Integration of Satellite Monitoring and Mathematical Modeling in the Analysis of the Nature of Elevated Sulfur Dioxide Concentrations in the Surface Air of the Northern Part of Finland

E. D. Dryukova; Дрюкова Е. Д.; G. M. Nerobelov; Неробелов Г. М.; M. S. Sedeeva; Седеева М. С.; A. V. Kiselev; Киселев А. В.; A. G. Mahura; Махура А. Г.; V. I. Gorny; Горный В. И.

doi:10.31857/S0002351523040041

Анализ природы повышенных содержаний диоксида серы в приземном воздухе северной части Финляндии при помощи спутникового мониторинга и математического моделирования

Авторы: Дрюкова Е.Д.¹, Неробелов Г.М.²^,3, Седеева М.С.², Киселев А.В.², Махура А.Г.⁴, Горный В.И.²
Учреждения:
1. Российский государственный гидрометеорологический университет
2. СПб ФИЦ РАН – Научно-исследовательский центр экологической безопасности Российской академии наук
3. Санкт-Петербургский государственный университет
4. Университет Хельсинки, Институт исследования атмосферных и наземных систем
Выпуск: Том 59, № 4 (2023)
Страницы: 450-460
Раздел: Статьи
URL: https://journals.eco-vector.com/0002-3515/article/view/658294
DOI: https://doi.org/10.31857/S0002351523040041
EDN: https://elibrary.ru/YMZGRK
ID: 658294

Цитировать

Полный текст

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Статья посвящена исследованию причин повышенной приземной концентрации токсичного газа диоксида серы (SO₂) на севере Финляндии. Исследование выполнено для июня 2011 г., когда по данным наблюдений на финской измерительной станции Inari Raja-Jooseppi зафиксированы случаи повышенного содержания SO₂ у поверхности Земли при направлениях приземного ветра с территории Кольского полуострова. С помощью данных спутникового зондирования SO₂ прибором OMI, численной модели прогноза погоды и состава атмосферы Enviro-HIRLAM и модели дисперсии частиц HYSPLIT в работе проверяется гипотеза о природном факторе повышения приземного содержания газа в результате извержения вулкана Гримсвётн в Исландии. Полученные результаты указывают на то, что причиной повышенного содержания SO₂ в приземном слое на севере Финляндии могут быть не только местные техногенные источники, но и удаленный перенос продуктов вулканических извержений. Для дальнейшей верификации этой гипотезы требуется большой набор статистики на севере Финляндии в периоды близкие к вулканической активности в Исландии.

Ключевые слова

северная Финляндия, приземная концентрация SO₂, вулканическое извержение, Enviro-HIRLAM, HYSPLIT, спутниковые измерения

