ЛЕСНЫЕ ПОЖАРЫ КАК ИСТОЧНИК ЧЕРНОГО УГЛЕРОДА В АРК­ТИКЕ ЛЕТОМ 2022 Г.

Оценка аэрозольного загрязнения атмосферы высокоширотных районов Арк­тики — одна из важнейших экологических и климатических проблем. Летом 2022 г. в результате аномальной температуры и дефицита осадков площади пожаров в Западной Сибири и европейской России достигли рекордных масштабов. На полярной аэрозольной станции МГУ «Остров Белый» (Карское море) ведутся непрерывные аэталометрические измерения климатически значимого компонента атмосферы — черного углерода. В августе 2022 г. зарегистрировано семь эпизодов загрязнений, значительно превышающих фоновый уровень, типичный для арк­тического лета. Анализ поглощающей способности аэрозолей в широком диапазоне солнечного излучения выявил значительное влияние шлейфов лесных пожаров на аэрозольный состав арк­тической атмосферы. Распределение высоких концентраций черного углерода в зависимости от направления и скорости ветра указало на южное направление как источник высоких загрязнений. Региональное распределение источников черного углерода, рассчитанное методом отнесения траекторий переноса воздушных масс к измеряемым концентрациям на острове Белый, идентифицирует регионы Западной Сибири, северной и центральной областей европейской России, степных районов Восточно-Европейской равнины и южного Урала, дымовые эмиссии пожаров которых внесли наибольший вклад в состав климатически активного аэрозольного компонента атмосферы.

1. Попова В. Современные изменения климата на севере Евразии как проявление вариаций крупномасштабной атмосферной циркуляции // Фундамент. и прикладная климатология. — 2018. — Т. 1. — С. 84—111. — DOI: 10.21513/2410-8758-2018-1-84-111.

2. Мохов И. Особенности формирования летней жары 2010 г. на европейской территории России в контексте общих изменений климата и его аномалий // Изв. Рос. акад. наук. Физика атмосферы и океана. — 2011. — Т. 47, № 6. — С. 709—716.

3. Lavoué D., Liousse C., Cachier H., Stocks B. J., Goldammer J. G. Modeling of carbonaceous particles emitted by boreal and temperate wildfires at northern latitudes. J. of Geophysical Research: Atmospheres, 2000, vol.  105, pp. 26871—26890.

4. Conard S. G., Ivanova  G. A. Wildfire in Russian boreal forests—Potential impacts of fire regime characteristics on emissions and global carbon balance estimates. Environmental Pollution, 1997, vol. 98, pp. 305—313. Available at: https://doi.org/10.1016/S0269-7491(97)00140-1.

5. Diapouli E., Popovicheva O., Kistler M., Vratolis S., Persiantseva N., Timofeev M., Kasper-Giebl A., Eleftheriadis K. Physicochemical characterization of aged biomass burning aerosol after long-range transport to Greece from large scale wildfires in Russia and surrounding regions, Summer 2010. Atmospheric environment, 2014, vol. 96, pp. 393—404. Available at: http://dx.doi.org/10.1016/j.atmosenv.2014.03.026.

6. Popovicheva O., Molozhnikova E., Nasonov S., Potemkin V., Penner I., Klemasheva M., Marinaite I., Golobokov L., Vratolis S., Eleftheriadis K. Industrial and wildfire aerosol pollution over world heritage Lake Baikal. J. of environmental sciences, 2021, vol. 107, pp. 49—64. Available at: https://doi.org/10.1016/j.jes.2021.01.011.

7. Johnson M. S., Strawbridge K., Knowland K. E., Keller C., Travis M. Long-range transport of Siberian biomass burning emissions to North America during FIREX-AQ. Atmospheric Environment, 2021, vol. 252, p. 118241. DOI: 10.1016/j.atmosenv.2021.118241.

8. Agarwal S., Aggarwal S. G., Okuzawa K., Kawamura K. Size distributions of dicarboxylic acids, ketoacids, α-dicarbonyls, sugars, WSOC, OC, EC and inorganic ions in atmospheric particles over Northern Japan: implication for long-range transport of Siberian biomass burning and East Asian polluted aerosols. Atmospheric Chemistry and Physics, 2010, vol. 10, pp. 5839—5858. DOI: 10.5194/acp-10-5839-2010.

9. Воронова О., Зима А., Кладов В., Черепанова Е. Аномальные пожары на территории Сибири летом 2019 г. // Исследование Земли из космоса. — 2020. — С. 70—82. — DOI: 10.31857/S0205961420010121.

10. Kozlov V. S., Yausheva E. P., Terpugova S. A., Panchenko M. V., Chernov D. G., Shmargunov V. P. Optical-microphysical properties of smoke haze from Siberian forest fires in summer 2012. Intern. J. of Remote Sensing, 2014, vol. 35, pp. 5722—5741. DOI: 10.1080/01431161.2014.945010.

