автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.13, диссертация на тему:Пространственно-временные вариации приземного озона в атмосфере Байкальского региона

На правах рукописи

БУТУХАНОВ Василий Петрович

ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННЫЕ ВАРИАЦИИ ПРИЗЕМНОГО ОЗОНА В АТМОСФЕРЕ БАЙКАЛЬСКОГО РЕГИОНА.

05.11.13 - Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 6 АП?

Красноярск - 2009

003466751

Работа выполнена в Отделе физических проблем при Президиуме Бурятского научного центра СО РАН

Научный руководитель:

доктор физико-математических наук, профессор Ломухин Юрий Лупонович

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Кашкин Валентин Борисович

кандидат технических наук, доцент Сакаш Ирина Юрьевна

Ведущая организация:

Восточно-Сибирский технологический университет (г. Улан-Удэ)

Защита диссертации состоится «15» мял2009 года в 14.00 часов на заседании диссертационного совета ДМ 212.099.05 в Сибирском федеральном университете по адресу: 660074, г. Красноярск, ул. Киренского, 26, корпус Ж ауд. УЛК 1-15.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке по техническим наукам Сибирского федерального университета. Автореферат выставлен на сайт СФУ.

Отзыв на автореферат в 2-ух экземплярах, с подписью составителя и заверенный печатью организации просим направлять в адрес диссертационного совета. Факс 8 (3912) 90-74-76, 43-26-56.

Автореферат разослан «15>з\пр«л#2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, профессор

Е.А. Вейсов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Диссертация посвящена изучению режима приземного озона для оценки и прогноза его концентраций в различных метеорологических условиях. Рассматриваются механизмы изменчивости концентрации озона в атмосфере Байкальского региона. Работа написана на основе экспериментального материала, полученного в результате шестилетнего наблюдения газовых и метеорологических характеристик приземного слоя атмосферы.

Актуальность работы. В приземном слое атмосферы и в тропосфере озон является химически и радиационно-активным газом. Как сильный окислитель он воздействует разрушающе на многие материалы и живые ткани. Кроме этого, он определяет газовый состав и термический режим тропосферы. Основным источником приземного озона является фотохимическое образование в тропосфере и перенос в ее нижние слои динамическими процессами различного масштаба.

Поэтому для оценки и прогноза приземной концентрации озона (ПКО) возникает необходимость изучения ее пространственно-временных вариаций в приземном и приводном слое атмосферы.

В результате антропогенной нагрузки на окружающую среду в 70 - 90 годах 20 века наблюдалось уменьшение озона в стратосфере, и его увеличение в тропосфере Северного полушария. В Азиатском регионе Северного полушария наблюдалось медленное, но стабильное увеличение концентрации озона в течение 1980-1995г.г. с положительным трендом 0,44 ± 0,43% в год, а с 1996 г. по настоящее время ее рост приостановился [Б-ШЬтпаш, А.Б.ЬеРэИп, Н.Е.ЗсЬеП, аЗ.-БИасЫск с1 а1., 1998г.].

Так как Байкальский регион до настоящего времени не охвачен сетью наблюдений приземного озона, проведение наблюдений ПКО будет способствовать оценке уровней озона в загрязненных и фоновых условиях. И на основе этих оценок можно выявить механизм изменчивости озона, характерного для данного региона. Всесторонний анализ выявленных причин изменчивости озона в пространстве и во времени, в условиях формирования высоких значений ПКО позволит принять меры по предотвращению нарушения экологического равновесия в окружающей природной среде Байкальского региона и озера Байкал как участка Мирового наследия. В связи с этим работа, посвященная наблюдению приземной концентрации озона и ее изменчивости в пространстве и во времени, является актуальной.

Целью диссертации является выявление особенностей пространственно-временных вариаций ПКО в Байкальском регионе. В работе решались следующие задачи:

1. Разработка и создание измерительно-вычислительного комплекса для регистрации и расчета статистических характеристик пространственно-

временного распределения приземного озона, оксидов азота, углерода в Байкальском регионе.

2. Анализ временных вариаций ПКО, концентраций оксидов азота и метеопараметров по данным измерений за период с 1999 - 2004 г.г. в г. Улан-Удэ; выявление процессов, определяющих формирование суточного и сезонного хода ПКО.

3. Оценка вклада ОСО и УФ-Б в сезонную изменчивость ПКО.

4. Анализ процессов, формирующих особый режим образования озона в условиях летнего застоя воздуха в приземном слое атмосферы г. Улан-Удэ.

5. Организация и проведение измерений концентрации озона, оксидов азота и метеопараметров в приземном и приводном слое атмосферы оз. Байкал.

Научная новизна

1. Получены характеристики суточной и сезонной изменчивости концентрации приземного озона в г. Улан-Удэ за период 1999-2004 г.г. Выявлен суточный ход ПКО с характерными максимумами в 13:00 и 0:00 ч и двумя минимумами в 8:00 и 21 ч местного времени; сезонный ход с максимумом в конце весны - начале лета, минимумом поздней осенью и в начале зимы.

2. Впервые в условиях Байкальского региона установлено запаздывание ПКО от ОСО в среднем на 3 месяца, выявлены квазидвухлетние вариации ОСО и ПКО в весенний период.

3. В условиях летнего застоя установлены: квазипериодическая структура изменчивости среднедневных концентраций озона, оксидов азота и температуры воздуха с периодом от 3 до 5 дней; смещение максимумов спектральной плотности ПКО от максимумов УФ-Б на периоды до одного дня и 20 дней. Предложена модель краткосрочного прогноза ПКО.

4. По наблюдениям в летний период на побережье Байкала выявлены 2 режима суточного хода ПКО с максимумом в 13:00 ч. и минимумом в ночные часы, с более поздним максимумом в 18:00 ч и минимумом в утренние часы. Получены оценки фотохимического образования и вертикального распределения озона.

5. Впервые выявлены пространственные неоднородности распределения озона и оксидов азота в приводном слое атмосферы разных частей оз. Байкал. Оценена скорость сухого осаждения озона на водную поверхность.

Достоверность полученных результатов определяется:

• оценкой и корректировкой погрешности измерений приборов, входящих в состав измерительного комплекса, регулярными поверками, установленными Государственной системой единства измерений;

• внутренним оперативным контролем, выполняющим функции предупредительного контроля для принятия оперативных мер в ситуациях, когда погрешности (составляющие погрешностей) контрольных измерений не соот-

ветствуют установленным требованиям. В качестве средств контроля используются стандартные образцы, аттестованные смеси, рабочие пробы и генераторы калибровочных смесей.

• статистической обеспеченностью данных измерений характеристик газовых примесей и метеопараметров, согласованностью экспериментальных и расчетных данных.

Научная и практическая значимость работы

Результаты исследований пространственно-временного распределения концентраций озона и МГС в Байкальском регионе использованы в региональных прогностических моделях изменения газового состава атмосферы под влиянием различных геофизических факторов.

Полученные результаты использованы для оценки экологической обстановки в г. Улан-Удэ, состояния воздушного бассейна оз. Байкал, и могут учитываться в целях определения ресурса туристско-рекрационной зоны "Байкал" на Восточном побережье озера.

Измерительный комплекс газовых характеристик приземного слоя атмосферы может найти применение на станциях мониторинга газовых примесей в различных регионах.

Личный вклад автора

Основные результаты работы получены либо лично автором, либо при его непосредственном участии. Автор принимал непосредственное участие в разработке и создании измерительного комплекса, валидации программы автоматизации непрерывных измерений и регистрации содержания газовых примесей в приземном слое атмосферы, методики измерений, анализе и интерпретации полученных экспериментальных данных.

На защиту выносятся результаты мониторинга ПКО с помощью измерительного комплекса на базе хемилюминесцентных газоанализаторов:

1. Суточная изменчивость ПКО в г. Улан-Удэ за период с 1999 по 2004 год с максимумами в 13:00 и 0:00 ч и минимумами - в 3:00 и 21:00 ч местного времени близка к фоновой. Сезонные вариации максимальных значений ПКО в конце весны, начале лета наблюдаются при весенне-летней активизации динамических и фотохимических процессов в атмосфере г. Улан-Удэ. Минимальные значения ПКО в зимний период отмечаются при максимальной повторяемости приземных инверсий.

2. В годовом ходе смещение по фазе максимальных и минимальных значений ОСО относительно аналогичных значений ПКО близко к 1/4 периода их основных гармоник (максимумы ОСО и ПКО над г. Улан-Удэ достигаются в марте и в июне, соответственно). Выявленные квазидвухлетние вариации ОСО и ПКО в весенний период значимы и свидетельствуют о существенной модулирующей роли крупномасштабной циркуляции в формировании

режима озона.

3. В условиях летнего застоя воздуха в г. Улан-Удэ изменения среднедневных ПКО, концентрации оксидов азота модулируются колебаниями с характерным периодом от 3 до 5 дней. Максимумы спектральной плотности вариаций средних дневных ПКО смещены относительно максимумов интенсивности УФ-Б в области низких частот на период в 20 дней, в области высоких частот на период меньше одного дня.

4. Суточный ход концентрации озона в летний период наблюдения на побережье оз. Байкал определяется двумя режимами вариаций ПКО - с максимумом в 13:00 ч, минимумом в ночные часы и с более поздним максимумом в 18:00 ч и минимумом в утренние часы. Среднесуточные значения концентрации озона на побережье оз. Байкал в условиях неустойчивой атмосферы с параметром стратификации -0,7 < Ш < -0,2 в 1,5 раза меньше, чем в городских условиях, а максимум ПКО отстает от максимума концентрации озона в г. Улан-Удэ на 5 часов.

5. Пространственно-временная неоднородность концентрации озона и оксидов азота в приводном слое атмосферы оз. Байкал. В Южном Байкале максимум ПКО в послеполуденное время соответствует максимальной высоте слоя перемешивания. В Среднем Байкале основной вклад в формирование вечернего максимума ПКО вносит адвекция воздушных масс с прибрежной зоны. Скорость сухого осаждения озона на водную поверхность Байкала меняется от 0,0019 до 0,096 см/с и соответствует раннее проведенным наблюдениям в приводном слое атмосферы морских акваторий. В период активного развития волнового процесса наблюдается увеличение скорости сухого осаждения озона.

Основные результаты исследования были получены в работах по следующим проектам:

1. «Изучение особенностей аэрозольных и газовых примесей в пограничном слое оз. Байкал». Грант РФФИ № 97-06-96449.

2. «Исследование механизмов формирования загрязнения атмосферного воздуха южного побережья оз. Байкал под воздействием удаленных и близкорасположенных промышленных центров». Грант РФФИ № 01-0597240.

3. «Климатоэкологический мониторинг Сибири». Региональная научно-техническая программа «Сибирь».

Апробация работы

Материалы, изложенные в диссертации, представлены в 26 печатных работах, из них 10 работ опубликованы в рецензируемых научных журналах, а также докладывались на Всероссийских конференциях "Аэрозоли Сибири" в 1997 - 1999 г.г., 2003 г.г., на третьей Верещагинской Байкальской конференции в 2000 г., на VIII - XI Международном объединенном симпозиуме. Опти-

ка атмосферы и океана. Физика атмосферы, 2001-2004 г.г., на Международном рабочем совещании ТСЖ-2 по исследованию тропосферного озона в 2002 г. и др. региональных конференциях.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4-х глав, заключения, списка литературы. Работа содержит 185 страниц текста, 66 рисунков, 11 таблиц. Список литературы состоит из 117 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность работы, ставится цель работы, указывается научная новизна и практическая значимость работы, приводятся основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе содержатся необходимые сведения и современные взгляды на природу приземного озона, дана характеристика его источников и стоков.