Список литературы

Акимов В. С. Диоксид серы и основные источники загрязнения атмосферы диоксидом серы // Научный журн. 2017. № 6-1(19). С. 18–20.
Министерство природных ресурсов, экологии и рыбного хозяйства Мурманской области. Доклад о состоянии и об охране окружающей среды Мурманской области за 2018 г. // 2019 г. https://mpr.gov-murman. ru/activities/napravleniya/okhrana-okruzhayushchey-sredy/ 00.condition/index.php (дата обращения 20.06.22).
Неробелов Г.М., Седеева М.С., Махура А.Г., Нутерман Р.Б., Смышляев С.П. Enviro-HIRLAM моделирование переноса атмосферных загрязнителей и воздействия аэрозолей на метеорологические параметры над северо-западной частью России и Северной Европой // Материалы всероссийской научной конференции с международным участием “Земля и космос” к столетию академика РАН К.Я. Кондратьева. 20–21 октября 2020 года, Санкт-Петербург. Сборник статей. СПб.: 2020. 334 с.
Каролин С. Программа “Пасвик” – общий отчет 2008 // 2008. http://www.pasvikmonitoring.org/pdf/Pasvikprogrammet_summary_rus_.pdf.
Спахова А.С., Рязанцева Л.А. Повреждаемость некоторых древесных растений сернистым газом // Физиология растений. 1978. Т. 25. № 2. С. 407–409.
Шлегель К.Д., Верхотуров С.С. Токсикологические свойства газообразных загрязнений и их влияние на организм человека // Актуальные проблемы авиации и космонавтики. 2016. № 12. С. 946–948.
Andreae M.O. et al. Vertical distribution of dimethylsulfide, sulfur dioxide, aerosol ions, and radon over the northeast Pacific Ocean // J. Atmospheric Chemistry. 1988. T. 6. № 1. C. 149–173.
Baklanov A. et al. Enviro-HIRLAM online integrated meteorology–chemistry modelling system: strategy, methodology, developments and applications (v7.2) // Geoscientific Model Development. 2017. T. 10. № 8. C. 2971–2999. https://doi.org/10.5194/gmd-10-2971-2017
Beirle S., Hörmann C., Penning de Vries M., Dörner S., Kern C., Wagner T. Estimating the volcanic emission rate and atmospheric lifetime of SO2 from space: a case study for Kīlauea volcano, Hawai`I // Atmos. Chem. Phys. 2014. 14. P. 8309–8322. https://doi.org/, 2014.https://doi.org/10.5194/acp-14-8309-2014
Fioletov V.E., McLinden C.A., Krotkov N., Li C., Joiner J., Theys N., Carn S., Moran M.D. A global catalogue of large SO2 sources and emissions derived from the Ozone Monitoring Instrument. // Atmos. Chem. Phys. 2016. V. 16. P. 11497–11519. https://doi.org/10.5194/acp-16-11497-2016
Fuentes García G., Echeverría R.S., Reynoso A.G., Baldasano Recio J.M., Rueda V.M., Retama Hernández A., Kahl J.D.W. Sea Port SO2 Atmospheric Emissions Influence on Air Quality and Exposure at Veracruz, Mexico // Atmosphere. 2022. V. 13. 1950. https://doi.org/10.3390/atmos13121950
Gudmundsson M.T., Höskuldsson Á., Larsen G., Thordarson T., Oladottir B.A., Oddsson B., Gudnason J., Högnadottir T., Stevenson J.A., Houghton B.F., McGarvie D., Sigurdardottir G.M. The May 2011 eruption of Grímsvötn // EGU 2012. https://meetingorganizer.copernicus.org/ EGU2012/EGU2012-12119.pdf.
Hirdman D., Sodemann H., Eckhardt S., Burkhart J.F., Jefferson A., Mefford T., Quinn P.K., Sharma S., Strm J., Stohl A. // Source identification of short-lived air pollutants in the Arctic using statistical analysis of measurement data and particle dispersion model output, Atmos. Chem. Phys. 2010. V. 10. 669693. https://doi.org/10.5194/acp-10-669-2010
Jaffe D. et al. Transport of Asian air pollution to North America //G eophysical Research Letters. 1999. T. 26. № 6. P. 711–714.
Khokhar M.F., Frankenberg C., Van Roozendael M., Beirle S., Kuhl S., Richter A. et al. Satellite observations of atmospheric SO2 from volcanic eruptions during the time-period of 1996 20 02. Adv. Space Res. 2005. V. 36. 879887.
Kyrö E.-M., Väänänen R., Kerminen V.-M., Virkkula A., Petäjä T., Asmi A., Dal Maso M., Nieminen T., Juhola S., Shcherbinin A., Riipinen I., Lehtipalo K., Keronen P., Aalto P.P., Hari P., Kulmala M. Trends in new particle formation in eastern Lapland, Finland: effect of decreasing sulfur emissions from Kola Peninsula // Atmos. Chem. Phys. 2014. V. 14. P. 4383–4396. https://doi.org/, 2014.https://doi.org/10.5194/acp-14-4383-2014
Lamotte C., Guth J., Marécal V., Cussac M., Hamer P.D., Theys N., Schneider P. Modeling study of the impact of SO2 volcanic passive emissions on the tropospheric sulfur budget // Atmos. Chem. Phys. 2021. V. 21. P. 11 379–11 404. https://doi.org/10.5194/acp-21-11379-2021
Lee C., Martin R.V., van Donkelaar A., Lee H., Dickerson R.R., Hains J.C., Krotkov N., Richter A., Vinnikov K., Schwab J.J. SO2 emissions and lifetimes: Estimates from inverse modeling using in situ and global, space-based (SCIAMACHY and OMI) observations // J. Geophys. Res. 2011. V. 116. D06304. https://doi.org/10.1029/2010JD014758
Li C., Krotkov N.A., Leonard P. OMI/Aura Sulfur Dioxide (SO2) Total Column L3 1 day Best Pixel in 0.25 degree x0.25 degree V3, Greenbelt, MD, USA, Goddard Earth Sciences Data and Information Services Center (GES DISC). 2020. Accessed: 2022-10-01. https://doi.org/0.5067/Aura/OMI/DATA3008
Mahura A., Gonzalez-Aparacio I., Nuterman R., Baklanov A. Seasonal Impact Analysis On Population Due To Continuous Sulphur Emissions From Severonikel Smelters Of The Kola Peninsula // Geography, Environment, Sustainability. 2018. V. 11. № 1. P. 130–144.https://doi.org/10.24057/2071-9388-2018-11-1-130-144
Paez P.A., Cogliati M.G., Caselli A.T., Monasterio A.M. An analysis of volcanic SO2 and ash emissions from Copahue volcano // J. South American Earth Sciences. 2021. V. 110. 103365.
Seinfeld J.H., Pandis S.N. Atmospheric chemistry and physics: From air pollution to climate change. 1998. p. 1326.
Sipilä M., Sarnela N., Neitola K., Laitinen T., Kemppainen D., Beck L., Duplissy E.-M., Kuittinen S., Lehmusjärvi T., Lampilahti J., Kerminen V.-M., Lehtipalo K., Aalto P.P., Keronen P., Siivola E., Rantala P.A., Worsnop D.R., Kulmala M., Jokinen T., Petäjä T. Wintertime subarctic new particle formation from Kola Peninsula sulfur emissions // Atmos. Chem. Phys. 2021. V. 21. P. 17 559–17 576. https://doi.org/10.5194/acp-21-17559-2021
Sportisse B. Fundamentals in Air Pollution – From Processes to Modelling // Springer Dordrecht. 2009. р. 299.
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. American Meteorological Society. 2015. V. 96. № 12. P. 2059–2077. https://doi.org/10.1175/BAMS-D-14-00110.1
Tu F.H. et al. Long-range transport of sulfur dioxide in the central Pacific // J. Geophysical Research: Atmospheres. 2004. T. 109. № D15.
Wallace J.M., Hobbs P.V. Atmospheric science: an introductory survey. // Elsevier Academic Press: Amsterdam, The Netherlands. 2006. T. 92.
World Health Organization. Regional Office for Europe. Air quality guidelines: global update 2005: particulate matter, ozone, nitrogen dioxide and sulfur dioxide // World Health Organization. Regional Office for Europe. 2006. P. 484. https://apps.who.int/iris/handle/10665/107823.