11. Reid J., Koppmann R., Eck T., Eleuterio D. A review of biomass burning emissions. Pt. 2. Intensive physical properties of biomass burning particles, 2005, vol. 5, pp. 799—825.

12. Popovicheva O. B., Kozlov V. S., Engling G., Diapouli E., Persiantseva N. M., Timofeev M., Fan T.-S., Saraga D., Eleftheriadis K. Small-scale study of Siberian biomass burning: I. Smoke microstructure. Aerosol Air Qual. Res., 2015, vol. 15, pp. 117—128.

13. Поповичева О. Б., Козлов В. С., Рахимов Р. Ф., Шмаргунов В. П., Киреева Е. Д,. Персианцева Н. М., Тимофеев М. А, Engling G., Elephteriadis K., Diapouli L., Панченко М. В., Zimmermann R., Schnelle-Kreis J. Оптико-микрофизические и физико-химические характеристики дымов горения сибирских биомасс: Эксперименты в аэрозольной камере // Оптика атмосферы и океана. — 2016. — Т. 29. — С. 323—331.

14. Самсонов Ю., Попов С., Беленко О., Чанкина О. Химический состав и дисперсные характеристики дымовой аэрозольной эмиссии от пожаров в бореальных лесах Сибири // Оптика атмосферы и океана. — 2008. — Т. 21. — С. 523—531.

15. Kozlov V. S., Panchenko M. V., Shmargunov V. P., Chernov D. G., Yausheva  E. P., Pol’kin V. V., Terpugova S. A. Long-term investigations of the spatiotemporal variability of black carbon and aerosol concentrations in the troposphere of West Siberia and Russian Subarctic. Chemistry for Sustainable Development, 2016, vol. 24, pp. 423—440.

16. Quinn P., Stohl A., Arneth A., Berntsen T., Burkhart J., Christensen J., Flanner M., Kupiainen K., Lihavainen H., Shepherd M. et al. The impact of black carbon on Arctic climate. AMAP Technical Report, 2011, vol. 4.

17. Moschos V., Schmale J., Aas W., Becagli S., Calzolai G., Eleftheriadis K., Moffett C. E., Schnelle-Kreis Jü., Severi M., Sharma S., Skov H., Vestenius M., Zhang Wendy, Hakola H., Hellén H., Huang Lin, Jaffrezo J.-L., Massling A., Nøjgaard J. K., Petäjä T., Popovicheva O., Sheesley R. J., Traversi R., Yttri K. E., Prévôt A. S. H., Baltensperger U., Haddad I. El. Elucidating the present-day chemical composition, seasonality and source regions of climate-relevant aerosols across the Arctic land surface. Environmental Research Letters, 2022, vol. 17, p. 034032.

18. Wang Q., Jacob D. J., Fisher J. A., Mao J., Leibensperger E. M., Carouge C. C., Le Sager P., Kond Y., Jimenez J. L., Cubison M. J. et al. Sources of carbonaceous aerosols and deposited black carbon in the Arctic in winter-spring: implications for radiative forcing. Atmos. Chem. Phys., 2011, vol. 1, pp. 12453—12473. DOI:10.5194/acp-11-12453-2011.

19. Ren L., Yang Y., Wang H., Zhang R., Wang P., Liao H. Source attribution of Arctic black carbon and sulfate aerosols and associated Arctic surface warming during 1980—2018. Atmospheric Chemistry and Physics, 2020, vol. 20, pp. 9067—9085.

20. Paris J.-D., Stohl A., Nédélec P., Arshinov M. Y., Panchenko M., Shmargunov V., Law K. S., Belan B., Ciais P. Wildfire smoke in the Siberian Arctic in summer: source characterization and plume evolution from airborne measurements. Atmospheric Chemistry and Physics, 2009, vol. 9, pp. 9315—9327.

21. Warneke C., Froyd K., Brioude J., Bahreini R., Brock C., Cozic J., De Gouw J., Fahey D., Ferrare R., Holloway J. An important contribution to springtime Arctic aerosol from biomass burning in Russia. Geophysical Research Letters, 2010, vol. 37.

22. Schmal J., Sharma S., Decesari S., Pernov J., Massling A., Hansson H.-C., Von Salzen K., Skov H., Andrews E., Quinn P. K. Pan-Arctic seasonal cycles and long-term trends of aerosol properties from 10 observatories. Atmospheric Chemistry and Physics, 2022, vol. 22, pp. 3067—3096.

