Концентрация озона в месте наблюдений сильно зависит от наличия прекурсоров озона – загрязнителей атмосферы, взаимодействующих с озоном и способных стимулировать его генерацию. В связи с этим общепринятой является классификация пунктов наблюдений в зависимости от места их расположения: удаленные,  сельские, пригородные и городские [4].  В то же время очевидно, что наблюдаемая разница в концентрациях озона на пунктах наблюдений разных типов (иногда расположенных достаточно близко друг к другу) обусловлена исключительно различиями в составе первичных загрязнителей и степени загрязнения воздуха [1, 5].  В связи с этим заслуживает внимания гипотеза об однородности поля приземного озона в пределах одной воздушной массы [7 - 9]. Местные различия в метеоусловиях и специфика естественных и антропогенных загрязнений, взаимодействующих с озоном, «модулируют» это поле, являясь причиной локальных флуктуаций концентрации озона относительно ее естественного суточного хода и основанием для упомянутой выше классификации пунктов наблюдений. Сказанное согласуется с результатами исследований, представленных в [1, 10]: наблюдаемая концентрация «окислителя»   Ox=O3+NO2 включает в себя региональную и локальную компоненты, причем первая составляющая  практически совпадает с региональным фоновым уровнем концентрации приземного озона (типичным для конкретной воздушной массы), а вторая составляющая коррелирует с уровнем локального загрязнения воздуха первичными загрязнителями, чаще всего антропогенного происхождения.  Для региональной составляющей характерны такие особенности, как сезонный и суточный ход, очень похожие на наблюдаемые в местностях с низким уровнем антропогенного загрязнения воздуха.  На протяжении всего года существует также сезонная и суточная изменчивость локальной составляющей, что отражает влияние на нее фотохимической активности солнечного излучения и изменчивости концентраций прекурсоров [1]. Согласно гипотезе [7 - 9], концентрации озона в пределах небольшой по сравнению с размерами воздушных масс территории страны  должны чаще всего (за исключением случаев прохождения атмосферных фронтов) быть близкими, если из измеренных значений исключить влияние различающихся метеорологических условий и уровней антропогенного загрязнения воздуха в местах наблюдений. В частности, для Беларуси скорректированные на случай одинаковых метеоусловий значения концентрации озона в свободной от влияющих на озон локальных антропогенных загрязнений атмосфере должны быть репрезентативными для всей территории страны, по крайней мере, в периоды, когда она находится под воздействием одной воздушной массы. В связи с этим рационально использовать на практике термин «климатическая норма приземного озона для чистой атмосферы и среднего климата Беларуси». Именно такая норма должна служить «точкой отсчета» для учета влияния метеорологических и антропогенных факторов на приземный озон, а также оценки его долговременных изменений (тренда). Прежде всего, следует четко определить используемый термин «чистая» атмосфера [19]. В качестве средних для Беларуси значений метеопараметров с некоторыми изменениями использованы их климатические нормы для находящегося в центре страны г. Минска. Понятие «чистой» атмосферы не подразумевает полное отсутствие прекурсоров озона. В частности, генерация приземного озона, инициированная солнечным излучением, происходит только в присутствии оксидов азота. Их концентрации всегда отличны от нуля даже в удаленных от промышленных центров районах. Оксиды азота в сельской местности могут иметь естественное или антропогенное происхождение, а также приноситься с воздушными массами из загрязненных районов. Однако их концентрации, как правило, значительно ниже, чем в городах. В связи с этим полагается, что в условиях «чистой» атмосферы концентрации угарного газа и антропогенных летучих органических соединений, регистрируемых на пунктах мониторинга атмосферного воздуха [9],  равны нулю, а концентрации NO и NO2 равны многолетним среднегодовым значениям для Березинского заповедника – 2.2 и 1.85 ppb соответственно. Летучие органические соединения естественного происхождения, присутствующие в разной степени повсеместно и неконтролируемые на пунктах мониторинга, также включаются в определение «чистой» атмосферы.

 

                                    Рис. 1. Годовой ход фоновых (региональных) среднесуточных концентраций
                              приземного озона над Беларусью («чистая» норма, 1)
                                    в сравнении с ходом в областных центрах («грязная» норма, 2) и среднемесячные значения в Березинском заповеднике 
                                              по данным наблюдений в 2017-2018 гг. Стрелками отмечены дни, отвечающие середине сезонов.

На рис.1  показано сравнение рассчитанных значений климатических норм среднесуточных концентраций приземного озона в городах («грязная» норма) и в условиях «чистой» атмосферы («чистая» норма). Результаты вполне ожидаемы, поскольку регистрируемые значения параметров антропогенного загрязнения городского воздуха в Беларуси соответствуют сценарию подавления генерации озона [2]. На этом же рисунке показаны среднемесячные значения концентрации озона в Березинском заповеднике, определенные по данным наблюдений в 2017 – 2018 гг. Заметные отличия от «чистой» нормы в первой половине года, возможно, обусловлены неполным списком антропогенных загрязнений, учитывавшихся при расчете «чистой» нормы.

 

  Рис. 2. Суточный ход климатической нормы приземного озона в середине каждого сезона. 1 –«чистая» норма, 2 – «грязная» норма, 3 – суточный ход приземного озона в Березинском заповеднике,  усредненный по сезонам 2017 – 2018 гг.

