Высокогорная научная станция

На ВНС ежедневно измеряются:
общее содержание озона (ОСО) и вертикальное распределение (Umkehr наблюдения) озона, спектральный состав УФ солнечного излучения (спектрофотометр Брюера № 43), общее содержание NO2 по прямому и рассеянному в зените излучению, вертикальные профили NO2 по рассеянному излучению (спектрофотометры МДР-23, Oriel MS-60), приземная концентрация О3, NO, NO2,СО, массовая концентрация субмикронного аэрозоля, метеопараметры. Эпизодически: общее содержание СО (ИК-спектрометр), приземная концентрация СО2, СН4, вертикальные профили О3 в мезосфере, температурная стратификация нижней и верхней атмосферы.

Концепция развития станции- создание комплекса современных сертифицированных приборов и методов для получения данных о содержании в атмосфере газовых и аэрозольных примесей, определяющих качество воздух, а, состояние озонового слоя и изменение климата Земли.
Основные задачи:
●измерения фоновых концентраций газовых и аэрозольных составляющих атмосферного воздуха, радиационных и метеорологических характеристик атмосферы;
●раннее обнаружение изменений содержания химически и радиационно-активных примесей;
●изучение динамических и фотохимических процессов, определяющих их вариации;
●изучение влияния горных районов на перераспределение примесей в атмосфере.
Расположение: 43.7°N, 42.7°E; 2070м над у.м., в 48км к N от г.Эльбрус, в 18км к S от г.Кисловодска, плато Шаджатмаз, зона альпийских лугов.

Мониторинг фоновых  приземных концентраций  малых газовых составляющих в условиях слабого антропогенного загрязнения

Среднесуточные и среднемесячные значения приземной концентрации озона: тенденция к уменьшению меняет свою величину в начале 1997.
Подобное наблюдается на альпийских станциях.. Линейный тренд для периода 1997-2006 на ВНС остается значимым  -0.76%Y-1  (±0.08%).
Оценен линейный тренд для ночных значений всего ряда при влажности <85%: -1.24%Y-1 (±0.07%).

Амплитуда сезонного хода приземного озона демонстрирует отчетливую тенденцию к уменьшению.
Линейный тренд -1.22% Y-1 (±0.11%).
Это может является следствием ослабления антропогенного влияния на свободную тропосферу, и наблюдается  также на высокогорных альпийских станциях.

Комплекс газоанализаторов ВНС
Dasibi AH 1008 (озон) (с  04.1989г)
HORIBA APMA-360 (CO) (с 12.2003)
TE42C-TL (NOx)  (с 06.2004)

Среднесуточные значения приземной концентрации NO, NO2 и CO
 ( 06.2004-03.2006).

 Функции распределения среднесуточных значений приземной концентрации NO  и CO
по наблюдениям на ВНС в 06.2004-03.2006
Медианы распределения NO 0.055 ppb,
                                           CO  0.150 ppm

В г. Кисловодске (870м)  организована дублирующая измерительная станция (озон, субмикронный аэрозоль) для контроля возможных выносов загрязнений из нижних уровней атмосферы со стороны населенной равнины КМВ.
Сезонный  и суточный  ход приземного озона  на двух уровнях:
2070м (ВНС), 870м (Кисловодск).
Сравнение основных закономерностей поведения примесей позволило оценить характер горно-долинной циркуляции и степень антропогенного влияния г.Кисловодска на ВНС.
• поведения ПКО на двух станциях на разных временных шкалах независимо
• ПКО на ВНС лишь слабо зависит от локальных источников загрязнений внутри планетарного слоя
• данные ВНС в основном характеризуют региональное и глобальное состояние тропосферы

Дистанционное зондирование атмосферы

Наблюдения общего содержания двуокиси азота (ОС NO2) по прямому солнечному излучению начались с 1979г, с 1981г проводятся регулярно. (Спектрофотометр МДР-3). Получен уникальный, самый продолжительный, ряд наблюдений в мире. Весь наблюдательный материал обработан по единой методике и представляет однородный массив данных.
Обнаружены закономерности суточной и сезонной изменчивости ОС NO2. Средний за год суточный ход характеризуется отношением вечерних значений  к утренним  1.32 ±0.02. Получены квазидвухлетние вариации и их связь с 11-летними вариациями. Обнаружено влияние извержения вулкана Пинатубо летом 1991г.: падение на 40% ОС NO2 c постепенным восстановлением значений (активнее летних) до фоновых к 2000г.

