Геофизические процессы и биосфера: статья

АЭРОЗОЛЬНОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ МЕГАПОЛИСА И ВОЗМУЩЕНИЯ АТМОСФЕРНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ
А.В. КРАШЕНИННИКОВ
Д.Н. ЛОКТЕВ
С.П. СОЛОВЬЕВ
Институт динамики геосфер РАН
Журнал: Геофизические процессы и биосфера
Том: 19
Номер: 2
Год: 2020
Страницы: 5-18
УДК: 551.594
DOI: 10.21455/gpb2020.2-1
Ключевые слова: атмосферное электрическое поле, техногенный аэрозоль, аэрозольные частицы, мегаполис, загрязнение окружающей среды
Аннотация: На примере Московского региона проведено исследование взаимосвязи вариаций электрического поля и концентрации микрочастиц в приземном слое атмосферы. Использованы данные синхронных натурных наблюдений за напряженностью электрического поля в двух пунктах: Центре геофизического мониторинга г. Москвы и Геофизической обсерватории «Михнево» Института динамики геосфер РАН. Обнаружено, что в условиях мегаполиса наблюдается увеличение амплитуд сигналов электрического поля относительно их величины за его пределами. Рассматривается отношение средних значений напряженности электрических полей в пунктах наблюдений и проводится его оценка на основе разработанной модели. Вариации электрического поля сопоставлены с изменениями концентраций CO, NOx, SO2 и мелкодисперсных аэрозольных фракций (PM2.5, PM10); обнаружена связь напряженности электрического поля и концентрации микрочастиц в воздухе в условиях мегаполиса.
Список литературы: Атмосфера: Справочник (справочные данные, моде-ли) / Под ред. Ю.С. Седунова. Л.: Гидрометеоиздат, 1991. 510 с.

Адушкин В.В., Соловьев С.П., Спивак А.А. Электрические поля техногенных и природных процессов. М.: ГЕОС, 2018. 464 с.

Боярчук К.А., Гальпер А.М., Колдашов С.В., Улин С.Е. Прикладная ядерная космофизика: Учеб. пособие / Под. ред. А.М. Гальпера. М.: МИФИ, 2007. 216 с.

Васильева М.А., Дубцов С.Н., Жохова Н.В., Палей А.А., Писанко Ю.В., Толпыгин Л.И. Оценка уровня концентрации аэрозольных частиц у автомобильной дороги и ЛЭП в сравнении с фоновыми показателями субмикронных частиц естественной атмосферы // Тр. ГГО им. А.И. Воейкова. 2016. № 580. С. 99-109.

Имянитов И.М., Шифрин К.С. Современное состояние исследований атмосферного электричества // Успехи физ. наук. 1962. № 76. C. 593-642.

Кречетов А.А., Филиппов А.Х., Татарников В.К. Градиент потенциала электрического поля в условиях промышленного загрязнения атмосферы // Метеорология и гидрология. 1982. № 5. С. 108-111.

Куповых Г.В., Морозов В.Н., Шварц Я.М. Теория электродного эффекта в атмосфере. Таганрог: ТРТУ, 1998. 124 с.

Ларионов Н.М., Рябышенков А.С. Промышленная экология. М.: Юрайт, 2016. 495 с.

Морозов В.Н. Об установлении стационарного электрического поля в атмосфере, содержащей слой аэрозольных частиц // Тр. НИЦДЗА. 2002. № 4 (552). С. 33-43.

Морозов В.Н. Математическое моделирование атмосферно-электрических процессов с учетом влияния аэрозольных частиц и радиоактивных веществ. СПб.: РГГМ, 2011. 253 с.

Морозов В.Н. Экспериментальные и теоретические исследования влияния аэрозольных частиц субмикронного диапазона на электрическую проводимость воздуха и напряженность электрического поля атмосферы (обзор) // Тр. ГГО им. А.И. Воейкова. 2015а. № 577. С. 47-64.

Морозов В.Н. Влияние глобального распределения аэрозольных частиц на электрический потенциал ионосферы // Тр. ГГО им. А.И. Воейкова. 2015б. № 577. С. 106-112.

Морозов В.Н., Шварц Я.М., Щукин Г.Г. Глобальная электрическая цепь: физико-математическое моделирование и регулярные измерения в нижней атмосфере // Электрическое взаимодействие геосферных оболочек. М.: ОИФЗ РАН, 2000. С. 55-67.

Петров А.И., Петрова Г.Г., Панчишкина И.Н. Влияние индустриального загрязнения воздушного бассейна на электропроводность атмосферы в Ростове-на-Дону // Тр. ГГО им. А.И. Воейкова. 1990. № 527. С. 41-43.

