Koostaja: instituudi juhataja prof. Hannes Tammet

Tartu 2001

a) Teadustegevuse põhisuunad

Keskkonnafüüsika instituudi teadustegevus on suunatud atmosfääriõhu kui elukeskkonna kvaliteeti määravate füüsikaliste protsesside uurimisele ja õhu kvaliteedi seisukohalt informatiivsete füüsikaliste mõõtmiste meetodite arendamisele. Tähtsaim uurimisobjekt on atmosfääriaerosool, mis kannab atmosfääris saasteaineid ja mille evolutsiooniprotsessid mõjustavad saasteainete levimist ja atmosfäärist väljasadestumist. Aerosooliuuringute elektriliste meetodite kõrval on uurimisobjektiks ka atmosfääriaerosooli poolt mõjutatud kiirguskliima.

b) Üldine hinnang oma teadus- ja arendustegevusele

Instituudi kollektiiv on oskuslikult kasutanud enda teaduslikku kvalifikatsiooni ja kogemust, mis olid heaks eelduseks kõigepealt elektriliste protsesside uurimisele aerosoolides ning füüsikalise aerosoolianalüüsi elektriliste meetodite arendamisele. Teadus- ja arendustegevus on 2000. a. kulgenud kavakohaselt ning mõõdukalt tulemuslikult.

c) Toimunud olulisemad sündmused teadus- ja arendustegevuses

Instituudi teadus- ja arendustegevus on pidev protsess, milles tulemusi ei looda sündmuste kaupa, vaid igapäevases töös.

d) Olulisemad teadusteemad:

Atmosfääriaerosooli füüsikaline uurimine aerosooli mõõtmespektri ja aeroioonide liikuvusspektri aegridade baasil.

Atmosfääriaerosooli mõõtmespektri formeerumise uurimine.

Nanomeeteraerosooli ja aeroioonide liikuvusspektromeetria lahutusvõime parandamine.

Elektrilise aerosoolispektromeetri arendustöö.

Klasterioonide (potentsiaalsete kondensatsioonituumade) keemilise koostise ja struktuuri uurimine.

Atmosfääri aerosooli ülipeene fraktsiooni elektriliste karakteristikute uurimine linna- ja maaõhus.

Peente ja ülipeente aerosooliosakeste ekspositsiooni ja riski hinnangud keskkonnaõhus.

Väävelhappe ja vee aurude segu nukleatsiooniteooria täpsustamine.

Atmosfääriaerosooli uurimine päikesekiirguse vaatluste baasil.

Atmosfääri tsirkulatsiooni klimatoloogiline modelleerimine Eesti andmetel.

Loodusliku ultraviolettkiirguse kui keskkonnafaktori uurimine.

Ülemaailmse keskkonnaprogrammi GLOBE realiseerimine.

 

e) Teadustegevuse mahu proportsionaalne jaotus

Number: TFKKF0070

Töögrupi juht: Hannes Tammet

Kestvus: 01.01.1997. – 31.12.2001.

Annotatsioon:

Näidati, et atmosfääriaerosooli tekkepuhangud esinevad arktiliste antitsüklonaalsete õhumasside sissetungi korral sünkroonselt suurtel territooriumitel. Täiendati väävelhappel toimuva nukleatsiooni teooriat. Koostati atmosfääri aerosoolsete ioonide statistiline klassifikatsioon ja statistiline mudel. Leidis kinnitust hüpotees ioonindutseeritud nukleatsiooni tähtsusest osakeste tekkel atmosfääris. Näidati aerosooli elektrilise sadestumise tähtsust atmosfääris. Täiustati aerosoolispektromeetri matemaatilist mudelit ja kalibratsiooni meetodit. Arendati edasi liikuvusanalüsaatori difusioonmoonutuste teooriat. Näidati, et läbisegatud piirikihi korral esindavad maapealsed mõõtmised küllalt hästi kogu aerosooli vertikaalsammast piirikihi ulatuses.

Number: GFKKF3903

Töögrupi juht: Eduard Tamm

Kestvus: 01.01.1999. – 31.12.2002.