23. Manousakas M., Popovicheva O., Evangeliou N., Diapouli E., Sitnikov N., Shonija N., Eleftheriadis K. Aerosol carbonaceous, elemental and ionic composition variability and origin at the Siberian High Arctic, Cape Baranova. Tellus B: Chemical and Physical Meteorology, 2020, vol. 72, pp. 1—14.

24. Сакерин С. М., Голобокова Л. П., Кабанов Д. М., Калашникова Д. А., Козлов В. С., Круглинский И. А., Макаров В. И., Макштас А. П., Попова С. А., Радионов В. Ф. Результаты измерений физико-химических характеристик атмосферного аэрозоля на научно-исследовательском стационаре «Ледовая база “Мыс Баранова”» в 2018 г. // Оптика атмосферы и океана. — 2019. — Т. 32. — С. 421.

25. Yue S., Zhu J., Chen S., Xie Q., Li W., Li L., Ren H., Su S., Li P., Ma H. Brown carbon from biomass burning imposes strong circum-Arctic warming. One Earth, 2022, vol. 5, pp. 293—304.

26. Romanenkov V., Rukhovich D., Koroleva P., McCarty J. L. Estimating black carbon emissions from agricultural burning. Novel measurement and assessment tools for monitoring and Management of Land and Water Resources in agricultural landscapes of Central Asia. [S. l.], Springer, 2014, pp. 347—364.

27. Виноградова А. А., Смирнов Н. С., Коротков Н. Аномальные пожары 2010 и 2012 гг. на территории России и поступление черного углерода в Арктику // Оптика атмосферы и океана. — 2016. — Т. 29. — С. 482—487.

28. Popovicheva O. B. Evangeliou N., Kobelev V. O., Chichaeva M. A., Eleftheriadis K., Gregorič A., Kasimov N. S. Siberian Arctic black carbon: gas flaring and wildfire impact. Atmospheric Chemistry and Physics, 2022, vol. 22, pp. 5983—6000.

29. Popovicheva O., Diapouli E., Makshtas A., Shonija N., Manousakas M., Saraga D., Uttal T., Eleftheriadis K. East Siberian Arctic background and black carbon polluted aerosols at HMO Tiksi. Science of the Total Environment, 2019, vol. 655, pp. 924—938.

30. Drinovec L., Močnik G., Zotter P., Prévôt A., Ruckstuhl C., Coz E., Rupakheti M., Sciare J., Müller T., Wiedensohler A. The “dual-spot” Aethalometer: an improved measurement of aerosol black carbon with real-time loading compensation. Atmospheric Measurement Techniques, 2015, vol. 8, pp. 1965—1979.

31. Zhang Y., Schnelle-Kreis J., Abbaszade G., Zimmermann R., Zotter P., Shen R. R., Schaefer K., Shao L., Prévôt A.S., Szidat S. Source apportionment of elemental carbon in Beijing, China: Insights from radiocarbon and organic marker measurements. Environ. Sci. Technol., 2015, vol. 49, pp. 8408—8415.

32. Allen G. A., Miller P. J., Rector L. J., Brauer M., Su J. G. Characterization of valley winter woodsmoke concentrations in Northern NY using highly time-resolved measurements. Aerosol and Air Quality Resеarch, 2011, vol. 11, pp. 519—530.

33. Wang Y., Hopke P. K., Rattigan O. V., Xia X., Chalupa D. C., Utell M. J. Characterization of residential wood combustion particles using the two-wavelength aethalometer. Environmental science & technology, 2011, vol. 45, pp. 7387—7393.

34. Eleftheriadis K., Nyeki S., Psomiadou C., Colbeck I. Background aerosol properties in the European arctic. Water, Air and Soil Pollution: Focus, 2004, vol. 4, pp. 23—30.

35. Uria-Tellaetxe I., Carslaw D. C. Conditional bivariate probability function for source identification. Environmental modelling & software, 2014, vol. 59, pp. 1—9.

36. Popovicheva O., Chichaeva M., Kobelev V., Sinitskiy A., Hansen A. Black Carbon in urban emissions on the Polar Circle. Proceedings of the 26th International Symposium on Atmospheric and Ocean Optics, Atmospheric Physics. 2020, pp. 1211—1217.

37. Shukurov K., Postylyakov O., Borovski A., Shukurova L., Gruzdev A., Elokhov A., Savinykh V., Mokhov I., Semenov V., Chkhetiani O. Study of transport of atmospheric admixtures and temperature anomalies using trajectory methods at the AM Obukhov Institute of Atmospheric Physics. Proceedings of the IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. [S. l.], 2019, p. 012048.

38. Stein A., Draxler R., Rolph G., Stunder B., Cohen M., Ngan F. NOAA’s HYSPLIT atmospheric transport and dispersion modeling system. B. Am. Meteorol. Soc., 2015, vol. 96, pp. 2059—2077.