Том 35, номер 01, статья № 8

Аннотация:

Исследована внутригодовая изменчивость микроструктуры приземного аэрозоля по результатам решения обратной задачи для спектральных измерений коэффициента аэрозольного ослабления света с помощью численного алгоритма метода интегральных распределений. Рассмотрены геометрическое сечение, объемная концентрация и средний радиус аэрозольных частиц. Параметры микроструктуры аэрозоля оценивались для субмикронной и грубодисперсной фракций аэрозоля, а также объединенного ансамбля частиц. Получены оценки статистических характеристик распределений микроструктурных параметров аэрозоля на месячных интервалах. Показано, что субмикронные частицы вносят основной вклад в суммарное геометрическое сечение аэрозоля, который изменяется в пределах 73–88%. В объемном содержании приземного аэрозоля доминирует грубодисперсная фракция, составляя в среднем за весь период наблюдений ~ 75%. В период наблюдений среднемесячные значения геометрического сечения и объемной концентрации субмикронного аэрозоля возрастали монотонно. Объемная концентрация субмикронных частиц увеличилась более чем в четыре раза. Среднемесячные значения концентрации грубодисперсных частиц снизились примерно в два раза.

Ключевые слова:

микроструктура приземного аэрозоля, коэффициент аэрозольного ослабления света, обратные задачи

Список литературы:

1. Belov V.V., Juwiler I., Blaunstein N., Tarasenkov M.V., Poznakharev E.S. NLOS Communication: Theory and experiments in the atmosphere and underwater // Atmosphere. 2020. V. 11, N 10. URL: 10.3390/atmos11101122 (last access: 27.06.2021).
2. Тарасенков М.В., Белов В.В., Познахарев Е.С. Моделирование процесса передачи информации по атмосферным каналам распространения рассеянного лазерного излучения // Оптика атмосф. и океана. 2017. Т. 30, № 5. С. 371–376; Tarasenkov M.V., Belov V.V., Poznakharev E.S. Simulation of information transfer through atmospheric channels of scattered laser radiation propagation // Atmos. Ocean. Opt. 2017. V. 30, N 5. P. 412–416.
3. Тарасенков М.В., Белов В.В. Сравнение трудоемкости алгоритмов статистического моделирования импульсной реакции канала бистатической лазерной связи на рассеянном излучении и бистатического лазерного зондирования // Вычислительные технологии. 2017. Т. 22, № 3. С. 91–102.
4. Калошин Г.А., Матвиенко Г.Г., Шишкин С.А., Анисимов В.И., Бутузов В.В., Жуков В.В., Столяров Г.В., Пасюк В.П. Потенциал лазерной системы посадки самолетов // Оптика атмосф. и океана. 2016. Т. 29, № 3. С. 232–242; Kaloshin G.A., Matvienko G.G., Shishkin S.A., Anisimov V.I., Butuzov V.V., Zhukov V.V., Stolyarov G.V., Pasyuk V.P. Potential of an aircraft landing laser system // Atmos. Ocean. Opt. 2016. V. 29, N 4. P. 353–364.
5. Kaloshin G.A., Shishkin S.A. Detectable distance calculations for a visual navigation system using a scanning semiconductor laser with electronic pumping // Appl. Opt. 2011. V. 50, N 20. P. 3442–3448.
6. URL: https://www.ipcc.ch/ (last access: 27.06.2021).
7. URL: https://www.ipcc.ch/site/assets/uploads/2018/ 02/WG1AR5_all_final.pdf (last access: 27.06.2021).
8. Intergovernmental Panel on Climate Change. Climate Change 2013 – The Physical Science Basis: Working Group I Contribution to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change / T.F. Stocker, D. Qin, G.-K. Plattner, M. Tignor, S.K. Allen, J. Boschung, A. Nauels, Y. Xia, V. Bex, P.M. Midgley (eds.). Cambridge: Cambridge University Press, 2014. 1535 p.
