Региональная модель для исследования физических и химических свойств взвешенных частиц в Европе тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.30, кандидат физико-математических наук Цыро, Светлана Геннадьевна

• Цыро, Светлана Геннадьевна
• кандидат физико-математических наук
• 2008

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Цыро, Светлана Геннадьевна

Введение

Глава 1 Состояния вопроса и постановка задачи

1.1 Обзор работ по аэрозольному моделированию

1.2 Требования к модели

1.3 Краткое описание Унифицированной модели ЕМЕП

Глава 2 Описание аэрозольной модели

2.1 Основные принципы построения и структура

2.2 Выбросы аэрозолей в атмосферу

2.3 Химия аэрозолей

2.4 Аэрозольная динамика

2.5 Сухое осаждение

2.6 Влажное осаждение

Глава 3 Верификация аэрозольной модели по данным наблюдений

3.1 Методология

3.2 РМюиРМ

3.3 Верификация аэрозольных компонентов

Глава 4 Характеристика химического состава РМ в Европе по результатам расчетов и наблюдений

4.1 Используемая информация

4.2 — - Характеристика химического состава РМю и РМ2.5 .

4.3 Сезонные изменения химического состава РМ

Гл. 5 Применение модели для характеристики загрязнения воздуха аэрозольными частицами в Европе

5.1 Методология.:.

5.2 Оценка концентраций РМ по Европе в 2004 г.

5.3 Применение модели для оценки качества воздуха для РМ

Гл. 6 Использование модели для оценки качества данных об антропогенных выбросах РМ

6.1 Методология .1.

6.2 Анализ результатов

6.3 Исследование влияния отдельных факторов на расчетные 113 концентрации ЭУ

6.4 Обобщение результатов и заключительные комментарии

Гл. 7 Счетные концентрации частиц и распределение частиц по размерам

7.1 Данные наблюдений

7.2 Влияние заданного распределения выбросов РМ по размерам на расчетные счетные концентрации

7.3 Проверка расчетов счетных концентраций по данными наблюдений

7.4 Оценки счетных концентрации частиц в Европе

7.5 Обобщение

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Региональная модель для исследования физических и химических свойств взвешенных частиц в Европе»

Актуальность темы. В последние десятилетия во всем мире отмечается значительное усиление обеспокоенности в связи с возрастающим загрязнением воздуха атмосферным аэрозолем, или РМ (английского Particulate Matter), вошедшее в широкое употребление. В первую очередь, это связано с серьезным воздействием взвешенных частиц на состояние здоровья людей. Результаты значительного объема эпидемиологических и токсикологических исследований указывают на наличие связи между повышенными уровнями концентраций РМ и увеличением случаев респираторных и сердечно-сосудистых заболеваний, а также снижением продолжительности жизни и ростом преждевременной смертности [159-162]. Особую опасность для здоровья людей составляют сверхмелкие частицы (диаметр менее 0.1 мкм), которые способны проникать особенно глубоко в органы респираторной системы человека, достигая легочных альвеол. Кроме того, токсикологические исследования свидетельствуют о том, что присутствие в РМ определенных веществ (некоторых металлов, полициклических ароматических углеводородов и ряда других органических соединений) приводит к повышению риска здоровью. К примеру, недавние оценки показали, что в среднем по 25 странам Европейского Союза экспозиция загрязнению воздуха РМ приводит к снижению средней продолжительности жизни на 8.6 месяца, а так же к 380 тыс. случаев преждевременной смерти и 100 тыс. госпитализаций в год

Рассеивая, поглощая и отражая радиационные потоки и влияя на процессы облакообразования и изменяя свойства облаков, атмосферные аэрозоли вносят вклад в изменение радиационного баланса в системе земля-атмосфера, а, следовательно, в изменение погоды и климата [59]. При определенных условиях атмосферные аэрозоли могут привести к существенному снижению видимости. Часть атмосферных аэрозолей, содержащие ионы сульфата, нитрата и аммония, наносят ущерб природным экосистемам, приводя к подкислению и эвтрофикации почв и водных бассейнов. Кроме того, аэрозоли способствуют коррозии металлов, деградации зданий и материалов, включая памятники культуры и другие возведенные человеком сооружения.

В отличие от газообразных примесей РМ являются сложной гетерогенной смесью многих компонентов, причем их свойства (спектр частиц по размерам, химический

161] состав) широко меняются во времени и пространстве. Свойства РМ, определяющиеся типом доминирующих источников и составом выбросов, химическим режимом атмосферы и метеорологическими условиями, изучены меньше по сравнению с газовыми примесями. Аэрозольные частицы либо непосредственно поступают в атмосферу в результате естественных и антропогенных выбросов (так называемые, первичные частицы), либо образуются в атмосфере в процессе химических преобразований газообразных примесей (вторичные частицы). Хотя большую часть массы атмосферного аэрозоля составляют частицы природного происхождения, образующиеся в результате лесных пожаров, извержений вулканов, песчаных бурь, испарения морских брызг и др., антропогенный компонент РМ преобладает в районах, характеризующихся развитой промышленной и сельскохозяйственной деятельностью и интенсивным автотранспортным движением. Существует консенсус, что антропогенный аэрозоль оказывает существенное влияние на климат, в частности, повышая альбедо облаков [59, 156], а будучи весьма токсичным, он также оказывает потенциально более сильный эффект на здоровье человека. Поскольку именно районы с высокой антропогенной активностью характеризуются повышенной плотностью населения, значительное число людей подвергается экспозиции повышенным уровням антропогенных РМ, что существенно повышает риск для их здоровья [159-161].

Результаты эпидемиологических исследований указывают на увеличение случаев заболеваемости, госпитализации и преждевременной смертности людей при повышении концентраций РМю (частиц с диаметрами менее 10 мкм) и РМ25 (частиц с диаметрами менее 2.5 мкм), способных к проникновению в глубокие области респираторной системы [159,- I6I7 162]. РМю, и в особенности РМ2 5, вследствие малой эффективности процессов их удаления из атмосферы характеризуются относительно долгой продолжительностью жизни в атмосфере и поэтому могут переноситься на большие расстояния. Следствием этого является весьма значительный вклад фоновой (т.е. на значительном удалении от источников) составляющей в сельских и даже городских концентрациях РМ. Таким образом, проблема загрязнения воздуха РМю и РМ2 5 носит не только местный, но и, в значительной степени, региональный, а часто и трансграничный характер. В связи с этим становится очевидным, что эффективное решение задач снижения загрязнения воздуха РМ требует принятия скоординированных мер, осуществляемых в рамках программ международного сотрудничества.

Первые стандарты качества атмосферного воздуха для РМ, ограничивающие общие концентрации РМ (а именно, частиц с диаметрами до 24-45 мкм) были приняты в 1971 в США. В 1987 г. Агентство по Охране Окружающей среды США пересмотрело нормативные пороговые концентрации РМ с целью снижения риска здоровью населения от, так называехмых, «респирабельных» частиц (т.е. способных проникать в верхние дыхательные пути и легкие). Используя в качестве индикатора респирабельных частиц РМю, Агентство установило следующие пороговые значения: 50 мкг/м для среднегодовых и 150 мкг/м3 (99 -й процентиль) для осредненных за 3 года 24-часовых концентраций РМю. Проведенная в 1997 г. ревизия стандартов качества воздуха указала на целесообразность введения показателей загрязнения воздуха отдельно для мелко и грубодисперсных частиц, используя в качестве индикаторов соответственно РМ25 и РМю. Были установлены следующие стандарты для осредненных за 3 года РМ25: 15 мкг/м3 для среднегодовых концентраций и 65 мкг/м3 для 98-й процентиля 24-часовых концентраций.

