Изучение концентраций приземного озона в воздухе промышленного российского города
https://doi.org/10.18470/1992-1098-2025-4-22
Аннотация
Целью настоящей работы был анализ сезонных изменений концентраций приземного озона (ПО), изучение случаев превышения предельно допустимых концентраций (ПДК), эпизодов экстремально высоких концентраций (ЭВКО) и ночных повышений содержания озона (НПСО) для предложения механизмов описанных явлений и эффективных стратегий достижения установленных нормативов. В ходе работы были изучены концентрации приземного озона и его предиктов на посту государственного мониторинга состояния атмосферного воздуха в течение 2019–2021 гг. в городе Челябинске. Согласно результатам исследований, было выявлено, что концентрация ПО на территории города Челябинска начинает увеличиваться в марте и остается высокой в течение лета. Концентрация ПО складывается из нескольких составляющих: (1) поступающего из нижней стратосферы и верхних слоев тропосферы в результате стратосферных вторжений (СВ), которые увеличиваются в летний период; (2) фотохимически образующегося с максимумом в июне, при этом рассчитанное на основании данных наземного мониторинга соотношения HCHO/NOх не может быть использовано в качестве надежного индикатора режима образования ПО; и (3) поступающего с низкоуровневыми мезоструйными течениями (НУМСТ), частота возникновения которых увеличивается в ночной период весной и летом, о чем свидетельствует высокая повторяемость НПСО.
Ключевые слова
Об авторах
Т. Г. КрупноваРоссия
Татьяна Г. Крупнова, кандидат химических наук, доцент, кафедра экологии и химической технологии
454080 г. Челябинск, пр. Ленина, 76. Тел. +79642444419
О. В. Ракова
Россия
Ольга В. Ракова
Челябинск
В. М. Кочегоров
Россия
Валерий М. Кочегоров
Челябинск
Список литературы
1. WHO Global Air Quality Guidelines: Particulate Matter (PM2.5 and PM10), ozone, nitrogen dioxide, sulfur dioxide and carbon monoxide. Geneva: World Health Organization. 2021.
2. Ni J., Jin J., Wang Y., Li B., Wu Q., Chen Y., Du S., Li Y., He C. Surface ozone in global cities: A synthesis of basic features, exposure risk, and leading meteorological driving factors // Geography and Sustainability. 2024. V. 5. N 3. P. 64–76. https://doi.org/10.1016/j.geosus.2023.09.008
3. Khalil M.A.K. Steady states and transport processes in urban ozone balances // Npj Climate and Atmospheric Science. 2018. V. 1. N 22. https://doi.org/10.1038/s41612‐018‐0035‐7
4. Fried A., Cantrell C., Olson J. et al. Detailed comparisons of airborne formaldehyde measurements with box models during the 2006 INTEX‐B and MILAGRO campaigns: potential evidence for significant impacts of unmeasured and multi‐generation volatile organic carbon compounds // Atmospheric Chemistry and Physics. 2011. V. 11. N 22. P. 11867–11894. https://doi.org/10.5194/acp‐11‐11867‐2011
5. Schroeder J.R. et al. Formaldehyde column density measurements as a suitable pathway to estimate near‐surface ozone tendencies from space // Journal of Geophysical Research: Atmospheres. 2016. V. 121. P. 13088– 13112. https://doi.org/10.1002/2016JD025419
6. Wang D., Pu D., De Smedt I. et al. Evolution of global O3‐NOx‐VOCs sensitivity before and after the COVID‐19 from the ratio of formaldehyde to NO2 from satellite observations // Journal of Environmental Sciences. 2025. V. 156. P. 102–113. https://doi.org/10.1016/j.jes.2024.07.029
7. Wang W., Van der A.R., Ding J., Van Weele M., Cheng T. Spatial and temporal changes of the ozone sensitivity in China based on satellite and ground‐based observations // Atmospheric Chemistry and Physics. 2021. V. 21. P. 7253–7269. https://doi.org/10.5194/acp‐21‐7253‐2021
8. Colombi N.K., Jacob D.J., Yang L.H. et al. Why is ozone in South Korea and the Seoul metropolitan area so high and increasing? // Atmospheric Chemistry and Physics. 2023. V. 23. P.4031–4044. https://doi.org/10.5194/acp‐23‐4031‐2023
9. Chen Z., Liu J., Qie X. et al. Stratospheric influence on surface ozone pollution in China // Nature Communications. 2024. V. 15. Article Id: 4064. https://doi.org/10.1038/s41467‐024‐48406‐x
10. Chang F., Li J., Li N., Liao H. Stratospheric intrusion may aggravate widespread ozone pollution through both vertical and horizontal advections in eastern China during summer // Frontiers in Environmental Science. 2023. V. 10. Article ID: 1115746. https://doi.org/10.3389/fenvs.2022.1115746
11. Bonasoni P., Evangelisti F., Bonafe U. et al. Stratospheric ozone intrusion episodes recorded at Mt. Cimone during the VOTALP project: case studies // Atmospheric Environment. 2000. V. 34. N 9. P. 1355–1365. https://doi.org/10.1016/s1352‐2310(99)00280‐0
12. Gaffney J.S., Marley N.A., Cunningham M.M., Kotamarthi V.R. Beryllium‐7 measurements in the Houston and Phoenix urban areas: an estimation of upper atmospheric ozone contributions // Journal of the Air & Waste Management Association. 2005. V. 55. N 8. P. 1228–1235. https://doi.org/10.1080/10473289.2005.10464707