Тропосферный озон не превышает 10% от общего содержания озона в атмосфере. Концентрация озона в приземном воздухе изменяется в широких пределах в зависимости от геофизических, климатических характеристик регионов и степени их промышленного развития, влияющего на уровень антропогенного загрязнения атмосферы. Следует отметить, что антропогенные факторы, такие как эмиссии предшественников озона (окислов азота и органических соединений) могут приводить как к дополнительной генерации, так и к разрушению озона в приземном слое. Вторая ситуация наблюдается в условиях сильного загрязнения приземного соля атмосферы окислами азота в холодный период.

В главе рассматриваются результаты многолетних наблюдений пространственного распределения тропосферного озона по всему Земному шару. Показано, что обширные континентальные районы Евроазиатского материка являются глобальными источниками атмосферного загрязнения газовыми примесями, участвующими в образовании и разрушении озона в глобальном масштабе. Результаты измерений свидетельствуют также и о том, что скорость роста содержания озона от экватора к полюсам Земли в нижнем слое тропосферы для северного полушария больше, чем для южного. Соответственно и концентрация озона на одинаковых широтах северного и южного полушария различается (концентрация озона выше в северном полушарии). Одной из возможных причин различия уровня озона в нижней тропосфере в северном и южном полушарии может быть его крупномасштабное продуцирование в результате фотохимических реакций в условиях интенсивной антропогенной эмиссии над Европой. Так, например, европейские источники вносят вклад в годовой бюджет производства озона на высокогорной альпийской станции в Ароза 9-12 ррЬ [РосЬапаЛ е!.а1., 2001].

Траекторный анализ показал, что именно в нижней тропосфере загряз-

нение над Европой может транспортироваться и изменять уровень озона в Восточной Азии и Сибири [Акт^о et.al., 1994]. А воздушные массы с повышенным содержанием озона го Северной Америки оказывают большое влияние на состав средней тропосферы Европы.

Озон, образовавшийся в условиях высокой инсоляции, температуры и большом уровне его предшественников в Восточной Азии легко переносится в верхней тропосфере в Северную Америку и Европу западным ветром зональной циркуляции (трансграничный перенос) [Израэль, 1987].

Исследования газового и аэрозольного состава атмосферы, выполненные в ходе экспедиции ТК01СА-5 в летний период, выявили перенос примесей из индустриальных районов Восточной Азии на территорию Российской Федерации. Наиболее вероятной причиной наблюдавшихся высоких концентраций приземного озона в городах Хабаровского края явилась его фотохимическая генерация в шлейфе антропогенных выбросов городов Китая и Японии при наличии местных источников летучих орган ических соединений ЛОС и окислов азота [Еланский, Моисеенко, Панкратова, 2005].

Несмотря на большое количество измерений озона (03) в Европе, его крупномасштабный перенос в тропосфере и пограничном слое по Азиатской части России недостаточно исследован. Поэтому комплексный мониторинг пространственно-временных вариаций ПКО для изучения и анализа воздействия регионального распределения озона на биосферу с одной стороны, а с другой стороны для оценки локального содержания озона в его глобальном распределении является актуальным.

Во второй главе изложена методика выполнения измерений, основные технические характеристики и принцип действия измерительного комплекса.

С целью оперативной обработки результатов измерений с заданной точностью и минимальными затратами ручного труда создан 4 канальный измерительно-вычислительный комплекс (ИВК), объединяющий средства измерения, систему регистрации, хранения и обработки результатов измерений [8].

В таблице 1 приведены основные технические характеристики средств измерений, входящие в состав ИВК.

' Таблица 1. Средствашмфш11йийх0сн0вные1с!шшс[и1гхаракгсристаси

№№ Измеряе -мое вацестао Наименование измеряемой величины Тип средства ижереши Диапазон измер аш,; мгДг Псгреш -кость, % - Чувстви - тельнояь, мг/м3

1. N01 ьвегавая концентрация, мг/ь? Р-310-32 : 0+1 ±25 0,001

2. N0 кассовая концентрация, мг/иг Р-310-32 :: : 0+1 ±25 . 0,001

3. Оз тассовая концентрация. 3 02П1 \ 0+0,5 ±15 : 0,001

Измерения концентраций озона (Оз), оксидов азота (N0, >ТО2) производились газоанализаторами, представляющими собой газовые компараторы, в основу работы которых положен хемшпоминесцентный метод. Сущность этого метода состоит в том, что химическое взаимодействие молекул озона и диоксида азота с датчиком сопровождается люминесценцией. Принцип действия газоанализаторов - гетерогенная хемилюминесценция (газ - "твердое тело"). Датчиками газов служат хемишоминесцентные твердотельные сенсоры. Интенсивность хемилюминесценции пропорциональна содержанию озон и диоксида азота в анализируемой газовой среде. На рис. 1 показана функциональная схема ИВК.

Аналнзи- [] руем ый газ I

>-Г"Н

Рис. 1. Функциональная схема 4-канального измерительного комплекса.

Описаны основные рабочие и калибровочные алгоритмы, созданного программного обеспечения, и защищенного свидетельством об авторском праве под №200611005 (Роспатент) [9].

Приводятся условия измерений, рабочие процедуры по подготовке к выполнению измерений, выполнение измерений.

Для оценки погрешности результатов измерений осуществляется внутренний контроль точности результатов измерений. Приведены средства и алгоритм контроля точности измерений.

Данные по оценке точности определения концентрации озона и диоксида азота за весь период наблюдения показали, что:

1) точность результатов измерений на уровне а = 5 % считается удовлетворительной;

2) случайные погрешности не выходят за пределы доверительного ин-

тервала и оцениваются удовлетворительной прецизионностью (степень близости друг к другу независимых результатов измерений).

Измерения метеопараметров проводились ультразвуковой автоматической метеостанцией АМК-02Б. Станция предназначена для автоматических измерений и регистрации мгновенных и средних значений температуры воздуха, скорости и направления горизонтального ветра, скорости вертикального ветра, относительной влажности воздуха, атмосферного давления.

Преимущества современной метеостанции АМК-02Б перед известными электромеханическими метеостанциями: 1) автоматические непрерывные (круглосуточные) измерения без участия оператора; 2) безынерционность и очень высокая чувствительность при измерениях температуры и скорости ветра; 3) возможность измерений в любых реальных погодных условиях, в том числе при выпадении атмосферных осадков; 4) возможность регистрации турбулентных флуктуаций температуры и скорости ветра; 5) автоматическое определение стандартных параметров атмосферной турбулентности.

В третьей главе приводятся методы обработки и анализ полученных экспериментальных данных приземной концентрации озона, оксидов азота, моноксида углерода и метеорологических параметров, в г. Улан-Удэ за шестилетний период наблюдения (1999-2004 г.г.).

В разделе 3.1 проведен анализ метеорологических параметров. Годовой ход температуры воздуха в Улан-Удэ характерен для условий резко континентального климата. Ветровой режим города определяется потоками общей циркуляции. Но из-за сильной изрезанности рельефа и резко континентального климата создаются условия, характерные для атмосферы с низкой рассеивающей способностью газовых примесей. В течение года в Улан-Удэ преобладают скорости ветра 2,2 м/с, т.е. ветры слабые и умеренные. При этом продолжительность периодов со штилями достигала зимой - 51%, а весной снижается до 24%. Во все месяцы года преобладают ветры западного, северо-западного и восточного направлений. Максимальную повторяемость в течении года имеют ветры северо-западного направления (24%), минимальную - юго-восточные (1%).

Измерения вертикального распределения температуры и влажности воздуха в 100 метровом приземном слое показали, что повторяемость приземных и приподнятых инверсий в зимний период довольно высока - 77% случаев, за весь период измерений. Мощность слоя приземной инверсии в основном составила 100 метров. Максимальный градиент температуры был равен -5,7°С/100м. Данные условия способствуют накоплению газовых примесей, образованных антропогенными выбросами и уменьшению концентрации озона. В летний период повторяемость дневных конвективных потоков преобладает над инверсией - 30% и 5% случаев за весь период наблюдений, соответственно. Конвективные движения воздушных масс при высокой инсоляции

создают благоприятные условия для генерации озона.

В разделе 3.2 для количественного анализа данных наблюдений приземной концентрации озона, и выявления факторов влияния на ее распределение были рассчитаны статистические параметры, и построены функции распределения.

На рис. 2 приведена интегральная функция распределения среднесуточных ПКО.

Хп> «гтв о остики

Срвднвв. мкг'м' .....37 ¿3

Стандартная ошнбла, и кг/и3 ......2 И

Мйди*н«, икг/м3 . 36,24

Мода^ мкг/м' 27 24

Стандартное а гкя сменив, икг/м' 6,34

Дисперсия выборки........................ "ЭЗбрЭ

Эксцэес -0,96

Ас и и и втр И Ч ИОСТЬ 0,17

Минимум^и^/м3...... _ 9,00

Максимум, мхг^ы3............ 68.28

Суииа " ¿250'ЬЬ

60,СО

Уровень надежмостиРб.ОЧ) <,22

О 1С 20 30 40 50 60 70 80 Концентрация оэоча. шг/м

Рис. 2. График функций распределения среднесуточных ПКО за период наблюдения 1999-2004 г. г.

Из графиков видно, что распределение эмпирических рядов наблюдения (кривая 1) среднесуточных концентраций озона близко к нормальному распределению (кривая 2). При незначительной асимметрии функции распределения наблюдается некоторое смещение эмпирических рядов ПКО относительно нормального распределения в сторону уменьшения в интервале 15-45 мкг/м3 и в сторону увеличения в интервале от 50-68 мкг/м3. Среднее значение эмпирического ряда ПКО, равное 34 мкг/м3 меньше среднего значения в ряду нормального распределения ПКО на 3,5 мкг/м3 и превышает стандартную ошибку, равную 2 мкг/м3, но находится в пределах допустимой погрешности измерения. Однако в области высоких и низких концентраций различия рядов ПКО существенны. Поэтому была предпринята попытка выяснения причин и механизмов влияния на отклонение фактического распределения средних ПКО от нормального распределения. К факторам, которые могли бы оказать существенное влияние на функцию распределения измеренных значений ПКО в интервале концентраций меньших среднего, относятся приземные инверсии в холодное время года. В области высоких ПКО больших ее среднего значения на распределение озона оказывают фотохимические процессы генерации в летний период. Эти условия летом чаще всего реализуются в антициклонах и малоградиентных барических полях. Значительный вклад в повышение приземной концентрации озона вносит весенняя активизация динамических процессов. К ним относятся СТО, меридиональная и зональная циркуляции, процессы синоптического масштаба (циклоны, фронты и т.д.), турбулентное перемешивание и конвекция.

Анализ среднесуточных ПКО (раздел 3.3) показал значительное сезон-

ное изменение уровней ПКО: средние максимальные концентрации летом достигают значения 83 мкг/м3, а минимальные зимой - 10 мкг/м3. Из графика среднесуточных концентраций приземного озона на рис. 3, полученных в г. Улан-Удэ за шестилетний период измерения видно, что изменения среднесуточных ПКО представляют собой периодические колебания, и наблюдается тенденция уменьшения максимальных среднесуточных ПКО с 1999 г. по 2003 г.

90 п

1999 2ООО 2001 2002 2003 2004

Рис. 3. Среднесуточные концентрации приземного озона.