Впервые в Европе нормативные концентрации для РМю, основанные на рекомендациях Всемирной Организацией Здравоохранения, были установлены в Первой Дочерней Директиве Европейской Комиссии 1999/30/ЕС в 1999 г. [37]. В соответствии с требованиями Директивы 1999/30/ЕС с 1 января 2005 г. предельные среднегодовые концентрации РМю не должны превышать 40 мкг/м , а 24-часовые концентрации РМю не должны превышать 50 мкг/м более 35 дней в календарном году.

В 1998-99 гг. взвешенные частицы были включены в список загрязняющих веществ, рассматриваемых в рамках Конвенции о Трансграничном Загрязнении Воздуха- на Большие Расстояния (КТЗВБР) Европейской Экономической Комиссии Организации Объединенных Наций (ЕЭК ООН) [5]. В число задач Конвенции входят управление качеством атмосферного воздуха, регулирование и контроль выбросов загрязняющих веществ в атмосферу в Европе. В связи с расширением задач Конвенции на регулирование загрязнение воздуха РМ, наряду с развитием инструментального мониторинга атмосферных аэрозолей, возникла необходимость разработки моделей переноса для описания загрязнения воздуха взвешенными частицами. В соответствии с решениехм руководящего органа ЕМЕП (Совместная программа наблюдения и оценки распространения загрязнителей воздуха на большие расстояния в Европе) задача разработки региональной аэрозольной модели как части Унифицированной программы ЕМЕП была поручена Метеорологическому Синтезирующему Центру - Запад (МСЦ-3), функционирующему в Норвежском метеорологическом институте.

Цель и задачи работы. Основной целью настоящей диссертационной работы является разработка региональной модели переноса многокомпонентного атмосферного аэрозоля, учитывающей изменения его физических свойств, химического состава и распределения по размерам, предназначенной для исследования пространственно временного распределения и свойств тропосферного аэрозоля и оперативных расчетов загрязнения воздуха РМ в Европе.

В соответствии с этой целью в диссертационной работе поставлены и решены следующие задачи:

1. Разработать модульную архитектуру построения модели, установить взаимосвязи между модулями, описывающими различные процессы с участием газообразных и аэрозольных примесей. На основе критического обзора существующего международного опыта в области аэрозольного моделирования разработать необходимые схемы, апробировать и/или модифицировать существующие параметризации аэрозольных процессов.

2. Построить региональную модель многокомпонентного аэрозоля для включения в Унифицированную модель ЕМЕП.

3. Провести проверку адекватности разработанной аэрозольной модели путем сопоставления результатов расчетов с данными наблюдений о концентрациях РМю, РМг 5, а также отдельных аэрозольных компонентов.

4. Применить модель для исследования пространственно-временного распределения региональных фоновых уровней атмосферного аэрозоля (РМ) в Европе и характеристики его химического состава; провести количественные оценки существующей и-- перспективной - ситуаций - загрязнения воздуха РМ2.5 и- РМю -относительно стандартов качества воздуха ЕС и ВОЗ и оценки вклада различных источников в фоновое загрязнение воздуха РМ в различных регионах Европы.

Научная новизна работы. Настоящая диссертационная работа посвящена разработке одной из первых в Европе региональных моделей многокомпонентного аэрозоля, характеризующей также его распределение размерам. К результатам, содержащим научную новизну, можно отнести следующие:

• Построен, адаптирован и апробирован ряд параметризационных схем для расчета аэрозольных процессов, в том числе, поступления в атмосферу морского аэрозоля и эрозийной пыли, модуль аэрозольной динамики, модули сухого и влажного выпадения частиц.

• Разработана аэрозольная модель ЕМЕП - одна из первых моделей в Европе для исследования и характеристики атмосферных аэрозолей с учетом их физической и химической трансформации в региональном масштабе, и первая модель, позволяющая проводить оперативный расчет трансграничного загрязнения воздуха по всей Европе взвешенными частицами.

• Впервые с помощью модели исследован эффект учета воды в составе частиц при сопоставлении расчетных концентраций РМю и РМ2.5 с данными измерений, проведенных с помощью рекомендованных гравиметрических методов в соответствии со стандартами CEN 12341 и CEN 14907 [143].

• Впервые дана характеристика концентраций и химического состава РМ2.5 и РМю для всей Европы, а также проведены оценки вкладов от выбросов из антропогенных (как первичных РМ, так и их газовых предшественников) и естественных источников в РМ2 5 и РМю в различных регионах.

• Впервые проведены численные оценки загрязнения воздуха РМю и РМ2.5 относительно стандартов Европейского Союза и рекомендаций ВОЗ по качеству воздуха, как существующего для 2004 г., так и прогностического на 2010 г., а также рассчитан вклад трансграничного переноса в загрязнение воздуха РМ в Европейских странах.

• Проведены с применением модели предварительные оценки качества данных об антропогенных выбросах РМ, в которых в качестве индикатора выбросов первичных РМ использован элементарный углерод [146].

• Получены первые расчетные оценки и выполнена верификация счетных концентраций частиц и их распределения по размёрам. ~

Научная и практическая значимость работы. Разработка аэрозольной модели является существенным вкладом, как в дальнейшее расширение Унифицированной модели ЕМЕП, играющей роль официальной модели Конвенции ЕЭК ООН по дальнему переносу загрязнителей, так и в общее развитие в области численного моделирования аэрозольных процессов в региональном масштабе. Так, модуль аэрозольной динамики (M0N032) [95, 96], разработанный в ходе работы при тесном сотрудничестве с учеными из университетов г. Хельсинки и впервые апробированный в представленной аэрозольной модели, был рекомендован для использования в региональных и глобальных моделях. Впоследствии M0N032 был внедрен в такие региональные модели переноса, как MATCH (Шведский Институт Метеорологии и Гидрологии), SILAM (Финский Метеорологический Институт) и ряд других.

Оперативное использование аэрозольной модели в составе Унифицированной модели ЕМЕП связано с проведением большого количества расчетов трансграничного загрязнения воздуха РМ, трендов и прогностических оценок загрязнения воздуха. Возможность реализации этого обеспечена вычислительной эффективностью модели при ее удовлетворительной точности, что достигнуто путем сочетания учета в модели всех ключевых процессов и источников, определяющих основные свойства аэрозолей и их пространственно-временное распределение с использованием физически адекватных и вычислительно эффективных параметризаций этих процессов.

Научная значимость работы подтверждается, в частности, использованием отдельных полученных результатов в Докладе Европейского регионального бюро Всемирной Организации Здравоохранения (ВОЗ) «Оценка риска здоровью в результате воздействия трансграничного загрязнения воздуха взвешенными частицами» (WHO, 2006), а также в оценках влияния реализации существующих и намеченных мер по снижению выбросов РМ и их газовых предшественников на изменения радиационного баланса и климата, проводимых Объединенным Научным Центром ЕС (JRC). Практическая значимость работы состоит в использовании результатов расчетов по модели при стратегическом планировании и оптимизации мероприятий по снижению загрязнения воздуха в Европе (например, в рамках КТЗВБР ЕЭК ООН, в Программе ЕС «Чистый Воздух для Европы» (CAFE), в ревизии Директивы ЕС по национальным потолочным выбросам (NEC Directive) и др.).

Достоверность и обоснованность результатов. Достоверность и обоснованность изложенных результатов обусловлена использованием для описания аэрозольных процессов в модели параметризаций, опирающихся на законы физики и химии, и надежно установленных эмпирических закономерностей. При разработке модели широко использовался международный опыт в области моделирования атмосферных аэрозольных процессов, адоптировались физически адекватные параметризации и алгоритмы, полученные ведущими учеными, тестированные по данным наблюдений (что документировано в публикациях) и апробированные в моделях атмосферного рассеивания. Разработке модели способствовало тесное сотрудничество автора с ведущими Европейскими группами в области экспериментального исследования и численного моделирования атмосферных аэрозолей.

