Variability of black carbon and aerosols РМ10 and РМ2.5 in the near-surface air of the megalopolis
- 作者: Vinogradova A.A.1, Gubanova D.P.1, Kopeykin V.M.1
-
隶属关系:
- Obukhov Institute of Atmospheric Physics of the Russian Academy of Sciences
- 期: 卷 60, 编号 3 (2024)
- 页面: 320-334
- 栏目: Articles
- URL: https://ogarev-online.ru/0002-3515/article/view/274362
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0002351524030054
- EDN: https://elibrary.ru/JHYCOE
- ID: 274362
如何引用文章
详细
The results of continuous observations of mass concentration of black carbon and aerosols PM10, PM2.5 in the near-surface layer of the atmosphere in the center of Moscow metropolis in 2022 are considered. The interpretation of the results was carried out applying the meteorological data, backward trajectories of air mass transport to Moscow and MERRA-2 reanalysis data on the spatial distribution of dust and black carbon in near-surface air of the center of the European part of Russia. The days (less than 9%) of an extreme increase in black carbon and PM10 concentrations due to atmospheric transport of fire aerosols or dust to Moscow from other regions are highlighted. The variability of a typical aerosol (outside of such episodes) in the megalopolis has been studied at different time scales – from daily to monthly and seasonal ones. The main contribution of dust and carbon-containing aerosols to megalopolis atmosphere is made by local anthropogenic sources (transport, thermal energy, industrial enterprises, construction facilities). A high correlation has been established between the concentrations of black carbon and PM2.5 particles in daily and seasonal changes. The data on air pollution with black carbon and aerosols PM2.5 and PM10 in large cities of the world show that the Moscow metropolis does not exceed the major cities of Europe and North America in terms of aerosol pollution.
全文:

作者简介
A. Vinogradova
Obukhov Institute of Atmospheric Physics of the Russian Academy of Sciences
编辑信件的主要联系方式.
Email: anvinograd@yandex.ru
俄罗斯联邦, Moscow
D. Gubanova
Obukhov Institute of Atmospheric Physics of the Russian Academy of Sciences
Email: anvinograd@yandex.ru
俄罗斯联邦, Moscow
V. Kopeykin
Obukhov Institute of Atmospheric Physics of the Russian Academy of Sciences
Email: anvinograd@yandex.ru
俄罗斯联邦, Moscow
参考
- Будыко М. И. Изменения климата. Л.: Гидрометеоиздат, 1974, 280 с.
- Ван Ген Чен, Гречко Е. И., Емиленко А. С., Копейкин В. М., Фокеева Е. В. Результаты совместных измерений окиси углерода в толще атмосферы и субмикронного аэрозоля в приземном слое в Пекине // Опт. атмос. океана. 2003. Т. 16. № 1. С. 45–51.
- Виноградова А. А., Губанова Д. П., Иорданский М. А., Скороход А. И. Влияние метеорологических условий и дальнего переноса воздушных масс на состав приземного аэрозоля в Москве в зимние сезоны // Опт. атмос. океана. 2022. Т. 35. № 06. С. 436–446. https://doi.org/10.15372/AOO20220602
- Гинзбург А. С., Докукин С. А. Влияние теплового загрязнения атмосферы на климат города (оценки с помощью модели COSMO-CLM) // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2021. Т. 57. № 1. С. 53–66.
- Глазкова А. А., Кузнецова И. Н., Шалыгина И. Ю., Семутникова Е. Г. Суточный ход концентрации аэрозоля (РМ10) летом в Московском регионе // Опт. атмос. океана. 2012. Т. 25. № 6. С. 495–500.
- Горчаков Г. И., Аникин П. П., Волох А. А., Емиленко А. С., Исаков А. А., Копейкин В. М., Пономарева Т. Я., Семутникова Е. Г., Свириденков М. А., Шукуров К. А. Исследование состава задымленной атмосферы Москвы во время пожаров торфяников летом-осенью 2002 г. // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2004. Т. 40. № 3. С. 366–380.
- Горчаков Г. И., Ситнов С. А., Семутникова Е. Г., Копейкин В. М., Карпов А. В., Горчакова И. А., Панкратова Н. В., Пономарева Т. Я., Кузнецов Г. А., Лоскутова О. В., Козловцева Е. А., Родина К. В. Крупномасштабное задымление европейской территории России и Белоруссии в июле 2016 г. // Исследование Земли из космоса. 2018. № 1. С. 27–42.
- Губанова Д. П., Беликов И. Б., Еланский Н. Ф., Скороход А. И., Чубарова Н. Е. Изменчивость приземной концентрации аэрозолей РМ2.5 в г. Москве по наблюдениям в Метеорологической обсерватории МГУ // Опт. атмос. океана. 2017. Т. 30. № 12. С. 1033–1042.