9. Boucher O., Randall D., Artaxo P., Bretherton C., Feingold G., Forster P., Kerminen V.-M., Kondo Y., Liao H., Lohmann U., Rasch P., Satheesh S.K., Sherwood S., Stevens B., Zhang X.Y. Clouds and Aerosols // Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change / T.F. Stocker, D. Qin, G.-K. Plattner, M. Tignor, S.K. Allen, J. Boschung, A. Nauels, Y. Xia, V. Bex, P.M. Midgley (eds.). Cambridge University Press, 2014. P. 571–657.
10. Satellite aerosol remote sensing over land / A.A. Kokhanovsky, G. de Leeuw (eds.). UK, Chichester: Springer, Praxis, 2009. 398 p. DOI: 10.1007/978-3-540-69397-0.
11. Von Hoyningen-Huene W., Yoon J., Vountas M., Istomina L.G., Rohen G., Dinter T., Kokhanovsky A.A., Burrows J.P. Retrieval of spectral aerosol optical thickness over land using ocean color sensors MERIS and SeaWiFS // Atmos. Meas. Tech. 2011. V. 4, N 2. P. 151–171.
12. Белов В.В., Тарасенков М.В., Энгель М.В., Гриднев Ю.В., Зимовая А.В., Познахарев Е.С., Абрамочкин В.Н., Федосов А.В., Кудрявцев А.Н. Атмосферная коррекция спутниковых изображений земной поверхности в оптическом диапазоне длин волн. Оптическая связь на рассеянном излучении // Оптика атмосф. и океана. 2019. Т. 32, № 9. С. 753–757; Belov V.V., Tarasenkov M.V., Engel M.V., Gridnev Yu.V., Zimovaya A.V., Abramochkin V.N., Poznakharev E.S., Fedosov A.V., Kudryavtsev A.N. Atmospheric correction of satellite images of the earth’s surface in the optical wavelength range. optical communication based on scattered radiation // Atmos. Ocean. Opt. 2020. V. 33, N 1. P. 80–84.
13. Тарасенков М.В., Зимовая А.В., Белов В.В., Энгель М.В. Восстановление коэффициентов отражения земной поверхности по спутниковым измерениям MODIS с учетом поляризации излучения // Оптика атмосф. и океана. 2019. Т. 32, № 8. С. 641–649; Tarasenkov M.V., Zimovaya A.V., Belov V.V., Engel M.V. Retrieval of reflection coefficients of the earth’s surface from modis satellite measurements considering radiation polarization // Atmos. Ocean. Opt. 2020. V. 33, N 2. P. 179–187.
14. Fuzzi S., Baltensperger U., Carslaw K., Decesari S., Denier van der Gon H., Facchini M.C., Fowler D., Koren I., Langford B., Lohmann U., Nemitz E., Pandis S., Riipinen I., Rudich Y., Schaap M., Slowik J.G., Spracklen D.V., Vignati E., Wild M., Williams M., Gilardoni S. Particulate matter, air quality and climate: lessons learned and future needs // Atmos. Chem. Phys. 2015. V. 15, P. 8217–8299. URL: https://doi.org/10.5194/acp-15-8217-2015 (last access: 27.06.2021).
15. WHO: Air quality guidelines. Global update 2005. Particulate matter, ozone, nitrogen dioxide and sulfur dioxide. WHO, 2006. URL: https://www.euro.who.int/_data/assets/pdf_file/0005/ 78638/E90038.pdf (last access: 27.06.2021).
16. WHO: Health effects of particulate matter. Policy implications for countries in Eastern Europe, Caucasus and central Asia. WHO, 2013. URL: https://www.euro.who.int/_data/assets/ pdf_file/0006/189051/Health-effects-of-particulate-matter-final-Eng.pdf (last access: 27.06.2021).
17. WMO/GAW Aerosol Measurement Procedures: Guidelines and Recommendations. Geneva: WMO, 2003. N 153. 67 p.
18. WMO/GAW Aerosol Measurement Procedures, Guidelines and Recommendations. Geneva: WMO, 2016. N 227. 103 p.
19. WMO Global Atmosphere Watch (GAW) Implementation Plan: 2016–2023. Geneva: WMO, 2017. N 228. 84 p.
20. Holben B.N., Eck T.F., Slutsker I., Tanre D., Buis J.P., Setzer A., Vermote E., Reagan J.A., Kaufman Y.J., Nakadjima T., Lavenu F., Jankowiak I., Smirnov A. AERONET – a federated instrument network and data archive for aerosol characterization // Remote Sens. Environ. 1998. V. 66, N 1. P. 1–16.