Достоверность и обоснованность полученных результатов обеспечена привлечением для их оценки большого объема данных наблюдений. Проверка адекватности результатов расчетов и установление области применимости модели проведены с использованием данных сети фонового мониторинга ЕМЕП за период с 2001 по 2004 г., а также данные, полученных в ряде национальных исследовательских измерительных кампаний. Станции, число которых с измерениями отдельных аэрозольных компонентов варьировалось от 10 до 70, являлись репрезентативными для широкого разнообразия химических и метеорологических атмосферных режимов Европы. Точности и надежность использованных данных обеспечивалась гармонизацией наблюдений и обеспечением и контролем качества данных в соответствии с Руководством ЕМЕР.

В мае 2006 г были проведены критический анализ и публичное обсуждение аэрозольной модели при участии ведущих ученых в области теореического и экспериментального исследования атмосферных аэрозолей (Маркку Кульмала (университет г. Хельсинки), Спирос Пандис (Карнеги Меллон университет г. Питтсбург, США и Университет г. Патрас, Греция) и Ханс-Кристиан Ханссон (университет г. Стокгольма)). Результаты обсуждения показали, что «аэрозольная модель ЕМЕП достигла зрелого уровня развития и адекватности в отношении описания большинства аэрозольных компонентов».

Основные результаты и положения,-выносимые на защиту:- --- -

• Разработанная региональная аэрозольная модель, учитывающая формирование и изменения физических свойств, химического состава и распределения по размерам атмосферных аэрозолей.

• Результаты обширной верификации и тестирования аэрозольной модели по данным наблюдений, показавшие адекватность результатов расчетов характеристик фоновых концентраций РМ в Европе.

• Результаты исследования с помощью модели пространственно-временного распределения и химического состава РМю и РМ2.5 в Европе.

• Численные оценки качества атмосферного воздуха в Европе относительно стандартов ЕС и рекомендаций ВОЗ, а также оценки вклада трансграничного переноса в загрязнение воздуха РМ в европейских странах.

Личный вклад автора. Автором лично была создана архитектура модели, проведен обзор международного опыта аэрозольного моделирования, на основе чего построены необходимые схемы, модифицированы и апробированы существующие параметризации аэрозольных процессов. Автором самостоятельно разработана региональная аэрозольная модель и проведена ее компьютерная реализация, как части Унифицированной модели ЕМЕП, а также верификация модели по данным наблюдений. Все представленные расчеты по аэрозольной модели и изложенные результаты выполнены и получены автором лично.

Апробация и реализация результатов работы. Результаты работы были представлены и обсуждены на ряде международных научных конференций и совещаний:

Европейских аэрозольных конференциях (ЕАС) в 2000-2003, 2005 и 2007 гг.;

Международных конференциях по Глобальной химии атмосферы (IGAC) в 2004 и 2006 гг.;

Симпозиумах скандинавской аэрозольной ассоциации (NOSA) в 2002 и 2005 гг.;

1 Международном Симпозиуме проекта ЕС ACCENT «Изменение Состава Атмосферы» (12-16 сентября 2005 г.);

---на-заседании- -рабочей группы-Европейского регионального бюро-Всемирной Организации Здравоохранения (27 марта 2007 г.); регулярно докладываются на совещаниях целевых и рабочих групп ЕМЕП;

Разработанная автором аэрозольная модель с 2003 г. используется в рамках Унифицированной модели ЕМЕП для проведения расчетов концентраций и трансграничных потоков, матриц "источник-рецептор" для европейских стран, трендов и сценариев загрязнения воздуха РМ2.5 и РМю в Европе. Результаты расчетов используются в Конвенции ЕЭК ООН по Дальнему Трансграничному Переносу Загрязнителей Воздуха в разработках европейской стратегии по сокращению снижения загрязнения воздуха.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 статей в реферируемых отечественных и международных журналах, в том числе в журналах «Метеорология и Гидрология», Journal of Geophysic Research, Journal of Atmospheric Chemistry and Physics, Journal of Environmental Monitoring (Цыро, 2008; Pirjola, Tsyro и др., 2007; Tsyro, 2005; Tsyro и др., 2003).

Описание аэрозольной модели, результаты ее регулярной верификации и результаты расчетов опубликованы с 2002 по 2007 г. в 11 официальных отчетах ЕМЕП.

Благодарности. Работа по разработке модели финансирована ЕМЕП и Советом Министров стран Северной Европы. Автор в особенности благодарен М. Кульмала и Л. Пирьюла из Университета г. Хельсинки и Х-К. Ханссену из Университета г. Стокгольма за сотрудничество при разработке модуля аэрозольной динамики. Автор также признателен коллегам из ЕМЕП за творческую и вдохновляющую рабочую атмосферу и конструктивные дискуссии.

Содержание диссертации по главам.

Первая глава носит вводно-обзорный характер работ. В первом параграфе выполнен обзор работ по крупномасштабному аэрозольному моделированию и приведена краткая характеристика основных типов аэрозольных моделей. Во втором параграфе аргументирована потребность разработки новой аэрозольной модели и сформулированы основные требования, которые предъявлялись к разработанной модели. В третьем параграфе дано описание Унифицированной модели ЕМЕП, -являющейся платформой для построения аэрозольной модели,- - ---- - - --

Во второй главе приведено описание разработанной аэрозольной модели. В первом параграфе изложены основные принципы построения и структура модели. Во втором параграфе приводится описание препроцессора антропогенных выбросов РМ и параметризаций генерирования морского аэрозоля и эрозионных пылевых частиц. В третьем параграфе дано описание включенных в модель химических процессов, приводящих к образованию аэрозолей. Четвертый параграф посвящен описанию процессов аэрозольной динамики. В пятом и шестом параграфах дано описание схем для расчета скоростей сухого осаждения и вымывания аэрозольных частиц.

В третьей главе представлены результаты верификации аэрозольной модели по данным наблюдений. В первом параграфе изложена методология верификации модели и дана характеристика использованных данных наблюдений. Во втором параграфе представлены результаты верификации расчетных концентраций РМю и РМ25 по данным мониторинга ЕМЕП для периода с 2001 по 2004 г. В третьем параграфе приведены результаты проверки отдельных компонентов РМ по данным наблюдений.

В четвертой главе дана характеристика химического состава РМ в Европе по результатам расчетов и наблюдений. Исследованы особенности среднего химического состава РМю и РМ2 5 и его сезонных вариаций для отдельных регионов Европы.

В пятой главе представлены примеры использования аэрозольной модели для характеристики загрязнения воздуха РМю и РМ2 5 в Европе в 2004 г.

В первом параграфе объясняется использование РМю и РМ2 5 в качестве метрик качества воздуха, приведена информация относительно стандартов ЕС и рекомендаций ВОЗ по качеству воздуха для РМ и дана характеристика входных данных о выбросах. Во втором параграфе приведены результаты расчетов концентраций РМю и РМ2 5 по Европе для 2004 г. Даны оценки относительной роли первичных и вторичных источников, а также антропогенных и естественных источников в формирование фоновых концентраций РМ. В третьем параграфе изложены результаты модельных оценок загрязнения воздуха РМ для 2004 г. относительно Европейских стандартов и относительно рекомендаций ВОЗ по качеству воздуха. Здесь же приведены результаты расчетов вклада антропогенных и естественных источников выбросов в превышения концентрациями РМ предельных значений, а также количественные оценки роли трансграничного переноса в загрязнение воздуха РМ в различных Европейских странах.

В шестой главе с применением аэрозольной модели проведена оценка качества данных об антропогенных выбросах РМ. В первом-параграфе изложена-методология — проведения оценок, основанная на использовании элементарного углерода (ЭУ) в качестве индикатора антропогенных выбросов РМ. Во втором параграфе приведено сравнение рассчитанных концентраций ЭУ с данными измерений и представлен анализ результатов отдельно для летнего и зимнего сезонов, различающихся доминирующим воздействием различных источников РМ. В третьем параграфе приведены результаты исследования влияния отдельных факторов на расчетные концентрации ЭУ и на основные полученные выводы, которые обобщены в четвертом параграфе.

