Динамика газовых примесей и аэрозолей в атмосфере при торфяных пожарах

  • Марчук Г.И. Институт вычислительной математики РАН, Москва, Россия
  • Алоян А.Е. Институт вычислительной математики РАН, Москва, Россия
  • Арутюнян В.О. Институт вычислительной математики РАН, Москва, Россия
  • Ермаков А.Н. Институт энергетических проблем химической физики РАН, Москва, Россия
УДК: 551.509.68

Аннотация

Рассматривается совместная модель гидротермодинамики мезомасштабных атмосферных процессов и переноса многокомпонентных газовых примесей и аэрозолей в атмосфере с учетом фотохимической трансформации, нуклеации, конденсации/испарения и коагуляции. В рамках этой модели проведены расчеты динамики формирования частиц органического аэрозоля при заданной эмиссии продуктов неполного сгорания биомассы торфяным пожаром. Исследована пространственно-временная изменчивость концентрации газовых примесей, возникающих при торфяных пожарах, и продуктов их фотохимических превращений в атмосфере. Установлено, что над очагом пожара концентрация перекисных радикалов в десятки раз превышает их фоновое значение, а оксиды азота присутствуют при этом преимущественно в форме NO2. На основе результатов численных экспериментов исследована пространственно-временная изменчивость накопления органических веществ в аэрозольной фазе в зависимости от размера частиц.

Ключевые слова: математическое моделирование, торфяные пожары, химические процессы в атмосфере, органический аэрозоль, конденсация, коагуляция, фотохимия

Информация об авторах

Гурий Иванович Марчук
академик РАН, почетный директор Института вычислительной математики РАН
e-mail: guri@inm.ras.ru
Арташ Еремович Алоян
д-р физ.-мат. наук, ведущий научный сотрудник Института вычислительной математики РАН
e-mail: aloyan@inm.ras.ru
Вардан Оганесович Арутюнян
канд. физ.-мат. наук, научный сотрудник Института вычислительной математики РАН
e-mail: vardan@inm.ras.ru
Александр Николаевич Ермаков
д-р физ.-мат. наук, ведущий научный сотрудник Института энергетических проблем химической физики РАН
e-mail: ayermakov@chph.ras.ru