Annotatsioon:

Moderniseeriti aerosoolispektromeetria aparatuuri ja mõõtmismetoodikat. Tahkusel, Pärnus ja Hyytiäläs (Soome) mõõdeti sünkroonselt aerosoolispektreid, aeroioonide liikuvusspektreid ja atmosfääriõhu parameetreid. Tulemused kinnitavad, et nanoosakeste ja keskmiste aeroioonide puhangud esinevad arktilise õhu frondi taga pärast külmi temperatuuriinversiooniga öid. Saadi akumulatsioonimoodi osakeste kontsentratsiooni mõõtetulemuste representatiivsuse ala mõõtmete hinnang tuule suunas ja sellega risti, mida saab kasutada seirejaamade võrgu planeerimisel. Näidati, et maapealsed aerosoolimõõtmised annavad informatsiooni kiirguskliima uurimiseks.. Tuletati osaliselt enesekooskõlaline väävelhappe-vee klastrite suurusjaotus.

Number: GFKKF3326

Töögrupi juht: Jaan Salm

Kestvus: 01.01.1998. – 31.12.2000.

Euroopa Liidu projektiga BIOFOR ja Helsingi Ülikooli projektiga ESUP koostöös Hyytiäläs tehtud atmosfäärifüüsikalised mõõtmised ning sünkroonsed mõõtmised Tahkuse Õhuseirejaamas võimaldasid avastada keskmiste ioonide puhangute seaduspärasusi. Õnnestus luua mudel, mis olulistes joontes kirjeldab Nagato ja Ogawa poolt mõõdetud ca 0.01–10 s vanuste ioonide evolutsiooni. Tartus tehtud kompleksmõõtmiste tulemuste analüüsi teel selgitati linnaaerosooli käitumise seaduspärasusi laias osakeste läbimõõtude vahemikus 3 nm kuni 10 µm. Elektrilise sadestumise uurimise tulemusena näidati, et loodusliku atmosfäärielektrilise välja mõju aerosooliosakeste sadestumisele on olulisem kui seni arvatu.

Number: GFKKF4140

Töögrupi juht: Hanno Ohvril

Kestvus: 01.01.2000. – 31.12.2003.

Lähtudes päikesespektri uutest mõõtmistest ja täpsematest andmetest atmosfääri koostise kohta, on täpsustatud ideaalse atmosfääri läbipaistvusparameetreid Eesti jaoks. Varieerides mudelis O₃ ja stratosfääri NO₂ sisaldust, on leitud piirväärtused ideaalse atmosfääri nõrgestamiskoefitsiendile, läbitavusele, Bouguer’ läbipaistvuskoefitsiendile ja optilisele paksusele. Näidati, et O₃ ja NO₂ varieerimine muudab Päikese otsekiirguse läbitulekut Eesti kohal olevast normaalrõhulisest ideaalsest atmosfäärist kuni 0.42%. Nimetatud tulemus vajab arvesse võtmist atmosfääri suure täpsusega energeetilistes ja klimatoloogilistes uuringutes.

Number: IFKKF04298

Töögrupi juht: Eduard Tamm

Kestvus: 26.11.1999. – 31.12.2000.

Loodi programm paljukanalilise aerosoolispektromeetri optimiseerimiseks eksperimentaalse kalibratsiooni tulemuste alusel. Täiustatud aerosoolispektromeetrite eksperimentaalse kalibratsiooni seadmete kompleksi: projekteeriti ja ehitati nanoosakeste generaator ja elektriline separaator, monodisperssete osakeste häälestatav generaator ja valitavate parameetritega lognormaalse jaotusega polüdispersse aerosooli generaator. Võeti kasutusele optiline aerosoolispektromeeter (mõõtepiirkond 0.1 - 2 mkm). Eelmisel aastal projekteeritud ja ehitatud uus EAS kalibreeriti nii TÜ keskkonnafüüsika instituudi laboris eelkirjeldatud seadmekompleksi abil kui ka Helsinki Ülikooli füüsikateaduskonna aerosoolilaboris.