Седьмой глава посвящена анализу результатов расчетов счетных концентраций РМ и распределения частиц по размерам и их проверки по данным наблюдений.

В заключении сформулированы основные результаты диссертационной работы и представлены полученные выводы.

В приложении приведена следующая информация:

• Описание станций мониторинга ЕМЕП и прочих измерительных постов, наблюдения на которых использовались для верификации модельных расчетов;

• Статистические показатели сравнения расчетных РМю и РМ2.5 данными измерений на станциях сети мониторинга ЕМЕП для 2004 г.;

• Корреляционные графики среднегодовых расчетных и измеренных концентраций вторичных неорганических аэрозолей для 2004 г.;

• Сезонная статистика верификации результатов расчетов отдельных аэрозольных компонентов с измерениями в 2003 г.;

• Графики временных серий расчетных и измеренных счетных концентраций частиц для отдельных фракций по размерам, а также интегральных счетных концентраций.

Заключение диссертации по теме «Метеорология, климатология, агрометеорология», Цыро, Светлана Геннадьевна

Заключение

В данной диссертационной работе представлена разработанная автором региональная модель многокомпонентного аэрозоля, позволяющая рассчитывать массовые и численные концентрации аэрозольных частиц и их распределение по размерам. В работе представлена детальная верификация разработанной модели по данным наблюдений, а также приведены примеры применения аэрозольной модели для характеристики загрязнения воздуха РМ в Европе. В данной главе сформулированы основные научные результаты диссертационной работы и представлены полученные выводы.

1. В соответствии с поставленной целью разработана региональная модель многокомпонентного атмосферного аэрозоля, учитывающая изменения его физических свойств, химического состава и распределения по размерам. Модель применяется для численного исследования пространственно-временного распределения и физико-химических свойств тропосферного аэрозоля и предназначена, в первую очередь, для оперативных расчетов регионального фонового загрязнения воздуха в Европе аэрозольными частицами. Возможность реализации этого обеспечена вычислительной эффективностью модели.

2. Одним из главных достоинств разработанной модели, является ее вычислительная эффективность в сочетании с удовлетворительной точностью результатов, что достигнуто путем сочетания учета в модели всех ключевых процессови. источников, определяющих основные, свойства аэрозолей . и „ их пространственно-временное распределение с использованием физически адекватных и вычислительно эффективных параметризаций этих процессов.

3. Проведенная детальная верификация аэрозольной модели по данным инструментального мониторинга ЕМЕП за 4-летний период с 2001 по 2004 г. показала адекватность результатов расчетов региональных фоновых концентраций РМ и их компонентов. Модель удовлетворительно воспроизводит наблюденные: уровни фоновых концентраций РМю и РМ2.5 в различных частях Европе (недооценка средних 4-х летних наблюденных РМю составила 14%, а РМ25 - 4%; отклонение расчетных 24-х часовых концентраций РМю и РМ2.5 от измеренного значения не превышает 30% для 75% из рассмотренных станций ЕМЕП); региональные градиенты концентраций РМю и РМ2.5 (средняя пространственная корреляция расчетных концентраций с наблюдениями составила соответственно 0.71 и 0.80); сезонный ход и эпизоды регионального загрязнения воздуха (коэффициенты временной корреляции между 24-х часовыми расчетными и наблюденными концентрациями РМю и РМ2.5 на станциях ЕМЕП составили соответственно 0.50 и 0.54, варьируясь от 0.4 до 0.7 для отдельных станций); концентрации большинства химических компонентов РМ - вторичных неорганических аэрозолей (SO42", NO3" и NH4+), морской соли и элементарного углерода; смешанные результаты верификации получены для концентраций минеральной пыли на основании весьма малого объема имеющихся наблюдений.

4. Впервые с использованием модели проведены количественные оценки массы воды в составе РМю и РМ2.5, измеренных путем гравиметрического метода в соответствии со стандартами CEN 12341 и CEN 14907 (требующих «кондиционирование фильтров при 20°С и 50% относительной влажности). Показано, что включение учета воды в расчеты РМ позволяет существенно улучшить согласование рассчитанных концентраций РМю и РМ2.5 с наблюдениями. Отмечена необходимость проведения дальнейшей проверки расчетов воды в РМ, что затруднено в настоящее время вследствие отсутствия измерений.

Разработанная аэрозольная модель была применена для решения ряда исследовательских и прикладных задач.

5. На основании расчетов по модели и имеющихся данных наблюдений исследованы особенности химического состава РМю и РМ2.5 и его сезонных вариаций для отдельных регионов Европы.

Типичный состав фоновых РМю: 30-40% - вторичные неорганические аэрозоли (сульфаты, нитраты и аммоний-ион), характеризующие региональное загрязнение воздуха, 20-35% - органический углерод, 3-5% - элементарный углерод, 5-7% - минеральная пыль, 1-2% - морской аэрозоль. Показано, что в отдельных районах возможны значительные отклонения от среднего химического состава ВЧю (например, увеличение содержания ЭУ в районных крупных антропогенных выбросов РМ до 7-10%, увеличение содержания минеральной пыли до 20-30% в южной Европе под влиянием эрозионной пыли и рост вклада морского аэрозоля до 10-20% на побережьях Норвегии и Испании).

В среднем около 10-20% (до 30-35%) измеренной массы РМю и РМ25 в данных наблюдений оставалось не идентифицированной после проведения химического анализа.

6. Дана характеристика пространственного распределения фоновых концентраций и химического состава РМ2.5 и РМю для Европы. По результатам расчетов на 2004 г. среднегодовые региональные фоновые концентрации РМю составили от 10 до 25 мкг/м3, а РМ25 от 5 до 20 мкг/м3. Расчеты показали, что в восточной Европе преобладает загрязнение воздуха первичными РМ, поступающими главным образом, от отопительного сектора и автотранспорта (составляя 35 до 70% массы РМю), в то время как в западной Европе в концентрациях РМ доминируют вторичные неорганические аэрозоли, образующиеся из антропогенных выбросов оксидов серы и азота, а также аммиака. Среднегодовые концентрации частиц естественного происхождения составили 0.53 мкг/мЗ на большей части Европы.

7. Численные оценки состояния загрязнения воздуха РМю и РМ2.5 по Европе для 2004 г. показали, что: рекомендованные ВОЗ предельные значения 20 мкг/м3 были превышены среднегодовыми концентрациями РМю в странах Бенилюкса, долине реки По и на юге Испании, а также на юге России, Украины и в Казахстане. Рекомендованный критерий качества воздуха для 24-х часовых концентраций РМю (превышение 50 мкг/м3 не более 4-х дней в год) превышен на большей части Европы, кроме Скандинавии и севера России. Что касается РМ2.5, рекомендованные ВОЗ критерии качества воздуха были превышены практически на всей территории Европы как для среднегодовых, так и 24-х часовых концентраций. выбросы из антропогенных источников являются основной причиной превышения допустимых концентраций РМю странах Бенилюкса, в долине реки

По на севере Италии и в регионах городов Парижа, Милана и Москвы. С другой стороны, в странах южной и юго-восточной Европы, а также на юге Российской Федерации, в восточных областях Украины, на территориях стран Кавказа и Казахстана практически все превышения фоновыми концентрациями РМ стандартов качества воздуха являются следствием влияния эрозийной пыли. ■ в большинстве европейских стран загрязнение воздуха РМ25 обусловливается в большей степени выбросами в других странах, а в 20 странах доля трансграничного переноса в концентрации РМ25 превышает 75% в концентрациях РМ25, что подтверждает трансграничный характер проблемы загрязнения воздуха РМю и РМ2 5 в Европе.