Установлено, что основной вклад в годовое изменение концентрации озона вносят сезонные вариации среднесуточных ПКО, зависящие от метеорологических и синоптических процессов, а в отдельные годы в летний период от аномалий интенсивности солнечной радиации.

На рис. 4 показано, что в период весенней активизации синоптических процессов вариации ПКО тесно связаны с вариациями приземного давления. Из рисунка видно, что приход антициклона, связанного с усилением меридиональной циркуляции воздушных масс приводит к резкому увеличению ПКО и приземного давления. С приходом циклональных воздушных масс наблюдается значительное понижение атмосферного давления и уменьшение ПКО до своего минимума равного 15 мкг/м3.

ПКО. мкг/м3 Р. И" рт ст.

Рис. 4. Вариации приземного давления (1), ПКО (2) в условиях весенней активизации синоптических процессов (циклонов и антициклонов)

Раздел 3.4 посвящен анализу суточной и сезонной изменчивости ПКО за указанный период наблюдения. Для определения сезонно-суточной изменчивости ПКО в г. Улан-Удэ ряды ежедневных значений в конкретное время суток были разложены в ряд Фурье по гармоникам годового хода:

рп (У) = ]Г Ак (п] - )]+ гевг^ак^) (1)

к

где: рп (/) - значения ПКО в день Г и срок наблюдения п

(« = 0,3,6,9,12,15,18,21 часов);

Аи ^ - амплитуда и фаза к -ой гармоники для срока П, определяемые по методу наименьших квадратов;

(О = —,Г = 365.25 - угловая частота и период первой гармоники сезонного хода;

- остатки ежедневных значений ПКО, представляющие собой отклонение (разность) между измеренными и расчетными (выравненными) значениями концентрации озона.

Таким образом, годовой ход был представлен суммированием первой гармоники, уровень статистической значимости которой был не менее 95%.

Коэффициент детерминации полученного годового хода ПКО для разных сроков наблюдения варьируется от 60% (3 часа) до 68% (12 часов), а для среднесуточных значений превышает 71%. Результаты расчета сезонно-суточной изменчивости ПКО по выражению (1) отражены на рис. 3 и 5. Как видно из рисунков, наибольшие концентрации озона наблюдаются в нача-

ле лета, а наименьшие поздней осенью и в начале зимы.

Рис. 5. Сезонно-суточная изменчивость ПКО в Улан-Удэ, мкг/м3

Такой характер сезонного хода, как правило, отмечается и в других городах. Суточная изменчивость с двумя максимумами в 0:00 и 13'.00 часов и двумя минимумами около 8:00 и 22:00 часов близка к фоновой.

Определены характерные для региона амплитудные и фазовые характеристики годового хода ПКО включительно до пятой гармоники в различные сроки наблюдения.

В разделе 3.4 исследована связь временных вариаций ОСО и ПКО. Данные ОСО использовались по результатам спутникового зондирования для координат г. Улан-Удэ [10].

Установлено, что максимумы годового хода ПКО за период с 1999 по 2004 г отстают от соответствующих значений ОСО в среднем на время близкое трем месяцам, это хорошо видно из рис. 6 а.

ОСО.еДб

(б)

380 360 340 320 300

2ООО 2001 2002 2003 .. 2004 : 2005 .

30 35 40 45 50 55 ПКО. мкг/м1

Рис. 6. Годовые вариации среднемесячных ОСО -1 и ПКО - 2 (а), относительная фазировка (разность фаз) годового хода среднесуточных значений ОСО и ПКО (б) в Улан-Удэ.

Проведен анализ разности фаз ПКО и О СО. На рис. 6 б представлена фазовая диаграмма годового хода среднесуточных ОСО и ПКО. Близость фазовой

кривой к окружности указывает на фазовый сдвиг в четверть периода основных гармоник (первых гармоник) ОСО и ПКО. Небольшое отличие от окружности обусловлено влиянием на сезонный ход ОСО и ПКО 5 гармоники с периодом в 72 дня.

Объясняются причины взаимосвязи ОСО и ПКО в их сезонном ходе. Так, положительная корреляция (коэффициент корреляции Я = 0,6) отклонений (остатков) ежедневных ПКО от их средних выравненных значений по основной гармонике сезонного хода в весенний период с аналогичными остатками ОСО отражает преобладание антициклонической циркуляции с нисходящими потоками в г. Улан-Удэ.

Выявлены квазидвухлетние колебания ОСО и ПКО. На рис. 7 показаны колебания среднеквадратических отклонений ПКО и ОСО в весенний период (март) за все годы наблюдения.

8

48 7 1б е 5

с §4

и 3 2 1 О

1999 г. 2000 г. 2001 г. 2002 г. 2003 г. 2004 г. 2005 г. Рис. 7. Стандартные отклонения ПКО - 1 и общего содержания озона - 2.

Из рисунка видно, что в марте за период с 2001 по 2004 г вариации ПКО синхронно следуют вариациям ОСО с квазипериодом максимальных значений в 2 года.

Раздел 3.5 посвящен анализу изменчивости ПКО в летний период. Особенности вариаций ПКО и УФ - эритемной освещённости1 показали, что радиационный режим гораздо сильнее влияет на значение минимума ежедневных значений ПКО, нежели на значения ее максимума (УФ радиация на рис.8 показана жирной линией).

1 В умеренных широтах коэффициент корреляции между УФ - эритемной освещённостью и интегральной освещённостью в УФ-Б диапазоне (X < 315 нм) существенно выше 90%, поэтому УФ - эритемная освещённость может служить достаточно надёжным индикатором режима УФ-Б освещённости.

Рис. 8. Сезонный ход динамического диапазона суточной изменчивости ПКО

Однако вариации ПКО в период летнего застоя воздуха (июнь-июль) были связаны с интенсивной фотохимической генерацией озона при высокой инсоляции и температуре воздуха. Механизмы генерации озона показаны в главе 1 и 3.3.1. Главным условием является наличие солнечной радиации с длиной волны Я < 315 нм.

Дня июня месяца в Улан - Удэ анализ отклонений УФ-Б и ПКО от средних значений показал неопределенность влияния колебаний УФ-Б на вариации ПКО в интервале времени от 1 до 5 дней. Установлено, что максимумы УФ-Б в сглаженной кривой отклонений от средних значений опережают аналогичные максимумы ПКО на 15-20 дней.

Установлено, что при запаздывании изменений ПКО от УФ-Б на 15 дней максимальный коэффициент корреляции между вариациями УФ-Б и ПКО равен Я. = 0,75. При этом отклонение (увеличение) ДУФ-Б от среднего значения на 1% приводит к отклонению (увеличению) ПКО на 6,6%.

Рассчитаны спектральные плотности мощности вариаций средних дневных ПКО и интенсивности УФ-Б в аномальных метеорологических условиях. Установлено, что в их спектрах наблюдаются по 2 максимума, соответственно в высокочастотной и низкочастотной областях при этом "высокочастотные" максимумы смещены по частоте до одного дня, а низкочастотные колебания - на 20 дней. Предполагается, что высокочастотные колебания ПКО вызваны высокочастотными гармониками УФ-Б и переносом озона из верхнего активного слоя атмосферы в приземный слой динамическими процессами синоптического масштаба с характерным временем около 3 дней. Смещение по частоте максимума спектральной плотности ПКО от максимума спектра интенсивности УФ-Б в низкочастотной области связано с инерционными фотохимическими процессами в приземном слое атмосферы.

На основе фотохимического баланса концентрации озона получены математическая модель среднедневных вариаций ПКО от температуры воздуха и

вариаций концентрации оксидов азота в условиях застоя воздуха. Условию застоя способствовали жаркое лето с максимальной среднечасовой температурой воздуха до 38° С и частые лесные пожары, усиливающие генерацию и накопление озона в приземном слое атмосферы.

Зависимость этих параметров меняется во времени с характерным периодом до 3 дней. Применяя эти модели можно проводить приближенную оценку образования озона в период застоя воздуха, и краткосрочный прогноз его концентрации.

Таким образом, аномалии ПКО в Улан-Удэ за весь период обусловлены динамическими и фотохимическими причинами и носят кратковременный характер. Основной вклад в формирование годового хода ПКО вносят крупномасштабные и синоптические процессы.

В четвертой главе рассматриваются результаты регулярных летних наблюдений ПКО и концентрации оксидов азота в юго-восточной части оз. Байкал в летний период.

Анализируются особенности пространственно-временных вариаций концентраций озона на побережье и в приводном слое атмосферы Байкала.

На рис. 9 показаны результаты измерений суточных вариаций концентраций озона, диоксида азота и относительной влажности воздуха в различных условиях наблюдения.

Суточный ход концентрации озона на побережье Байкала (кривая 2, рис.9 а) в летний период имеет черты, характерные для прибрежных районов в условиях слабого загрязнения: утренний не очень глубокий минимум и относительно поздний послеполуденный дневной максимум. Случаются резкие увеличения концентрации в первой половине дня. Средний за все периоды наблюдения суточный ход имеет амплитуду, равную 30 мкг/м3. Для сравнения в суточном ходе в городских условиях разница между минимумом и максимумом составляет до 50 мкг/м3 (кривая 1, рис. 9 а).

(а)

100 -

90 -

2

3

О

3 4 I I I I I I I I I I—I I- I- ) I I 1 I I !■ I I I I 0.00 3:00 5:00 9:00 12:00 15:00 18:00 21:00 0:00 Время, ч

(б)

9:00 11:00 13.00 15:00 17:00 19:00 21:00 23:00

(В)

9:00 11:00 13:00 15:00 17:00 19:00 21:00 23:00 Время, ч

Рис. 9. Суточный ход концентрации озона, диоксида азота, влажности воздуха: (а) - кривые I, 2,3 для г. Улан-Удэ, побережья Байкала, приводного слоя атмосферы, соответственно; (б), (в) - кривые 1,2, 3 для ПКО, концентрации диоксида азота и относительной влажности воздуха, соответственно, на побережье Байкала.

По типу погодных условий на побережье Байкала были выявлены 2 режима внутрисуточной изменчивости приземного озона. Первый режим, с главным максимумом во второй половине дня в 13:00 ч, минимумом в вечерние часы (кривая 1 на рис. 9 б) и второй режим, с более поздним максимумом в 18:00 ч и минимумом в утренние часы (кривая 1, рис. 9 в). Из всего массива данных (169 совместных дней наблюдений) было зафиксировано 70 дней, в течение которых суточный ход ПКО имел отчетливый максимум днем, в 13:00 ч.

Для первого режима характерным является малооблачный конвективный тип погоды со слабоустойчивой стратификацией с параметром -0,07 < Ш < 0. В этих условиях происходит интенсивный турбулентный перенос озона с верхней границы слоя перемешивания (1000-1200 м), и к 13:00 ч местного времени быстро наступает максимум ПКО.

Другим механизмом формирования максимума является фотохимия. В разделе 4.1.2 подробно описан механизм образования озона при взаимодействии с диоксидом азота в условиях инсоляции и изменчивости относительной влажности воздуха.

По методу СФР (состояние фотохимического равновесия) определена скорость образования озона и оценена суммарная концентрация перокси и углеводородных радикалов [Н02+1Ю2].

В условиях высокой влажности и интенсивности выделения летучих органических соединений лесными массивами на побережье Байкала вклад [НОг+ЯОг] в генерацию озона в этом режиме значителен. Суточный ход скорости образования й?[03]/сЛ с максимумом в 11 ч подтверждает о реальной возможности фотохимической генерации озона со скоростью 11,5 мкг/м3 в час. Также установлена количественная оценка зависимости межсуточных приращений озона от интенсивности суммарной солнечной радиации, отличающаяся большой нелинейностью значений их параметров. Показано, что на образование 1 мкг/м3 озона расходуется от 37 до 280 Вт/м2ч.