Number: VFKKF02998

Töögrupi juht: Aadu Mirme

Kestvus: 30.04.1998. – 31.10.2000.

Annotatsioon:

Elektrilise aerosoolispektromeetriga (EAS) Helsingi kesklinnas mõõdetud aerosoolispektreid võrreldi teiste seadmete abil saadud mõõtmistulemustega. Täpsustati EAS kasutamise ja kaliibrimise metoodikat. Koostati kokkuvõte mõõtmistulemustest, mida analüüsitakse koostöös Soome teadlastega.

Instituudi 2000. a. ilmunud publikatsioonide nimekiri on sisestatud TÜ teadusinfosüsteemi.

· Atmosfääriaerosooli mõõtmespektrite täiendatud andmebaas Eesti jaoks.

· Idee ja esialgne visandnäide aerosoolispektrite monitooringujaama representatiivsuseala mõõtmete hindamiseks.

· Laiapiirkonnalise paljukanalilise aerosoolispektromeetri kompleksne kalibratsioonimetoodika.

· Aerosoolispektromeetrite täiustatud kalibratsioonisüsteem.

· Väikeste aerosooliosakeste separaator.

· Monodisperssete osakeste laiapiirkonnaline generaator.

· Moderniseeritud aerosoolioelektromeeter.

 

 

Ü.Kikas: EV haridusministeeriumi aukiri.

Hannes Tammet on kirjastuse ELSEVIER poolt välja antava rahvusvahelise ajakirja "Journal of Aerosol Science" toimetuskollegiumi liige.

Eduard Tamm on Leedus väljaantava rahvusvahelise ajakirja "Atmospheric Physics" toimetuskollegiumi liige.

 

Hannes Tammet on Rahvusvahelise Atmosfäärielektrikomisjoni liige.

Kalju Eerme on Eesti TA juures asuva Eesti Geofüüsika Komitee sekretär ja IAGA rahvuslik korrespondent.

Piia Post on Eesti TA juures asuva Eesti Geofüüsikakomitee komitee IAMAS rahvuslik korrespondent.

Hannes Tammet on Tallinna tehnikaülikooli keskkonnatehnoloogia keskuse nõukogu liige.

Hannes Tammet on Rahvusvahelise Geosfääri-Biosfääriprogrammi Eesti rahvusliku Komitee liige.

Hannes Tammet on Euroopa Teadusfondi programmi SPECIAL koordinatsiooninõukogu liige.

Ülle Kikas on GLOBE Euroopa koordinaatorite nõukogu liige

Ülle Kikas on Eesti ultraviolettkiirguse, osooni ja aerosoolide uurimise koordineerimise nõukogu liige.

Instituudi enesehinnangu kohaselt on teadus- ja arendustegevus 2000. a. kulgenud kavakohaselt ning mõõdukalt tulemuslikult.

TÜ teaduskorralduse põhimõtted on õiged.

Teadus- ja arendusosakonna tegevus väärib tunnustamist. Teadusinfosüsteemi on arendatud rahulikus tempos ja õiges suunas. Kuna Tartu Ülikooli osa Eesti teaduspotentsiaalis on suur, siis võiks TÜ teadus- ja arendusosakonnalt ehk oodata enamat sekkumist Eesti teaduse administreerimisse, mis tänaseni on olnud heitlik ja tehniliselt kvaliteedilt tagasihoidlik.

LIIK CC

 

1. Hõrrak, U., Salm, J. and Tammet, H. (2000) Statistical characterization of air ion mobility spectra at Tahkuse Observatory: Classification of air ions. J. Geophys. Res. Atmospheres 105, 9291–9302.

2. Kaasik, M. (2000) Validation of models AEROFOUR and AEROPOL using the model validation kit established at Mol. Int. J. Environment and Pollution 14, 160–166.

3. Kaasik, M., Rõõm, R., R¸yset, O., Vadset, M., Sõukand, Ü., Tõugu, K. and Kaasik, H. (2000) Elemental and base anions deposition in the snow cover of north-eastern Estonia. The impact of industrial emissions. Water, Air, and Soil Pollution 121, 349–366.

