"Eesti Teadusfondi uurimistoetus" projekt ETF8779
ETF8779 "Atmosfääriaerosooli nanomeeterdiapasooni osakeste tekkepuhangute statistiline uurimine, selleks vajaliku metoodika ja aparatuuri täiustamine (1.01.2011−31.12.2014)", Eduard Tamm, Tartu Ülikool, Loodus- ja tehnoloogiateaduskond, Tartu Ülikooli Füüsika Instituut.
ETF8779
Atmosfääriaerosooli nanomeeterdiapasooni osakeste tekkepuhangute statistiline uurimine, selleks vajaliku metoodika ja aparatuuri täiustamine
Statistical study of the nucleation bursts of atmospheric nanoparticles and upgrade of the necessary methods and equipment
1.01.2011
31.12.2014
Teadus- ja arendusprojekt
Eesti Teadusfondi uurimistoetus
ETIS klassifikaatorAlamvaldkondCERCS klassifikaatorFrascati Manual’i klassifikaatorProtsent
4. Loodusteadused ja tehnika4.2. MaateadusedP500 Geofüüsika, füüsikaline okeanograafia, meteoroloogia 1.4. Maateadused ja sellega seotud keskkonnateadused (geoloogia, geofüüsika, mineroloogia, füüsiline geograafia ning teised geoteadused, meteoroloogia ja ning teised atmosfääriteadused, klimatoloogia, okeanograafia, vulkanoloogia, paleoökoloogia100,0
PerioodSumma
01.01.2011−31.12.201111 760,00 EUR
01.01.2012−31.12.201211 760,00 EUR
01.01.2013−31.12.201311 760,00 EUR
01.01.2014−31.12.201411 760,00 EUR
47 040,00 EUR

Aerosooliosakesed on üheks peamistest ilmastiku ja kliima faktoritest, kuna need hajutavad ja neelavad päikesekiirgust (otsene efekt) ning toimivad kondensatsioonituumadena pilve- ja udu- piiskade moodustumisel (kaudne efekt). Mõlemad efektid põhjustavad ilmastiku ja kliima jahtumist, mõjudes vastassuunas kasvuhoonegaaside efektile. Peamine klimaatiline efekt on tingitud sekundaarsetest osakestest, mis tekivad õhu saastegaasidest gaas-osake konversiooniprotsessis ning kasvavad gaaside kondensatsiooni ja osakeste koagulatsiooni toimel. Suur osa sekundaarsetest osakestest atmosfääris on tekkinud nukleatsioonipuhangute ajal. Nende puhangute sagedus ja iseloom sõltuvad geograafilisest asukohast ja õhumasside tüüpidest. Erinevates asukohtades võivad osakeste tekkimise tingimused olla erinevad; seejuures on alati vajalikud saastegaaside kõrge kontsentratsioon ja fotokeemilisi reaktsioone tekitav päikesekiirgus. Saastegaasid võivad kondenseeruda kergetel aeroioonidel kui kondensatsioonitsentritel (ioon-indutseeritud nukleatsioon). Puhangu tekkimise tõenäosus sõltub tugevasti saastegaaside kondensatsiooni kiirusest ja uute tekkinud osakeste neelamiskiirusest, mille määravad varemeksisteeriva aerosooli sub-mikromeeter ja super-mikromeeter osakesed. Viimatimainitud osakesed moodustavad peamise osa aerosooliosakeste massikontsentratsioonist. Taotletava grandi põhitäitjatel on nukleatsioonipuhangute uurimisel sügavad eriteadmised. Käesoleva projekti peamiseks eesmärgiks on nukleatsioonipuhangute sageduse uurimine ning nende puhangute füüsikaliste ja keemiliste tekketingimuste uurimine sõltuvuses geograafilisest asukohast, õhumasside eelajaloost ja aastaajast. Selleks uuringuks kasutavad põhitäitjad aerosooliosakeste suurusjaotuse ja aeroioonide liikuvusjaotuse suuri andmebaase, mis pärinevad kahest Eesti mõõtejaamast (Tahkuse ja Tõravere) ning samuti Helsingi Ülikooli aerosooliuurijate hiigelsuurt andmebaasi. Soome partnerite andmebaas sisaldab andmeid paljudest mõõtejaamadest üle maailma ning sisaldab ka andmeid saastegaaside kohta. Aerosoolide ja aeroioonide mõõtmine Tahkuse ja Tõravere jaamades jätkub grandi täitmise ajal. Samuti jätkub koostöö Soome partneritega. Grandi põhitäitjad algatavad aerosooli massikontsentratsiooni mõõtmise Tõraveres ning arendavad edasi aerosooli spektromeetrite kalibreerimismeetodeid ja -seadmeid.