Часто встречающийся 2 режим суточного хода ПКО (в 48 случаях за весь период наблюдения, рис. 9 в) характеризуется более медленным и поздним наступлением максимума в 18:00 ч по сравнению с режимом 1. В условиях неустойчивой и сильно неустойчивой стратификации приземного слоя атмосферы с параметром -0,7 < Ш < -0,2, в отсутствии фотохимических процессов образования озона, величина максимума ПКО во 2 режиме меньше на 10 мкг/м3 величины максимума концентрации озона в 1 режиме. Скорость увеличения ПКО во времени не высока по сравнению с 1 режимом, так как на каплях воды в результате гетерогенных процессов происходит частичное разрушение озона, кроме этого в отсутствии фотохимических процессов взаимодействия с газами предшественниками не происходит дополнительного образования озона.

В разделе 4.1.3 рассмотрены особенности поведения суточного хода ПКО при прохождении над пунктом наблюдения холодных фронтов. Установлено, что в суточном ходе максимум ПКО после прохождения атмосферного фронта меньше на 15 мкг/м3, чем до его прохождения. Причем время установления максимального значения концентрации озона после прохождения фронта отстает на 3 часа относительно времени до прохождения ХФ над пунктом наблюдения.

Существенную роль в изменении ПКО играет температура воздуха, которая испытывала значительное понижение после прохождения фронта, и явилась основной причиной более позднего развития конвективного турбулентного обмена в пограничном слое атмосферы. Лишь во второй половине дня в 16:00 ч местного времени была зарегистрирована максимальная дневная температура, равная 15 °С, которая явилась причиной более интенсивного вертикального турбулентного переноса озона с верхней границы слоя перемешивания, где его содержания значительно больше, чем в приземном слое.

В разделе 4.1.4 приведены результаты измерения вертикального распределения температуры и концентрации озона в приземном слое атмосферы до высоты 12 м. Были получены 3 типа стратификации. Интерпретируются механизмы их формирования и влияние на вертикальное распределение озона.

В дневное время концентрация озона на высоте 10 м в силу значительного турбулентного перемешивания (неустойчивая стратификация) выше более чем в 2 раза ПКО при других типах стратификации. В случае инверсии показано, что "запирающие " слои в атмосфере побережья Байкала играют существенную роль в накоплении озона в этом слое.

В разделе 4.2 приведены впервые результаты и методика маршрутных измерений концентраций [03], [N0], [>Ю2] в приводном слое атмосферы над Байкалом и анализируются особенности пространственной и временной изменчивости озона и окислов азота.

На рис.10 приведены вариации газовых примесей, температуры и скорости ветра в приводном слое по всей акватории оз. Байкал.

-темпер, воздуха - --[03]

• - - темпер, воды |—[N02]

скорость ветра

■щ

5 Е

Р-12

£ 81 о

Й £ 8

о. о °

Ш О с С О. О

2 о I о 4

0 4 8 12 16 20 24.4 8 12 16 20 24.Л 8 12 16 20 2414_А..ТЯ 10 августа 11 августа 12 августа и августа

Время, ч

Рис. 10. Пространственно-временные вариации озона, оксидов азота и метеопараметров в приводном слое атмосферы оз. Байкал.

Из рисунка видно, что распределение характеристик отличается существенной неоднородностью в пространстве и во времени. Почти все наблюдавшиеся вариации концентрации газовых примесей по линии маршрута отражают характерные особенности воздействия мезомасштабных динамических и локальных конвективных процессов на распределение газовых примесей в атмосфере оз. Байкал.

В Южном Байкале наблюдаемые вариации озона в дневных условиях являются результатом воздействия вертикального турбулентного обмена в пограничном слое атмосферы.

Установленный максимум [03] в послеполуденное время соответствует максимальной высоте слоя перемешивания равной 1800 м [Балин Ю.С., Ершов А.Д., 2000]. Ночные непродолжительные вариации озона обусловлены местными циркуляциями (бризовая, внутрикотловинная).

Фотохимические процессы не играют существенную роль в дополнительном образовании озона за выполненный период измерения, но обнаруженный локальный максимум концентрации диоксида азота вблизи природного источника загрязнения (выделение метана) может свидетельствовать о возможной фотохимической генерации озона в дневное время.

В Среднем Байкале за счет слаборазвитого вертикального турбулентного обмена в ПСА распределение озона в пункте измерения более равномерное, с максимумом в вечернее время. При низких значениях концентрации оксидов азота фотохимические процессы не воспроизводят озон.

В Северном Байкале установленные невысокие значения концентрации газовых примесей, вероятно, отражают общий региональный фон для этой зоны акватории Байкала. В силу малоизученности этого района, исследование механизмов распределения газовых примесей в Северном Байкале является актуальным.

В последнем разделе главы приведена оценка вертикальных потоков озона в приводном слое атмосферы и скорость сухого осаждения на водную поверхность Байкала, которая меняется в пределах от 0,0019 см/с до 0,096 см/с, и согласуется с оценками, сделанными по наблюдениям над озерной и морской поверхностью в условиях устойчивой и слабоустойчивой стратификации [12-15].

В заключении приведены основные результаты работы:

1. Создан измерительно-вычислительный комплекс для регистрации характеристик пространственно-временных вариаций приземного озона, оксидов азота. Проведены измерения ПКО, концентраций оксидов азота и метеопараметров в г. Улан-Удэ и на юго-восточном побережье оз. Байкала за шестилетний период.

2. Выявлены сезонные и суточные вариации ПКО в г. Улан-Удэ. Характерной особенностью сезонных вариаций является наличие максимума - в июне и минимума - в декабре и январе. Среднесуточные концентрация озона меняются от 15 до 80 мкг/м3. Среднегодовая суточная изменчивость ПКО с максимумами в 0:00 и 13:00 ч и двумя минимумами в 3:00 и 21:00 ч местного времени близка к фоновой и не превышает предельно-допустимой концентрации.

3. В годовом ходе ПКО и общего содержания озона (ОСО) установлена квазипериодическая структура их вариаций, причем максимумы ПКО отстают от максимумов ОСО в среднем на 3 месяца (максимум ОСО достигается в марте, а максимум ПКО - в июне). Выявлены квазидвухлетние колебания ОСО и ПКО в весенний период.

4. В условиях летнего застоя воздуха обнаружен квазипериодический характер увеличения среднедневных ПКО, концентрации диоксида азота и температуры воздуха. Предложена математическая модель зависимости ПКО от концентраций оксидов азота и температуры воздуха. Выявлено смещение максимума спектральной плотности ПКО от максимума УФ-Б на период в 20

дней и в области высоких частот на период до одного дня.

5. По наблюдениям в летний период на побережье Байкала выявлены 2 режима суточного хода ПКО - с максимумом в 13:00 ч, минимумом в ночные часы и с более поздним максимумом в 18:00 ч и минимумом в утренние в условиях неустойчивой атмосферы в 1,5 раза меньше, чем в городских условиях, а максимум ПКО отстает от максимума концентрации озона в г. Улан-Удэ на 3 часа.

6. Выявлена пространственно-временная неоднородность концентраций озона, оксидов азота в приводном слое атмосферы оз. Байкал. В Южном Байкале максимум концентрации озона в послеполуденное время соответствует максимальной высоте слоя перемешивания. В Среднем Байкале основной вклад в формирование часы. Среднесуточные значения концентрации озона на побережье оз. Байкал вечернего максимума ПКО вносит адвекция воздушных масс с прибрежной зоны. Обнаружен локальный максимум концентрации диоксида азота вблизи природного источника метана. Оценена скорость сухого осаждения озона на водную поверхность Байкала, которая меняется в пределах от 0,0019 до 0,096 см/с.

Список литературы

1. S.J.OItmans, A.S.Lefohn, H.E.Schell, J.M. Harris, H. Levy II, I.E. Gal-bally, E.-G. Brunke, C.P. Meyer, J.A.Lathrop, B.J. Johnson, D.S. Shadwick, E. Guevas, F.J. Schmidlin, D.W. Tarasick, H. Claude, J.B. Kerr, O. Uchino, V. Mochnen. Trends of ozone in the troposphere // J. Geophys. Res. 1998. V. 25. № 2. P. 139-142.

2. Pochanart P., Acimoto H., Maksyutov S., Staehelin J. Surface ozone at the Swiss Alpine site Arosa: the hemispheric background and the influence of large- scale anthropogenic emissions. // Atmos. Environmental, V.35, P.5553-5566, 2001.

3. Akimoto, H., Narita, H. Distribution of S02, NOx, and C02 emissions from fuel combustion and industrial activities in Asia with Io x Io resolution. // Atmospheric Environment 28, 213-225, 1994.

4. Израэль Ю.А. др. Мониторинг трансграничного переноса загрязняющих атмосферу веществ. // JL, Гидрометеоиздат, 1987. 322 с.

5. Еланский Н.Ф., Моисеенко К.Б., Панкратова Н.В. Фотохимическая генерация озона в шлейфах антропогенных выбросов над Хабаровским краем. //Изв. РАН. Физика атмосферы и океана, 2005, т. 41, №4, с. 511-519.

6. Климат Улан-Удэ. Л.: Гидрометеоиздат, 1983. 240 с.

7. Балин Ю.С., Ершов А.Д. Лидарные исследования вертикальной структуры аэрозольных полей атмосферы в котловине оз. Байкал // Оптика атмосферы и океана . 2001. Т. 13. № 6-7. С. 633-638.

8. Бутуханов В,П., Жамсуева Г.С., Заяханов A.C., Дандаров В.А. Автоматизированная система регистрации и обработки результатов измерений концентрации газовых примесей // 4 Сибирское совещание по климато-

экологическому мониторингу: Тезисы докладов. Томск, 2001. С. 99.

9. Дандаров В.А. Программа автоматизации непрерывных измерений и регистрации содержания газовых примесей в приземном слое атмосферы. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 200611005 (Роспатент). Улан-Удэ, 2000.

10. ftp: // toms.gsfe.nasa.gov /pub / eptoms / data / monthly averages /

ozone.

11. ftp: // toms.gsfe.nasa.gov /pub / eptoms / data / monthly averages / uv.

12. L. Aldaz, Flux measurements of atmospheric ozone over land and water. Journal of Geophysical Research 74 (1969), pp. 6943-6946.

13. J.A. Garland, A.W. Elzerman and S.A. Penkett, The mechanism for dry deposition of ozone to seawater surface. Journal of Geophysical Research 85 (1980), pp. 7488-7492.

14. D. Lenschow, R. Pearson and B. Stankov, Measurements of ozone vertical flux to ocean and forest. Journal of Geophysical Research 87 (1982), pp. 8833— 8837.

15. Wonil Chang, Brian G. Heikes and Meehye Lee, Ozone deposition to the sea surface: chemical enhancement and wind speed dependence. Atmospheric Environment Volume 38, Issue 7, March 2004, Pages 1053-1059

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Бутуханов В.П. Исследование динамики загрязнения атмосферного воздуха диоксидом серы и окисью углерода в г. Улан-Удэ / Жамсуева Г.С., Заяханов А .С., Ломухин Ю.Л., Баранников Г.Е., Бутуханов В.П. // Оптика атмосферы и океана. 1997. Т. 10. № 2. С. 202-206.