8. Проведенные с применением модели оценки качества данных об антропогенных выбросах РМ, используя элементарный углерод (ЭУ) в качестве индикатора выбросов первичных РМ. Полученные результаты указывают на возможность того, что имеющиеся данные о выбросах в секторе отопления завышают выбросы РМ (или доли ЭУ в РМ) для стран северной Европы и занижают выбросы РМ для отдельных стран южной Европы. Кроме того, указана возможная недооценка выбросов РМ (или доли ЭУ в РМ) в данных о выбросах от транспортного сектора для ряда стран центральной и южной Европы.

9. Впервые проведенные с помощью модели оценки счетных концентраций частиц в Европе показали, что среднегодовые интегральные счетные концентрации в 2003 г. изменялись в пределах от 2000 до 5000 см"3 на большей части Европы, возрастая до 7000-10000 см"3 в районах влияния крупных источников выбросов первичных частиц. Высокие счетные концентрации частиц фракции нуклеации (1000-5000 см"3) найдены в основном в районах крупных выбросов SO2. Частицы Айткена доминируют в интегральных счетных концентрациях и характеризуются значительными градиентами при удалении от источников выбросов. Счетные концентрации частиц накопления значительно ниже (500-2000 см"3) и распределены более равномерно по территории Европы. Верификация расчетных счетных концентраций по небольшому объему измерений дала смешанные результаты: уровни расчетных концентраций удовлетворительно согласовываются с наблюдениями, в то время как корреляция довольно низкая, главным образом, вследствие отсутствия в настоящее время данных о распределении частиц в выбросах РМ по размерам, а также сложностями описания процессов аэрозольной динамики.

10. Описание разработанной автором аэрозольной модели и результаты численных исследований свойств атмосферных аэрозолей в Европе опубликованы в официальных отчетах ЕМЕП и международных научных журналах, а также представлены на ряде международных конференций. Результаты расчетов принимаются во внимание соответствующими органами Конвенции ЕЭК ООН о Трансграничном Загрязнении Воздуха и Европейского Союза в процессе формирования политики регулирования выбросов загрязняющих веществ в Европе целью снижения загрязнения воздуха РМ.

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Цыро, Светлана Геннадьевна, 2008 год

1. Отечественная:

2. Алоян, А.Е. и В.О. Арутюнян. Математическое моделирование изменчивости газового и аэрозольного состава атмосферы в региональном масштабе. География и природные ресурсы, февраль 2005 г., с. 125-131.

3. Алоян А.Е. Моделирование динамики и кинетики газовых примесей и аэрозолей в атмосфере. М.: Наука, 2007, 340 с.

4. Довгалюк Ю.А. и Ивлев JI.C. Физика водных и других атмосферных аэрозолей. Издание второе, переработанное и дополненное. Санкт-Петербург. Издательство С.-Петербургского Университета, 1998 г.

5. Израэль Ю.А., Назаров Н.М., Прессман А.Я., Ровинский Ф.Я., Рябошапко А.Г. Кислотные дожди. Л.: ГИМИЗ, 1989. - 269 с.

6. ЕЭК ООН (2003). Руководящие принципы представления данных о выбросах. Исследование проблем загрязнения воздуха №15. ООН, Нью-Йорк и Женева, 2003 год.

7. ЕЭК ООН (2004). Стратегии и Политика в Области Борьбы с Загрязнением Воздуха. Обзор 2002 года, подготовленный в соответствии с Конвенцией о трансграничном загрязнении воздуха на большие расстояния. ООН, Нью-Йорк и Женева, 2004 год.

8. Кондратьев, К. Я. и Д. В. Поздняков. Аэрозольные модели атмосферы М. Наука 1981, 104 с.

9. Кондратьев, К. Я., Москаленко, Н. И. и Д. В. Поздняков. Атмосферный аэрозоль, Л. Гидрометеоиздат 1983. 224 с.

10. Марчук Г. И., Алоян А. Е., Пискунов В. Н. и Егоров В. Д. Распределение примесей а атмосфере с учетом конденсации. Известия АН, Физика атмосферы и океана, т. 32, № 5, 1996.-с. 745-752.

11. Петренчук О. П. Экспериментальные исследования атмосферного аэрозоля. Л.: Гидрометеоиздат, 1979.-264 с.

12. Руководство ЕМЕП по отбору проб и химическому анализу (1995). Редактор перевода на русский язык А.Г. Рябошапко. ЕМЕП/КХЦ-Отчет 1/95. Коррекции: ноябрь 2001 г. Химический Координационный Центр ЕМЕП, Kjeller, Norway.

13. Цыро С.Г. Региональная модель формирования, трансформации и дальнего переноса атмосферного аэрозоля: Описание модели // Метеорология и Гидрология.- 2008. -№ 4. С. 34-46.

14. Цыро С.Г. Региональная модель формирования, трансформации и дальнего переноса атмосферного аэрозоля: Верификация модели и исследование свойств атмосферных аэрозолей в Европе // Метеорология и Гидрология.- 2008 (в печати).1. Зарубежная:

15. Ackermann, I. J., Hass, H., Memmesheimer, M., Ebel, A., Binkowski, F. S., and Shankar. U. (1998). Modal Aerosol Dynamics Model for Europe: Development and first applications. Atmos. Environ., 32, No. 17, pp. 2981-2999.

16. Adams, P.J. and Seinfeld, J.H. (2002). Predicting global aerosol size distribution in general circulation models. J. Geophys. Res., 107(D19), 4370, doi: 10.1029/2001JD001010, 2002.

17. Alfaro, S.G. and Gomes, L. (2001). Modeling mineral aerosol production by wind erosion: Emission intensities and aerosol size distributions in source areas. J. Geophys. Res., 106, 18075-18084.

18. Andersson-Skold, Y. and Simpson, D. (2001). Secondary organic aerosol formation in Northern Europe: a model study. J. Geophys. Res., 106(D7), 7357-7374.

19. Andras Gelencser. Carbonaceous Aerosol, Atmospheric and Oceanographic Sience library Series, V. 30. Springer, 2004. ISBN 1-4020-2886-5.

20. Andronache, C., Gronholm, Т., Laakso, L., Phillips, V., and. Venalainen A (2006). Scavenging of ultrafine particles by rainfall at a boreal site: observations and model estimations. Atmos. Chem. Phys., 6, 4739-4754.

21. Beljaars, A. (1994). The parameterisation of surface fluxes in large-scale models under free convection. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, 121, 255-270.

22. Berge, E. and Jakobsen, H. A. (1998). A regional-scale multi-layer model for the- calculation of long-term transport and deposition of air pollution in Europe.- Tellus, В,- 50, 205- -223.

23. Berndt, Т., Boge, O., Conrath, Т., Stratmann, F., and Heintzenberg, J. (2000). Formation of new particles in the system H2S04(S03) / H20 / (NH3) first results from a flow-tube study. J. Aerosol Sci., 31, Suppl. 1, S554-S555.

24. Binkowski, F. S. and Shankar, U. (1995). The Regional Particulate Matter Model. 1. Model description and preliminary results. J. Geophys. Res., 100, No. D12, pp. 26,191-26,209.

25. Binkowski, F. S. and Roselle, S. J. (2003). Models-3 Community Muliscale Air quality (CMAQ) model aerosol component. 1. Model description. J. Geophys. Res., 108, No. D6, 4183. doi: 10.1029/2001 JD001409, 2003.

26. Bessagnet В., A.Hodzic, R.Vautard, M.Beekmann, S.Cheinet, C.Honore, C.Liousse and L.Rouil (2004). Aerosol modeling with CHIMERE preliminary evaluation at the continental scale, Atmospheric Environment, 38, 2803-2817, 2004.

27. Bond, T.C. and R. W. Bergstrom. (2006). Light absorption by carbonaceous particles: an investigative review. Aerosol Science and Technology, 40 (1), 27-67.

28. Bott, A. (1989). A positive definitive advection scheme obtained by non-linear re-normalization of the advection fluxes. Mon. Weather. Rev., 117, 1006-1015.