- Губанова Д. П., Виноградова А. А., Лезина Е. А., Иорданский М. А., Исаков А. А. Условно-фоновый уровень аэрозольного загрязнения приземного воздуха в Москве и пригороде: сезонные вариации // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2023 (а). Т. 59, № 6. С. 754–773. https://doi.org/10.31857/S0002351523060056
- Губанова Д. П., Иорданский М. А., Виноградова А. А., Беликов И. Б., Белоусов В. А. Проблема выбора значений плотности частиц для численной оценки массовой концентрации субмикронного и микронного аэрозоля // Опт. атмос. океана. 2023 (б). Т. 36, № 6. С. 469–481. https://doi.org/10.15372/AOO20230607
- Емиленко А. С., Копейкин В. М. Сравнение синхронных измерений концентрации сажи и субмикронного аэрозоля в регионах с различной степенью антропогенной нагрузки // Опт. атмос. океана. 2009. Т. 22. № 6. С. 535–540.
- Кобелев В. О., Поповичева О. Б., Синицкий А. И. Климатический трассер – черный углерод на Полярном круге // Науч. вестн. Ямало-Ненецкого автономного округа. 2020. № 1(106). С. 47–53. https://doi.org/10.26110/ARCTIC.2020.106.1.004
- Кондратьев К. Я., Ивлев Л. С., Крапивин В. Ф. Атмосферные аэрозоли: Свойства, процессы образования и воздействия. От нано- до глобальных масштабов. СПб.: ВВМ, 2007. 858 с.
- Копейкин В. М. Наблюдение содержания субмикронного аэрозоля в атмосфере над Россией в международных экспедициях TROICA // Опт. атмос. океана. 2008. Т. 21. № 11. С. 970–976.
- Копейкин В. М. Сажевый аэрозоль в атмосфере города Москвы // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 1998. Т. 34. № 1. С. 104–110.
- Копейкин В. М., Голицын Г. С., Ван Гэнчэнь, Ван Пуцай, Пономарева Т. Я. Вариации концентрации сажи в мегаполисах Пекине и Москве // Опт. атмос. океана. 2019. Т. 32. № 6. С. 453–457. https://doi.org/10.15372/AOO20190606
- Копейкин В. М., Емиленко А. С., Исаков А. А., Лоскутова О. В., Пономарева Т. Я. Изменчивость сажевого и субмикронного аэрозоля в Московском регионе в 2014–2016 гг. // Опт. атмос. океана. 2018. Т. 31. № 1. С. 5–10. https://doi.org/10.15372/AOO20180101
- Копейкин В. М., Капустин В. Н., Пекур М. С. Контроль сажевого аэрозоля в атмосфере города Москвы // Изв. АН. Физика атмосферы и океана. 1993. Т. 29. № 2. С. 213–217.
- Копейкин В. М., Пономарева Т. Я. Зависимость вариаций содержания сажи в атмосфере Москвы от направления переноса воздушных масс // Опт. атмос. океана. 2020. Т. 33. № 10. С. 811–817.
- Кузнецова И. Н., Брусова Н. Е., Нахаев М. И. Городской остров тепла в Москве: определение, границы, изменчивость // Ми Г. 2017. № 5. С. 49–61.
- Кузнецова И. Н., Глазкова А. А., Шалыгина И. Ю., Нахаев М. И., Архангельская А. А., Звягинцев А. М., Семутникова Е. Г., Захарова П. В., Лезина Е. А. Сезонная и суточная изменчивость концентраций взвешенных частиц в приземном воздухе жилых районов Москвы // Опт. атмос. океана. 2014 (а). Т. 27. № 6. С. 473–482.
- Кузнецова И. Н., Шалыгина И. Ю., Нахаев М. И., Глазкова А. А., Захарова П. В., Лезина Е. А., Звягинцев А. М. Неблагоприятные для качества воздуха метеорологические факторы // Труды Гидрометеорологического научно-исследовательского центра Российской Федерации. 2014 (б). № 351. С. 154–172.
- Локощенко М.А, Богданович А. Ю., Еланский Н. Ф., Лезина Е. А. Температурные инверсии в Москве и их влияние на состав приземного воздуха // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2021. T. 57. № 6. С. 641–650. https://doi.org/10.31857/S0002351521060080
- СанПиН 1.2.3685–21. Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания. Утв. Постановлением Главного государственного санитарного врача РФ от 28.01.2021 г. № 2.
