The interest in aerosol studies in the Arctic stems from the large dynamics of the climate processes and active economical development of this region. The number of polar stations, available at present, is insufficient to determine the aerosol spatial distribution over the territory of the Arctic Ocean (AO). In this paper, the long-term studies in the Eurasian sector of the Arctic Ocean (AO) (19 ship-based expeditions in 2007–2023) are used to statistically generalize the volume concentrations of fine and coarse aerosol (Vf and Vс) in the near-water layer and the aerosol optical depth (AOD) of the atmosphere. The average AOD (0.5 μm) was 0.061 with an Ångström exponent of 0.9; the average concentrations of fine and coarse aerosol were 0.35 and 2.5 μm3/cm3, respectively. The content of fine aerosol was the largest in the atmosphere over the Norwegian and Barents Seas. The spatial distribution was characterized by the decline in the concentrations in northern and eastern directions: the average Vf value decreased by a factor of 1.7 (from 0.43 to 0.26 μm3/cm3) from the Barents to Chukchi Sea. In the spatial distribution of coarse aerosol very high concentrations were in the southwestern part of the Kara Sea; the average Vс was 4.18 μm3/cm3. The content of coarse aerosol were in the Kara Sea severalfold decreased in the eastern and western directions. These results can be used in planning the economical development of the Arctic region and refining climate models.

Lake Baikal is a unique natural object. Study of the composition and optical characteristics of aerosols in the atmosphere above it is an urgent problem. This work analyzes the results of studies of the microstructural and physicochemical properties of near-water and near-ground aerosol in the atmosphere of Lake Baikal basin in summer 2024 onboard Research Vessel Akademik V.A. Koptyug and at the Boyarsky research station on the southeastern coast of the lake. The aerosol spatial distribution over the lake water area and the content of black carbon in aerosol particles are shown to be determined by the location of anthropogenic sources in the absence of smoke plumes from wildfires. Hygroscopicity and volatility of atmospheric aerosols, which depend on aerosol particle size, are studied for the first time. The aerosol condensation activity over the coastal zone is found to be stronger than over the lake. The results can be useful for the development of regional models of atmospheric aerosol.

В настоящее время является актуальным изучение состава и оптических характеристик аэрозоля в атмосфере уникального природного объекта, каким является оз. Байкал. Представлены результаты исследований микроструктурных и физико-химических свойств приводного и приземного аэрозолей летом 2024 г.: 1) в атмосфере котловины оз. Байкал с борта научно-исследовательского судна «Академик В.А. Коптюг», 2) на научном стационаре «Боярский» на юго-восточном побережье озера. Подтверждено, что при отсутствии дымовых шлейфов лесных пожаров пространственное распределение аэрозоля над акваторией озера, а также содержание черного углерода в составе частиц определяются расположением антропогенных источников. Впервые приведены характеристики гигроскопичности и летучести вещества аэрозоля в атмосфере оз. Байкал, зависящие от размера частиц. Установлено, что конденсационная активность аэрозоля над прибрежной зоной больше, чем над акваторией озера. Результаты исследований могут быть полезны при разработке региональных моделей атмосферного аэрозоля. It is currently relevant to study the composition and optical characteristics of aerosols in the atmosphere of Lake Baikal, a unique natural object. Results of the studies of the microstructural and physicochemical properties of near-water and near-ground aerosol in the atmosphere of the Lake Baikal basin in summer 2024 onboard the research vessel Akademik V.A. Koptyug and at the Boyarsky research station on the southeastern coast of the lake are analyzed. It is confirmed that in the absence of smoke plumes from forest wildfires, the aerosol spatial distribution over the lake and the black carbon concentration in particles are determined by the location of anthropogenic sources. The characteristics of hygroscopicity and volatility of the aerosol matter in the atmosphere of Lake Baikal depending on the particle size are studied for the first time. It is revealed that the aerosol condensation activity over the coastal zone is greater than over the lake. The results can be useful in developing regional models of atmospheric aerosol.

