Том 26, номер 12, статья № 6

Аннотация:

По данным поляризационных спектронефелометрических измерений изучена динамика оптико-микрофизических свойств пиролизного дыма при его 3-суточном выстаивании в Большой аэрозольной камере ИОА СО РАН (1800 м³). Дым формировался при низкотемпературном (~ 400°C) разложении хвойных сортов древесины. На основе решения обратной задачи исследованы особенности динамики дисперсного состава и комплексного показателя преломления частиц.
Ключевым отличием микрофизики пиролизных дымов от смешанных режимов сгорания лесной биомассы является низкое содержание сильнопоглощающих соединений (сажи) в частицах микродисперсной фракции (радиусами < 150 нм). Этот факт приводит к тому, что дымы являются слабопоглощающими, и значения альбедо однократного рассеяния плотного пиролизного дыма в видимой области спектра (~ 525 нм) на стадии дымообразования близки к единице, уменьшаясь при 3-суточном выстаивании лишь до ~ 0,96.
В распределениях объема частиц по размерам формируются среднедисперсная ~ 400 нм и крупнодисперсная ~850 нм фракции. При старении дыма обе моды сдвигаются в область малых размеров, и для выстоявшегося дыма основной в спектре размеров становится среднедисперсная фракция. Пиролизный дым, в отличие от смешанных дымов, характеризуется широким спектром размеров – до радиусов около 1500 нм. Вследствие этого при дымообразовании эффективный радиус пиролизных частиц (~ 400 нм) более чем в 2 раза превышает соответствующий смешанным дымам. При старении дыма эффективный радиус уменьшается от 400 до 170 нм.
Получены устойчивые корреляционные связи объемных коэффициентов локационного рассеяния и ослабления, альбедо и эффективного радиуса частиц, выступающие в пользу применимости для пиролизного дыма однопараметрической модели субмикронного аэрозоля.

Ключевые слова:

пиролизный дым, поляризационная спектронефелометрия, обратная задача, распределение частиц по размерам, комплексный показатель преломления

Список литературы:

1. Гришин А.М. Математическое моделирование лесных пожаров и новые способы борьбы с ними. Новосибирск: Наука, 1992. 408 с.
2. Конев Э.В. Физические основы горения растительных материалов. Новосибирск: Наука, 1977. 237 с.
3. Кондратьев К.Я., Григорьев Ал.А. Лесные пожары как компонент природной экодинамики // Оптика атмосф. и океана. 2004. Т. 17, № 4. С. 279–292.
4. Самсонов Ю.Н., Беленко О.А., Иванов В.А. Дисперсные и морфологические характеристики дымовой аэрозольной эмиссии от пожаров в бореальных лесах Сибири // Оптика атмосф. и океана. 2010. Т. 23, № 6. С. 423–431.
5. Kozlov V.S., Panchenko M.V., Yausheva E.P. Mass fraction of Black Carbon in submicron aerosol as an indicator of influence of smokes from remote forest fires in Siberia // Atmos. Environ. 2008. V. 42, N 11. P. 2611–2620.
6. Аэрозоль и климат / Под ред. К.Я. Кондратьева. Л.: Гидрометеоиздат, 1991. 542 с.
7. Розенберг Г.В. Тонкодисперсный аэрозоль и климат // Изв. АН СССР. Физ. атмосф. и океана. 1982. Т. 18, № 11. С. 92–98.
8. Jacobson M.Z. Strong radiative heating due to the mixing slate of black carbon in atmospheric aerosols // Nature (Gr. Brit.). 2001. V. 409. P. 695–697.
9. Bond T.C., Bergstrom R.W. Light absorption by carbonaceous particles: an investigative review // Aerosol Sci. and Technol. 2006. V. 40, N 1. P. 27–67.
10. Рахимов Р.Ф., Макиенко Э.В. Некоторые методические дополнения к решению обратной задачи для восстановления параметров дисперсной структуры дымов смешанного состава // Оптика атмосф. и океана. 2010. Т. 23, № 3. С. 183–190.
11. Рахимов Р.Ф., Макиенко Э.В., Козлов В.С. Влияние коры древесных материалов на оптико-микрофизические свойства пиролизных дымов // Оптика атмосф. и океана. 2010. Т. 23, № 5. С. 412–418.
12. Рахимов Р.Ф., Макиенко Э.В., Панченко М.В. Оптико-микрофизические свойства смешанных дымов от нескольких разнесенных источников // Оптика атмосф. и океана. 2010. Т. 23, № 8. С. 675–684.
13. Рахимов Р.Ф., Макиенко Э.В., Шмаргунов В.П. Вариации оптических постоянных и спектра размеров дымовых аэрозолей, образованных при термическом разложении разносортных древесных материалов // Оптика атмосф. и океана. 2010. Т. 23, № 4. С. 248–258.
14. Рахимов Р.Ф., Козлов В.С., Шмаргунов В.П. О временной динамике комплексного показателя преломления и микроструктуры частиц по данным спектронефелометрических измерений в смешанных дымах // Оптика атмосф. и океана. 2011. Т. 24, № 10. С. 887–897.
15. Козлов В.С., Шмаргунов В.П., Тумаков А.Г., Панченко М.В., Рахимов Р.Ф. Угловой поляризационный спектронефелометр APSN-02 для изучения оптико-микрофизических свойств атмосферного субмикронного аэрозоля // Аэрозоли Сибири. XVIII Рабочая группа: Тезисы докл. Томск: Изд-е ИОА СО РАН, 2011. С. 78.
16. Самойлова С.В., Балин Ю.С., Коханенко Г.П., Пеннер И.Э. Исследование вертикального распределения тропосферных аэрозольных слоев по данным многочастотного лазерного зондирования. Часть 3. Спектральные особенности вертикального распределения оптических характеристик аэрозоля // Оптика атмосф. и океана. 2011. Т. 24, № 3. С. 216–223.
17. Бычков В.В., Пережогин А.С., Пережогин А.С., Шевцов Б.М., Маричев В.Н., Матвиенко Г.Г., Белов А.С., Черемисин А.А. Лидарные наблюдения появления аэрозолей в средней атмосфере Камчатки в 2007–2011 гг. // Оптика атмосф. и океана. 2012. Т. 25, № 1. С. 87–93.
18. Матвиенко Г.Г., Погодаев В.А. Оптика атмосферы и океана – неоконченный урок взаимодействия оптического излучения со средой распространения // Оптика атмосф. и океана. 2012. Т. 25, № 1. С. 5–10.
19. Креков Г.М., Матвиенко Г.Г. Развитие лазерных технологий в проблеме дистанционного зондирования атмосферы // Оптика атмосф. и океана. 2010. Т. 23, № 10. С. 835–844.
20. Зуев В.Е., Креков Г.М. Оптические модели атмосферы. Современные проблемы атмосферной оптики. Т. 2. Л.: Гидрометеоиздат, 1986. 256 с.
21. 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.
22. Веретенников В.В., Кабанов М.В., Панченко М.В., Фадеев В.Я. Применение однопараметрической модели дымки в задачах лазерного зондирования // Оптика атмосф. 1988. Т. 1, № 2. С. 25–32.