1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Известия РАН. Физика атмосферы и океана
  4. T. 58, № 6, 2022

Известия РАН. Физика атмосферы и океана, 2022, T. 58, № 6, стр. 658-668

Наземные спектроскопические измерения общего содержания аммиака в районе Санкт-Петербурга

Г. М. Неробелов a, b, c, *, Ю. М. Тимофеев a, А. В. Поберовский a, Н. Н. Филиппов a, Х. Х. Имхасин a

a Санкт-Петербургский государственный университет
199034 Санкт-Петербург, Университетская наб. 7/9, Россия

b СПб ФИЦ РАН – Научно-исследовательский центр экологической безопасности Российской академии наук
187110 Санкт-Петербург, ул. Корпусная 18, Россия

c Российский государственный гидрометеорологический университет
195196 Санкт-Петербург, Малоохтинский проспект 98, Россия

* E-mail: akulishe95@mail.ru

Поступила в редакцию 28.06.2022
После доработки 02.07.2022
Принята к публикации 11.08.2022

Аннотация

Аммиак (NH3) – токсичный газ, попадающий в атмосферу из антропогенных и естественных источников. NH3 взаимодействует с азотной и серной кислотами, образуя взвешенные частицы, которые составляют большую часть всех аэрозолей в атмосфере. Аэрозоли образуют смог, негативно влияя на состояние здоровья человека, а также играют важную роль в формировании радиационного баланса Земли, воздействуя на изменение климата планеты. Около 85% антропогенных выбросов аммиака в атмосферу приходятся на использование азотсодержащих удобрений в сельском хозяйстве. Из-за короткого времени жизни газа в атмосфере его содержание значительно меняется в пространстве и времени. Поэтому, требуется регулярный мониторинг содержания аммиака в атмосфере для крупных городов и окружающих их территорий. В данном исследовании проведены оценка и анализ общего содержания (ОС) аммиака в районе Санкт-Петербурга (Россия) за период 2016–2021 гг. при помощи интерпретации результатов наземных измерений спектров прямого солнечного излучения в ИК диапазоне, выполненных спектрометром высокого разрешения Bruker 125HR. ОС NH3 в районе Санкт-Петербурга существенно изменялось – с 1014 до 1016 мол. см–2. Систематическая и случайная погрешности определения ОС аммиака составили 34 и 20%, соответственно. Среднее ОС NH3 вблизи Санкт-Петербурга составило 3.6 × 1015 мол. см–2 с естественной изменчивостью 3.5 × × 1015 мол. см–2. Был обнаружен слабовыраженный сезонный ход ОС аммиака с максимумом и минимумом в течение теплого и холодного сезонов, соответственно. Оценки ОС NH3 в районе Санкт-Петербурга соответствуют результатам, полученным для других областей Земли.

Ключевые слова: NH3, наземные измерения, дистанционное зондирование, Санкт-Петербург, Bruker 125HR, PROFFIT

Список литературы

  1. https://laboratoria.by/stati/ammiak-priroda

  2. Behera S., Sharma M., Aneja V., Balasubramanian R. Ammonia in the atmosphere: a review on emission sources, atmospheric chemistry and deposition on terrestrial bodies // Environ. Sci. Pollut. Res. 2013. V. 20. P. 8092–8131. https://doi.org/10.1007/s11356-013-2051-9

  3. WHO. Environmental Health Criteria 54: Ammonia. Geneva: WHO, 1986. P. 210.

  4. Гриднев И.И., Гриднева Т.Г., Шведов А.А. Эмиссия аммиака и ее последствия для окружающей среды // Ежеквартальный научный журнал, Вестник ВНИИМЖ. 2018. 1. 29. С. 42–49.