29. Chate, D. M. and Pranesha, T. S. (2003). Field studies of scavenging of aerosols by rain events. J. Aeros. Science, 35, 695-706.

30. CAFE (2004). Second Position Paper on Particulate Matter. CAFE Working Group on Particulate Matter. December 20th, 2004.http://ec.europa.eu/environment/air/cafe/pdf/vvorking groups/2nd position paper pm.pdf

31. Chang, С. Т., Tsai, C. J., Lec, С. Т., Chang, S. Y., Cheng, M. T. and Cheng, II. M. (2001). Differences in РМю concentrations measured by beta-gauge monitor and hi-vol sampler. Atmos. Environ., 35, 5741-5748

32. Cooke, W. F., and Wilson, J. J. N. (1996). A global black carbon aerosol model, J. Geophys. Res., 101(D14), 19,395-19,409.

33. Cooke, W.F., Liousse, C„ Cachier, H. and Feichter, J. (1999). Construction of a 1° x 1° fossil fuel emission data set for carbonaceous aerosol and implementation and radiative impact in the ECHAM4 model. J. Geophys. Res., 104 (D18), 22137-22162.

34. Croft., В., U. Lohmann, and K. von Salzen (2005). Black carbon ageing in the Canadian Centre for Climate modelling and analysis atmospheric general circulation model. Atmos. Chem. Phys., 5, 1383-1419.

35. EMEP/MSC-W (2004). Transboundary acidification, eutrophication and ground level ozone in Europe. Status Report 1/2004. Norwegian Meteorological Institute, Oslo, Norway.

36. EMEP (2007). EMEP particulate matter assessment report. EMEP/CCC-Report 8/2007. Norwegian Institute for Air Reseach, Kjeller, Norway.

37. EN 12341 (1998). Air Quality Determination of the PM10 fraction of suspended particular matter- Reference method and field test procedure to demonstrate equivalence of measurement methods. European Committee for Standardization, November 1998.

38. EN 14907 (2005). Ambient air quality Standard gravimetric measurement method for the determination of the PM2,5 mass fraction of suspended particulate matter. European Committee for Standardization, September 2005.

39. Finlayson-Pitts, B. J. and Pitts, J. N. (2000). Chemistry of the upper and lower atmosphere. Academic press. 969 p.

40. Fitzgerald, J. W. (1973). Dependence on the supersaturation spectrum of CCN on aerosol size distribution and composition. J. Atmos. Sci., 30, 628-634.

41. Fuchs, N. A. and Sutugin, A. G. (1970). Highly dispersed aerosol. Ann Arbor Science Publ., Ann Arbor Michigan, 105 p.

42. Fuchs, N. A. (1964). The mechanics of aerosols. Pergamon Press, London.

43. Gelencser, A. (2005). Carbonaceous Aerosol. Springer, p. 350.

44. Giorgi, F. (1986). A particle dry-deposition parameterization scheme for use in tracer transport models. J. Geoph. Res., 91, No.D9, pp.9794-9806.

45. Giorgi, F. (1988). Dry deposition velocities of atmospheric aerosols as inferred by applying a particle dry deposition parameterisation to a general circulation model. Tellus,.40b, pp.23-41.

46. Grini, a, Myhre, G., Zender, C. S. and Isaksen, I. S. A. (2005). Model simulation of dust sources and transport in the global atmosphere: Effect of soil erodibility and wind speed variability. J. Geophys. Res. 110, D02205; 10.1029/2004JD005037, 2005.

47. Gomes, L., Rajot, S.C., Alfaro, S.G. and A. Gaudichet (2003). Validation of a dust production model from measurements performed in semi-arid agricultural areas of Spain and Niger. Catena, 52,257-271.

48. Gong, S. L., et al., Canadian Aerosol Module (2003). A size-segregated simulation of atmospheric aerosol processes for climate and air quality models, 1, Module development, J. Geophys. Res., 108 (Dl),4007, doi: 10.1029/2001JD002002.

49. Grell, G. A., S. E. Peckham, R. Schmitz, S. A. McKeen, G. Frost, W. C. Skamarock and B. Eder (2005). Fully coupled online chemistry within the WRF model, Atmos. Environ., 39, 6957-6975.

50. Fagerli, H., D. Simpson, and S. Tsyro (2004). Unified EMEP model: Updates, in Transboundary acidification, eutrophication and ground level ozone in Europe. EMEP Status Report 1/2004, pp. 11-18, Norwegian Meteorological Institute, Oslo, Norway.

51. Рёсап, F., Marticorena, B. and Bergametti, G. (1999). Parameterization of the increase ofthe aeolian erosion threshold-wind friction velocity to-soil moisture for arid and semi-arid areas.---

52. Ann. Geophysicae, 17,149-157.

53. Hauck, H., Berner, A., Frischer, Т., Gomiscek, В., Kundi, M., Neuberger, Puxbaum, M., Preining, H. O. and AUPHEP-Team (2004). AUPHEP-Austrian Project on Health Effects of Particulates-general overview. Atmos. Environ., 38, 3905-3915.

54. Herzog, M., Weisenstein, D., and Penner, J. (2004). A dynamic aerosol module for global chemical transport models: Model description, J. Geophys. Res., 109, D18202, doi: 10.1029/2003JD004405, 8875.

55. HIRLAM High Resolution Limited Area Model. - HIRLAM-5 Scientific Documentation, 2002, HIRLAM-5 project, SHMI, Norrkoping, Sweden.

56. Hitzenberger, R, Berner, A., Kromp, R, Kasper-Giebl, A, Limbeck, A, Tscherwenka, W, and Puxbaum, H. (2002). Black carbon and other species at a high-elevated European site (Mount

57. Sonnblick, 3106 m, Austria): Concentrations and scavenging efficiencies, J. Geophys. Res., 105(D20), 24637-24646, 10.1029/2000JD900349.

58. Iversen, T. and Seland, 0 (2002). A scheme for process-tagged S04 and ВС aerosols in NCAR CCM3; validation and sensitivity to cloud processes. J. Geophys. Res., 107 (D24), 4751, doi: 10.1029/2001JD000885, 2002.

59. Jacob, D. J. (1999). Introduction to atmospheric chemistry. Princeton University Press, Princeton, New Jersey, 1999.

60. Jacobson, M. Z. (1997). Development and application of a new air pollution modeling system. Part II: Aerosol module structure and design, Atmos. Environ., 31A, 131-144.

61. Jacobson, M. Z. (2001). GATOR-GCMM: A global through urban scale air pollution and weather forecast model. 1. Model design and treatment of subgrid soil, vegetation, roads, rooftops, water, sea ice, and snow. J. Geophys. Res., 106, 5385-5402.

62. Jaenicke, R. (1993) Tropospheric aerosols, in Aerosol-Cloud-Climate interactions, edited by P. V. Hobbs. Acadcmic Press, San Diego, CA, pp. 1-31.

63. Kahnert, M., Lazaridis, M., Tsyro, S. and Torseth, K. (2004). Requirements for developing a regional monitoring capacity for aerosols in Europe within EMEP. J. Environ. Monit., 6, 646-655.

64. Kasper-Giebl, A., Koch, A., Hitzenberger, R., and Puxbaum, H. (2000). Scavenging Efficiency of Aerosol Carbon and Sulfate in Supercooled Clouds at Mt. Sonnblick (3106 m a.s.l., Austria). J. Atmos. Chem., V 35, 1: 33^16. DOI: 10.1023/A: 1006250508562.

65. Korhonen, P., Kulmala, M., Laaksonen, A., Viisanen, Y., McGraw, R., and Seinfeld, J.H. (1999). Ternary nucleation of H2SO4, NII3, and H2O in the atmosphere. J. Geophys. Res., 104, 26349-26353.

66. Korhonen, Y., Lehtinen, R.T., and Kulmala, M. (2004). Multicomponent aerosol dynamics modell UHMA: modell development and validation. Atmos. Chem. Phys., 4, 757-771.