Плауде Н.О., Стулов Е.А., Паршуткина И.П., Сосникова Е.В., Монахова Н.А. Характеристики атмосферного аэрозоля в московском регионе. М.: Науч. мир, 2013. 80 с.

Пустовалов К.Н., Нагорский П.М. Сравнительный анализ электрического состояния приземного слоя атмосферы при прохождении кучево-дождевых облаков в теплый и холодный периоды года // Оптика атмосферы и океана. 2018. Т. 31, № 6. С 451-455.

Пхалагов Ю.А., Ипполитов И.И., Нагорский П.М., Одинцов С.Л., Панченко М.В., Смирнов С.В., Ужегов В.Н. Связь аномальных атмосферных условий с изменчивостью электрического поля // Оптика атмосферы и океана. 2009. Т. 22, № 1. С. 25-30.

Пхалагов Ю.А., Ужегов В.Н., Полькин В.В., Козлов В.С., Ипполитов И.И., Нагорский П.М. Исследования изменчивости и взаимосвязи оптических и электрических характеристик приземной атмосферы в зимних условиях // Оптика и физика атмосферы. 2011. Т. 24, № 4. С. 269-274.

Раменский Л.А., Дячук В.А. Исследование электрических характеристик дымовых факелов по данным самолетных и наземных наблюдений // Атмосферное электричество: Тр. Второго Всесоюз. симп. Л.: Гидрометеоиздат, 1984. С. 39-41.

Семенов К.А., Шварц Я.М., Жукова М.П., Соколенко Л.Г., Камышанова В.А. Особенности результатов измерений величин атмосферного электричества в Воейково // Тр. ГГО им. А.И. Воейкова. 1986. № 498. С. 3-9.

Спивак А.А., Волосов С.Г., Крашенинников А.В., Локтев Д.Н., Рыбнов Ю.С., Рябова С.А., Соловьев С.П., Харламов В.А. Влияние мегаполиса на вариации физических полей // Триггерные эффекты в геосистемах: Материалы Третьего Всероссийского семинара-совещания. М.: ГЕОС, 2015. С 303-310.

Спивак А.А., Кишкина С.Б., Локтев Д.Н., Рыбнов Ю.С., Соловьев С.П., Харламов В.А. Аппаратура и методики для мониторинга геофизических полей мегаполиса и их применение в Центре геофизического мониторинга г. Москвы ИДГ РАН // Сейсмические приборы. 2016. Т. 52, № 2. С. 65-78.

Тверской П.Н. Атмосферное электричество. Л.: Гидрометеоиздат, 1949. 252 с.

Шварц Я.М. Огуряева Л.В. Анализ многолетнего хода величин атмосферного электричества в приземном слое // Метеорология и гидрология. 1987. № 7. С. 59-67.

von Bismarck-Osten C., Birmili W., Ketzel M., Massling A., Petäjä T., Weber S. Characterization of parameters influencing the spatio-temporal variability of urban particle number size distributions in four European cities // Atmos. Environ. 2013. V. 77. P. 415-429.

Brines M., Dall’Osto M., Beddows D.C.S., Harrison R.M., Gómez-Moreno F., Núñez L., Artíñano B., Costabile F., Gobbi G.P., Salimi F., Morawska L., Sioutas C., Querol X. Traffic and nucleation events as main sources of ultrafine particles in highinsolation developed world cities // Atmos. Chem. Phys. 2015. N 15. P. 5929-5945.

Brunekreef B., Forsberg B. Epidemiological evidence of effects of coarse airborne particles on health // Europ. Respiratory J. 2005. N. 26. P. 309-318.

Charron A., Birmili W., Harrison R.M. Factors influencing new particle formation at the rural site, Harwell, United Kingdom // J. Geophys. Res. 2007. V. 112, N D14. P. D14210.

Cusak M., Perez N., Pey J., Alastuey A., Querol X. Source apportionment of fine PM and sub-micron particle number concentrations at a regional background site in the Western Mediterranean: A 2.5 year study // Atmos. Chem. Phys. 2013. N 13. P. 5173-5187.

Dockery D.W., Stone P.H. Cardiovascular risks from fine particulate air pollution // NEJM. 2007. N 356. P. 511-513.

Hama S.M.L., Cordell R.L., Kos G.P.A., Weijers E.P., Monks P.S. Sub-micron particle number size distribution characteristics at two urban locations in Leicester // Atmos. Res. 2017. N 194. P. 1-16.

Harrison R.G., Carslaw K.S. Ion-aerosol-cloud processes in the lower atmosphere // Rev. Geophys. 2003. V. 41, N 3. P. 1012-1037.

Hussein T., Puustinen A., Aalto P.P., Mӓkelӓ J.M., Hӓmeri K., Kulmala M. Urban aerosol number size distributions // Atmos. Chem. Phys. 2004. V. 4, N 2. P. 391-411.

