Зависимость аэрозольной оптической толщины AOD550 в столбе атмосферы (a), доли мелкодисперсной аэрозольной фракции (Fine mode AOD fraction) (b) и доли приземной концентрации черного углерода (BC) в концентрации аэрозоля с диаметром менее 10 мкм (PM10) (c) от концентрации PM10 (мг/м3) при различных условиях перемешивания воздуха, характеризующихся индексом IPD. Рост индекса соответствует улучшению условий перемешивания воздуха
Ученые географического факультета МГУ совместно с Гидрометцентром РФ разработали новую технологию количественной оценки городского аэрозольного загрязнения. На основе суперкомпьютерного моделирования и данных измерений проанализированы особенности городского аэрозоля в приземном воздухе и его содержание в столбе атмосферы в условиях московской агломерации. Применение полученных результатов даст возможность в дальнейшем определять влияние антропогенной городской аэрозольной фракции на климатическую систему, а также оценивать степень его воздействия на здоровье населения. Результаты исследования, поддержанного мегагрантом Минобрнауки № 075-15-2021-574, опубликованы в журнале Atmospheric Chemistry and Physics.
Антропогенное аэрозольное загрязнение оказывает комплексное воздействие на атмосферу, существенно влияя на солнечную радиацию, температуру и влажность воздуха, что приводит к заметным климатическим эффектам. Кроме того, аэрозольные частицы у поверхности Земли оказывают вредное воздействие на здоровье человека. Известно, что радиационное воздействие антропогенного аэрозоля может частично компенсировать повышение температуры воздуха в тропосфере за счет повышения концентрации парниковых газов. Однако неопределенность оценок воздействия аэрозоля на климат остается довольно высокой, что определяется разнообразием оптических и микрофизических характеристик аэрозоля и его значительными временными и пространственными вариациями. На сегодняшний день особенности городского аэрозольного загрязнения не были детально изучены, несмотря на значительные усилия научного сообщества и существование различных международных аэрозольных программ.
Сотрудники географического факультета Московского государственного университета имени M. В. Ломоносова (Москва) и Гидрометцентра РФ с помощью мезомасштабной негидростатической модели COSMO, интерактивно сопряженной с химико-транспортным модулем ART, а также используя данные измерений, проводимых в Метеорологической обсерватории МГУ, проанализировали особенности городского аэрозольного загрязнения и его динамику в московском мегаполисе с применением в анализе индексов перемешивания воздуха, которые определялись в зависимости от метеорологических условий. Получено, что с понижением интенсивности перемешивания воздуха наблюдалось выраженное увеличение доли черного углерода, наиболее важной поглощающей аэрозольной фракции, от 0,7% до 5,9 % в общей концентрации аэрозоля с диаметром менее 10 мкм (Рис). Важное значение для оценки воздействия аэрозоля на климатическую систему имеет обнаруженная связь между этой характеристикой и поглощающими свойствами аэрозоля во всем столбе атмосферы, а также ее обратная зависимость от скорости ветра. Показано также, что массовая концентрация черного углерода в теплый период года имеет статистически значимую линейную корреляцию с концентрациями взвешенных частиц с диаметром менее 10 мкм и диоксидом азота, что указывает на общие источники выбросов этих веществ. Использование многолетних измерений аэрозольных свойств атмосферы в Москве и пригороде на ЗНС ИФА РАН позволило оценить городскую компоненту содержания аэрозоля в столбе атмосферы, которая, как было показано, состоит на 85% из мелкодисперсного аэрозоля. Модельные расчеты и данные измерений показали, что городской аэрозоль составляет порядка 15-19% от общего его содержания в столбе атмосферы, в то время как в приземном слое атмосферы его доля существенно выше. В ночное время приземные концентрации аэрозоля меняются в 3-4 раза в зависимости от величины индекса интенсивности перемешивания воздуха; при этом общее содержание аэрозоля в столбе атмосферы остается практически неизменным.
«Наше исследование позволило разработать новую технологию с использованием результатов моделирования газового и аэрозольного состава городской среды и данных измерений и количественно оценить величину городского аэрозольного загрязнения в приземном слое атмосферы и во всем столбе атмосферы. Полученные оценки позволяют лучше понять степень городского загрязнения Московского мегаполиса при различных метеорологических условиях и в дальнейшем использовать полученные данные для оценок его влияния на радиационный и метеорологический режим атмосферы и на климатическую систему», — рассказала Наталья Чубарова, доктор географических наук, профессор кафедры метеорологии и климатологии географического факультета МГУ имени М. В. Ломоносова.