  5. Krupa S. Effects of atmospheric ammonia (NH3) on terrestrial vegetation: a review // Environ. Pollut. 2003, V. 124. P. 179–221. https://doi.org/10.1016/S0269-7491(02)00434-7

  6. Vitousek P.M., Aber J., Howarth R.W., Likens G.E., Matson P.A., Schindler D.W., Schlesinger W.H., Tilman G.D. Human alteration of the global nitrogen cycle: causes and consequences // Ecol. Appl. 1997. V. 7. № 3. P. 737–750.

  7. Bobbink R., Hornung M., Roelofs J.G. The effects of airborne nitrogen pollutants on species diversity in natural and semi-natural European vegetation // J. Ecol. 1998. 86. P. 717–738.

  8. Bobbink R., Hicks K., Galloway J., Spranger T., Alkemade R., Ashmore M., Bustamante M., Cinderby S., Davidson E., Dentener F., Emmett B., Erisman J.W., Fenn M., Gilliam F., Nordin A., Pardo L., De Vries W. Global assessment of nitrogen deposition effects on terrestrial plant diversity: a synthesis // Ecol. Appl. 2010. V. 20. P. 30–59.

  9. Schaap M., van Loon M., ten Brink H.M., Dentener F.J., Builtjes P.J.H. Secondary inorganic aerosol simulations for Europe with special attention to nitrate. Atmos. Chem. Phys. 2004. V. 4. P. 857–874. https://doi.org/10.5194/acp-4-857-2004

  10. Pope III C.A., Ezzati M., and Dockery D.W. Fine-Particulate Air Pollution and Life Expectancy in the United States // N. Engl. J. Med. 2009. V. 360. P. 376–386. https://doi.org/10.1056/NEJMsa0805646

  11. Charlson R.J., Langner J., Rodhe H., Leovy C.B., Warren S.G. Perturbation of the Northern-Hemisphere radiative balance by backscattering from anthropogenic sulfate 15 aerosols // Tellus A. 1991. V. 43. P. 152–163.

  12. Erisman J.W., Bleeker A., Galloway J., Sutton M.S. Reduced nitrogen in ecology and the environment // Environ. Pollut. 2007. V. 150. P. 140–149.

  13. Galloway J.N., Aber J.D., Erisman J.W., Seitzinger S.P., Howarth R.W., Cowling E.B., Cosby B.J. The Nitrogen Cascade // BioScience. 2003. V. 53. P. 341–356.

  14. https://www.ndsc.ncep.noaa.gov/.

  15. Beer R., Shephard M.W., Kulawik S.S., Clough S.A., Eldering A., Bowman K.W., Sander S.P., Fisher B.M., Payne V.H., Luo M., Osterman G.B., Worden J.R. First satellite observations of lower tropospheric ammonia and methanol // Geophys. Res. Lett. 2008. V. 35. P. 1–5. https://doi.org/10.1029/2008GL033642

  16. Coheur P.-F., Clarisse L., Turquety S., Hurtmans D., Clerbaux C. IASI measurements of reactive trace species in biomass burning plumes // Atmos. Chem. Phys. 2009. V. 9. P. 5655–5667. https://doi.org/10.5194/acp-9-5655-2009

  17. Clarisse L., Clerbaux C., Dentener F., Hurtmans D., Coheur P.-F. Global ammonia distribution derived from infrared satellite observations // Nat. Geosci. 2009. V. 2. P. 479–483.

  18. Shephard M.W., Cady-Pereira K.E., Luo M., Henze D.K., Pinder R.W., Walker J.T., Rinsland C.P., Bash J.O., Zhu L., Payne V.H., Clarisse L. TES ammonia retrieval strategy and global observations of the spatial and seasonal variability of ammonia // Atmos. Chem. Phys. 2011. V. 11. P. 10743–10763. https://doi.org/10.5194/acp-11-10743-2011

  19. Shephard M.W., Cady-Pereira K.E. Cross-track Infrared Sounder (CrIS) satellite observations of tropospheric ammonia. Atmos. Meas. Tech. 2015. V. 8. P. 1323–1336. https://doi.org/10.5194/amt-8-1323- 2015