21. URL: http://aeronet.gsfc.nasa.gov/ (last access: 27.06.2021).
22. Wehrli C. GAW–PFR: A Network of Aerosol Optical Depth Observations with Precision Filter // WMO / U. Baltensperger, L. Barrie, C. Wehrli (eds.). Davos: WHO, 2004. N 162. 148 p. URL: https://library.wmo. int/index.php?lvl=notice_display&id=11094 (last access: 27.06.2021).
23. McArthur L.J.B., Halliwell D.H., Niebergall O.J., O’Neill N.T., Slusser J.R., Wehrli C. Field comparison of network Sun photometers // J. Geophys. Res. 2003. V. 108, N D19. P. 4596. DOI: 10.1029/2002JD002964.
24. Takamura T., Nakajima T. Overview of SKYNET and its activities // Opt. Pura Apl. 2004. V. 37. P. 3303–3308.
25. URL: http://www.euroskyrad.net/ (last access: 27.06.2021).
26. Remer L.A., Kaufman Y.J., Tanré D., Mattoo S., Chu D.A., Martins J.V., Li R.-R., Ichoku C., Levy R.C., Kleidman R.G., Eck T.F., Vermote E., Holben B.N. The MODIS aerosol algorithm, products, and validation // J. Atmos. Sci. 2005. V. 62, N 4. P. 947–973.
27. Levy R.C., Mattoo S., Munchak L.A., Remer L.A., Sayer A.M., Patadia F., Hsu N.C. The Collection 6 MODIS aerosol products over land and ocean // Atmos. Meas. Tech. 2013. V. 6. P. 2989–3034. DOI: 10.5194/amt-6-2989-2013.
28. Liu H., Remer L.A., Huang J., Huang H.-C., Kondragunta S., Laszlo I., Oo M., Jackson J.M. Preliminary evaluation of S-NPP VIIRS aerosol optical thickness // J. Geophys. Res. Atmos. 2014. V. 119. P. 3942–3962. DOI: 10.1002/2013JD020360.
29. Levy R.C., Munchak L.A., Mattoo S., Patadia F., Remer L.A., Holz R.E. Towards a long-term global aerosol optical depth record: Applying a consistent aerosol retrieval algorithm to MODIS and VIIRS-observed reflectance // Atmos. Meas. Tech. 2015. V. 8. P. 4083–4110. DOI: 10.5194/amt-8-4083-2015.
30. Torres O., Tanskanen A., Veihelmann B., Ahn C., Braak R., Bhartia P.K., Veefkind P., Levelt P. Aerosols and surface UV products from Ozone Monitoring Instrument observations: An overview // J. Geophys. Res. 2007. V. 112. P. D24S47. DOI: 10.1029/2007JD008809.
31. Ahn C., Torres O., Jethva H. Assessment of OMI near-UV aerosol optical depth over land // J. Geophys. Res. Atmos. 2014. V. 119. P. 2457–2473. DOI: 10.1002/2013JD020188.
32. URL: https://gawsis.meteoswiss.ch/GAWSIS//index.html#/ (last access: 27.06.2021).
33. Горчаков Г.И. Матрица рассеяния света и типы оптической погоды // Изв. АН СССР. Физ. атмосф. и океана. 1973. Т. 9, № 2. С. 204–209.
34. Горчаков Г.И., Емиленко А.С., Свириденков М.А. Однопараметрическая модель приземного аэрозоля // Изв. АН СССР. Физ. атмосф. и океана. 1981. Т. 17, № 1. С. 39–49.
35. Кабанов М.В., Панченко М.В., Пхалагов Ю.А., Веретенников В.В., Ужегов В.Н., Фадеев В.Я. Оптические свойства прибрежных атмосферных дымок. Новосибирск: Наука, 1988. 201 с.
