Том 28, номер 12, статья № 7

Аннотация:

Отсутствие детальной информации о вертикальном распределении оптических характеристик атмосферного аэрозоля in situ – нередкая ситуация в силу сложности и высокой стоимости проведения авиационного мониторинга окружающей среды. Представлены оценки влияния стратификации оптических характеристик атмосферы на нисходящую рассеянную радиацию, измеряемую солнечным фотометром на поверхности Земли в двух основных конфигурациях – альмукантарате Солнца и плоскости солнечного вертикала. Оценки получены на базе численных экспериментов, ключевые параметры которых имитируют как фоновые (области со слабой антропогенной нагрузкой), так и экстремальные атмосферные ситуации (городской смог, пыльная мгла над сушей, пылевой вынос над водной поверхностью). Показано, что в видимой области спектра вне полос поглощения излучения кислородом, озоном, водяным паром и двуокисью азота стратификация оптических характеристик атмосферы не оказывает существенного влияния на формирование яркости неба в альмукантарате Солнца, но в вертикале Солнца играет значительную роль. Основным фактором является высотный ход коэффициента аэрозольного ослабления излучения. Использование простейших вертикальных профилей, в частности экспоненциального распределения коэффициента ослабления по высоте, позволяет существенно снизить ошибки в расчетах яркости.

Ключевые слова:

солнечная радиация, аэрозоль, вертикальный профиль аэрозольных характеристик, плоскость солнечного вертикала, численное моделирование

Список литературы:

1. Holben B.N., Eck T.F., Slutsker I., Tanré D., Buis J.P., Setzer A., Vermote E., Reagan J.A., Kaufman Y.J., Nakajima T., Lavenu F., Jankowiak I., Smirnov A. AERONET – A federated instrument network and data archive for aerosol characterization // Remote Sens. Environ. 1998. V. 66, iss. 1. P. 1–16.
2. Dubovik O., King M. A flexible inversion algorithm for retrieval of aerosol optical properties from Sun and sky radiance measurements // J. Geophys. Res. D. 2000. V. 105, N 16. P. 20673–20696.
3. Nakajima T., Tonna G., Rao R., Holben B.N. Use of sky brightness measurements from ground for remote sensing of particulate polydispersions // Appl. Opt. 1996. V. 35, N 15. P. 2672–2686.
4. Lopatin A., Dubovik O., Chaikovsky A., Goloub P., Lapyonok T., Tanre D., Litvinov P. Enhancement of aerosol characterization using synergy of lidar and sun-photometer coincident observations: the GARRLiC algorithm // Atmos. Meas. Tech. 2013. V. 6, iss. 8. P. 2065–2088.
5. Olmo F.J., Quirantes A., Lara V., Lyamani H., Alados-Arboledas L. Aerosol optical properties assessed by an inversion method using the solar principal plane for non-spherical particles // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2008. V. 109, iss. 8. P. 1504–1516.
6. Torres B., Dubovik O., Toledano C., Berjon A., Cachorro V.E., Lapyonok T., Litvinov P., Goloub P. Sensitivity of aerosol retrieval to geometrical configuration of ground-based sun/sky radiometer observations // Atmos. Chem. Phys. 2014. V. 14, iss. 2. P. 847–875.
7. Dubovik O., Smirnov A., Holben B., King M., Kaufman Y., Eck T., Slutsker I. Accuracy assessments of aerosol optical properties retrieved from Aerosol Robotic Network (AERONET) Sun and sky radiance measurements // J. Geophys. Res. D. 2000. V. 105, iss. 8. P. 9791–9806.
8. Holben B.N., Eck T.F., Slutsker I., Smirnov A., Sinyuk A., Schafer J., Giles D., Dubovik O. AERONET’s Version 2.0 quality assurance criteria // Proc. SPIE. 2006. V. 6408. 64080Q.
9. Sinyuk A., Dubovik O., Holben B., Eck T.F., Breon F.-M., Martonchik J., Kahn R., Diner D.J., Vermote E.F., Roger J.-C., Lapyonok T., Slutsker I. Simultaneous retrieval of aerosol and surface properties from a combination of AERONET and satellite // Remote Sens. Environ. 2007. V. 107, iss. 1–2. P. 90–108.
10. Panchenko M.V., Zhuravleva T.B., Terpugova S.A., Polkin V.V., Kozlov V.S. An empirical model of optical and radiative characteristics of the tropospheric aerosol over West Siberia in summer // Atmos. Meas. Tech. 2012. V. 5, iss. 7. P. 1513–1527.
11. Rogers R.R., Hair J.W., Hostetler C.A., Ferrare R.A., Obland M.D., Cook A.L., Harper D.B., Burton S.P., Shinozuka Y., McNaughton C.S., Clarke A.D., Redemann J., Russell P.B., Livingston J.M., Kleinman L.I. NASA LaRC airborne high spectral resolution lidar measurements during MILAGRO: observations and validation // Atmos. Chem. Phys. 2009. V. 9, iss. 14. P. 4811–4826.
12. Molina L.T., Madronich S., Gaffney J.S., Apel E., de Foy B., Fast J., Ferrare R., Herndon S., Jimenez J.L., Lamb B., Osornio-Vargas A.R., Russell P., Schauer J.J., Stevens P.S., Volkamer R., Zavala M. An overview of the MILAGRO 2006 Campaign: Mexico City emissions and their transport and transformation // Atmos. Chem. Phys. 2010. V. 10, iss. 18. P. 8697–8760.
13. Heese B., Althausen D., Dinter T., Esselborn M., Mueller T., Tesche M., Weigner M. Vertically resolved dust optical properties during SAMUM: Tinfou compared to Quarzazate // Tellus. B. 2009. V. 61, N 1. P. 195–205.
14. Liu P., Zhao C.S., Zhang Q., Deng Z., Huang M., Ma X., Tie X. Aircraft study of aerosol vertical distributions over Beijing and their optical properties // Tellus. B. 2009. V. 61, N 5. P. 756–767.
15. Hair J.W., Hostetler C.A., Cook A.L., Harper D.B., Ferrare R.A., Mack T.L., Welch W., Izquierdo L.R., Hovis F.E. Airborne High Spectral Resolution Lidar for profiling aerosol optical properties // Appl. Opt. 2008. V. 47, N 36. P. 6734–6753.
16. Марчук Г.И., Михайлов Г.А., Назаралиев М.А., Дарбинян Р.А., Каргин Б.А., Елепов Б.С. Метод Монте-Карло в атмосферной оптике. Новосибирск: Наука, 1976. 280 с.
17. Комаров В.С., Ломакина Н.Я. Статистические модели пограничного слоя атмосферы Западной Сибири. Томск: Изд-во ИОА СО РАН, 2008. 222 с.
18. Hook S.J. ASTER Spectral Library: Johns Hopkins University (JHU) spectral library; Jet Propulsion Laboratory (JPL) spectral library; The United States Geological Survey (USGS-Reston) spectral library. 1998. Dedicated CD-ROM. Version 1.2. (см. также http://speclib.jpl. nasa.gov).
19. Альбедо и угловые характеристики отражения подстилающей поверхности и облаков / Под. ред. К.Я. Кондратьева. Л.: Гидрометеоиздат, 1981. 232 с.
20. Hess M., Koepke P., Schult I. Optical Properties of Aerosols and Clouds: The software package OPAC // Bull. Am. Meteorol. Soc. V. 79, N 5. P. 831–844.
21. Зуев В.Е., Кабанов М.В. Оптика атмосферного аэрозоля. Л.: Гидрометеоиздат, 1987. 254 с.
22. Оценка и регулирование качества окружающей природной среды / Под ред. проф. А.Ф. Порядина, А.Д. Хованского. М.: НУМЦ Минприроды России; Издательский Дом «Прибой», 1996. 350 с.
23. Лившиц Г.Ш. Рассеянный свет дневного неба. Алма-Ата: Наука, 1973. 148 с.
24. Koepke P., Gasteiger J., Hess M. Technical note: optical properties of desert aerosol with non-spherical mineral particles: data incorporated to OPAC // Atmos. Chem. Phys. 2015. V. 15, iss. 10. P. 5947–5956.
25. Mishchenko M.I., Travis L.D. Capabilities and limitations of a current Fortran implementation of the T-Matrix method for randomly oriented, rotationally symmetric scatterers // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 1998. V. 60, iss. 3. P. 309–324.
26. Борен К., Хафмен Д. Поглощение и рассеяние малыми частицами. М.: Мир, 1986. 664 с.
27. Bedareva T.V., Sviridenkov M.A., Zhuravleva T.B. Retrieval of dust aerosol optical and microphysical properties from ground-based Sun-sky radiometer measurements in approximation of randomly oriented spheroids // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2014. V. 146. P. 140–157.
28. Lewandowski P.A., Eichinger W.E., Holder H., Prueger J., Wang J., Kleinman L.I. Vertical distribution of aerosols in the vicinity of Mexico City during MILAGRO-2006 Campaign // Atmos. Chem. Phys. 2010. V. 10, iss. 3. P. 1017–1030.
29. Кондратьев К.Я., Москаленко Н.И., Поздняков Д.В. Атмосферный аэрозоль. Л.: Гидрометеоиздат, 1983. 225 с.