На основе данных отбора аэрозольных проб на полярной станции «Мыс Баранова» (октябрь 2017 – февраль 2023 гг.) обсуждаются особенности сезонного изменения ионного и элементного состава атмосферного аэрозоля. Приводятся статистические характеристики концентраций ионов и микроэлементов для периодов максимальных и минимальных значений. Based on the data from aerosol sampling at the polar station "Cape Baranova" (October 2017 - February 2023), the features of seasonal changes in the ionic and elemental composition of atmospheric aerosol are discussed. Statistical characteristics of ion and trace element concentrations for periods of maximum and minimum values are presented.

В докладе представлено статистическое обобщение данных многолетних измерений, которое позволило определить закономерности среднего пространственного распределения и сезонной изменчивости характеристик аэрозоля: концентраций аэрозоля и черного углерода, ионов и микроэлементов, аэрозольной оптической толщи атмосферы, а также изотопного состава углерода в аэрозоле. The report presents a statistical generalization of long-term measurement data, which allowed us to determine the patterns of the average spatial distribution and seasonal variability of aerosol characteristics: aerosol and black carbon concentrations, ions and trace elements, aerosol optical thickness of the atmosphere, as well as the isotopic composition of carbon in the aerosol.

На основе данных 14-и экспедиций, обобщаются результаты измерений ионного и элементного состава аэрозоля в приводном слое атмосферы Евразийского сектора Северного Ледовитого океана (от Гренландского моря до Чукотского моря). Приводятся статистические характеристики концентраций ионов, микроэлементов, а также коэффициентов их обогащения для отдельных арктических морей. Полученные характеристики сравниваются с данными многолетних измерений в субарктическом Белом море. Based on the data of 14 expeditions, the results of measurements of the ionic and elemental composition of aerosol in the driving layer of the atmosphere of the Eurasian sector of the Arctic Ocean (from the Greenland Sea to the Chukchi Sea) are summarized. Statistical characteristics of the concentrations of ions, trace elements, as well as their enrichment coefficients for individual Arctic seas are given. The obtained characteristics are compared with the data of long-term measurements in the Subarctic White Sea.

Представлено описание автоматизированного комплекса, созданного для измерений содержания веществ с разной летучестью в шести диапазонах размеров частиц от 0,3 до 5 мкм при искусственном нагреве от 25 до 200 °С (с промежуточной точкой 100 °С). Концентрация частиц регистрировалась фотоэлектрическим счетчиком. Приборный комплекс был апробирован в отдельных сериях круглосуточных наблюдений в разные сезоны 2021–2023 гг. Проведено сравнение измерений фотоэлектрическим счетчиком и интегральным нефелометром в декабре 2022 г. и марте 2023 г. Показано, что вариации долевого содержания растворимых сернистых соединений по данным счетчика хорошо согласуются с изменчивостью параметра конденсационной активности. Применение метода термического воздействия позволит получить дополнительные сведения о сезонном и суточном ходе состава аэрозоля в среднедисперсном диапазоне размеров частиц. A description of the designed automated complex is presented. The results of measurements of the content of species with different volatility in six particle size ranges from 0.3 to 5 mm with artificial heating from 25 °С to 100 and 200 °С are discussed. The particle concentration was recorded by an optical counter. The instrumentation complex was tested in the period 2021–2023 in separate series of round-the-clock observations in different seasons. It has been shown that variations in the relative content of soluble sulfur compounds according to the counter data are in good agreement with the variability of the values of the parameter of condensation activity. In general, we believe that the use of this method will make it possible to obtain additional information about the seasonal and diurnal variations in aerosol composition in the intermediate range of particle sizes.