4. Kaasik, M. and Sõukand, Ü. (2000) Balance of alkaline and acidic pollution loads in the area affected by oil shale combustion. Oil Shale 17, 113–128.

5. Kyrö, E., Kivi, R., Turunen, T., Aulamo, H., Rudakov, V.V., Khattatov, V., MacKenzie, A.R., Chipperfield M., P., Lee A., M., Stefanutti, L. and Ravegnani, F. (2000) Ozone measurements during the Airborne Polar Experiment: aircraft instrument validation; isentropic trends; and hemispheric fields prior to the 1997 Arctic ozone depletion. J. Geophys. Res. Atmospheres 105, 14599–14611.

6. Laanearu, J., Lips, U. and Lundberg, P. (2000) On the application of the hydraulic theory to the deep-water flow through the Irbe Strait. Journal of Marine Systems 25, 323–332.

7. Laanearu, J. and Lundberg, P. (2000) Topographic control of rotating deep water flow through the combination of a sill and a horizontal constriction. J. Geophys. Res. 105, 28663–28670.

8. Noppel, M. (2000) Enthalpy and entropy changes in formation of gas phase sulfuric acid monohydrates and dihydrates as a result of fitting to experimental pressure data. J. Geophys. Res. Atmospheres 105, 19779–19786.

9. Ross, J. and Mõttus, M. (2000) Statistical treatment of sunfleck length inside willow coppice. Agricultural and Forest Meteorology 104, 215–231.

10. Ross, J. and Mõttus, M. (2000) Statistical treatment of umbra length inside willow coppice. Agricultural and Forest Meteorology 100, 89–102.

11. Salm, J. (2000) Diffusion distortions in a Differential Mobility Analyzer: The shape of apparent mobility spectrum. Aerosol Sci. Technol. 32, 602–612.

12. Tuch, Th., Mirme, A., Tamm, E., Heinrich, J., Heyder, J., Brand, P., Roth, Ch., Wichmann, H.E., Pekkanen, J. and Kreyling, W.G. (2000) Comparison of two particle-size spectrometers for ambient aerosol measurements. Atmos. Environ. 34, 139–149.

13. Viskari, E.-L., Surakka, J., Pasanen, P., Mirme, A., Kössi, S., Ruuskanen, J. and Holopainen, J.K. (2000) Responses of spruce ssedlings (Picea abies) to exhaust gas under laboratory conditions - I plant-insect interactions. Environmental Pollution 107, 89–98.

 

 

LIIK A1

 

1. Hämeri, K., Mäkelä, J.M., Aalto, P.P., Pirjola, L., Väkevä, M., Koponen, I.K., Buzorius, G., Keronen, P., Rannik, Ü., Vesala, T., Laakso, L., Seidl, W., Forkel, R., Hoffman, T., Spanke, J., Nilsson, E.D., Jansson, R., Hansson, H.-C., O'Dowd, C., Becker, E., Paatero, J., Teinilä, K., Hillamo, R., Viisanen, Y., Bigg, K., Swietlicki, E., Laaksonen, A., Salm, J. and Kulmala, M. (2000) Biogenic aerosol formation in the Boreal Forest. J. Aerosol Sci. 31, S598–S599.

2. Mirme, A. and Salm, J. (2000) A study of ambient aerosols and air ions in winter season. J. Aerosol Sci. 31, S702–S703.

3. Mäkelä, J.M. and Salm, J. (2000) Small air ion concentration measurements in connection with ultrafine particle formation observed at a Boreal forest. J. Aerosol Sci. 31, S940–S941.

4. Noppel, M. and Hõrrak, U. (2000) Simulation of the mobility spectrum of charged particles during bursts in atmospheric air. J. Aerosol Sci. 31, S700–701.

5. Parts, T.-E. and Luts, A. (2000) One-second small ions - modelling and laboratory experiments. J. Aerosol Sci. 31, S338–S339.

6. Tammet, H., Kimmel, V. and Israelsson, S. (2000) Atmospheric electric field as a factor of deposition of aerosol particles. J. Aerosol Sci. 31, S1029–S1030.