- Свириденков М. А., Емиленко А. С., Копейкин В. М., Ван Г. Ч. Трансформация оптических свойств и микроструктуры аэрозоля во время смогового эпизода в Пекине // Опт. атмос. океана. 2006. Т. 19. № 6. С. 522–525.
- Шевченко В. П., Копейкин В. М., Новигатский А. Н., Малафеев Г. В. Черный углерод в приводном слое атмосферы над северной Атлантикой и морями российской Арктики в июне-сентябре 2017 г. // Океанология. 2019. Т. 59. № 5. С. 771–776.
- Air quality in the world. World’s most polluted cities. 2017–2022. https://www.iqair.com/world-most-polluted-cities.
- Alas H. D., Müller T., Birmili W., Kecorius S., Cambaliza M. O., Simpas J. B.B., Cayetano M., Weinhold K., Vallar E., Galvez M. C. and Wiedensohler A. Spatial Characterization of Black Carbon Mass Concentration in the Atmosphere of a Southeast Asian Megacity: An Air Quality Case Study for Metro Manila, Philippines // Aerosol Air Qual. Res. 2018. V. 18. P. 2301–2317. https://doi.org/10.4209/aaqr.2017.08.0281
- Bond T. C., et al. (31 authors). Bounding the role of black carbon in the climate system: A scientific assessment // J. Geophys. Res. Atmos. 2013. V. 118. P. 5380–5552. https://doi.org/10.1002/jgrd.50171
- Briggs N. L., & Long C. M. Critical review of black carbon and elemental carbon source apportionment in Europe and the United States // Atmos. Environ. 2016. V. 144. P. 409–427. https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2016.09.00/
- Brinkman A., McGregor J. Solar radiation in dense Saharan aerosol in northern Nigeria // J. Quart. J. Roy. Met. Soc. 1983. V. 109. P. 831–847. https://doi.org/10.1256/smsqj.46209
- Cess R., Potter G., Ghan S., et al. The climatic effects of large injections of atmospheric smoke and dust: A study of climate feedback mechanisms with one- and three-dimensional climate models // J. Geophys. Res. 1980. V. 90. P. 12937–12950.
- Chaibou S., Ma A., and Sha T. Dust radiative forcing and its impact on surface energy budget over West Africa // Sci Rep. 2020. V. 10. P. 12236.
- https://doi.org/10.1038/s41598–020–69223–4
- Chapman S., Watson J. E.M., Salazar A., Thatcher M., McAlpine C. A. The impact of urbanization and climate change on urban temperatures: a systematic review // Landscape Ecol. 2017. V. 32. P. 1921–1935.
- Chubarova N., Androsova E., Kirsanov A., Varentsov M., Rivin G. Urban aerosol, its radiative and temperature response in comparison with urban canopy effects in megacity based on COSMO-ART modeling // Urban Climate. 2024. V. 53. P. 101762. https://doi.org/10.1016/j.uclim.2023.101762
- Chubarova N. E., Vogel H., Androsova E. E., Kirsanov A. A., Popovicheva O. B., Vogel B., and Rivin G. S. Columnar and surface urban aerosol in the Moscow megacity according to measurements and simulations with the COSMO-ART model // Atmos. Chem. Phys. 2022. V. 22. P. 10443–10466. https://doi.org/10.5194/acp-22–10443–2022
- De Miranda R. M., de Fatima Andrade M., Fornaro A. et al. Urban air pollution: a representative survey of PM2.5 mass concentrations in six Brazilian cities //Air Qual Atmos Health. 2012. Vol. 5. P. 63–77. https://doi.org/10.1007/s11869–010–0124–1
- Diapouli E., Kalogridis A.-C., Markantonaki C., Vratolis S., Fetfatzis P., Colombi C., Eleftheriadis K. Annual Variability of Black Carbon Concentrations Originating from Biomass and Fossil Fuel Combustion for the Suburban Aerosol in Athens, Greece // Atmosphere. 2017. V. 8. 234. https://doi.org/10.3390/atmos8120234
- Drinovec, L., Močnik, G., Zotter, P., Prévôt, A. S. H., Ruckstuhl, C., Coz, E., Rupakheti, M., Sciare, J., Müller, T., Wiedensohler, A., and Hansen, A. D. A.: The “dual-spot” Aethalometer: an improved measurement of aerosol black carbon with real-time loading compensation // Atmos. Meas. Tech. 2015. V. 8. P. 1965–1979. https://doi.org/10.5194/amt-8–1965–2015
- Gelaro R., et al. (32 authors). The Modern-Era Retrospective Analysis for Research and Applications, Version 2 (MERRA-2) // Journal of Climate. 2017. V. 30(14). P. 5419–5454. https://doi.org/10.1175/jcli-d-16–0758.1
- Gubanova D., Chkhetiani O., Vinogradova A., Skorokhod A., Iordanskii M. Atmospheric transport of dust aerosol from arid zones to the Moscow region during fall 2020 // AIMS Geosciences. 2022а. V. 8. № 2. P. 277–302.