2. Бутуханов В.П. Мониторинг газового состава атмосферного воздуха в г. Улан-Удэ / Жамсуева Г.С., Заяханов А.С., Бутуханов В.П., Баранников Г.Е., Ломухин Ю.Л.// IV Заседание Рабочей группы «Аэрозоли Сибири»: Тезисы докладов - Томск, 1997,- С. 67.

3. Бутуханов В.П. Изучение вариаций приземной концентрации озона и аэрозоля в атмосфере прибрежной зоны озера Байкал / Бутуханов В.П., Жамсуева Г.С., Заяханов А.С., Ломухин Ю.Л. // V Рабочая группа «Аэрозоли Сибири»: Тезисы докладов - Томск, 1998. - С. 47-48.

4. Бутуханов В.П. Измерение приземной концентрации газовых примесей в г. Улан-Удэ / Заяханов А.С., Жамсуева Г.С., Ломухин Ю.Л., Бутуханов В.П., Баранников Г.Е.// Оптика атмосферы и океана. 1998. Т. 11. № 7. С. 740-743.

5. Бутуханов В.П. Исследование вариаций приземной концентрации озона и окиси углерода в Байкальском регионе / Бутуханов В.П., Жамсуева Г.С., Заяханов А.С., Ломухин Ю.Л. // Третье Сибирское совещание по клима-то-экологическому мониторингу: Тезисы докладов - Томск, 1999. - С. 49-50.

6. Бутуханов В.П. Особенности распределения скорости и направле-

ния ветра в юго-восточной части побережья оз. Байкал / Жамсуева Г.С., Зая-ханов А.С., Бутуханов В.П., Балтухаев А.К. // Третье Сибирское совещание по климато-экологическому мониторингу: Тезисы докладов - Томск, 1999. - С. 20.

7. Бутуханов В.П. Измерение приземной концентрации озона и окислов азота в атмосфере Южного побережья оз. Байкал / Бутуханов В.П., Жамсуева Г.С., Заяханов А.С., Ломухин Ю.Л. // VI Рабочая группа « Аэрозоли Сибири»: Тезисы докладов - Томск, 1999.-С. 123.

8. Бутуханов В.П. Сезонные вариации приземной концентрации озона в атмосфере Байкальского региона / Жамсуева Г.С., Заяханов А.С., Бутуханов В.П., Ломухин Ю.Л. // Третья Верещагинская Байкальская конференция: Тезисы докладов - Иркутск, 2000. - С. 88-89.

9. Бутуханов В.П. Особенности сезонной изменчивости приземной концентрации озона в атмосфере Байкальского региона / Бутуханов В.П., Жамсуева Г.С., Заяханов А.С., Ломухин Ю.Л. // VII Международный симпозиум «Оптика атмосферы и океана»: Тезисы докладов - Томск, 2000. - С. 143.

10. V.P. Butukhanov. Features of distribution of ground level concentrations of ozone and nitrogen oxides under photochemical processes in the Baikal region / V.P. Butukhanov, G.S. Zhamsueva, A.S. Zayakhanov, Yu.L Lomukhin, B.Z. Tzy-dypov // Proc. of VIII Joint International symposium "Atmospheric and Ocean optics. Atmospheric physics". - Irkutsk, 2001. - P. 192.

11. Butukhanov, V.P. Surface Ozone Concentration in the Atmosphere over the Lake Baikal Region /, Zhamsueva G.S., Zayakhanov A.S., Lomukhin Yu.L. // Izv. Atmospheric and Oceanic Phys, 2001, Vol. 37, suppl. 1, pp. S49-S57.

12. Butukhanov, Vasily P. Ground level concentration of ozone in the atmosphere of the Baikal region / Butukhanov Vasily P., Zhamsueva Galina S., Zayakhanov Alexander S., Tzydypov Bair Z., Lomukhin Yuri L. // Proc. of SPIE. -2001.-Vol. 4678. - P. 406-414.

13. Бутуханов В.П. Автоматизированная система регистрации и обработки результатов измерений концентрации газовых примесей / Бутуханов В.П., Жамсуева Г.С., Заяханов А.С., Дандаров В.А. // 4 Сибирское совещание по климато-экологическому мониторингу: Тезисы докладов. Томск, 2001. С. 99.

14. Бутуханов В.П. Пространственно-временное распределение приземного аэрозоля в Байкальском регионе / Бутуханов В.П., Жамсуева Г.С., Заяханов А.С., Ходжер Т.В., Ломухин Ю.Л. // Оптика атмосферы и океана. -2001.-Т. 14,№6-7.-С. 564-568.

15. Бутуханов В.П. Особенности распределения приземных концентраций озона и окислов азота при фотохимических процессах в Байкальском регионе / Бутуханов В.П., Жамсуева Г.С., Заяханов А.С., Ломухин Ю.Л., Цыды-пов Б.З. // Оптика атмосферы и океана. -2002. - Т. 15, № 7. - С. 604-607.

16. Butukhanov, V.P Seasonal variations of surface ozone concentrations in

the Baikal region / Butukhanov V.P, Zhamsueva G.S., Zayakhanov A.S., Lomukhin Yu.L., Tzydypov B.Z. // International Workshop "Tropospheric Ozone Research -2".-Moscow, 2002. -P. 10.

17. Бутуханов, В.П. Вертикальное распределение концентрации озона и температуры в приземном слое атмосферы юго-восточного побережья оз. Байкал / Бутуханов, В.П., Жамсуева Г.С., Заяханов А.С., Ломухин Ю.Л., Цы-дыпов Б.З. // Оптика атмосферы и океана. -2003. - Т. 16, № 2. - С. 131-133.

18. Бутуханов В.П. Исследование формирования особенностей распределения скорости и направления ветра в юго-восточной части побережья оз. Байкал/ Балтухаев А.К., Бутуханов В.П., Цыдыпов Б.З. (ст. Танхой) // Сб. статей III международной школы молодых ученых и специалистов "Физика окружающей среды". - Томск, 2002. - С. 125-129.

19. Бутуханов В.П. Пространственная изменчивость малых газовых составляющих в атмосфере акватории оз. Байкал / Бутуханов, В.П., Жамсуева Г.С., Заяханов А.С., Цыдыпов Б.З., Цыдыпов В.В. // X Рабочая группа «Аэрозоли Сибири»: Тезисы докладов - Томск, 2003. - С.22.

20. Butukhanov, V.P. Study of distribution features of gaseous and aerosol components in Baikal region atmosphere / Zhamsueva G.S., Zayakhanov A.S., Butukhanov V.P., Tzydypov B.Z., Tzydypov V.V. // Proc. of X Joint International symposium "Atmospheric and Ocean optics. Atmospheric physics". - Tomsk, 2003. -P. 114-115.

21. Butukhanov, V.P. The analysis of spatial distribution of small gaseous impurities of Lake Baikal atmosphere / Zhamsueva G.S., Zayakhanov A.S., Butukhanov V.P., Tzydypov B.Z., Tzydypov V.V. // Proc. of XI Joint International symposium "Atmospheric and Ocean optics. Atmospheric physics". - Tomsk, 2004. - P. 127-128.

22. Бутуханов В.П. Связь концентрации озона с концентрацией окислов азота и температурой воздуха в приземном слое атмосферы г. Улан-Удэ / Бутуханов В.П., Жамсуева Г.С., Заяханов А.С., Ломухин Ю.Л. и др. // Метеорология и гидрология. 2005. № 10. С. 21-32.

23. Бутуханов B.I1. Концентрация озона и окислов азота в приводном слое атмосферы озера Байкал / Заяханов А.С., Жамсуева Г.С., Бутуханов В.П., Ломухин Ю.Л. // Оптика атмосферы и океана. -2006. - Т. 19, № 7. - С. 635640.

24. Бутуханов В.П. Экспериментальные и модельные исследования пространственного распределения атмосферного аэрозоля над акваторией оз. Байкал /Балин Ю.С., Ершов А.Д., Пеннер И.Э., Макухин В.Л., Маринайте И.И., Потемкин В.Л., Жамсуева Г.С., Заяханов А.С., Бутуханов В.П. //Оптика атмосферы и океана, 2007. Т. 20. N 2. С. 114-121.

25. Бутуханов, В.П., Ломухин Ю.Л. Вариации приземной концентрации озона в атмосфере г. Улан-Удэ И Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2008. Т. 44. № 4. С.503-509.

Подписано в печать 06.04.2009 г. формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Объем 1,6 печ.л. Тираж 100. Заказ № 16.

Отпечатано в типографии Изд-ва БНЦ СО РАН. 670047 г. Улан-Удэ ул. Сахъянова ,6

Введение

Глава 1. Факторы, определяющие распределение приземного 12 озона в атмосфере.

1.1 Процессы, влияющие на содержание озона в атмосфере

1.2 Особенности пространственного распределения озона.

1.2.1 Воздухообмен между стратосферой и тропосферой

1.2.2 Горизонтальная адвекция озона,и его предшественников

1.2.3 Воздухообмен между пограничным слоем и свободной 19 тропосферой

1.3 Фотохимическое образование и сток приземного озона

1.4 Сухое осаждение озона

1.5 Временная изменчивость приземного озона в континентальных 27 районах.

1.5.Г Суточные вариации ПКО 28 •

1.5.2 Сезонные вариации ПКО

Глава 2. Аппаратура, методика измерений концентраций 36 газовых примесей, метеорологических параметров

2.1 Автоматизированная система контроля загрязнения 36 приземного слоя'атмосферы.

2.2 Методика измерений концентраций газовых примесей

Глава 3. Экспериментальные исследования приземногоозона в атмосфере г. Улан-Удэ

3.1 Климатические особенности атмосферы г. Улан;- Удэ

3.2 Распределение концентрации озона и оксидов азота в приземном слое атмосферы г. Улан-Удэ

3.3 Временные вариации озона в приземном слое атмосферы г. Улан-Удэ • '

3.3.1 Суточные вариации приземного озона

3.3.2 Сезонные вариации приземного озона

3.4 Вариации озона и ультрафиолетовой радиации УФ-Б в летний период

3.5 Спектральная оценка вариаций ПКО и УФ-Б

3.6 Связь ПКО с концентрацией оксидов азота и температурой воздуха в особых метеорологических условиях

3.6 Связь ПКО с общим содержанием озона

3.7 Влияние приземной инверсии на изменчивость ПКО

3.8 Наблюдения приземных концентраций озона, оксидов азота и моноксида углерода на автомагистралях Улан-Удэ Заключение к главе

Глава 4. Приземный озон в атмосфере оз. Байкал

4.1. Наблюдения приземного озона в прибрежной зоне 124 юго-восточной части оз. Байкал

4.1.1. Суточный ход приземной концентрации озона

4.1.2. Фотохимическое образование озона

4.1.3. Влияние стратификации на изменение концентрации 142 озона вблизи подстилающей поверхности

4.1.4. Изменчивость концентрации озона при прохождении 147 холодного фронта

4.2. Измерения концентрации озона, оксидов азота в приводном 149 слое атмосферы оз. Байкал

4.3. Вертикальные потоки озона в приводном слое атмосферы 160 вблизи береговой зоны оз. Байкал

Озон является химически и радиационно-активным газом. Как сильный окислитель он определяет газовый состав атмосферы. В больших количествах озон воздействует разрушающе на многие материалы и живые ткани, обладает мутагенными и канцерогенными свойствами. Поэтому необходимо знать пространственно-временное распределение, долговременную изменчивость и условия формирования высоких значений приземной концентрации озона (ПКО).