Литература

  1. Reid J.S., Hobbs P.V., Ferek R.J., Blake D.R., Martins, J.V., Dunlap M.R., Liousse C. Physical, chemical, and optical properties of regional hazes dominated by smoke in Brazil // J. Geophys. Res. 1998. Vol. 103. P. 32059-32080.
  2. Reid J.S., Hyer E.J., Prins E.M., Westphal D.L., Zhang J., Wang J., Christopher S.A., Curtis C.A., Schmidt C.C., Eleuterio D.P., Richardson K.A., Hoffman Jay P. Global monitoring and forecasting of biomass-burning smoke: description and lessons from the Fire Locating and Modeling of Burning Emissions (FLAMBE) program // IEEE J. of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing. 2009. Vol. 2. No. 3. P. 144-162
  3. Masciandaro G., Ceccanti B. Assessing soil quality in different agroecosystems through biochemical and chemico-structural properties of humic substances // Soil and Tillage Research. 1999. Vol. 51. No. 1-2. P. 129-137
  4. Frandsen W.H. Ignition probability of organic soils // Canadian Journal of Forest Research 1997. Vol. 27. P. 1471-1477.
  5. Crutzen P.J., Heidt L.E., Krasnec J.P., Pollock W.H., Seiler W. Biomass burning as a source of atmospheric gases CO, H2 , N2O, NO, CH3Cl and COS // Nature. 1979. Vol. 282. P. 253-256.
  6. Seiler W., Crutzen P.J. Estimates of gross and net fluxes of carbon between the biosphere and atmosphere from biomass burning // Climatic Change. 1980. No. 2. P. 207-247.
  7. Van der Werf G.R., Randerson J.T., Giglio L., Collatz G.J., Mu M., Kasibhatla P.S., Morton D.C., DeFries R.S., Jin Y., Van Leeuwen T.T. Global fire emissions and the contribution of deforestation (GFED), savanna, forest, agricultural, and peat fires (1997-2009) // Atmos. Chem. Phys. Discuss. 2010. Vol. 10. P. 16153-16230.
  8. Akagi S.K., Yokelson R.J., Wiedinmer C., Alvaradoo M.J., Reid J.S., Karl T., Crounse J.D., Wennberg P.O. Emission factors for open and domestic biomass burning for use in atmospheric models // Atmos. Chem. Phys. Discuss. 2010. Vol. 10. P. 27523-27602.
  9. Гришин А.М. О математическом моделировании торфяных пожаров // Вестник Томского государственного университета. 2008. №3(4). C. 85-95.
  10. Алоян А.Е., Арутюнян В.О. Моделирование динамики аэрозолей и формирование облачности при лесных пожарах // Экологический вестник научных центров Черноморского экономического сотрудничества. 2008. №3. С. 5-19.
  11. Aloyan A.E., Egorov V.D., Marchuk, G.I., Piskunov V.N. Aerosol formation mathematical modelling with consideration for condensation kinetics. // Russ. J. Num. Analysis Math. Modeling. 1992. Vol. 7. No. 7. P. 457-471.
  12. Aloyan A.E., Arutyunyan V.O., Lushnikov A.A., Zagaynov V.A. Transport of coagulating aerosol in the atmosphere // J. Aerosol Sci. 1997. Vol. 28. No. 1. P. 67-85.
  13. Алоян А.Е., Пискунов В.Н. Моделирование региональной динамики газовых примесей и аэрозолей // Изв. РАН: Физика атмосферы и океана. 2005. Т. 41. №3. C. 328-340.
  14. Алоян А.Е. Моделирование динамики аэрозолей при лесных пожарах // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2009. Т. 45. № 1. С. 62-75.
  15. Алоян А.Е. Моделирование динамики и кинетики газовых примесей и аэрозолей в атмосфере. М.: Наука. 2008. 201 c.
  16. Aloyan A.E. Numerical modeling of the interaction of gas species and aerosols in the atmospheric dispersive systems // Russ. J. Num. Analysis Math. Modeling. 2000. Vol. 15. №3-4. P. 211-224.
  17. Алоян А.Е., Арутюнян В.О., Ермаков А.Н. Динамика газовых примесей и аэрозолей при лесных и торфяных пожарах // Труды 16-ой международной школы-конференции молодых ученых. Москва, 2012, C. 5-9.
  18. Stockwell W.R., Kirchner F., Kuhn M., Seefeld S. A New Mechanism for Regional Atmospheric Chemistry Modeling // J. Geophys. Res. 1997. Vol. 102. P. 25847-25879.
  19. Mao J., Carouge C., Evans M., Millet D. Paul Palmer group. GEOS-Chem Chemical Mechanism, http://acmg.seas.harvard.edu/geos/wiki_docs/chemistry/chemistry_updates_v6.pdf. Version 8-02-04.
  20. NIST Chemistry WebBook (http://webbook.nist.gov/chemistry/).
  21. DDBST (Dortmund Date Bank Software and Separation Technology, http://www.ddbst.de).
  22. Nannoolal Y., Rarey J., Ramjugernath D., Cordes W. Estimation of pure component properties. Part 4: Estimation of the saturated liquid viscosity of non-electrolyte organic compounds via group contributions and group interactions // Fluid Phase Equilibria. 2004. Vol. 226. P. 45-63.
  23. Stein S. E., Brown R.L. Estimation of Normal Boiling Points from Group Contributions // J. Chem. Inf. Comput. Sci. 1994. Vol. 34. P. 581-587.
  24. Myrdal P.B., Yalkowsky S.H. Estimating pure component vapor pressures of complex organic molecules // Ind. Eng. Chem. Res. 1997. Vol. 36. P. 2494-2499.
  25. Pankow J.F. An absorption model of gas/particle partitioning of organic compounds in the atmosphere // Atmos. Environ. 1994. Vol. 28. P. 185-188.
  26. Pankow J.F. An absorption model of gas/particle partitioning involved in the formation of 10 secondary organic aerosol // Atmos. Environ. 1994. Vol. 28. P. 189-193.
  27. Piskunov V.N., Golubev A.I., Goncharov E.A., Ismailova N.A. Kinetic modeling of composite particles // J. Aerosol Sci. 1997. Vol. 28. P. 1215-1231.
  28. Saarikoski S., Sillanpa M., Sofiev M., Timonen H., Saarnio K., Teinila K., Karppinen A., Kukkonen J., Hil R. Chemical composition of aerosols during a major biomass burning episode over northern Europe in spring 2006:Experimental and modeling assessments // Atmos. Environ. 2007. Vol. 41. P. 3577-3589.
  29. Zhang Y., Pun B., Vijayaraghavan K., Wu S-Yu., Seigneur C., Pandis S.N., Jacobson M.Z., Nenes A., Seinfeld J.H. Development and application of the Model of Aerosol Dynamics, Reaction, Ionization, and Dissolution (MADRID) // J. Geophys. Res. 2004. Vol. 109. P. D01202.
  30. Sander S.P., Golden D.M., Kurylo M.J., Moortgat G.K., Wine P.H., Ravishankara A.R., Kolb C.E., Molina M.J., Finlayson-Pitts B.J., Huie R.E., Orkin V.L. Chemical kinetics and photochemical data for use in Atmospheric Studies Evaluation Number 15 // JPL Publication 06-2. 2006.

Финансирование

Работа выполнена в рамках проектов РФФИ (12-05-00278, 12-05-00236).

Выпуск
Страницы
100
Прислано
2013-08-14
Опубликовано
2013-09-23

Наиболее читаемые статьи этого автора (авторов)