Vol. 38, issue 11, article # 5

Abstract:

Most measurements of aerosol attenuation of the atmosphere are carried out in the visible and near-infrared regions of the spectrum. However, many atmospheric optics tasks require data on the spectral course of aerosol attenuation coefficients in the visible and IR regions, including the atmospheric “transparency window” 8–12 μm. In this regard, models that make it possible to calculate attenuation in the IR region based on measurements in the visible region are of great interest. A one-parameter model of the spectral course of the aerosol attenuation coefficient for the surface layer of the atmosphere is proposed. The input parameter of the model is the aerosol attenuation coefficient at a wavelength of 0.55 mm or the meteorological range of visibility S_m. The model enables one to calculate aerosol attenuation coefficient in the spectral range 0.44–12 μm at meteorological visibility range S_m > 8 km. The model can be used to evaluate the efficiency of different optical systems and to separate aerosol attenuation into submicron and coarse components.

Keywords:

atmosphere, aerosol attenuation coefficient, meteorological visibility range, model

References:

1. Malkevich M.S., Georgievskii Yu.S., Chavro A.I., Shukurov A.Kh. Statisticheskie kharakteristiki spektral'noi struktury oslableniya radiatsii v prizemnom sloe vozdukha // Izv. AN SSSR. Ser. Fiz. atmosf. i okeana. 1977. V. 13, N 12. P. 1257–1267.
2. Gorchakov G.I., Sviridenkov M.A. Statisticheskaya model' opticheskikh kharakteristik atmosfernoi dymki // Izv. AN SSSR. Fiz. atmosf. i okeana. 1979. V. 15, N 1. P. 53.
3. Nilsson B. Meteorological influence on aerosol extinction in the 0.2–40 mm wavelength range // Appl. Opt. 1979. V. 18, N 20. P. 3457–3473. DOI: 10.1364/AO.18.003457.
4. Gorchakov G.I., Emilenko A.S., Sviridenkov M.A. Odnoparametricheskaya model' prizemnogo aerozolya // Izv. AN SSSR. Fiz. atmosf. i okeana. 1981. V. 17, N 1. P. 39–49.
5. Kondrat'ev K.Ya., Pozdnyakov D.V. Aerozol'nye modeli atmosfery. L.: Gidrometeoizdat, 1981. 104 p.
6. Hess M., Koepke P., Schult I. Optical properties of aerosols and clouds: The software package OPAC // Bull. Am. Meteorol. Soc. 1998. V. 79, N 5. P. 831–844. DOI: 10.1175/1520-0477(1998)079<0831:OPOAAC>2.0.CO;2.
7. Karpov A.V., Gorchakov G.I., Gushchin R.A., Datsenko O.I. Vertikal'nye turbulentnye potoki pylevogo aerozolya // Izv. RAN. Fiz. atmosf. i okeana. 2021. V. 57, N 5. P. 565–574.
8. Kato S., Thorsen T.J., Ham S.-H., Loeb N.G., Ferrare R.A., Winker D.M., Barker H., Stephens G.L., Schmidt S., Meyer K.G., Cairns B. Effect of spectral variability of aerosol optical properties on direct aerosol radiative effect // Front. Remote Sens. 2022. V. 3. DOI: 10.3389/frsen.2022.904505.
9. Gubanova D.P., Vinogradova A.A., Lezina E.A., Iordanskii M.A., Isakov A.A. Uslovno-fonovyi uroven' aerozol'nogo zagryazneniya prizemnogo vozdukha v Moskve i prigorode: sezonnye variatsii // Izv. RAN. Fiz. atmosf. i okeana. 2023. V. 59, N 6. P. 754–773.