Внутрисуточные вариации концентрации NO2  на уровне 10мб (модель) и наблюдения ОС NO2 средние утренние, вечерние значения и ночные (по отраженному от Луны свету) согласуются и демонстрируют соответствие теории:  падение утром – начало фотодиссоциации  N2O5 , рост вечером - прекращение фотодиссоциации NO2.

Многолетние однородные  данные, полученные на ВНС, позволили выявить квазидвухлетние вариации  ОСО, ПКО и, впервые,  ОС NO2.
Впервые обнаружена двухлетняя модуляция  фазы сезонного цикла приземного озона
Картина модуля коэффициентов вейвлет - преобразования для масштабов 1-2040 дней, построенная для ряда среднесуточных значений приземного озона 1989-2000гг, демонстрирует нестационарный характер квазидвухлетних колебаний.

Особенности расположения ВНС позволяют
- исследовать влияние ВГВ на перераспределение вещества и энергии в атмосфере: выявлены короткопериодические вариации ОСО (по наземным наблюдениям) и приземного озона, вызванные ВГВ;
- получить информацию о состоянии свободной тропосферы над континентом;
- выявить особенности дальнего переноса примесей, связь их концентрации с метеопроцессами и крупномасштабной циркуляция -
 и многие другие особенности состава атмосферы

Общее содержание озона, МДР-3,
(ВНС, 04.1981-10.1989)

Общее содержание озона, Brewer МКП#43,
(ВНС, 03.1989-01.2006)

Общее содержание озона (ОСО).
Измерения ОСО по прямому солнечному излучению проводились с 1979 года – до 1989 года с помощью спектрофотометра МДР-3, а с 1989 года и по настоящее время с помощью спектрофотометра Brewer MKII #043. Оба прибора сопоставлены друг с другом, и полученный многолетний ряд ОСО может считаться однородным. Brewer #43 регулярно калибруется по мобильному эталону Службы охраны окружающей среды Канады.

Ультрафиолетовая радиация.
 Снижение содержания озона в атмосфере вызывает увеличение потоков ультрафиолетовой радиации на земной поверхности. Измерения спектрального потока солнечной радиации в УФ области (290 – 325 нм) ведутся с помощью спектрофотометра Brewer#043.

Приземная концентрация озона в г.Кисловодске
во время затмения 29.03.2006 постепенно убывает на 6 ppb, что согласуется с моделью поведения ПКО в условиях  умеренно загрязненного города.
Результаты наблюдений ОС NO2 во время затмения 31.07.1981 (макс. фаза 0.925): рост ОС NO2 на 60-70%. Это близко к модельным расчетам, что говорит в пользу того, что принятая в настоящее время модель фотохимических преобразованиях в стратосфере довольно точно отражает роль азотных составляющих.

Первые исследования на высокогорной площадке (нынешняя ВНС) на территории Горной астрономической станции Пулковской обсерватории начались в 1971 г., когда  в рамках экспедиции
Отдела физики верхней атмосферы здесь проводились фотометрические измерения О.Т. Юрченко. В дальнейшем научная площадка использовалась экспедициями различных подразделений института.
По инициативе академика А.М.Обухова в 1978г. Президиум АН СССР принял постановление о создании Высокогорной научной станции ИФА АН СССР. Современный комплекс оборудования ВНС
и ее международный авторитет и статус фоновой и сетевой сформировался благодаря сотрудничеству с лабораторией газовых примесей атмосферы.