36. Веретенников В.В., Наац И.Э., Панченко М.В., Фадеев В.Я. К определению микроструктуры и показателя преломления атмосферных дымок из поляризационных характеристик светорассеяния // Изв. АН СССР. Физ. атмосф. и океана. 1978. Т. 14, № 12. С. 1313–1317.
37. Веретенников В.В., Кабанов М.В., Панченко М.В. Микрофизическая интерпретация однопараметрической модели поляризационных индикатрис (дымка прибрежного района) // Изв. АН СССР. Физ. атмосф. и океана. 1986. Т. 22, № 10. С. 1042–1049.
38. Веретенников В.В. Интерпретация модели спектрального ослабления дымки морского прибрежного района // Оптика атмосф. и океана. 1990. Т. 3, № 10. С. 1026–1033.
39. Макиенко Э.В., Пхалагов Ю.А., Рахимов Р.Ф., Ужегов В.Н., Щелканов Н.Н. Исследование динамики развития оптически плотных зимних дымок методом обращения измерений спектральной прозрачности атмосферы // Оптика атмосф. и океана. 1994. Т. 7, № 11–12. C. 1504–1507.
40. Макиенко Э.В., Пхалагов Ю.А., Рахимов Р.Ф., Ужегов В.Н., Щелканов Н.Н. Анализ особенностей микроструктуры аэрозоля зимней дымки по результатам обращения данных оптических измерений // Оптика атмосф. и океана. 1995. Т. 8, № 9. C. 1272–1279.
41. Макиенко Э.В., Рахимов Р.Ф., Пхалагов Ю.А., Ужегов В.Н. Микрофизическая интерпретация аномальной спектральной зависимости аэрозольного ослабления излучения на приземной трассе // Оптика атмосф. и океана. 2003. Т. 16, № 12. С. 1102–1106.
42. Рахимов Р.Ф., Ужегов В.Н., Макиенко Э.В., Пхалагов Ю.А. Микрофизическая интерпретация сезонной и суточной изменчивости спектральной зависимости коэффициента аэрозольного ослабления на приземных трассах // Оптика атмосф. и океана. 2004. Т. 17, № 5–6. С. 386–404.
43. Веретенников В.В., Меньщикова С.С., Ужегов В.Н. Изменчивость параметров микроструктуры приземного аэрозоля в летний сезон по результатам обращения измерений спектрального ослабления света на горизонтальной трассе в Томске. Часть I. Геометрическое сечение субмикронных и грубодисперсных частиц // Оптика атмосф. и океана. 2018. Т. 31, № 11. С. 857–866. DOI: 10.15372/AOO20181101; Veretennikov V.V., Men’shchikova S.S., Uzhegov V.N. Variability in parameters of the near-surface aerosol microstructure in summer according to results of inversion of measurements of spectral extinction of light on a horizontal path in Tomsk: Part I – geometrical cross section of fine and coarse particles // Atmos. Ocean. Opt. 2019. V. 32, N. 2. P. 128–137. DOI: 10.1134/S1024856019020155.
44. Веретенников В.В., Меньщикова С.С., Ужегов В.Н. Изменчивость параметров микроструктуры приземного аэрозоля в летний сезон по результатам обращения измерений спектрального ослабления света на горизонтальной трассе в Томске. Часть II. Объемная концентрация и средний радиус частиц // Оптика атмосф. и океана. 2018. Т. 31, № 11. С. 867–875. DOI: 10.15372/AOO20181102; Veretennikov V.V., Men’shchikova S.S., Uzhegov V.N. Variability in parameters of the near-surface aerosol microstructure in summer according to results of inversion of measurements of spectral extinction of light on a horizontal path in Tomsk: Part II – volume concentration and mean radius of particles // Atmos. Ocean. Opt. 2019. V. 32, N 2. P. 138–146. DOI: 10.1134/S1024856019020167.
45. Исаков А.А., Груздев А.Н., Тихонов А.В. О долгопериодных вариациях оптических и микрофизических параметров приземного аэрозоля // Оптика атмосф. и океана. 2005. Т. 18, № 5–6. С. 393–399.
46. Исаков А.А., Груздев А.Н. Долгопериодные вариации оптических и микрофизических параметров приземного аэрозоля на Звенигородской научной станции // Изв. РАН. Физика атмосф. и океана. 2009. Т. 45, № 2. С. 245–254.