10. Gorchakov G.I., Chkhetiani O.G., Karpov A.V., Gushchin R.A., Datsenko O.I. Turbulentnye potoki aerozolya i tepla na opustynennoi territorii pri vspleskovoi emissii pylevogo aerozolya // Dokl. RAN. Nauki o Zemle. 2024. V. 515, N 1. P. 124–131.
11. Vinogradova A.A., Gubanova D.P., Kopeikin V.M. Izmenchivost' soderzhaniya chernogo ugleroda i aerozolei РМ₁₀ i РМ_2,5 v prizemnom vozdukhe megapolisa // Izv. RAN. Fiz. atmosf. i okeana. 2024. V. 60, N 3. P. 320–334.
12. Vozmishchev I.Yu., Betin S.A., Pechkovskaya A.A., Gnatyuk A.I. Otsenka koeffitsienta opticheskoi prozrachnosti atmosfery na naklonnykh i vertikal'nykh trassakh po izmereniyam meteorologicheskoi dal'nosti vidimosti na prizemnykh trassakh // Nauch.-tekhn. konf. Sankt-Peterburgskogo NTO RES im. A.S. Popova, posvyashchennaya Dnyu radio. 2024. V. 79, N 1. P. 32–35. URL: https://conf-ntores.etu.ru/assets/files/2024/sbornik-novyj/032-035.pdf.
13. Gorchakov G.I., Datsenko O.I., Karpov A.V., Gushchin R.A. Selektivnoe pogloshchenie v vidimoi oblasti spektra pyl'noi mgly na blizhnem vostoke vesnoi 2022 year // Dokl. RAN. Nauki o Zemle. 2025. V. 521, N 1. P. 116–122.
14. Shchelkanov N.N., Pkhalagov Yu.A. Two-parameterical model of aerosol extinction in the wavelength range 0.4–12 mm // Proc. SPIE. 1999. V. 3983. P. 32–35. DOI: 10.1117/12.370517.
15. 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, N 7. P. 1513–1527. DOI: 10.5194/amt-5-1513-2012.
16. Shchelkanov N.N., Pkhalagov Yu.A. One-parameter seasonal models of aerosol extinction for the near-ground layer of the atmosphere in arid zone // Proc. SPIE. 2014. V. 9292, N 3U. 7 p. DOI: 10.1117/12.2074821.
17. Panchenko M.V., Kozlov V.S., Polkin V.V., Polkin Vas.V., Terpugova S.A., Uzhegov V.N., Chernov D.G., Shmargunov V.P., Yausheva E.P., Zenkova P.N. Aerosol characteristics in the near-ground layer of the atmosphere of the city of Tomsk in different types of aerosol weather // Atmosphere. 2020. V. 11, N 1. P. 20–39. DOI: 10.3390/atmos11010020.
18. Panchenko M.V., Pol'kin V.V., Pol'kin Vas.V., Kozlov V.S., Yausheva E.P., Shmargunov V.P. Raspredelenie po razmeram «sukhoi osnovy» chastits v prizemnom sloe atmosfery prigorodnogo raiona g. Tomska v ramkakh empiricheskoi klassifikatsii tipov «aerozol'noi pogody» // Optika atmosf. i okeana. 2019. V. 32, N 7. P. 539–547. DOI: 10.15372/AOO20190705; Panchenko M.V., Pol'kin V.V., Pol'kin Vas.V., Kozlov V.S., Yausheva E.P., Shmargunov V.P. The size distribution of the “dry matter” of particles in the surface air layer in suburbs of Tomsk within the empirical classification of “aerosol weather” types. // Atmos. Ocean. Opt. 2019. V. 32, N 6. P. 655–662. DOI: 10.1134/S1024856019060113.