Озон как радиационный фактор определяет температурный профиль и динамический режим атмосферы. Его изменения в атмосфере могут влиять на климат Земли. Определяемый озоном поток ультрафиолетовой радиации УФ-t ^

Б в тропосферу и на земную поверхность играет важнейшую роль в жизнедея- * тельности растений и всего живого на Земле. Увеличение интенсивности УФ-Б может приводить к усилению выбросов легколетучих органических соеди- , нений, выделяемых растениями и изменять состав воздуха.

Уменьшение озона в стратосфере, наблюдаемое в последние десятилеj1 тия, делают исследования связей ОСО (общее содержание озона) - УФ-Б -тропосферный озон особенно актуальными. Скорость фотодиссоциации озона в тропосфере J имеет наибольшую из' всех газов чувствительность к изменениям ОСО. Изменения J влияют не только непосредственно на баланс озона. Фотодиссоциация озона является ключевой реакцией в образовании другого важнейшего окислителя, ОН — радикала, который регулирует химическое производство озона и время жизни предшественников озона (NOXJ СО, СЕЦ и

ДР-)

И моделирование газовых, радиационных потоков в атмосфере, и изучение механизмов фотохимической трансформации газовых примесей затрудняется из-за нерегулярного характера вариаций и неравномерного пространственного распределения тропосферного озона и других газовых составляющих, что в большей степени связано с действием антропогенных факторов.

Экспериментальные данные исследований тропосферного озона, подтверждают, что наиболее актуальной- проблемой последнего десятилетия является повышение концентрации озона в тропосфере северного полушария. В работе [S.J.Oltmans, A.S.Lefohn, H.E.Schell, D.S.Shadwick et. al., 1998г.] представленные результаты-многолетних наблюдений тропосферного озона за период с 1975-1997г.г. на станциях Всемирной метеорологической организации WMO в средних широтах Северного полушария показали, что концентрации озона увеличивались со скоростью 1,5% в год до середины 80-х годов. С конца 80-х и практически до 1996г. концентрация озона оставалась постоянной.

В Азиатском регионе Северногополушария (Япония) наблюдалось медленное, но стабильное увеличение концентрации озона в течение 1980-1995г.г. с положительным трендом 0,44 ± 0,43% в год, а с 1996 г по настоящее время ее рост приостановился.

Дгиг Байкальского региона, который расположен в центре Азиатского материка в условиях резко континентального климата и высокой солнечной освещенности, окруженного горными хребтами, основными факторами в формировании и перераспределении озона являются крупномасштабный стра-тосферно-тропосферный обмен, процессы синоптического масштаба и. мезо-масштаба, фотохимические и радиационные процессы. Вклад каждого из этих процессов на долговременную изменчивость озона в разных условиях наблюдения не равнозначен. Значительные вариации, связанные с фотохимической генерацией и деструкцией озона в приземном слое атмосферы типичные для городских условий не характерны для приводного слоя атмосферы, где основными факторами в формирования озона являются динамические и радиационные процессы. Поэтому установление связи вариаций ГЖО с теми или иными динамическими и фотохимическими* процессами, с одной стороны, помогут получить значимые оценки долговременной изменчивости озона, характерные для данного региона, а с другой стороны, можно уточнить представления о природе и механизме действия этих процессов.

К сожалению, указанный регион не охвачен сетью наблюдений тропосферного озона и других малых газовых составляющих атмосферы (МГС). Поэтому, долговременные экспериментальные наблюдения приземного озона и других озонообразующих газов при помощи автоматизированной системы измерения характеристик газовых примесей и метеокомплекса АМК-02 могут оценить с заданной точностью и достоверностью долговременную изменчивость озона. В условиях формирования высоких значений ПКО, всесторонний анализ выявленных причин изменчивости озона.в пространстве и во времени позволит принять меры по предотвращению нарушения экологического равновесия, в окружающей природной среде Байкальского региона и озера Байкал, как участка Мирового наследия. Поэтому, представляется актуальным изучение механизмов образования и изменчивости приземного озона в. Байкальском регионе. \

В соответствии-с вышеизложенным, целью работы является выявление , особенностей пространственно-временных вариаций ПКО в Байкальском регионе. В работе решались следующие задачи:

1. Разработка и создание измерительно-вычислительного комплекса для регистрации и. расчета статистических характеристик пространственно-временного распределения приземного озона, оксидов азота, углерода в Байкальском регионе.

2. Анализ временных вариаций ПКО,- концентраций оксидов азота и метеопараметров по данным измерений за- период с 1999' - 2004 г.г. в г. Улан-Удэ; выявление процессов, определяющих формирование суточного и сезонного хода ПКО.

3. Оценка вклада ОСО и УФ-Б в сезонную изменчивость ПКО.

4. Анализ процессов, формирующих особый, режим образования озона в условиях летнего застоя воздуха в приземном слое атмосферы г. Улан-Удэ.

5. Организация и проведение измерений концентрации озона, оксидов азота и метеопараметров в приземном и приводном слое атмосферы оз. Байкал, выявление основных факторов, влияющих на распределение и изменчивость озона в неоднородных условиях окружающей среды.

Научная новизна

1. Получены характеристики суточной и сезонной изменчивости концентрации приземного озона в г. Улан-Удэ за период 1999-2004 г.г. Выявлен суточный ход ПКО с характерным максимумом в 13:00 ч местного времени и сезонный ход с максимумом в конце весны - начале лета, минимумом поздней осенью и в начале зимы.

2. Впервые в условиях Байкальского региона установлено запаздывание ПКО от ОСО в среднем на 3 месяца, выявлены квазидвухлетние вариации ОСО и ПКО в весенний период.

3. В условиях летнего застоя установлены: квазипериодическая структура изменчивости среднедневных концентраций озона, оксидов азота и температуры воздуха с периодом от 3 до 5 дней; смещение максимумов спектральной плотности ПКО от максимумов УФ-Б до одного дня и 20 дней. Предложена модель краткосрочного прогноза ПКО.

4. По наблюдениям в летний период на побережье Байкала выявлены 2 режима суточного хода ПКО с максимумом в 13:00 ч. и минимумом в ночные часы, с более поздним максимумом в 18:00 ч и минимумом в утренние часы. Получены оценки фотохимического образования и вертикального распределения озона.

5. Впервые выявлены пространственные неоднородности распределения озона и оксидов азота в приводном слое атмосферы разных частей оз. Байкал. Оценена скорость сухого осаждения озона на водную поверхность.

Достоверность полученных результатов определяется:

• оценкой и корректировкой погрешности измерений приборов, входящих в состав измерительного комплекса, регулярными поверками, установленными Государственной системой единства измерений;

• внутренним оперативным контролем, выполняющим функции предупредительного контроля для принятия оперативных мер в ситуациях, когда погрешности (составляющие погрешностей) контрольных измерений не соответствуют установленным требованиям. В качестве средств контроля используются стандартные образцы, аттестованные смеси, рабочие пробы и генераторы калибровочных смесей.

• статистической обеспеченностью данных измерений, характеристик газовых примесей и метеопараметров, а также использованием адекватных математических методов анализа и согласованностью; экспериментальных й расчетных данных.

Научная и практическая значимость работы »

Результаты исследований пространственно-временного распределения концентраций озона и* МГС в Байкальском регионе использованы в региональных прогностических моделях изменения газового; состава* атмосферы под влиянием различных геофизических факторов.

Полученные результаты использованы для оценки экологической обстановки в г. Улан-Удэ, состояния воздушного бассейна оз. Байкал, помогут учитываться в целях определения ресурса туристско-рекрационнойзоны "Байкал" на . Восточном побережье озера.

Измерительный комплекс газовых характеристик приземного слоя: атмосферы может найти применение на станциях мониторинга газовых^ примесей в различных регионах.

Личный вклад автора

Основные результаты работы получены либо лично автором, либо при его непосредственном участии. Автор принимал непосредственное участие в разработке и создании измерительного комплекса, программы автоматизации непрерывных измерений и регистрации содержания газовых примесей в приземном слое атмосферы, методики измерений, планировании и проведении экспериментов, анализе и интерпретации полученных экспериментальных данных.

Защищаемые положения.

1. Суточная изменчивость ПКО в г. Улан-Удэ за период с 1999 по 2004 год с максимумами в 13:00 и 0:00 ч и минимумами - в 3:00 и 21:00 ч местного времени близка к фоновой. Сезонные вариации максимальных значений ПКО в конце весны, начале лета наблюдаются при весенне-летней активизации динамических и фотохимических процессов в атмосфере г. Улан-Удэ. Минимальные значения ПКО в зимний период отмечаются при максимальной повторяемости приземных инверсий.

2. В годовом ходе смещение по фазе максимальных и минимальных значений ОСО относительно аналогичных значений ПКО близко к 1/4 периода их основных гармоник. Выявленные квазидвухлетние вариации ОСО и ПКО в весенний период значимы и свидетельствуют о существенной модулирующей роли крупномасштабной циркуляции в формировании режима озона.

3. В условиях летнего застоя воздуха в г. Улан-Удэ изменения среднедневных ПКО, концентрации оксидов азота модулируются колебаниями с характерным периодом от 3 до 5 дней. Максимумы спектральной плотности вариаций средних дневных ПКО смещены относительно максимумов интенсивности УФ-Б в области низких частот на период в 20 дней, в области высоких частот на период меньше одного дня.

4. Суточный ход концентрации озона в летний период наблюдения на побережье оз. Байкал определяется двумя режимами вариаций ПКО - с максимумом в 13:00 ч, минимумом в ночные часы и с более поздним максимумом в 18:00 ч и минимумом в утренние часы. Среднесуточные значения концентрации; озона на побережье оз. Байкал в условиях неустойчивой атмосферы с параметром стратификации -0,7 < Ri < -0,2 в 1,5 раза меньше, чем в городских условиях, а максимум ПКО отстает от максимума концентрации озона в г. Улан-Удэ на 5 часов.

5., Пространственно-временная неоднородность концентрации озона и оксидов азота в. приводном слое атмосферы оз. Байкал. В Южном Байкале максимум ПКО в послеполуденное время соответствует максимальной; высоте слояшеремешивания: В .Среднем Байкале основной вклад в формирование вечернего максимума ПКО вносит адвекция воздушных масс с прибрежной зоны. Локальное увеличение концентрации диоксида азота вблизи источника; придонного метана подтверждает существенную роль фотохимии в его обра-: зовании. Скорость сухого осаждения озона на водную поверхность Байкала меняется от 0.0019 до 0,096 см/с и соответствует раннее проведенным наблюдениям в приводном слое атмосферы морских акваторий. В период активного развития волнового процесса; наблюдается увеличение скорости сухого осаждения озона.

Основные результаты исследования; были получены в работах по следующим проектам:

Г. «Изучение особенностей аэрозольных и газовых примесей в пограничном слое оз. Байкал». Грант РФФИ№ 97-06-96449.

2. «Исследование механизмов , формирования загрязнения атмосферного воздуха южного побережья оз. Байкал под воздействием удаленных и близкорасположенных промышленных центров». Грант РФФИ № 01 -0597240, № 05-05-97240

3. «Климатоэкологический мониторинг Сибири». Региональная научно-техническая программа «Сибирь».

4. «Радиофизические методы контроля за состоянием пограничного слоя атмосферы и почвенно-грунтового комплекса». Экофонд Правительства Республики Бурятия; 1996г., 1998г., 1999г.

Материалы работы используются в Государственной программе Росгидромета "Организация регулярных наблюдений за содержанием приземного озона в Байкальском регионе", в "Комплексной экологической программе г. Улан-Удэ".

Апробация работы.

