно, при движении воздушных масс, то можно сделать некоторые предположения о причинах высокой изменчивости содержания озона. Если это явление не связано с переносом озона на большие расстояния, то, скорее всего, определяется некими кооперативными процессами образования молекул озона из атмосферного кислорода и обратного их распада. Это означает, что такие процессы происходят по типу цепной реакции, очень быстро.
Подводя итог, можно перечислить вопросы, появившиеся в ходе данного исследования и оставшиеся пока без окончательного ответа. Неясно, чем определяется уровень фонового содержания озона 100 мкг/м3, характерный для Айваджа и пос. Зидды. Почему в Душанбе суточный ход содержания озона совсем другой, без мощных выбросов и резких провалов? В чём физическая причина этих выбросов и провалов? Эти вопросы нуждаются в дальнейшем исследовании.
Статья выполнена при финансовой поддержке Международного научно-технического центра (проекты Т-1688 и Т-1635). Авторы выражают благодарность профессору А.Абдуллаеву за предоставление газоанализатора озона.
Поступило 26.07.2012 г.
ЛИТЕРАТУРА
1. Белан Б.Д. Озон в тропосфере. - Томск: Изд. ИОА СО РАН, 2010, 488 с.
2. Хргиан А.Х. Физика атмосферного озона. - Л.: Гидрометеоиздат, 1973, 292 с.
3. Panchenko M.V., Terpugova S.A., Nazarov B.I. et al. - Atmos. Environ., 1993, v. 27A, №16, рр. 2503-2508.
4. Дж. Тэрнер. Эффекты плавучести в жидкостях. - М.: Мир, 1977, 431 с.
5. Федоров К.Н. Тонкая термохалинная структура вод океана. - Л.: Гидрометеоиздат, 1976, 186 с.
6. Маслов В.А., Назаров Б.И., Абдуллаев С.Ф. - ДАН РТ, 2007, т. 50, №3, с. 241-247.
7. Абдуллаев С.Ф., Маслов В.А., Назаров Б.И. - Труды семинара-совещания «Проблемы мониторинга приземного (тропосферного) озона и нейтрализации его влияния». - Таруса, 2012, с.130-135.
С.Ф.Абдуллоев, В.А.Маслов, Б.И.Назаров, У.Мадвалиев
ТАГЙИРЁБИИ КОНСЕНТРАСИЯИ САТ^И ЗАМИНИИ ОЗОН ДАР МИНТАЦА^ОИ ГУНОГУНИ ТО^ИКИСТОН
Институти физикаю-техникаи ба номи С.У.Умарови Академияи илм^ои Цум^урии Тоцикистон
Натичах,ои омузиши тагйирёбии консентрасияи шабонарузии озон дар атмосфераи биё-бони Айвач , ш.Душанбе, д.Зидди оварда шудааст. Муккарар карда шудааст, ки кимати миёнаи консентрасияи яксоатагии озон дар Айвач 100 мкг/м3 буда зиёдшавии он то ба 400 мкг/м3 мера-сад, дар д.Зидди бошад то ба сифр кам мешавад, кимати шабонарузии консентрасияи озон нис-батан камтар буда дар нисфирузи зиёд мешавад.
Калима^ои калиди: консентрасия - озон - газуои парники - тагйирёбии шабонарузи.
S.F.Abdullaev, V.A.Maslov, B.I.Nazarov, U.Madvaliev VARIATIONS OF GROUND-LEVEL OZONE IN DIFFERENT REGION OF TAJIKISTAN
S.U. Umarov Physical-Technical Institute, Academy of Sciences of the Republic of Tajikistan The change in the surface concentration of ozone in the desert Ayvadj in Dushanbe and in the village Ziddi was studied. It was found that for the same background ozone concentration of about 100 mg/m3 in Ayvadj observed emissions to 400 mg/m3, and in the village Ziddi - dips to near zero. The diurnal variation of ozone in Dushanbe has a lower level, with a maximum in the middle of the day.
Key words: concentration - carbon dioxide - greenhouse gases - diurnal variation.