13. Chang L., Xu J., Tie X. et al. The impact of Climate Change on the Western Pacific Subtropical High and the related ozone pollution in Shanghai, China // Scientific Reports. 2019. V. 9. Article ID: 16998. https://doi.org/10.1038/s41598‐019‐53103‐7
14. Massagué J., Torre‐Pascual E., Carnerero C. et al. Extreme ozone episodes in a major Mediterranean urban area // Atmospheric Chemistry and Physics. 2024. V. 24. P. 4827–4850. https://doi.org/10.5194/acp‐24‐4827‐2024
15. Romero‐Alvarez J., Lupaşcu A., Lowe D., Badia A. et al. Sources of surface O3 in the UK: tagging O3 within WRF‐Chem // Atmospheric Chemistry and Physics. 2022. V. 22. P. 13797–13815. https://doi.org/10.5194/acp‐22‐13797‐2022
16. Alduwais A.K., Dasari H.P., Gandham H. et al. Extreme surface ozone episodes over the Arabian Gulf and their relationship with meteorological conditions // Atmospheric Environment. 2025. V. 352. Article ID: 121213. https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2025.121213
17. Lin X., Yuan Z., Yang L., Luo H., Li W. Impact of Extreme Meteorological Events on Ozone in the Pearl River Delta, China // Aerosol and Air Quality Research. 2019. V. 19. P. 1307–1324. https://doi.org/10.4209/aaqr.2019.01.0027
18. Vieno M., Dore A.J., Stevenson D.S. et al. Modelling surface ozone during the 2003 heat‐wave in the UK // Atmospheric Chemistry and Physics. 2010. V. 10. P. 7963–7978. https://doi.org/10.5194/acp‐10‐7963‐2010
19. Yang X., Zeng G., Iyakaremye V., Zhu B. Effects of different types of heat wave days on ozone pollution over Beijing‐Tianjin‐Hebei and its future projection // Science of the Total Environment. 2022. V. 837. Article ID: 155762. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.155762
20. Kuznetsova I., Elanskii N.F., Shalygina I.Yu., Kadygrov E., Lykov A.D. Temperature inversions and their influence on surface ozone concentration in the vicinity of the town of Kislovodsk // Russian Meteorology and Hydrology. 2002. P. 27–35.
21. Shariepour Z., Aliakbari Bidokhti A.A. Investigation of surface ozone over Tehran for 2008‐2011 // Journal of the Earth and Space Physics. 2013. V. 39. N 3. P. 191–206. https://doi.org/10.22059/jesphys.2013.35607
22. An C., Li H., Ji Y. et al. A review on nocturnal surface ozone enhancement: Characterization, formation causes, and atmospheric chemical effects // Science of The Total Environment. 2024. V. 921. Article ID: 170731. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.170731
23. Agathokleous E., Feng Z., Sicard H. Surge in nocturnal ozone pollution // Science. 2023. V. 382. N 6675. Article ID: 1131. https://doi.org/10.1126/science.adm7628
24. Rohit S., Kamna S., Anu R.S. Variations of surface ozone levels in urban area of India: a focus on night‐time residual concentrations // Journal of Environmental Quality. 2021. V. 42. P. 22–35. https://doi.org/10.6092/issn.2281‐4485/10809
25. Li X., Ren J., Huang R. et al. The aggravation of summertime nocturnal ozone pollution in China and its potential impact on the trend of nitrate aerosols // Geophysical Research Letters. 2023. V. 50. Article ID: e2023GL103242. https://doi.org/10.1029/2023gl103242
26. He C., Lu X., Wang H. et al. The unexpected high frequency of nocturnal surface ozone enhancement events over China: characteristics and mechanisms // Atmospheric Chemistry and Physics. 2022. V. 22. P. 15243– 15261. https://doi.org/10.5194/acp‐22‐15243‐2022
27. Krupnova T.G., Rakova O.V., Simakhina V.I., Vykhodtseva E.A., Kochegorov V.M. Surface ozone in the industrial city of Chelyabinsk, Russia // Geography, environment, sustainability. 2024. V. 17. N 4. P. 223– 234. https://doi.org/10.24057/2071‐9388‐2024‐3364
28. Donzelli G., Cioni L., Cancellieri M., Llopis‐Morales A., Morales‐Suárez‐Varela M. Air Quality during Covid‐19 Lockdown // Encyclopedia. 2021. V. 1. N 3. P. 519–526. https://doi.org/10.3390/encyclopedia1030043
29. Крупнова Т.Г., Ракова О.В., Стручкова Г.П., Капитонова Т.А., Тихонова С.А., Выходцева Е.А., Кочегоров В.М. Обнаружение возможности оценки режимов образования приземного озона на основе данных дистанционного зондирования Земли // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2025. Т. 22. N 5. С. 385–397. https://doi.org/10.21046/2070‐7401‐2025‐22‐5‐385‐397
30. Fontes T., Silva L.M., Silva M.P., Barros N., Carvalho A.C. Can artificial neural networks be used to predict the origin of ozone episodes? // Science of the Total Environment. 2014. V. 488–489. P. 197–207. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2014.04.077
31. Кадыгров Е.Н., Кузнецова И.Н., Ганьшин Е.В. и др. Современный опыт использования данных наземных микроволновых радиометрических систем для измерения параметров атмосферы // Оптика атмосферы и океана. 2017. Т. 30. N 06. С. 502–508. https://doi.org/10.15372/AOO20170609
32. Fang C., Zhou X., Cai Y., Wang J. Characterization and atmospheric drivers of nocturnal ozone enhancement in Putian City, China // Atmosphere. 2025. V. 16. N 45. https://doi.org/10.3390/atmos16010045
33. United States Environmental Protection Agency. Technical Assistance Document for the Reporting of Daily Air Quality – the Air Quality Index (AQI). NC, 2024. 32 p.