7. Vana, M., Hõrrak, U. and Tamm, E. (2000) Comparative study of the ultrafine aerosol particle and intermediate air ion concentration bursts in the atmosphere. J. Aerosol Sci. 31, S176–S177.

 

LIIK A2

 

1. Aalto, P., Hämeri, K., Becker, E., Weber, R., Salm, J., Mäkelä, J.M., Hoell, C., O'Dowd, C.D., Karlsson, H., Hansson, H.-C., Väkevä, M., Koponen, I., Buzorius, G. and Kulmala, M. (2000) Aerosol number and size distribution measurements during BIOFOR. Report Series in Aerosol Science 33–41.

2. Arst, H., Reinart, A., Erm, A. and Hussainov, M. (2000) Influence of the depth-dependence of the PAR region diffuse attenuation coefficient on the computation results of the downward irradiance in different type of water bodies. Geophysica 36, 132–145.

3. Belova, E., Kirkwood, S., Nielsen, E. and Tammet, H. The ground-level atmospheric current response to a magnetic substorm. In Proc. 5th Internat. Conf. on Substorms, St. Petersburg, pp. 473–476.

4. Kaasik, M. (2000) A model validation data set respect to the air pollution deposition in northern winter conditions. In Air Pollution Modelling and its Applications, edited by Gryning, S.E. and Batchvarova, E., Plenum Press, N.Y., 13, pp. 771–772.

5. Kikas, Ü., Reinart, A., Vaht, M. and Veismann, U. (2000) Impact of the boundary layer aerosol size distribution on the UV irradiance in coastal area. In Abstr. Conf. on Visibility, Aerosols and Atmospheric Physics, Vienna, pp. 6.

6. Kivi, R., Dörnbrack, A., Kyrö, E., Mitev, V., Rizi, V. and Müller, M. ( 2000) Ice PSCs above northern Finland: Observations and mesoscale meteorological model simulations. Proc. of the Quadrennial Ozone Symposium, Sapporo, 3-8 July 2000, pp. 481–482.

7. Kivi, R., Kyrö, E. and Dörnbrack, A. (2000) PSC, stratospheric temperature and ozone observations in Northern Finland in the winter of 1999/2000. Abstracts of SOLVE/THESEO 2000 Science Meeting, 25-29 September 2000, Palermo, Italy, pp. 131–131.

8. Kivi, R., Kyrö, E., Dörnbrack, A., Müller, M., Wille, H., Stein, B., Mitev, V., Matthey, R., Stefanutti, L., Del Guasta, M. and Rizi, V. (2000) Observations of stratospheric temperatures, ozone and aerosols above northern Finland in the winter of 1998/99. In Proceedings 5th European Workshop on Stratospheric Ozone, St. Jean de Luz, 1999. Air pollution research report, edited by Harris N. R., P., Guirlet, M. and Amanatidis G., T., Commission of the European Communities, Brussels, 73, pp. 169–172.

9. Kivi, R., Kyrö, E., Mitev, V., Wille, H. and Müller, M. (2000) Some results of ozone, aerosol and stratospheric temperature measurements in northern Finland in the winter of 1998/99. Geophysical Research Abstracts 2, 430–430.

10. Kivi, R., Kyro, E. and Turunen, T. (2000) Trends in the vertical distribution of ozone and temperature above Northern Finland for the years 1989-1999 based on balloon borne sonde measurements. Abstracts of SPARC 2000 2nd General Assembly of the WCRP Project SPARC Stratospheric Processes and their Role in Climate, Mar del Plata - República Argentina, November 6 - 10, 2000, pp. 139–139.

11. Kyrö, E., Kivi, R., Aulamo, H. and Turunen, T. (2000) Changes in Arctic Polar Vortex. Proc. of the Quadrennial Ozone Symposium, Hokkaido University, Sapporo, Japan 3-8 July 2000, pp. 109–110.

12. Laanearu, J. (2000) Some aspects of the topographic control of rotating deep-water flows. Stockholm University Report 44.

