Моделирование содержания тропосферного озона в городах на побережье Финского залива с помощью WRF-Chem

Озон (O3) в тропосфере Земли пагубно влияет на живые организмы и растительность, а также является парниковым газом. Поэтому информация об изменчивости тропосферного озона в районах городов - основных источников прекурсоров тропосферного озона и одновременно мест концентрации населения - важна для человека. Последние несколько десятилетий развивается регулярный мониторинг тропосферного озона наземными и спутниковыми методами. Несмотря на это, данные измерений имеют ряд недостатков (низкое пространственное разрешение для наземных измерений и малое временное разрешение для спутниковых), что не позволяет в полной мере исследовать пространственно-временную изменчивость озона в тропосфере. Сегодня для воссоздания относительно непрерывного представления о пространственно-временном изменении озона в слое нижней атмосферы на территориях городов активно используют региональные численные модели атмосферного состава. Целью исследования является валидация данных моделирования пространственно-временного изменения тропосферного озона за 4 года в районе двух крупных городов, расположенных на побережье Финского залива - Санкт-Петербург (Россия) и Хельсинки (Финляндия). Данные моделирования получены с помощью численной модели WRF-Chem, а валидация выполняется на основе наземных и спутниковых измерений.

Исследование показало, что модель WRF-Chem описывает основные особенности изменчивости концентрации озона у поверхности Земли и в тропосфере в районе городов Санкт-Петербург и Хельсинки за период 2016-2019 гг. Систематическая разность между данными моделирования и измерениями приземного озона в районе Санкт-Петербурга ниже, чем в Хельсинки (средняя разность ~11 против 44%). Модель WRF-Chem в среднем завышает содержание озона в тропосфере в районе Санкт-Петербурга относительно наземных дистанционных измерений на ~9% со стандартным отклонением 3% и коэффициентом корреляции 0.71. Данные моделирования несколько хуже согласуются со спутниковыми измерениями прибором IASI, завышая содержание озона в тропосфере на 7% при стандартном отклонении 5% и коэффициенте корреляции 0.56. При этом модель WRF-Chem в среднем отражает сезонные особенности пространственно-временного изменения тропосферного озона в районе Финского залива, наблюдаемые по данным спутниковых измерений IASI. Разности между данными моделирования и измерениями могут быть в первую очередь связаны с отсутствием учета суточного хода в априорных антропогенных эмиссиях прекурсоров озона при моделировании и в погрешностях задания химических граничных условий.

Наземные спектральные измерения и измерения приземной концентрации озона на станции СПбГУ были выполнены на научном оборудовании ресурсного центра СПбГУ «Геомодель». Исследование выполнено при поддержке гранта РНФ № 23-27-00166.