67. Kulmala, M., Laaksonen, A., and Pirjola, L. (1998). Parameterizations for sulphuric acid/water nucleation rates. J. Geophys. Res., 103, 8301-8308.

68. Kulmala, M., Vehkamaki, H., Petajii, Т., Dal Maso, M., Lauri, A., Kerminen, V.-M., Birmili, W., and McMurry, P. H. (2004). Formation and growth rates of ultrafine amospheric particles: a review of observations. Journal of Aerosol Science 35, 143-176.

69. Kupiainen, К. and Klimont, Z. (2004). The Primary Emissions of Submicron and Carbonaceous Particles in Europe and Potential for their Control. IIASA interim report IR-04-079, International Institute for Applied systems Analysis, Laxenburg, Austria.

70. Laakso, L. Gronholm, Т., Rannik, U., Kosmale, M., Fielder, V., Vehkamaki, H. and Kulmala, M. (2003). Ultrafine particle scavenging coefficients calculated from 6 years field measurementd. Atmos. Environ., 31, 3605-3613.

71. Lagner, J. and Rodhe, H. (1991). A global three-dimentional model of the tropospheric sulphur cycle. J. Atmos. Chem., 13, 225-263.

72. B. Langmann, S. Varghese, E. Marmer, E. Vignati, J. Wilson, P. Stier, and C. O'Dowd (2008). Aerosol distribution over Europe: a model evaluation study with detailed aerosol microphysics. Atmos. Chcm. Phys., 8, 1591-1607, 2008

73. Liao, H. and Seinfeld, J. H. (2005). Global impacts of gas-phase chemistry-aerosol interactions on direct radiative forcing by anthropogenic aerosols and ozone. J. Geophys. Res., 110, doi: 10.1029/2005JD005907.

74. Liu X., Penner, J. E, Herzog, M. (2005). Global modeling of aerosol dynamics: Model description, evaluation, and interactions between sulfate and nonsulfate aerosols, J. Geophys. Res., 110, D18206, doi:10.1029/2004JD005674.

75. Mallet, V., Quelo, D, Sportisse, В., Ahmed de Biasi, M., Debry, Ё., Korsakissok, I., Wu, L., Roustan, Y., Sartelet, K., Tombette, M., and H. Foudhil (2007). Technical Note: The air quality modeling system Polyphemus. Atmos. Chem. Phys., 7, 5479-5487.

76. Marticorena, B. and Bergametti, G. (1995). Modelling the atmospheric dust cycle: 1. Design of a soil drived dust emission scheme. J. Geophys. Res., 100, D8, 16415-16430.

77. Metzger, S., Dentener, F., Pandis, S., and Lelieveld, J. (2002a). Gas/Aerosol Partitioning 1: A computationally efficient model. J. Geophys. Res. 107(D16), 10.1029/2001JD001102.

78. Metzger, S., Dentener, F., Krol, M., Jeuken, A., and Lelieveld, J. (2002b). Gas/aerosol partitioning 2. Global modeling results. J. Geophys. Res. 107(D16), 10.1029/2001JD001103.

79. Metzger, S.: Gas/Aerosol partitioning: a simplified method for global modelling, PhD Thesis, University Utrecht, 2000.http://www.library.uu.nl/digiarchief/dip/diss/1930853/inhoud.htm

80. Monahan, E.C. and O'Muircheartaigh, I. (1980). Optimal power-law description of oceanic whitecap coverage dependence on wind speed. J. Phys. Oceanogr., 10, 2094-2099.

81. Monahan, E.C., Spiel, D.E., and Davidson, K.L. (1986). A model of marine aerosol generation via white caps and wave disruption. In: E.C. Monahan and G. MacNiochaill (eds). Oceanic Whitecaps. Dordrecht, Reidel. 167-193.

82. Myhre, G., Grini, A., and Metzger, S. (2006). Modelling of nitrate and ammonium-containing aerosols in presence of sea salt Atmos. Chem. Phys., 6, 4809-4821.

83. Martensson, E.M., Nilsson, E.D., de Leeuw, G., Cohen, L.H., and Hansson, H.-C. (2003). Laboratory simulations and parameterisation of the primary marine aerosol production. J. Geophys. Res., 108 (D9), 10.1029/2002 JD002263.

84. Napari, I., Noppel, M., Vehkamaki, II., and Kulmala, M. (2002). An improved model for ternary nucleation of sulfuric acid — ammonia — water. Journal of Chemical Physics 116, 42214227.

85. O'Brien, J.J. (1970). A note on the vertical structure of the eddy exchange coefficient in the planetary boundary layer. J. Atmos. Sciences, 27, 1213-1215.

86. Park R. J., et al. (2005). Export efficiency of black carbon aerosol in continental outflow: Global implications, J. Geophys. Res., 110, D11205, doi:10.1029/2004JD005432.

87. Pielke, R. A. (2002). Mesoscale meteorological modelling. Sccond edition. Academic press, 2002.

88. Pirjola, L. and Kulmala, M. (2000) Aerosol dynamical model MULTIMONO. Boreal Environ. Res., 5,361-374.

89. Pirjola, L., Tsyro, S., Tarrason, L., and Kulmala, M. (2003). A monodisprse aerosol dynamics module, apromising candidate for use in long-range transport models: Box model tests. J. Geophys. Res., 108, D9, 4258, doi:10.1029/2002JD002867.

90. Puxbaum, H., Gomiscek, В., Kalina, M., Bauer, H., Salam, A., Stopper, S., Preining, O. and Hauck, H.: A dual site study of PM2.5 and PM10 aerosol chemistry in the larger region of Vienna, Austria. Atmos. Environ., 38, 3903-4089, 2004.

91. Radke, L. F., Hobbs, P. V., and Eltgroth, M. W. (1980). Scavenging of Aerosol Particles by Precipitation. J. Appl. Meteor., 19, pp. 715-722

92. Rannic, U, Aalto, P. Keronen, P. Vesala, T, and Kulmala, M. (2003). Interpretation of aerosol particle fluxes over a pine forest: Dry deposition and random errors. J. Geophys. Res., 108 (D17), 4544, doi:10.1029/2003JD003542, 2003.

93. Riemer, N., Vogel, H. and Vogel, B. (2004). Soot ageing time scales in polluted regions during day and night. Atmos. Chem. Phys., 4, 1885-1893.

94. Rodhe, H., Persson, C. and Akesson, O. (1972). Investigation in to regional transport of soot and sulphate aerosols. Environment Pergamon press, Vol. 6, 675-693.

95. Rodriguez, S., Querol, X., Alastuey, A. and Plana, F. (2002). Sources and processes affecting levels and composition of atmospheric aerosol the western Mediterranean. J. Geophys. Res., 107, D24, 4777, doi:10.1029/2001JD001488.

96. Rodriguez, S., Querol, X., Alastuey, A., Kallos, G., and Kakaliagoi, O.: Saharan dust contributions to PM10 and TSP levels in Southern and Eastern Spain. Atmos. Environ., 35, 24332447, 2001.

97. Ruijgrok, W., Tieben, H., Eisinga, P. (1997). The dry deposition of particles to a forest canopy: a comparison of model and experimental results. Atmos. Environ, 31, pp. 399-415.

98. Rodriguez, S., Querol, X., Alastuey, A. and Plana, F.: Sources and processes affecting levels and composition of atmospheric aerosol the western Mediterranean. J. Geophys. Res., 107, D24, 4777, doi: 10.1029/2001JD001488, 2002.

99. Russell, L.M. and J.H. Seinfeld. (1998). Size- and Composition-resolved, Externally-Mixed Aerosol Model, Aerosol Science and Technology 28, 403-416.

100. Schell, В., I. J. Ackermann, H. Hass, F. S. Binkowski, and A. Ebel (2001), Modeling the formation of secondary organic aerosol within a comprehensive air quality model system, J. Geophys. Res., 106(D22), 28,275-28,293.