Материалы, изложенные в диссертации, представлены в 26 печатных работах, из них 9 работ опубликованы в рецензируемых научных журналах, а также докладывались на Всероссийских конференциях "Аэрозоли Сибири" в 1999, 2003 г.г., на третьей Верещагинской Байкальской конференции в 2000 г., на VIII Международном объединенном симпозиуме. Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы, 2001 г., на 8 Международном семинаре по процессам регионального осаждения в атмосфере Восточной Азии в 2002 г., на Международном рабочем совещании TOR-2 по исследованию тропосферного озона в 2002 г. и др. региональных конференциях.

Основные результаты диссертационной работы состоят в следующем:

1. Создан измерительно-вычислительный комплекс для регистрации характеристик пространственно-временных вариаций приземного озона, оксидов азота. Проведены измерения ПКО, концентраций оксидов азота и метеопараметров в г. Улан-Удэ и на юго-восточном побережье оз. Байкала.

2. Выявлены сезонные и суточные вариации ПКО в г. Улан-Удэ. Характерной особенностью сезонных вариаций является наличие максимума — в июне и минимума - в декабре и январе. Среднесуточные концентрация озона меняются от о

15 до 80 мкг/м . Среднегодовая суточная изменчивость ПКО с максимумами в 0:00 и 13:00 ч и двумя минимумами в 3:00 и 21:00 ч местного времени близка к фоновой.

3. В годовом ходе ПКО и общего содержания озона (ОСО) установлена квазипериодическая структура их вариаций, причем максимумы ПКО отстают от максимумов ОСО в среднем на 3 месяца (максимум ОСО достигается в марте, а максимум ПКО - в июне). Выявлены квазидвухлетние колебания ОСО и ПКО в весенний период.

4. В условиях летнего застоя воздуха обнаружен квазипериодический характер увеличения среднедневных ПКО, концентрации диоксида азота и температуры воздуха. Предложена математическая модель зависимости ПКО от концентраций оксидов азота и температуры воздуха. Выявлено смещение максимума спектральной плотности ПКО от максимума УФ-Б на период в 20 дней и в области высоких частот на период до одного дня.

5. По наблюдениям в летний период на побережье Байкала выявлены 2 режима суточного хода ПКО - с максимумом в 13:00 ч, минимумом в ночные часы и с более поздним максимумом в 18:00 ч и минимумом в утренние часы. Среднесуточные значения концентрации озона на побережье оз. Байкал в условиях неустойчивой и сильно неустойчивой атмосферы с параметром стратификации -0,7 < Ri < -0,2 в 1,5 раза меньше, чем в городских условиях, а максимум ПКО отстает от максимума концентрации озона в г. Улан-Удэ на 5 часов.

6. Выявлена пространственно-временная неоднородность концентраций озона, оксидов азота в приводном слое атмосферы оз. Байкал. В Южном Байкале максимум концентрации озона в послеполуденное время соответствует максимальной высоте слоя перемешивания. В Среднем Байкале основной вклад в формирование вечернего максимума ПКО вносит адвекция воздушных масс с прибрежной зоны. Обнаружен локальный максимум концентрации диоксида азота вблизи природного источника метана. Оценена скорость сухого осаждения озона на водную поверхность Байкала, среднее значение которой равно 0,032 см/с. Обнаружен эффект резкого увеличения скорости Vo до 0,096 см/с в период активного развития волновых процессов.

Автор выражает благодарность научному руководителю Ю.Л. Ломухину за постановку задачи и научное руководство. Хочется поблагодарить сотрудников лаборатории за помощь в проведении наблюдений, полезные замечания и советы.

Заключение

1. Алисов Б.П., Полтараус Б.В. Климатология. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1962. 228 с.

2. Алоян А.Е., Пискунов В.Н. Моделирование региональной динамики газовых примесей и аэрозолей // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2005. Т. 41. № 3. С. 328-340.

3. Аргучинцев В.К., Макухин B.JI. // Оптика атмосферы и океана. 1999. Т. 12. №6. С. 544-546.

4. Аршинов М.Ю., Белан Б.Д., Зуев В.Е., Краснов О.Ф., Пирогов В.А., Склядне-ва Т.К., Толмачев Г.Н. Многолетние вариации приземной концентрации озона, как отражение солнечной активности // Оптика атмосферы и океана. 2002. Т. 15. № 11. С. 987-992.

5. Балин Ю.С., Ершов А.Д. Лидарные исследования вертикальной структуры аэрозольных полей атмосферы в котловине оз. Байкал // Оптика атмосферы и океана . 200. Т. 13. № 6-7. С. 633-638.

6. Безуглая Э.Ю. Мониторинг состояния загрязнения атмосферы в городах. Л.: Гидрометеоиздат, 1986. 199 с.

7. Белан Б.Д., Скляднева Т.К., Толмачев Г.Н. Результаты 10-летнего мониторинга приземной концентрации озона в районе Томска // Оптика атмосферы и океана. 2000. Т. 13. № 9. С. 826-832.

8. Белан Б.Д, Колесников Л.А., Лукьянов О.Ю., Микушев М.К., Семьянова О.И., Толмачев Г.Н., Усманова В.М. Изменения концентрации озона в приземном слое воздуха // Оптика атмосферы и океана. 1992. Т. 5. № 6. С. 635638.

9. Белан Б.Д. Проблема тропосферного озона и некоторые результаты его измерений // Оптика атмосферы и океана. 1996. Т. 9. №9. С. 1184-1213. 1996г.

10. Ю.Белан Б.Д., Скляднева Т.К. Изменение концентрации тропосферного озона в зависимости от интенсивности солнечной радиации // Оптика атмосферы и океана. 1999. Т. 12. № 8. С. 725-729.

11. П.Берлянд М.Е. Прогноз и регулирование загрязнения атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1985. 272 с.

12. Борисов В.В., Ивлев Л.С., Сирота В.Г. Временные вариации концентрации озона в приземном слое атмосферы. Атмосферный озон // Труды VI Всесоюзного симпозиума. Л.: Гидрометеоиздат, 1987. С. 143-146.

13. Бутуханов И.П., Жамсуева Г.С., Заяханов А.С., Ходжер Т.В., Ломухин Ю.Л. Пространственно-временное распределение приземного аэрозоля в Байкальском регионе // Оптика атмосферы и океана. 2001. Т. 14. № 6-7. С. 564-568.

14. Бутуханов В.П., Жамсуева Г.С., Заяханов А.С., Ломухин Ю.Л. и др. Особенности распределения приземных концентраций озона и окислов азота при фотохимических процессах в Байкальском регионе // Оптика атмосферы и океана. 2002. Т. 15. № 7. С. 604-607.

15. Бутуханов И.П., Жамсуева Г.С., Заяханов А.С., Ломухин Ю.Л. Вертикальное распределение концентрации озона и температуры в приземном слое атмосферы юго-восточного побережья оз. Байкал // Оптика атмосферы и океана. 2003. Т. 16. №2. С. 131-133.

16. Бутуханов В.П., Жамсуева Г.С., Заяханов А.С., Ломухин Ю.Л. и др. Связь концентрации озона с концентрацией окислов азота и температурой воздуха в приземном слое атмосферы г. Улан-Удэ // Метеорология и гидрология. 2005. № 10. С. 21-32.

17. Вергасова Г.В., Кокоуров В.Д., Казимировский Э.С. Общее содержание озона на широте 52° N// Солнечно-земная физика. 2005. Вып. 7. С. 88-94.

18. Власенко В.В. Климат и растительность южного Прибайкалья: Сб. науч. тор. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1989. С. 32-43.

19. Гранин Н. Г., Гранина Л.З. Газовые гидраты и выходы газов на Байкале // Геология и геофизика. 2002. Т. 43. № 7. С. 629-637.

20. Гуревич Н.А., Домбровская Э.Л., Сигал И.Я. Озонно-диффузионный режим превращения N0 в N02 в дымовых струях электростанций // Теплоэнергетика. 1983. №9. С. 14-19.

21. Дандаров В.А. Программа автоматизации непрерывных измерений и регистрации содержания газовых примесей в приземном слое атмосферы. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 200611005 (Роспатент).

22. Демин В.И., Белоглазов М.И., Еланский Н.Ф. О связи приземной концентрации озона и высоты слоя перемешивания // Оптика атмосферы и океана. 2004.Т. 17. С. 662-665.

23. Доклад МПР о состоянии озера Байкал и мерах по его охране в 2003 году. Иркутск: Изд-во Оперативная типография "На Чехова", 2004. 350 с.

24. Еланский Н.Ф., Моисеенко К.Б., Панкратова Н.В. Фотохимическая генерация озона в шлейфах антропогенных выбросов над Хабаровским краем. // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана, 2005, т. 41, № 4, с. 511-519.

25. Еланский Н.Ф., Сеник И.А. Измерения приземной концентрации озона на высокогорной научно станции Кисловодск: сезонные и суточные вариации // Изв. АН СССР Физика атмосферы и океана. 1995. Е. 31. № 2. С. 251-259.

26. Еланский Н.Ф., Смирнова О.И. Концентрация озона и окислов азота в приземном воздухе г. Москвы // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 1997. Т. 33. №5. С. 597-611.

27. Еланский Н.Ф., Маркова Т.А. Концентрация озона в приводном слое атмосферы над Атлантическим океаном и морем Уэдделла // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 1995. Т. 31. № 1. С. 92-103.

28. Еланский Н.Ф., Локощенко М.А., Беликов И.Б., Скороход А.И., Шумский Р.А. Изменчивость газовых примесей в приземном слое атмосферы Москвы // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2007. Т. 43. № 2. С. 246-259.

29. Заяханов А.С.,Жамсуева Г.С., Бутуханов И.П., Ломухин Ю.Л., Концентрация озона и окислов азота в приводном слое атмосферы озера Байкал // Оптика атмосферы и океана. 2006. Т. 19. № 7. С. 635-640.

30. Звягинцев A.M., Кузнецова И.Н. Изменчивость приземного озона в окрестностях Москвы: результаты десятилетних регулярных наблюдений // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2002. Т. 38. № 4. С. 486-495.

31. Звягинцев A.M. Основные характеристики изменчивости содержания озона в нижней тропосфере над Европой. // Метеорология и гидрология, 2004, № 10, с. 46-54.

32. Зуев В.Е., Антонович В.В., Белан Б.Д., и др. // Доклады РАН. 1992. Т. 325. № 6. С. 1146-1150.

33. Израэль Ю.А. др. Мониторинг трансграничного переноса загрязняющих атмосферу веществ. // Л., Гидрометеоиздат, 1987.

34. Исаев А.А. Статистика в метеорологии и климатологии. М.: Изд-во МГУ, 1988. 245 с.

35. Кадышевич Е. А., Еланский Н.Ф. Измерение приземной концентрации озона и окислов азота в г. Москве // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 1991. Т. 29. №3. С. 346-352.

36. Капитанов В.А., Тырышкин И.С., Криволуцкий Н.П., Пономарев Ю.Н. Пространственное распределение метана над водной поверхностью оз. Байкал // Оптика атмосферы и океана, 2004. Т. 17. № 8. С. 617-620.

37. Кароль И.Л. Розанов В.В. Газовые примеси в атмосфере. Л.: Гидрометеоиздат, 1983. 191 с.

38. Китайгородский С.А. Физика взаимодействия атмосферы и океана. JL: Гидрометеоиздат, 1970. 283 с.

39. Климат и растительность Южного Прибайкалья (Сборник научных трудов). Новосибирск.: Изд-во СО АН СССР «Наука», 1989. С. 11-16.