  20. Timofeyev Yu., Virolainen Ya., Makarova M., Poberovsky A., Polyakov A., Ionov D., Osipov S., Imhasin H. Ground-based spectroscopic measurements of atmospheric gas composition near Saint Petersburg (Russia) // J. Mol.Spectr. 2016. V. 323. P. 2–14. https://doi.org/10.1016/j.jms.2015.12.007

  21. Tournadre B., Chelin P., Ray M., Cuesta J., Kutzner R.D., Landsheere X., Fortems-Cheiney A., Flaud J.-M., Hase F., Blumenstock T., Orphal J., Viatte C., Camy-Peyret C. Atmospheric ammonia (NH3) over the Paris megacity: 9 years of total column observations from ground-based infrared remote sensing // Atmos. Meas. Tech. 2020. V. 13. P. 3923–3937. https://doi.org/10.5194/amt-13-3923-2020

  22. Virolainen Y.A. Methodical Aspects of the Determination of Carbon Dioxide in Atmosphere Using FTIR Spectroscopy. // J. Appl Spectrosc 2018. V. 85. P. 462–469. https://doi.org/10.1007/s10812-018-0673-x

  23. Тимофеев Ю.М. Исследования атмосферы Земли методом прозрачности // СПб.: Наука. 2016. С. 367.

  24. Phillips D. A technique for the numerical solution of certain integral equations of the first kind // J. Assoc Comput Math 1962. V. 9. P. 84–97. https://doi.org/10.1145/321105.321114

  25. Tikhonov A. On the solution of incorrectly stated problems and a method of regularisation // Dokl Acad Nauk SSSR 1963. V. 151. P. 501–504.

  26. Hase F., Hannigan J.W., Coffey M.T., Goldman A., Hoepfner M., Jones N.B., Rinsland C.P., Wood S.W. Intercomparison of retrieval codes used for the analysis of high-resolution, ground-based FTIR measurements // Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer 2003. V. 87. № 1. P. 25–52. https://doi.org/10.1016/j.jqsrt.2003.12.008

  27. Virolainen Y.A., Timofeev Y.M., Ionov D.V., Poberovskii A.V., Shalamyanskii A.M. Ground-based measurements of total ozone content by the infrared method // Izv. Atmos. Ocean. Phys. 2011. P. 47. N. 480. https://doi.org/10.1134/S0001433811040104

  28. Marsh D., Mills M., Kinnison D.E., Lamarque J.-F. Climate change from 1850 to 2005 simulated in CESM1(WACCM) // Journal Of Climate. 2013. V. 26. P. 7372–7391. https://doi.org/10.1175/JCLI-D-12-00558.1

  29. Dammers E., Vigouroux C., Palm M., Mahieu E., WarnekeT., Smale D., Langerock B., Franco B., Van Damme M., Schaap M., Notholt J., Erisman J.W. Retrieval of ammonia from ground-based FTIR solar spectra // Atmos. Chem. Phys. 2015. V. 15. P. 12 789–12 803. https://doi.org/10.5194/acp-15-12789-2015

  30. Dammers E., Palm M., Van Damme M., Vigouroux C., Smale D, Conway S., Toon G.C., Jones N., Nussbaumer E., Warneke T., Petri C., Clarisse L., Clerbaux C., Hermans C., Lutsch E., Strong K., Hannigan J.W., Nakajima H., Morino I., Herrera B., Stremme W., Grutter M., Schaap M., Kruit W.R.J., Notholt J., Coheur P-F., Erisman J.W. An evaluation of IASI-NH3 with ground-based Fourier transform infrared spectroscopy measurements // Atmos. Chem. Phys. 2016. V. 16. P. 10351–10368. https://doi.org/10.5194/acp-16-10351-2016

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Известия РАН. Физика атмосферы и океана

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал