МЕХАНИЗМЫ ЕИЗМЕНЧИВОСТИ КОНЦЕНТРАЦИИ КОНЦЕНТРАЦИИ

ПРИЗЕМНОГО ОЗОНА

Oksana TarasovaМосковский ГосударственныйМосковский Государственный

Университет, Москва, Россия & Max-Planck Institute for Chemistry, Mainz, Germanyy y

ИСТОРИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРИЗЕМНОГО ОЗОНАПРИЗЕМНОГО ОЗОНА18391839 –– Кристиан ШенбейнКристиан Шенбейн –– открытие озонаоткрытие озона1839 1839 Кристиан Шенбейн Кристиан Шенбейн открытие озона открытие озона в приземном слоев приземном слое19481948 –– Ари ХаагенАри Хааген--СмитСмит –– доказалдоказал1948 1948 Ари ХаагенАри Хааген Смит Смит доказал доказал возможность формирования озона в фвозможность формирования озона в ф//х х смогесмогесмогесмогеС 1940 г. Принимаются первые соглашения С 1940 г. Принимаются первые соглашения по контролю формирования озона впо контролю формирования озона впо контролю формирования озона в по контролю формирования озона в городском смогегородском смоге19701970--ее –– массовые поражения людей,массовые поражения людей,19701970 е е массовые поражения людей, массовые поражения людей, растений и строений в Лосрастений и строений в Лос--Анджелесе и Анджелесе и принятие международных нормативныхпринятие международных нормативныхпринятие международных нормативных принятие международных нормативных документовдокументов

Los Angeles (July 23, 2000)

Mark Z. Jacobson

МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ПРИЗЕМНОГО КОНЦЕНТРАЦИИ ПРИЗЕМНОГО ОЗОНА• Оптический (по ослаблению УФ радиации в кювете с анализируемой смесью)

• Хемилюминесцентные (по яркости свечения образца с использованием светодиодов)

• Электрохимические (по возникающему в смеси заряду при реакции

KJ электролитического раствора, например KJ, с озоном)

Значительная временная изменчивость и пространственная изменчивость и пространственная неоднородность

Tropospheric Column Ozone -OMI

Ziemke et al.,2006

Tropospheric Column Ozone -OMI

Ziemke et al.,2006

Tropospheric Column Ozone -OMI

Ziemke et al.,2006

Tropospheric Column Ozone -OMI

Ziemke et al.,2006

АТМОСФЕРНЫЙ ОЗОН

Фкм х 20

30

Фотохимическоеобразование озона

ера

20 ратосф

е

20

Тропопауза (блокирующий слой)

Стр

Медленный10

ТропосфераП

Медленныйперенос

Антропогенный озон Пограничный слой

00 100 200 300

Перенос

0 100 200 300Естественный озон Отношение смеси озона, млрд-1

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

∂[O ]/∂ t = ∇v·[O3] + S L∂[O3]/∂ t = - ∇v·[O3] + S – L-∇v·[O3]- перенос различного масштабаS – источники, отличные от переносапереносаL - стоки

- Химическое разрушение

Фотохимическая -Сток на подстилающею поверхность

Фотохимическая генерация

поверхность

-Вымывание осадками

КАК ЭТО ВЫГЛЯДИТ В РЕАЛЬНОСТИКАК ЭТО ВЫГЛЯДИТ В РЕАЛЬНОСТИ

Стратосферный озон

ХХимия

NO

NO2

HO2

OHVOC

RO2

O2

Приземный озон

ДинамикаПереносNOHO2RO2 р

Эмиссии(NOx, VOC, CO, CH4)

Метеорологическиепараметры

ИЗОПЛЕТЫ ПРИЗЕМНОГО ОЗОНА

0 25

ИЗОПЛЕТЫ ПРИЗЕМНОГО ОЗОНА

0.2

0.250.4

0.32

ppm

v

0.15

(ppm

v)

0

0.24

= O

3(g

), p

0.240.08

0.1

NO

x(g)

0.160.

08 =

0

0.05

0 0.5 1 1.5 20

ROG (ppmC)

ХОД КОНЦПРАЦИИ ПРИЗЕМНОГО ОЗОНА В ЦАО (Г ДОЛГОПРУДНЫЙ) И МГУ (МОСКВА) В ИЮЛЕ-(Г.ДОЛГОПРУДНЫЙ) И МГУ (МОСКВА) В ИЮЛЕ

АВГУСТЕ 2002 Г.

млрд-1

120МГУЦАО

80 1

2

40

2

01 7 6 7 11 7 16 7 21 7 26 7 31 71.7 6.7 11.7 16.7 21.7 26.7 31.7

Эпизод высокой концентрации озона в Сибири Томск май 2004Сибири, Томск, май 2004

МАСШТАБИРОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

региональные локальные

горизонтальный горизонтальный переносперенос

перенос ветромперенос ветром

вертикальный вертикальный транспорттранспорт

конвекцияконвекция

осаждениеосаждение

Пример дальнего переносаПример дальнего переноса

Изменения концентрации приземного озона на КВНС при прохождении циклонов и фронтовКВНС при прохождении циклонов и фронтов

a) Средиземноморский циклон, перенос теплого воздуха из Европы.

01020

а)

-30-20-10

01 2 3 4 5 6

b) Медленный черноморский циклон, перенос влажного и теплого морского воздуха.

10

20

b)

-30

-20

-10

01 2 3 4 5 6

1- холодная (тыловая) часть циклона, 2- холодный фронт; 3-зона передхолодным фронтом; 4-теплый сектор циклона; 5 –теплый фронт, 6-зона передтеплымфронтом

c) Адвекция тропического континентального воздуха (из Африки).

c)0

20

40

1 2 3 4 5 6

-40

-20 1 2 3 4 5 6

d) Адвекция воздуха из района Каспийского моря (загрязнениенефтяной промышленностью)

d)-10

0

10

20

1 2 3 4 5 6

-30

-20

10

-Дальний перенос загрязненного воздуха в теплый сезон приводит к ростуконцентрации приземного озона до 50-60 ppbv

-В зонах холодных фронтов с развитой конвекцией стратосферный вторженияд фр р ц р ф р рприводя к росту концентрациидо 70-75 ppbv

-В сухом воздухе, поступающем из Африки и содержащим минеральныйаэрозоль концентрация приземного озона существенно уменьшается

Особенности динамики при сложной орографии

ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ИНВЕРСИЙ НА ПРИЗЕМНЫЙ ОЗОН (роль сухого осаждения)ПРИЗЕМНЫЙ ОЗОН (роль сухого осаждения)

TROICA-5 O smoothed

4

6

8

C

t(0)-t(100) t(0)-t(200)

50

60

70O3 smoothed

-2

0

2

delta

T, 0 C

20

30

40

O3,

ppbv

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000-6

-4

0

10

445

50

55

0

2

25

30

35

40

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000

-4

-2

5

10

15

20

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000distance from Moscow, km

Экспериментальная оценка роли отдельных факторов

Э З 2005Экспедиция в Звенигород, 2005Вертикальный градиент озона в приземном

слое60

10 m

40

50

1 530

1.5 m

10

20

01 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 55 57 59 61 63 65 67 69 71 73 75

Экспериментальная оценка роли отдельных факторов

Э З 2005Экспедиция в Звенигород, 2005Сток на разных типах подстилающей

поверхностиповерхности

40

45

30

35

20

25

5

10

15

01 11 21 31 41 51 61 71 81 91 101 111 121 131 141 151 161 171

дерево трава крапива асфальт