Лаборатория газовых примесей атмосферы

1. Лаборатория газовых примесей атмосферы 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. 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. 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 Изменениевертикального распределения O3и NO2при пересечении арктической воздушной массы 19 февраля – 7 марта, 1998г, TROICA-4 Спутниковая карта района города Первоуральска с нанесенными значениями концентрации SO2 вдоль маршрута TROICA-8 и шлейфом загрязнения с металлургического комбината г. Ревда. 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). Концентрация летучих органических соединений в приземном воздухе между Мурманском и Кисловодском, 24-27 мая 2000г, TROICA-6 В 2003 году состоялась презентация передвижной лаборатории на Павелецком вокзале. На снимке создатели лаборатории из ИФА РАН, института Железнодорожного транспорта и НИФХИ им. Карпова. • 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. Скорость образования ТХУ в загрязненном воздухе промышленных районов, рассчитанная для Калмыкии, Центрального района и Кольского полуострова в зависимости от сезона. 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. Соленое озеро в Калмыкии. Розовый цвет говорит о наличии хлорсодержащих продуктов жизнедеятельности гало-бактерий. Участники международной экспедиции по проекту TRIDES в Калмыкии в поселке Годжур, где обнаружена максимальная для России концентрация ТХУ в растениях. Содержание NO2 в вертикальном столбе по наблюдениям на ЗНС в утренние и вечерние часы за период с 1990 по 2004гг. 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)). Концентрация О3 и СО в приземном воздухе в Москве в период задымления летом 2002г 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.