47. Kozlov V.S., Panchenko M.V., Tumakov A.G., Shmargunov V.P., Yausheva E.P. Some peculiarities of the mutual variability of the content of soot and sub-micron aerosol in the near-ground air layer // J. Aerosol Sci. 1997. V. 28, suppl. 1. P. 231–232.
48. Козлов В.С., Панченко М.В., Яушева Е.П. Временная изменчивость содержания субмикронного аэрозоля и сажи в приземном слое атмосферы Западной Сибири // Оптика атмосф. и океана. 2007. Т. 20, № 12. С. 1082–1085.
49. Панченко М.В., Терпугова С.А., Козлов В.С., Полькин В.В., Яушева Е.П. Годовой ход конденсационной активности субмикронного аэрозоля в приземном слое атмосферы Западной Сибири // Оптика атмосф. и океана. 2005. Т. 18, № 8. С. 678–683.
50. Груза Г.В., Ранькова Э.Я., Бардин М.Ю., Рочева Э.В., Платова Т.В., Самохина О.Ф., Соколов Ю.Ю., Рачкулик О. Изменения климата 2003. Обзор состояния и тенденций изменения климата России. Бюллетень Института глобального климата и экологии Росгидромета и РАН. М., 2004. 19 с.
51. URL: http://thermograph.ru/mon/st_29430-y_2003.htm (last access: 24.04.2018).
52. Белан Б.Д., Рассказчикова Т.М., Скляднева Т.К. Синоптический режим Томска за 1993–2004 гг. // Оптика атмосф. и океана. 2005. Т. 18, № 10. С. 887–892.
53. Белан Б.Д., Ивлев Г.А., Скляднева Т.К. Многолетний мониторинг суммарной и ультрафиолетовой (B) радиации в районе г. Томска // Оптика атмосф. и океана. 2012. Т. 25, № 1. С. 61–65.
54. Скляднева Т.К., Рассказчикова Т.М., Аршинова В.Г., Аршинов М.Ю. Изменение радиационных и метеорологических параметров атмосферы по данным наблюдений в Томске // Оптика атмосф. и океана. 2018. Т. 31, № 4. С. 288–293.
55. Пхалагов Ю.А., Ужегов В.Н., Щелканов Н.Н. Автоматизированный многоволновой измеритель спектральной прозрачности приземной атмосферы // Оптика атмосф. и океана. 1992. Т. 5, № 6. С. 667–671.
56. URL: http://lop.iao.ru/RU/tor/MeteoandGas/ (last access: 24.04.2018).
57. Веретенников В.В., Меньщикова С.С. Особенности восстановления микроструктурных параметров аэрозоля из измерений аэрозольной оптической толщины. Часть I. Методика решения обратной задачи // Оптика атмосф. и океана. 2013. Т. 26, № 4. С. 306–312; Veretennikov V.V., Men’shchikova S.S. Features of retrieval of microstructural parameters of aerosol from measurements of aerosol optical depth. Part I. Technique for solving the inverse problem // Atmos. Ocean. Opt. 2013. V. 26, N 6. P. 473–479. DOI: 10.1134/S1024856013060134.
58. Зуев В.Е., Креков Г.М. Оптические модели атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1986. 256 с.
59. Креков Г.М., Рахимов Р.Ф. Оптико-локационная модель континентального аэрозоля. Новосибирск: Наука, 1982. 198 с.
60. Райст П. Аэрозоли. Введение в теорию. М.: Мир, 1987. 280 с.
61. Климатические характеристики условий распространения примесей в атмосфере / под ред. Э.Ю. Безуглой, М.Е. Берлянда. Л.: Гидрометеоиздат, 1983. 328 с.
62. Дудорова Н.В., Белан Б.Д. Радиационный баланс подстилающей поверхности г. Томска в 2004–2005 гг. // Оптика атмосф. и океана. 2015. Т. 28, № 3. С. 223–228; Dudorova N.V., Belan B.D. Radiation balance of underlying surface in Tomsk during 2004–2005 // Atmos. Ocean. Opt. 2015. V. 28, N 4. P. 312–317.