Aerosol particles are one of the main factors of the weather and climate, as they scatter and absorb the solar radiation (direct effect) and act as condensation nuclei in the formation of cloud and fog droplets (indirect effect). Both of these effects cause the cooling of the weather and climate, being opposite to the effect of greenhouse gases. The main climatic effect is caused by secondary particles, formed of contaminating gases in the air through the gas-to-particle conversion processes and grown by the condensation of gases and coagulation. A substantial part of the secondary particles in the atmosphere is generated during the nucleation bursts. The frequency and character of the bursts depend on the geographical location and type of an air mass. At different locations, conditions for particle formation can be different; the high concentration of contaminating gases in the air and solar radiation as the actuator of photochemical reactions are obligatory among them. Contaminating gases can condense on the small air ions as condensation centres (ion-induced nucleation). The probability of burst occurrence depends strongly on the sink of contaminating gases and the newborn particles due to the pre-existing aerosol particles of sub-micron and super-micron size ranges, which form the main part of the aerosol particle mass concentration. The research team, applying for the grant, has good experience in researching nucleation bursts. The main goal of the proposed project is the study of the frequency of nucleation bursts and the physical and chemical conditions for their formation in dependence of the geographical location, the pre-history of air mass, and the season. For such study, the team will use a large database of aerosol particle size spectra, the air ion mobility spectra and meteorological data from two measurement stations in Estonia (Tahkuse, Toravere) as well as the huge database of the colleagues from the University of Helsinki. The Finnish partners have data from many locations all over the world; their database also contains data about the chemical composition of the air. Continuous measurements of aerosols and air ions in Tahkuse and Tõravere will continue throughout the project duration. Cooperation with Finnish colleagues will continue as well. The research team will start the monitoring of particle mass concentration in Tõravere and will develop methods and devices for the calibration of aerosol spectrometers.
Tõraveres EMHI ilmajaama vaatluspöaviljonis on käivitatud atmosfääriaerosooli osakeste mõõtmespektri ja osakeste massikontsentratsiooni PM10 sünkroniseeritud mõõtmine vastavalt originaalse aerosoolispektromeetriga EAS ja mikrokaalu põhimõttel töötava massikontsentratsiooni mõõturiga TEOM 1405-F. Viimase seadme ebatöökindluse tõttu on saanud seni usaldusväärseid andmeid vaid nelja talvekuu ja viie suvekuu kohta.Talvised andmed on töödeldud. On arvutatud osakeste aine keskmine tihedus atmosfääritingimustes (märjad, niiskust imanud osakesed) talvise aerosooli korral kaugkandena Kagu-Eestisse saabunud kolme aerosoolitüübi jaoks: maaline (990), kaugkontinentaalne (1650) ja linnaline (1750) (ühik kg/m3). On arendatud meetod EAS mõõdetud ruumalaspektrist PM10 arvutamiseks. On uuritud elektriliste aerosoolispektromeetrite (AS) ja osakeste elektriliste separaatorite mõõtekondensaatorites (DMA) toimuvaid protsesse, mis võivad moonutada mõõtetulemust: osakeste difusioon, raskusjõu mõju, õhuvoolu elektrostaatiline destabiliseerimine (elektrituul). Viimasel juhul on leitud elektrituule tekkimise läviväljatugevuse sõltuvus osakeste arvkontsentratsioonist ja näidatud, kuidas elektrituul mõjutab EAS mõõtetulemust: nihutab kogu spektri väiksemate mõõtmete suunas ja suurendab spektrifunktsiooni laiust. Tahkuse õhuseirejaama andmete baasil on uuritud õhu aerosoolse saaste taseme seost meteoroloogiliste tingimuste ja õhumasside päritoluga. On kaitstud üks bakalaureusetöö, kaks magistritööd ja üks doktoritöö; lapsepuhkusel viibival doktorandil on doktoritöö sisuliselt valmis.