Results are presented from a statistical generalization of data on the microphysical characteristics and ion composition of aerosols in the atmosphere of the White Sea obtained during the 2003–2021 expeditions. Based on the recalculation of the measurement results using a homogeneous data filtering algorithm, we consider the total number concentration of particles with radii of 0.2–5 μm, the volumes of fine and coarse near-water aerosol particles (smaller and larger than 0.5 μm in radius), and the volume particle distribution function. We estimate the mass concentrations of eight water-soluble ions in aerosol composition (Сa2+, Mg2+, Na+, K+, $${\text{NH}}_{4}^{ + },$$ $${\text{NO}}_{3}^{ - },$$ Cl–, and $${\text{SO}}_{4}^{{2 - }})$$ . The spatial nonuniformities and causes for anomalously high concentrations and ion composition of the aerosols are analyzed.

The long-term data the aureole scattering phase function are analyzed for angles φ = 1.2° and 20° (I1.2 and I20). They were measured with a closed-type halo photometer at the aerosol station in the V.E. Zuev Institute of Atmospheric Optics, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences, in 2010–2021. The interannual, annual, and daily variations in the parameters are analyzed. The daily averages of I1.2, I20 are calculated from the hourly data, the monthly averages, from the daily averages, and the annual averages, from the monthly averages. A weak but significant (at the p = 0.05 level) time trend is found only for the interannual values of I1.2, 1.14% per year. In the annual behavior of I1.2 (I20), we clearly discern a monotonic increase (decrease) from winter toward summer months. Smokes from distant wildfires in 2012 and 2016, and partly in 2018 and 2019, disturb this pattern with high I20 values from July to September. The annual variations in the daily behavior of the monthly average I1.2, I20, and the ratio I20/I1.2 are characteristic for continental surface aerosol. Smokes from distant wildfires lead to high I20 values at nighttime, morning, and evening; and the decrease in I20 in the daytime is not significant with the 0.95 probability due to large standard deviations.

The aerosol optical characteristics in the wavelength range of 0.46-0.87 μm were calculated on the basis of an empirical model of the aerosol optical characteristics in the summer background haze of Western Siberia. The Monte Carlo method was used to estimate the sensitivity of the model to uncertainties in measuring the input parameters: angular light scattering coefficient at a wavelength of 0.53 μm at an angle of 45°, mass concentration of the absorbing substance, and parameters of its lognormal size distribution, relative humidity of air. The relative errors in the reconstructed scattering, extinction, and absorption coefficients, single-scattering albedo, asymmetry factor, and lidar ratio are analyzed.

Для исследования параметров конденсационной активности отдельных фракций атмосферного аэрозоля при искусственном изменении относительной влажности воздуха разработан макет, в котором в качестве анализатора счетной концентрации используются малогабаритные счетчики частиц. Достоинством таких счетчиков является малогабаритность и низкая стоимость. В макете используются счетчики фирмы Alphasense OPC-N3. Приводятся предварительные результаты оценки исследуемых параметров.

На основе анализа наблюдений 24-летнего ряда параметра конденсационной активности аэрозоля в приземном слое атмосферы г. Томска выявлено, что наиболее значимые его изменения наблюдаются в годовом ходе. Также обнаружены более медленные колебания с периодом 6-7 лет.

We analyze the long-term variations in the microstructural characteristics of aerosol in the surface air layer measured in the monitoring mode at the Aerosol Station of V.E. Zuev Institute of Atmospheric Optics, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences, in 2000–2020. Estimates are carried out based on the following characteristics: the concentrations of submicron Nf and coarse Nc particles and their ratio Nf /Nc. Two datasets are considered: “total” and separately for the “background” type of the “aerosol weather.” The variability range of the annual average values of the total concentration of particles N(r > 0.2 μm) is found to be 8–50 cm−3, and the aerosol concentrations for the background situations is 5–30 cm−3. No reliable long-term trends in the characteristics under study are revealed. Spectral analysis of the monthly average concentrations for the background dataset showed the presence of a significant (with the 0.95 probability) time period of about a year for Nf /Nc and Nf and its absence for Nc.