34. Monks P.S. A review of the observations and origins of the spring ozone maximum // Atmospheric Environment. 2000. V. 34. N 21. P. 3545–3561. https://doi.org/10.1016/s1352‐2310(00)00129‐1
35. Shutter J.D., Cox J.L., Keutsch F.N. Leaf‐Level bidirectional exchange of formaldehyde on deciduous and evergreen tree saplings // ACS Earth and Space Chemistry. 2024. V. 18. N 8. P. 723–733. https://doi.org/10.1021/acsearthspacechem.3c00325.
36. Gerasopoulos E., Zanis P., Papastefanou C. et al. A complex case study of down to the surface intrusions of persistent stratospheric air over the Eastern Mediterranean // Atmospheric Environment. 2006. V. 40. N 22. P. 4113–4125. https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2006.03.022
37. Couillard M.H., Schwab M.J., Schwab J.J. et al. Vertical profiles of ozone concentrations in the lower troposphere downwind of New York City during LISTOS 2018‐2019 // Journal of Geophysical Research: Atmospheres. 2021. V.
38. Article ID: e2021JD035108. https://doi.org/10.1029/2021JD035108 38. Pan R., Zhang K., Chen D., Huang L., Wang Y., Li H., Li L. Investigation into the nocturnal ozone in a typical industrial city in North China Plain, China // Environmental Pollution. 2024. V. 360. Article ID: 124627. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2024.124627
39. Yang H., Lu C., Hu Y., Chan P.‐W., Li L., Zhang L. Effects of horizontal transport and vertical mixing on nocturnal ozone pollution in the Pearl River delta // Atmosphere. 2022. V. 13. N 8. Article ID: 1318. https://doi.org/10.3390/atmos13081318
40. Luo H., Lu C. Impacts of local circulations on ozone pollution in the New York metropolitan area: Evidence from three summers of observations // Journal of Geophysical Research: Atmospheres. 2024. V. 129. Article ID: e2023JD039206. https://doi.org/10.1029/2023JD039206
41. Timonin S., Klimkin I., Shkolnikov V.M., Andreev E., McKee M., Leon D.A. Excess mortality in Russia and its regions compared to high income countries: An analysis of monthly series of 2020 // SSM Population Health. 2021. V. 17. Article ID: 101006. https://doi.org/10.1016/j.ssmph.2021.101006
42. Trimmel H., Hamer P.D., Mayer M. et al. The influence of vegetation drought stress on formaldehyde and ozone distributions over a central European city // Atmospheric Environment. 2023. V. 304. Article ID: 119768. https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2023.119768
43. Zhu L., Han X., Xu L.R. et al. Nocturnal ozone enhancement in Shandong Province, China, in 2020‐2022: spatiotemporal distribution and formation mechanisms // Science of the Total Environment. 2024. V. 925. Article ID: 171542. https://doi.org/10.1016/J.SCITOTENV.2024.171542
Рецензия
Для цитирования:
Крупнова Т.Г., Ракова О.В., Кочегоров В.М. Изучение концентраций приземного озона в воздухе промышленного российского города. Юг России: экология, развитие. 2025;20(4):240‐254. https://doi.org/10.18470/1992-1098-2025-4-22
For citation:
Krupnova T.G., Rakova O.V., Kochegorov V.M. Study of surface ozone concentrations in the air of an industrial Russian city. South of Russia: ecology, development. 2025;20(4):240‐254. (In Russ.) https://doi.org/10.18470/1992-1098-2025-4-22
JATS XML





