Jayaratne E.R., Verma T.S. Environmental aerosols and their effect on the Earth’s local fair-weather electric field // Meteorol. and Atmosph. Physics. 2004. V. 86. P. 275-280.

Kamsali N., Prasad B.S.N., Datta J. Atmospheric electrical conductivity measurements and modeling for application to air pollution studies // Advances in Space Res. 2009. V. 44, N 9. P. 1067-1078.

Kaneyasu N., Ohta S., Murao N. Seasonal variation in the chemical composition of atmospheric aerosols and gaseous species in Sapporo, Japan // Atmosph. Environment. 1995. V. 29, N 13. P. 1559-1568.

Krasheninnikov A.V., Loktev D.N., Soloviev S.P. Atmospheric electric field in megacity aerosol conditions // Proc. SPIE, 24th Inter. symp. on atmospheric and ocean optics. Atmosph. Physics. 2018. V. 10833. P. 1083370.

Li N., Sioutas C., Cho A., Schmitz D., Misra C., Sempf J., Wang M., Oberley T., Froines J., Nel A. Ultrafine particulate pollutants induce oxidative stress and mitochondrial damage // Environ. Health Perspect. 2002. N 111. P. 455-460.

Lohmann U., Feichter J. Global indirect aerosol effects: A review // Atmos. Chem. Phys. 2005. N 5. P. 715-737.

Manes A. Particulate air pollution trends from atmospheric electrical conductivity measurements at Bet-Dagan (Israel) // Electrical processes in atmospheres: Proc. 5th Inter. conf. Darmstadt, 1977.

Miller K.A., Siscovick D.S., Sheppard L., Shepherd K., Sullivan J.H., Anderson G.L., Kaufman J.D. Long-term exposure to air pollution and incidence of cardiovascular events in women // New Engl. J. Med. 2007. N 356 (5). P. 447-458.

Nel A. Air pollution-related illness: Effects of particles // Science. 2005. V. 308, N 5723. P. 804-806.

Penttinen P., Timonen K.L., Tiittanen P., Mirme A., Ruuskanen J., Pekkanen J. Number concentration and size of particles in urban air: effects on spirometric lung function in adult asthmatic subjects // Environ. Health Perspect. 2001. N 109. P. 319-323.

Peters A., Wichmann H.E., Tuch T., Heinrich J., Heyder J. Respiratory effects are associated with the number of ultrafine particles // Amer. J. Respir. Crit. Care Med. 1997. N 155. P. 1376-1383.

Pey J., Querol X., Alastuey A., Rodriguez S., Putaud J.P., Dingenen R.V. Source apportionment of urban fine and ultra-fine particle number concentration in a Western Mediterranean city // Atmosph. Envir. 2009. V. 43, N 29. P. 4407-4415.

Pope C.A. Review: Epidemiological basis for particulate air pollution health standards // Aerosol Sci. Technol. 2000. N 32. P. 4-14.

Pope C.A.I., Dockery D.W. Health effects of fine particulate air pollution: Lines that connect // J. Air Waste Manage. Assoc. 2006. N 56. P. 709-742.

Pope C.A., Burnett R.T., Thurston G.D., Thun M.J., Calle E.E., Krewski D., Godleski J.J. Cardiovascular mortality and long-term exposure to particulate air pollution // Circulation. 2004. N 109. P. 71-77.

Reiter R. Under which conditions can recordings of atmospheric electric conductivity be regarded as indicator of particulate air pollution? // Res. Let. Atmos. Electr. Japan. 1984. N 4. P. 35-48.

Retalis D., Pitta A., Psallidas P. The conductivity of the air and other electrical parameters in relation to meteorological elements and air pollution in Athens // Meteorol. Atmos. Phys. 1991. V. 46, N 3-4. P. 197-204.

Sheftel V.M., Chernyshev A.K., Chernysheva S.P. Air conductivity and atmospheric electric field as an indicator of antropogenic atmospheric pollution // J. Geophys. Res. 1994. V. 99, N D5. P. 10793-10795.

Silva H.G., Matthews J.C., Conceição R., Wright M.D., Pereira S.N., Reis A.H., Shallcross D.E. Modulation of urban atmospheric electric field measurements with the wind direction in Lisbon // J. Physics. Conference Ser. 2015. V. 646, N 1.

Stevens B., Feingold G. Untangling aerosol effects on clouds and precipitation in a buffered system // Nature. 2009. N 461. P. 607-613.

Wehner B., Wiedensohler A. Long term measurements of submicrometer urban aerosols: Statistical analysis for correlations with meteorological conditions and trace gases // Atmos. Chem. Phys. 2003. V. 3, N 3. P. 867-879.