13. Mitev, V., Matthey, R., Grigorov, I., Kivi, R., Kyrö, E., Morandi, M., Castagnoli, F., Del Guasta, M., Stein, B., Wedekind, C., Rizi, V. and Agostini, P. (2000) Rayleigh backscatter lidar measurements of stratospheric temperature above Sodankylä - Finland. In Proceedings 5th European Workshop on Stratospheric Ozone, St. Jean de Luz, 1999. Air pollution research report, edited by Harris, N.R.P., Guirlet, M. and Amanatidis, G.T., Commission of the European Communities, Brussels, 73, pp. 103–106.

14. Mitev, V., Matthey, R., Grigorov, I., Kyrö, E., Kivi, R., Morandi, M., Rizi, V., Müller, M. and Stein, B. (2000) Rayleigh lidar observation of wintertime stratospheric temperature perturbations above Sodankylä - Finland: correlation with PSC events and stratospheric warming. In Proc. of 20th ILRC, pp. 4 p.

15. Mäkelä, Y.M., Salm, J., Smirnov, V.V., Koponen, I., Paatero, J. and Pronin, A.A. (2000) Electrical charging state of fine and ultrafine particles in boundary layer of atmosphere. Abstracts of the Intern. Aerosol Conf. to Memory of Prof. A.Sutugin. 26-30 June, 2000. Moscow, Russia, Moscow, pp. 145–146.

16. Männik, A. (2000) Experience with HIRLAM on GNU/Linux PC cluster. HIRLAM Newsletter 35, 211–213.

17. Männik, A. and Rõõm, R. (2000) Anelastic nonhydrostatic model in pressure-related coordinates: a novel theoretical concept with an application in HIRLAM. Geoph. Res. Abstr. 2,.

18. Noppel, M. (2000) Self-consistent binary cluster size distributions of sulfuric acid-water system. In Nucleation and Atmospheric Aerosols 2000. 15th International Conference, AIP Conference Proceedings, edited by Hale B., H. and Kulmala, M., Melville, New York, 534, pp. 339–342.

19. Okulov, O., Ohvril, H., Teral, H., Tee, M., Russak, V. and Abakumova, G. (2000) Multiannual variability of atmospheric transparency in Estonia and Moscow. IRS 2000, Current Problems in Atmospheric Radiation, International Radiation Symposium, July 24–29,2000, Abstracts, St.-Petersburg State University, Russia, pp. 161–162.

20. Reinart, A., Arst, H., Nõges, P. and Nõges, T. (2000) Comparison of euphotic layer criteria in lakes. Geophysica 36, 146–152.

21. Rõõm, R. and Männik, A. (2000) Nonhydrostatic adiabatic kernel for HIRLAM. HIRLAM Newsletter 35, 103–109.

22. Salm, J. and Tamm, E. (2000) Air ion measurements in Hyytiälä during BIOFOR3. Report Series in Aerosol Science 87–90.

23. Turunen, T. and Kivi, R. (2000) Sodankylän otsonihavainnot kuluneena talvena. Ilmastokatsaus 8–9.

 

LIIK A3

 

1. Kikas, Ü. (2000) Reaalainete ja keskkonnaõpetuse integreerimisest (in Estonian). rmt. Reaalained ja uus õppekava, Tartu, lk. 44–49.

 

LIIK R2

 

1. Adriani, A., … Kivi, R., Kyro, E. and … et, al. (2000) The Northern Hemisphere Stratosphere in the Winter and Spring of 1999/2000. The European Ozone Research Coordinating Unit, Cambridge.

 

LIIK DD

 

1. Kaasik, M. (2000) Parameterisation of atmospheric boundary layer in the numerical model of air pollution transport. Doct. Thesis. Tartu University Press, Tartu.

2. Reinart, A. (2000) Underwater light field characteristics in different types of Estonian and Finnish lakes. Doct. Thesis. Tartu University Press, Tartu.

 

LIIK MD

 

1. Mõttus, M. (2000) Statistical treatment of penetration of direct solar radiation inside willow coppice. Tartu.