101. Schwela, D., Morawska, L. and Kotzias, D. (Editors) (2002). Guidelines for Concentrations and Exposure-Response Measurement of Fine and Ultra Fine Particulate Matter for use in Epidemiological Studies. EC JRC & WHO, EUR 20238 EN, 2002.

102. Scott, B.C. (1978). Parameterization of sulfate removal by precipitation. J. Appl. Met., 17, 1375-1389

103. Scott, B.C. (1982). Theoretical estimates of the scavenging coefficient for soluble aerosol particles as a function of precipitation type, rate and altitude. Atmos.Environ.,16, pp. 1753-1762.

104. Seinfeld, J. H. and Pandis, S. N. (1998). Atmospheric Chemistry and Physics. From Air Pollution to Climate Change. A Wiley-Interscience Publication. USA.

105. Seland, 0. and Iversen, T. (1999). Model calculations of hemispheric scale dispersion of black carbon and sulphate. Atmos. Environ., 33, pp. 2853-2879

106. Sievering, H. (1989). The dry deposition of small particles: A review of experimental measurements. Atmos. Environ., 23, pp. 2863-2867.

107. Slinn, S. A. and Slinn, W. G. N. (1980). Prediction for particle deposition on natural waters^ Atmos.Environ., 14, pp.J 013-1016. „

108. Slinn, W.G.N. (1982). Predictions for particle deposition to vegetative surfaces. Atmos. Environ., 16, 1785-1794.

109. Sofiev M., Siljamo, P., Valkama, I., Ilvonen, M., Kukkonen, J. (2005). A dispersion modelling system SILAM and its evaluation against ETEX data. Atmos. Environ., 40, 674-685.

110. Spracklen, D. V., Pringle, K. J., Carslaw, K. S., Chipperfield, M. P. and G.W.Mann (2005). A global off-line model of size-resolved aerosol microphysics: I. Model development and prediction of aerosol properties. Atmos. Chem. Phys., 5, 2227-2252.

111. Travnikov, O. and Ilyin, I. (2005) Regional model MSCEHM of heavy metal transboundary air pollution in Europe. EMEP/MSCE Technical Report 6/2005. Moscow, Russia.

112. Tsyro, S. and St0ren, E. (1999) New meteorological model for air pollution transport models. EMEP/MSC-W Note 3/99. Norwegian Meteorological Institute, Oslo, Norway.

113. Tsyro, S. (2000). In: Status report with respect to Measurements, modelling and emissions of PM in EMEP: An integrated approach. EMEP Report 5/2000, Norwegian Institute for Air Research, Kjeller, Norway.

114. Tsyro, S. and Erdman, L. (2000). Parameterisation of aerosol deposition processes in EMEP MSC-E and MSC-W transport models. Joint EMEP MSC-E and MSC-W Note 7/00. Norwegian Meteorological Institute, Oslo, Norway.

115. Tsyro, S. (2002). First estimates of the effect of aerosol dynamics in the calculation of PM10 and PM2.5. MSC-W Note 4/02. Norwegian Meteorological Institute, Oslo, Norway.

116. Tsyro, S. Tarrason, L., and Kahnert, M. (2003). Chemical composition of PM across Europe. In: Kahnert and Tarrason (eds.) Transboundary particulate matter in Europe. EMEP Status report 4/2003. Norwegian Institute for Air Research, Kjeller, Norway.

117. Tsyro, S. (2004). Model assessment of particulate matter in Europe in 2002. In: Torseth, K. (ed.) Transboundary Particulate Matter in Europe, EMEP Status Report 4/2004. Norwegian Institute for Air Reseach, Kjeller, Norway.

118. Tsyro, S. (2005). Particulate Matter concentrations, status in 2003. In: EMEP Status report 1/2005, 33-49. Norwegian Meteorological Institute, Oslo, Norway.

119. Tsyro, S. (2005). To what extent can aerosol water explain the discrepancy between model calculated and gravimetric PM10 and PM2.5?. Atmos. Chem. Phys., 5, 602, 1-8,2005.

120. Tsyro, S. (2007). Model assessment of particulate matter in Europe in 2005. In: Transboundary Particulate Matter in Europe, EMEP Status Report 4/2005. Norwegian Institute for Air Reseach, Kjeller, Norway.

121. Tsyro, S., Simpson, D., Tarrason, L., Klimont, Z., Kupiainen, K., Pio, C., and K.E. Yttri (2007). Modelling of elemental carbon over Europe. , J. Geophys. Res., 112, D23S19, doi: 10.1029/2006JD008164.

122. Vautard R., B.Bessagnet, M.Chin and L.Menut (2005). On the contribution of natural Aeolian sources to particulate matter concentrations in Europe: testing hypotheses with a modelling approach, Atm. Env., 39, Issue 18, 3291-3303.

123. Vignati E., Wilson, J., Stier, P. (2004). M7: An efficient size-resolved aerosol microphysics module for large-scale aerosol transport models, J. Geophys. Res., 109, D22202, doi: 10.1029/2003JD004485.

124. Warneck, P. (2000). Chemistry of the natural Atmosphere. Academic Press, USA, 2000.

125. Weisenstein, D. K., Penner, J. E., Herzog, M. and X. Liu (2007). Global 2-D intercomparison of sectional and modal aerosol modules. Atmos. Chem. Phys., 7,23392355, 2007.

126. Wesely, M. L., Cook, D. R., Hart, R. L., and Speer, R. E. (1985). Measurements and Parameterization of Particulate Sulfur Dry Deposition Over Grass. J. of Geophys. Res., 90, No. Dl, pp. 2131-2143.

127. Wexler, A. S., Lurman, F. W., and Seinfeld, J. H. (1994). Modeling urban and regional aerosols, I. Model development. Atmos. Environ., 28, pp. 531-546.

128. WHO (2003). Health aspects of air pollution with particulate matter, ozone and nitrogen dioxide. Bonn, WHO ECEH. http://www.euro.who.int/document/e79097.pdf.

129. WHO (2006a). WHO Air quality guidelines for particulate matter, ozone, nitrogen dioxide and sulphur dioxide. Global update 2005. World Health Organisation. Summary of risk assessment, WHO/SDE/PHE/OEH/06.02.

130. WHO (2007). Health relevance of particulate matter from various sources, Report on a WHO Workshop, Bonn, Germany, 26-27 March 2007.

131. Wilson, J., Cuvelier, C., Raes, F. (2001). A modeling study of global mixed aerosol fields, J. Geophys. Res., 106(D24), 34081-34108, 10.1029/2000JD000198, 2001.

132. Wyers, G.P. and Duyzer, J.H. (1997) Micrometeoorlogical measurement of the dry deposition flux of sulphate and nitrate aerosols to coniferous forest. Atmos. Environ., 31, 333343.

133. Yttri, К. E. (2003). РМю mass concentrations at Birkenes during 2002. In: Kahnert. M. (ed.) Measurements of particulate matter. EMEP/CCC Status Report 5/2003. Norwegian Institute for Air Research, Kjeller, Norway, http://www.emep.int

134. Zdanovski, А. В. (1948). New methods of calculating solubulities of electrolytes in multicomponent systems, Zhu. Fiz. Khim., 22, 1475-1485.

135. Zender, C., Bian, H. and D. Newman (2003). Mineral Dust Entrainmentand Deposition (DEAD) model: Description and 1990s dust climatology. J. Geophys. Res., 108, 4416-4437.

136. Zhang, Y., Seigneur, C. Seinfeld, J.H., Jacobson, M., and F. Binkowski (1999). Simulation of Aerosol Dynamics : A comparative Review of Algorithms used in Air Quality Models. Aerosol Science and Technology, 31, 487-514.

137. Zhang, L, Gong, S., Padro, J. and Barrie, L. (2001). A size-segregated particle dry deposition scheme for an atmospheric aerosol module. Atmos. Environ., 35, 549-560.