- https://doi.org/10.3934/geosci.2022017
- Gubanova D. P., Vinogradova A. A., Iordanskii M. A., Skorokhod A. I. Variability of Near-Surface Aerosol Composition in Moscow in 2020–2021: Episodes of Extreme Air Pollution of Different Genesis // Atmosphere. 2022b. V. 13. P. 574. https://doi.org/10.3390/atmos13040574
- Hansen A. D.A., Rosen H., and Novakov T. The aethalometer – an instrument for the real-time measurement of optical absorption by aerosol particles // Sci. Total Environ.1984. V. 36. P. 191–196.
- Hristova E., Georgieva E., Veleva B., Neykova N., Naydenova S., Gonsalvesh-Musakova L., Neykova R., Petrov A. Black Carbon in Bulgaria – Observed and Modelled Concentrations in Two Cities for Two Months // Atmosphere. 2022. V. 13. 213. https://doi.org/10.3390/atmos13020213/
- http://rp5.ru.
- http://www.windy.com/ru.
- https://giovanni.gsfc.nasa.gov/giovanni/.
- https://mosecom.mos.ru/stations.
- https://weatherarchive.ru/Pogoda/Moscow.
- https://www.arl.noaa.gov.
- Jacobson M. Z. Short-term effects of controlling fossil-fuel soot, biofuel soot and gases, and methane on climate, Arctic ice, and air pollution health // J. Geophys. Res. 2010. V. 115. D14209. https://doi.org/10.1029/2009JD013795
- Janssen N., Gerlofs-Nijland M.E., Lanki T., Salonen R. O., Cassee F. et al. Health effects of black carbon / World Health Organization. Regional Office for Europe. 2012. https://apps.who.int/iris/handle/10665/352615
- Liu Q., Ma T., Olson M. R., Liu Y., Zhang T., Wu Y. &. Schauer J. J. Temporal variations of black carbon during haze and non-haze days in Beijing // Sci. Rep. 2016. V. 6. P. 33331. 10.1038/srep33331 (2016).
- Lokoshchenko M. A., Alekseeva L. I. Influence of Meteoro-logical Parameters on the Urban Heat Island in Moscow // Atmosphere. 2023. V. 14. Р. 507. https://doi.org/10.3390/atmos14030507
- Mahmoud K. F., Alfaro S. C., Favez O., Abdel Wahab M. M., Sciare J. Origin of black carbon concentration peaks in Cairo (Egypt) // Atmos. Res. 2008. V. 89. P. 161–169.
- Mahowald N., Albani S., Kok J. F., Engelstaeder S., Scanza R., Ward D. S., Flanner M. G. The size distribution of desert dust aerosols and its impact on the Earth system // Aeolian Research. 2014. V. 15. P. 53–71. https://doi.org/10.1016/j.aeolia.2013.09.002
- Malik A., Aggarwal S. G., Ohata A., Mori T., Kondo Y., Sinha P. R., Patel P., Kumar B., Singh K., Soni D., Koike M. Measurement of Black Carbon in Delhi: Evidences of Regional Transport, Meteorology and Local Sources for Pollution Episodes // Aerosol Air Qual. Res. 2022. V. 22. 220128. https://doi.org/10.4209/aaqr.220128
- Merabet H., Kerbachi R., Mihalopoulos N., Stavroulas I., Kanakidou M., & Yassaa N. Measurement of atmospheric black carbon in some South Mediterranean cities: Seasonal variations and source apportionment // Clean Air Journal. 2019. V. 29 (2). https://doi.org/10.17159/caj/2019/29/2.7500.