40. Климат Улан-Удэ. Л.: Гидрометеоиздат, 1983. 240 с.

41. Климатические условия распространения примесей в атмосфере: Справочное пособие. JI.: Гидрометеоиздат, 1983. 328 с.

42. Климкин В.М., Соковиков В.Г., Федорищев В.Н., Чикуров В.Ф. Два вида суточных вариаций озона в пограничном слое атмосферы // Оптика атмосферы и океана. 1999. Т. 12. № 7. С. 628631.

43. Красненко Н.П., Фурсов М.Г. Об исследовании взаимосвязи метеорологических параметров пограничного слоя атмосферы и концентрации озона // Оптика атмосферы и океана 1994. Т. 7. № 11-12. С. 1611-1613.

44. Маренко А.Н.,.Гриценко А.Н. Окислы азота в приземном слое воздуха на автомагистралях Киева // Тр. УкрНИИ Госкомгидромета СССР, -1986. Вып. 216.-С. 41-44.

45. Матвеев Л.Т. Курс общей метеорологии. Физика атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1976. 639 с.

46. Панченко М.В., Белан Б.Д., Шаманаев B.C. // Оптика атмосферы и океана. 1997. Т. 10. № 4-5. С. 463-472.

47. Полников В.Г., Волков Ю.В., Погарский Ф.А. Интерпретация изменчивости характеристик приводного слоя атмосферы с помощью численной модели // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2003. Т.39. №3. С.410-421.

48. Потемкин В.Л., Шультайе Э.В. Сезонная динамика концентрации приземного озона над Восточным Саяном // Оптика атмосферы и океана. 2004. Т. 17. №4. С. 317-321.

49. Ровинский Ф.Я., Егоров В.И. Озон, окислы азота и серы в нижней атмосфере. JL: Гидрометеоиздат, 1986. 183 с.

50. Семенов С.М., Кунина И.М., Кухта Б.А. Тропосферный озон и рост растений в Европе. М.: Издательский центр "Метеорология и гидрология", 1999. 207с.

51. Сеник И.А., Савиных В.В., Беликов И.Б. Влияние радиационных процессов и локальной динамики на уровень концентрации озона в горных условиях по измерениям на Кисловодской высокогорной научной станции ИФА РАН. // Труды конференции IRS, SPb , 2002.

52. Сонькин Л.Р. Синоптико-статистический анализ и краткосрочный прогноз загрязнения атмосферы // Л.; Гидрометеоиздат, 1991. 223 с.

53. Хргиан А.Х., Кузнецов Г.И. Проблема наблюдений и исследований атмосферного озона. М.: Изд-во МГУ, 1981. 216 с.

54. Akimoto, Н., Narita, Н. Distribution of S02, NOx, and C02 emissions from fuel combustion and industrial activities in Asia with 1° x 1° resolution. // Atmospheric Environment 28, 213-225, 1994.

55. Aldaz F. Flux measurements of atmospheric ozone over land and water // J. Geo-phys. Res. 1985. №90.V.D3.P.5547-5566.

56. Appenzeller, C., J. R. Holton, and К. H. Rosenlof. Seasonal variation of mass transport across the tropopause, J. Geophys. Res., 101, 15,071-15,078, 1996.

57. Bernsten, Т.К., I.S.A. Isaksen, G. Myhre, J.S. Fuglestvedt, F. Stordal, T.A. Larsen, R.S. Freckleton, and K.P. Shine. Effect of anthropogenic emissions on troposphtric ozone and its radiative forsing. //J. Geophys. Res., 102,28,101-28,126, 1997.

58. Bojkov R.D. Surface ozone during the second half of the nineteenth century // J. Climate Appl. Met. V. 25. P. 343-352. 1986.

59. Bremaud P. J., Taupin. F., Thompson A.M., Chaumerliac N. Ozone nighttime recovery in the marine boundary layer: Measurement and simulation of ozone diurnal cycle at Reunion Island // J. Geoph. Res. 1998. V. 103. №D3. P. 3463-3473.

60. Chameides, W.L., and J.C.G. Walker, A time-dependent photochemical model for ozone near the ground. // J. Geophys. Res., 81, 413-420, 1976.

61. Calvert J.G. The chemistry of the polluted troposphere // Chemistry of the Unpolluted and Polluted Troposphere, eds. H.W. Georgii, W. Jaeschke. D. Reidel Publishing Company, Dordrecht. P. 425-456. 1982.

62. Cox R.A., Eggleton A.E.J., Dervent R.G., Lovelock J.E., Pack D.E. Long-range transport of photochemical ozone in northwestern Europe. // Nature N. 225. P. 118-121. 1975.

63. Crutzen P.J. Changing photochemistry of the troposphere // Tellus. 1991. V. 43AB.P. 150-163.

64. Crutzen, P.J., M. Lawrence, and U. Pschl, On the background photochemistry of tropospheric ozone. //Tellus, Ser. AB, 51, 123-146, 1999.

65. Danielsen, E.F., Stratospheric-tropospheric exchange based on radio-activity, ozone and potential vortisity. // J. Atmos. Sci., 25, 502-518, 1968.

66. Davis D.D., Bradshaw J.D., Rodgers M.O., Sandholm S.T., KeSheng S. Free tropospheric and boundary layer measurements of NO over the central and eastern north pacific ocean // J. Geophys. Res. 1987. V. 92. P. 2049-2070.

67. Davidson, J.A., Cantrell, C.A., McDaniel, A.H., Shetter, R.E., Madronich, S., Calvert, J.G., 1988. Visible-ultraviolet absorption cross sections forN02 as a function of temperature. Journal of Geophysical Research 93, 7105-7112.

68. Demiguel A. and J. Bilbao, Ozone dry deposition and resistances onto green grassland in summer in Central Spain. // J. of Atmospheric Chemistry, 34, p. 321-338, 1999.

69. Ebel A. et.al. Stratosphere-troposphere exchange and its impact on the structure of the lower stratosphere. 11 J. Geomag. Geoelect. 1996, 48, 135-144.

70. Enhalt D.H. On the photochemical oxidation of natural trace gases and man-made pollutants in the troposphere. // Sci. Total Environ., 1994, vol. 143, № j5 pp. 1-15.

71. Fiedler F. Vertical Exchange and Orography. // AFO 2000 Newsletter. № 3. 062003. P.l 1-14, 2003.

72. Fishman J., Solomon S., Crutzen P.J. Observational and theoretical evidence in support of significant in sity photochemical source of tropospheric ozone. // Tellus, Y.31, P. 432-446. 1979.

73. Garland J.A, Dervent R.G. Destruction at the ground and the diurnal cycle of concentration of ozone and other gases. // Quart. J. R. Met. Soc., 1979, № 105, p. 169183.

74. Garret, A J., Orographic cloud over the eastern slopes of Mauna Loa volcano, Hawaii, related to insolation and wind, Mon. Weather Rev., 108, 931-941, 1980.

75. Giovanelli G., Geargiadis T. Transport of Photochemical Ozone Along the western Adriatic Shore//Nuevo cimento. 1985. V. 8. № 6. P. 727-742.

76. Houweling, S., F.J. Dentener, and J. Lelieveld, The impact of nonmethane hydrocarbon compound on tropospheric photochemistry. // J. Geophys. Res., 103, 10,673-10,696, 1998.

77. Hjellrekke A.-G. and Solberg S. Ozone measurements 2001.// Norwegian Institute for Air Research: Kjeller, ЕМЕР/ CCC-Report 4/2003 (http://www.nilu.no).

78. Haagen-Smit, A.J., and M.M. Fox, Ozone formation in photochemical oxidation of organical substances. //Ind. Eng. Chem. Res., 48, 1484-1487,1956.

79. Johnson J.E., Gammon R.H., Larsen J., Bates T.S., Oltmans S.J., Farmer J.C. Ozone in the marine boundary layer over the pacific and Indian oceans: Latitudinal gradients and diurnal cycles // J/ Geophys. Res. 1990. V. 95. P. 11847-11866.

80. Kleinman L.I., Daum P.H., Lee Y-N., Nunnermacker L.J., Springston S.R., Sensitivity of ozone production rate to ozone precursors. // GRL, VOL. 28, NO. 15, PP 2903-2906, august 1,2001.

81. Lehning M., Richter H., and Кок G.L. Transport of air pollutants from the boundary layer to the free troposphere over complex terrain. // Phys. Chem. Earth. 1998. V. 23. P. 667-672.

82. Lelieveld J., and F.J. Dentener, What controls tropospheric ozone. // J. Geophys. Res., V. 105, D3, P. 3531-3551,2000.

83. Levy H. III. Photochemistry of the lower troposphere // Planet. Space Sci. 1972. V. 20. № 919.

84. Logan J.A. Tropospheric ozone: seasonal behavior, trends and anthropogenic influence // J. Geophys. Res. 1985. V. 90. № D6. P. 10463-10482.

85. Logan J. A. Trends in the vertical distribution of ozone: An analysis of ozone sonde data. // J. Geophys. Res. V. 99. P. 25553-25585. 1994.

86. Paluch, I.R., D.Y. Lenschow, J. G. Hudson, and R. Pearson Jr., Transport and mixing processes in the lower troposphere over the ocean, J. Geophys. Res., 97, 75277541, 1992.

87. PochanartP., Acimoto H., Maksyutov S., Staehelin J. Surface ozone at the Swiss Alpine site Arosa: the hemispheric background and the influence of large- scale anthropogenic emissions. //Atmos. Environmental, V.35, P.5553-5566, 2001.

88. Ramage, C.S., Effect of the Hawaiian islands on the trade winds, in Proceedings of the Conference on Climate and Energy: Climatological Aspects and Industrial Operations, pp. 62-67, Am. Meteorol. Soc., Boston, Mass., 1978.

89. Reynor G.S. Formation and characteristics of coastal interval boundary layers during on shore flows // Boundary-Layer Meterol. 1979. V. 16. № 4. P. 487-514.

90. Routhier F. Free tropospheric and boundary layer airborne measurements of ozone over the latitude range of 58° S to 70° N. J. Geophys. Res. V.85. № C12. 1980.

91. Stocker D.W., K.F. Zeller, and D.H. Stedman, ОЗ and N02 fluxes over measured by eddy correlation. // Atmos. Environment, v. 29, № 11, p. 1299-1305, 1995.

92. Tarasova О.A., Karpetchko A.Yu. Atmospheric chemistry and physics accounting for local meteorological effects in the ozone time series of Lovozero (Kola Peninsula) // Atmos. Chem. Phys. 2003. V. 3. N 6. P. 941-949.

93. Wesely M.L., Cook D.R., Williams R.M. Field measurement of small ozone fluxes to snow, wet bare soil and the water // Boundary-Layer Meteorology. 1981. V. 20. P. 459-471.

94. Wiegand A.N., Bofinger N.D. Review of empirical methods for the calculation of the diurnal NCb photolysis rate coefficient // Atmosph. Environ. 2000. V. 34. P. 99-108.

95. Winkler P. Surface ozone over the Atlantic ocean // J. Atmos. Chem. 1988. V. 7. P. 73-91.115. ftp: // toms.gsfe.nasa.gov /pub / eptoms / data / monthly averages / ozone.116. ftp: // toms.gsfe.nasa.gov /pub / eptoms / data / monthly averages / uv.

96. Wonil Chang, Brian G. Heikes and Meehye Lee, Ozone deposition to the sea surface: chemical enhancement and wind speed dependence. Atmospheric Environment Volume 38, Issue 7, March 2004, Pages 1053-1059