По данным измерений в 2000-2019 гг методом активной спектронефелометрии проанализирована взяимосвязь гигроскопических свойств аэрозоля с объемной долей веществ, испаряющихся из частиц в разных диапазонах температуры при их искусственном нагреве. В течение всего года наблюдается стабильная отрицательная корреляция параметра конденсационной активности и объемной доли веществ, улетучивающихся в диапазоне 200-250°С. Стабильная положительная корреляция наблюдается в диапазоне температур от 25-75 до 160-200°С, границы интервала варьируют в зависимости от сезона.

The optical and microphysical characteristics of smog phenomena in the Akademgorodok of Tomsk in the winter period of 1997-2022 were studied. It was found that since 2011 the number and intensity of such situations has increased. On the example of smog on January 13-14, 2022 it is shown that a significant increase in the concentrations of atmospheric aerosol and equivalent of black carbon develops with temperature inversion and with a wind regime close to calm. There is an increase in both the submicron and coarse particle fractions, but more intense in the range of the submicron fraction. The formation of smog is accompanied by a decrease in the ability of aerosol particles to absorb moisture.

На основе данных 14-и экспедиций 2003-2021 годах, обобщаются результаты измерений микрофизических характеристик и ионного состава аэрозоля в приводном слое атмосферы Белого моря. Проводится сравнение средних характеристик на двух этапах измерений 2003-2007 и 2015-2021 гг. Приводятся статистические данные характеристик аэрозоля для общего периода измерений и сравнение с аналогичными данными над соседними морями.

По данным многолетних (2004-2021 гг.) измерений в Российских антарктических экспедициях анализируется среднее пространственное распределение аэрозольной оптической толщи (АОТ), концентраций аэрозоля и черного углерода в атмосфере Южной Атлантики и Южного океана. Общей закономерностью является широтное уменьшение характеристик аэрозоля от Африки до Антарктиды. АОТ уменьшается от 0,07 до 0,024, объем частиц аэрозоля – от 5,5 до 0,55 мкм3/см3, концентрация черного углерода – от 68,1 до 17,4 нг/м3. На фоне общей тенденции широтного спада проявляется вторичный максимум: у АОТ на широтах 40-42°S, у концентраций аэрозоля и черного углерода – на широтах 44-56°S.

Исследованы оптико-микрофизические характеристики смоговых явлений в Академгородке г.Томска в зимний период 1997-2022гг. Выявлено, что с 2011г. количество и интенсивность таких ситуаций увеличились. На примере смога 13-14 января 2022г. показано, что значительный рост концентраций атмосферного аэрозоля и эквивалента черного углерода развивается при температурной инверсии и с ветровым режимом, близким к штилю. Происходит увеличение как субмикронной, так и крупнодисперсной фракции частиц, но более интенсивное – в области субмикронной фракции. Формирование смога сопровождается уменьшением способности частиц аэрозоля впитывать влагу.

При изучении конденсационного роста атмосферного аэрозоля многими исследователями отмечается зависимость гигроскопических свойств от размера частиц. В данной работе на примере тестовых измерений рассмотрена связь параметра конденсационной активности со средним радиусом ансамбля аэрозольных частиц и объемной долей фракций d < 200 нм и d = 500 – 1000 нм. Ввиду небольшого массива данных результаты являются предварительными.

We consider the results of experimental study of the condensation activity of different-size particles; the study was performed from October 2020 to June 2021, using an AZ-10 photoelectric counter, equipped with a system for artificial humidification of atmospheric aerosol taken from the atmosphere. In parallel, hygrograms of the volume aerosol scattering coefficient were measured, using M903 integrating nephelometer. The atmospheric conditions and aerosol characteristics during the measurement period were typical, confirmed through a comparison with data from multiyear studies of the condensation activity parameter for the scattering coefficient at an angle of 45°.