- Mousavi A., Sowlat M. H., Hasheminassab S., Polidori A., Sioutas C. Spatio-temporal trends and source apportionment of fossil fuel and biomass burning black carbon (BC) in the Los Angeles Basin // Sci. Total Environ. 2018. V. 640. P. 1231–1240. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.06.022
- Nguyen H. T., Roper C. Black carbon concentrations, sources, and health risks at six cities in Mississippi, USA // Air Qual Atmos Health. 2023. https://doi.org/10.1007/s11869–023–01433-x
- Popovicheva O., Chichaeva M., Kovach R., Zhdanova E., Kasimov N. Seasonal, Weekly, and Diurnal Black Carbon in Moscow Megacity Background under Impact of Urban and Regional Sources // Atmosphere. 2022. V. 13. 563. https://doi.org/10.3390/atmos13040563
- Popovicheva O., Diapouli E., Chichaeva M., Kosheleva N., Kovach R., Bitukova V., Eleftheriadis K., Kasimov N. Aerosol characterization and peculiarities of source apportionment in Moscow, the largest and northernmost European megacity // Sci. Total Environ. 2024. V. 918. P. 170315. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.170315
- Popovicheva O., Kireeva E., Persiantseva N., Timofeev M., Kistler M., Kasper-Giebl A., Kopeikin V. Physicochemical characterization of smoke aerosol during large-scale wildfires: extreme event of August 2010 in Moscow // Atmos. Environ. 2014 (a). V. 96. P. 405–414.
- Popovicheva O. B., Kireeva E. D., Steiner S., Rothen-Rutishauser B., Persiantseva N. M., Timofeev M. A., Shonija N. K., Comte P., Czerwinski J. Microstructure and chemical composition of diesel and biodiesel particle exhaust // Aerosol Air Qual. Res. 2014b. V. 14. P. 1392–1401.
- Popovicheva O. B., Volpert E., Sitnikov N. M., Chichaeva M. A., Padoan S. Black Carbon in spring aerosols of Moscow urban background // Geography, Environment, Sustainability. 2020. V. 13. № 1. Р. 233–143 https://doi.org/10.24057/2071–9388–2019–90
- Ramachandran S., Rajesh T. Black carbon aerosol mass concentrations over Ahmedabad, an urban location in western India: Comparison with urban sites in Asia, Europe, Canada, and the United States // J. Geophys. Res. Atmos. 2007. V. 112. D06211.
- Salvador P., na Artíñano B., Molero F. et al. African dust contribution to ambient aerosol levels across central Spain: characterization of long-range transport episodes of desert dust // Atmos. Res. 2013. V. 127. P. 117–129. https://doi.org/10.1016/j.atmosres.2011.12.011
- Savadkoohi M., Pandolfi M., Reche C. et al. (50 autors). The variability of mass concentrations and source apportionment analysis of equivalent black carbon across urban Europe // Environment International. 2023. V. 178. 108081. https://doi.org/10.1016/j.envint.2023.108081
- Schepanski K. Transport of mineral dust and its impact on climate // Geosciences. 2018. V. 8. № 5. P. 151. https://doi.org/10.3390/geosciences8050151
- Seinfeld J. H., Pandis S. N. Atmospheric chemistry and physics: from air pollution to climate change, 2nd Еdition. New York: Wiley, USA, 2006. 1232 p.
- Sokhi R. S. et al. (97 authors). A global observational analysis to understand changes in air quality during exceptionally low anthropogenic emission conditions // Environ. Intern. 2021. V. 157. № 12. P. 106818. https://doi.org/10.1016/j.envint.2021.106818
- Stein A. F., Draxler R. R., Rolph G. D., Stunder B. J.B., Cohen M. D., Ngan F. NOAA’s HYSPLIT atmospheric transport and dispersion modeling system // Bull. Amer. Meteor. Soc. 2015. V. 96. P. 2059–2077. http://dx.doi.org/10.1175/BAMS-D-14–00110.1
- Steiner S., Czerwinski J., Comte P., Popovicheva O., Kireeva E., Müller L., Heeb N., Mayer A., Fink A., Rothen-Rutishauser B. Comparison of the toxicity of diesel exhaust produced by bio-and fossil diesel combustion in human lung cells in vitro // Atmos. Environ. 2013. V. 81. P. 380–388.
- Tiwari S., Srivastava A. K., Bisht D. S., Parmita P., Srivastava M. K., Attri S. Diurnal and seasonal variations of black carbon and PM2.5 over New Delhi, India: Influence of meteorology // Atmos. Res. 2013. V. 125. P. 50–62. https://doi.org/10.1016/j.atmosres.2013.01.011
- Varentsov M., Samsonov T., Demuzere M. Impact of Urban Canopy Parameters on a Megacity’s Modelled Thermal Environment // Atmosphere. 2020. V. 11. P. 1349. https://doi.org/10.3390/atmos11121349
- Vinogradova A. A., Kopeikin V. M., Vasileva A. V., Smirnov N. S., Ivanova Yu. A. Concentration of Black Carbon in the Near-Surface Atmosphere in the Pechora-Ilych Natural Reserve: Measurements and Merra-2 Reanalysis // Izv., Atmos. Ocean. Phys. 2020. V. 56. № 10. P. 1191–1201. https://doi.org/10.1134/S0001433820100084
补充文件