Суточный ход «чистой» и «грязной» норм 15 января, 15 апреля, 15 июля и 15 октября, приведен на рис. 2. Как видно из рисунка, «чистая» норма приближается к «грязной» в ночное время суток. Это особенно характерно для осенне-зимнего периода. Уменьшается также глубина утреннего и вечернего провалов в суточном ходе концентрации озона, вызванных увеличением степени антропогенного загрязнения городского воздуха в это время. Это вполне естественно для случая «чистой» атмосферы и подтверждает качественно верный характер полученного решения. На этом же рисунке приведен суточный ход приземного озона в Березинском заповеднике, усредненный по сезонам 2017 – 2018 гг.

 

Список использованных источников:

1.     Clapp, L.J. Analysis of the Relationship between Ambient Levels of O3, NO2 and NO as a Function of NOx in the UK / L. J. Clapp, M.E. Jenkin // Atmospheric Environment. - 2001. - Vol. 35. – P. 6391-6405. http://dx.doi.org/10.1016/S1352-2310(01)00378-8.

2.     Sillman, S. The relation between ozone, NOx and hydrocarbons in urban and polluted rural environments / S. Sillman // Atmospheric Environment. – 1999. - Vol. 33. – P. 1821-1845.

3.     Kleinman, L. I. The dependence of tropospheric ozone production rate on ozone precursors / L. I. Kleinman // Atmospheric Environment. – 2005. – Vol. 39. – P. 575–586.

4.     Directive 2002/3/EC of the European Parliament and of the Council of 12 February 2002 relating to ozone in ambient air // Official Journal of the European Communities. - 9.3.2002. – P. L67/14–L67/30.

5.     Demuzere, M. The impact of weather and atmospheric circulation on O3 and PM10 levels at a rural mid-latitude site / M. Demuzere, R. M. Trigo, J. Vila-Guerau de Arellano, van N. P. M. Lipzig // Atmos. Chem. Phys. – 2009. – Vol.  9. – P. 2695–2714.

6.     Lyapina, O. Сluster analysis of European surface ozone observations for evaluation of MACC reanalysis data / O. Lyapina, M. G. Schultz, A. Hense // Atmos. Chem. Phys. – 2016. – Vol. 16, - P. 6863–6881. doi:10.5194/acp-16-6863-2016.

7.     Liudchik, A. Role of Ozone Deposition in the Occurrence of the Spring Maximum / A. Liudchik, V. Pakatashkin, S. Umreika, R. Girgzdiene // Atmosphere-Ocean. – 2015. – Vol. 53. - No 1. -P. 42 – 49. DOI: 10.1080 /07055900.2013.853284.

8.     Болотько, Л.М. Флуктуации  поля концентрации приземного озона, обусловленные меняющимися метеоусловиями и степенью загрязнения воздуха / Л. М. Болотько [и др.] // Экологический вестник. – 2016. - №3. - С. 45-52.

9.     Людчик, А.М. Статистическая оценка антропогенного воздействия на приземный озон / А. М. Людчик [и др.] // Природные ресурсы. – 2015. - №1. - С. 95-105.

10.  Han, S. Analysis  of  the  Relationship  between  O3,  NO  and  NO2  in  Tianjin,  China / S. Han [et al.] // Aerosol  and  Air  Quality  Research. 2011. – Vol. 11. – P.  128–139. doi:  10.4209/aaqr.2010.07.0055.

11.  Latini, G. Influence  of  meteorological  parameters  on  urban  and  suburban  air  pollution / G. Latini,  R. Cocci Grifoni, G. Passerini // Air  Pollution. – 2002. – Vol.  X. – P. 753-762. 

12.  Dawson, J. P. Sensitivity of ozone to summertime climate in the eastern USA: A modeling case study / J. P. Dawson, P. J. Adams, Sp. N. Pandis // Atmospheric Environment. – 2007. – Vol. 41. – P. 1494–1511. doi:10.1016/j.atmosenv.2006.10.033.

13.  Людчик, А.М. Динамичные климатические нормы и многолетние тренды метеопараметров для г. Минска / А. М. Людчик, В. И. Покаташкин, Е. В. Комаровская // Природные ресурсы. – 2016. - №1. - С. 64–71.

14.  Людчик, А.М. Региональные особенности климата Беларуси и их изменение в последние десятилетия. I: температура и скорость ветра / А. М. Людчик, В. И. Покаташкин, В. Я. Венчиков // Природные ресурсы. – 2017. - №1. - С. 75-82.

15.  Людчик, А.М. Региональные особенности климата Беларуси и их изменение в последние десятилетия. II: Влажность воздуха и облачность / А. М. Людчик, С. Д. Умрейко // Природные ресурсы. – 2017. - № 2. - С. 83-89.

16.  Fiore, A. Variability in surface ozone background over the United States: Implications for air quality policy / A. Fiore et al. // Journal of geophysical research: Atmospheres. - 2003. – Vol. 108. – No. D24. – P. 4787. DOI: 10.1029/2003JD003855.

17.  Людчик, А.М. Многолетний тренд приземного озона / А. М. Людчик, В. И. Покаташкин // Природные ресурсы. - 2014. - № 1. - С. 97-105.

18.  Людчик, А.М. Климатология приземного озона в г. Минске / А. М. Людчик, В. И. Покаташкин //  Природные ресурсы. - 2014. - № 2. - С. 112-118.

19.  Божкова В.В. Климатическая норма приземного озона в чистой атмосфере Беларуси / В.В. Божкова и др. // Природные ресурсы. – 2019. - № 2. – С. 98 – 107.