19. Panchenko M.V., Kabanov M.V., Pkhalagov Yu.A., Belan B.D., Kozlov V.S., Sakerin S.M., Kabanov D.M., Uzhegov V.N., Shchelkanov N.N., Polkin V.V., Terpugova S.A., Tolmachev G.N., Yausheva E.P., Arshinov M.Yu., Simonenkov D.V., Shmargunov V.P., Chernov D.G., Turchinovich Yu.S., Pol’kin Vas.V., Zhuravleva T.B., Nasrtdinov I.M., Zenkova P.N. Kompleksnye issledovaniya troposfernogo aerozolya v IOA SO RAN (etapy razvitiya) // Optika atmosf. i okeana. 2019. V. 32, N 9. P. 703–716. DOI: 10.15372/AOO20190903; Panchenko M.V., Kabanov M.V., Pkhalagov Yu.A., Belan B.D., Kozlov V.S., Sakerin S.M., Kabanov D.M., Uzhegov V.N., Shchelkanov N.N., Polkin V.V., Terpugova S.A., Tolmachev G.N., Yausheva E.P., Arshinov M.Yu., Simonenkov D.V., Shmargunov V.P., Chernov D.G., Turchinovich Yu.S., Pol’kin Vas.V., Zhuravleva T.B., Nasrtdinov I.M., Zenkova P.N. Integrated studies of tropospheric aerosol at the Institute of Atmospheric Optics (development stages) // Atmos. Ocean. Opt. 2020. V. 33, N 1. P. 27–41.
20. Zenkova P.N., Terpugova S.A., Pol’kin V.V., Pol’kin Vas.V., Uzhegov V.N., Kozlov V.S., Yausheva E.P., Panchenko M.V. Развитие эмпирической модели оптических характеристик аэрозоля Западной Сибири // Оптика атмосф. и океана. 2021. V. 34, N 3. P. 192–198. DOI: 10.15372/AOO20210305; Zenkova P.N., Terpugova S.A., Pol’kin V.V., Pol’kin Vas.V., Uzhegov V.N., Kozlov V.S., Yausheva E.P., Panchenko M.V. Development of an empirical model of optical characteristics of aerosol in Western Siberia // Atmos. Ocean. Opt. 2021. V. 34, N 4. P. 320–326.
21. Filippov V.L., Makarov A.S., Ivanov V.P. Postroenie regional'nykh poluempiricheskikh modelei opticheskikh kharakteristik atmosfery // Dokl. AN SSSR. 1982. V. 265, N 6. P. 1353–1356.
22. Pkhalagov Yu.A., Uzhegov V.N., Shchelkanov N.N. The spectral structure of aerosol extinction coefficients in the ground layer of the atmosphere in arid zone // J. Aerosol. Sci. 1995. V. 26, suppl. 1. P. 363–364.
23. Pkhalagov Yu.A., Uzhegov V.N., Shchelkanov N.N. Aerozol'noe oslablenie opticheskogo izlucheniya v atmosfere aridnoi zony // Optika atmosf. i okeana. 1994. V. 7, N 10. P. 1318–1329.
24. Zaidel' A.N. Pogreshnosti izmerenii fizicheskikh velichin. L.: Nauka, 1985. 112 p.
25. Zuev V.E., Kabanov M.V. Perenos opticheskikh signalov v zemnoi atmosfere (v usloviyakh pomekh). M.: Sov. radio, 1977. 368 p.
26. Rakhimov R.F., Uzhegov V.N., Makienko E.V., Pkhalagov Yu.A. O naibolee veroyatnykh znacheniyakh koeffitsienta aerozol'nogo oslableniya atmosfernoi dymki po dolgovremennym ryadam nablyudenii na prizemnoi gorizontal'noi trasse // Optika atmosf. i okeana. 2005. V. 18, N 7. P. 566–573.
27. Pkhalagov Yu.A., Uzhegov V.N., Shchelkanov N.N. Issledovanie aerozol'nogo oslableniya opticheskogo izlucheniya v zimnikh usloviyakh // Optika atmosf. i okeana. 1994. V. 7, N 8. P. 1067–1076.
28. Kabanov M.V., Panchenko M.V., Pkhalagov Yu.A., Veretennikov V.V., Uzhegov V.N., Fadeev V.Ya. Opticheskie svoistva pribrezhnykh atmosfernykh dymok. Novosibirsk: Nauka, 1988. 201 p.
29. Filippov V.L., Makarov A.S., Ivanov V.P. Statisticheskie kharakteristiki oslableniya vidimoi i IK-radiatsii v prizemnom sloe atmosfery // Izv. AN SSSR. Fiz. atmosf. i okeana. 1979. V. 15, N 3. P. 257–265.
30. Krekov G.M., Rakhimov R.F. Optiko-lokatsionnaya model' kontinental'nogo aerozolya. Novosibirsk: Nauka, 1982. 200 p.
31. Krekov G.M., Zvenigorodskii S.G. Opticheskaya model' srednei atmosfery. Novosibirsk: Nauka. Sib. otd-e, 1990. 278 p.