Том 30, номер 10, статья № 4

Аннотация:

Представлены количественные оценки вертикального распределения поглощенной солнечной радиации и температурных эффектов в фоновой и экстремально задымленной тропосфере Сибири, полученные с использованием эмпирических данных и численного моделирования. Вертикальные профили аэрозольных характеристик сформированы на базе эмпирической модели, основанной на результатах самолетного зондирования коэффициентов направленного рассеяния и содержания поглощающих частиц на разных высотах. Показано, что в условиях дымной мглы радиационное воздействие аэрозольных частиц c высоким содержанием сажи на суточный приток солнечной радиации в центральной части дымового слоя превышает 50%. Обусловленное поглощением солнечной радиации изменение температуры воздуха в течение светового дня составляет примерно 2,5–5,5 K при вариациях оптической толщины дымового аэрозоля в интервале 2≤ τ_дым(0,55 мкм) ≤ 4.

Ключевые слова:

эмпирическая модель аэрозоля, фоновые условия, дымная мгла, численное моделирование, суммарное поглощение солнечной радиации, температурные эффекты

Список литературы:

1. Hansen J., Sato M., Ruedy R. Radiative forcing and climate response // J. Geophys. Res. D. 1997. V. 102, N 6. P. 6831–6864.
2. Ackerman A.S., Toon O.B., Stevens D.E., Heymsfield A.J., Ramanathan V., Welton E.J. Reduction of tropical cloudiness by soot // Science. 2000. V. 288. P. 1042–1047.
3. Ramanathan V., Carmichael G. Global and regional climate changes due to black carbon // Nat. Geosci. 2008. V. 1. P. 221–227.
4. Bond T.C., Doherty S.J., Fahey D.W., Forster P.M., Berntsen T., DeAngelo B.J., Flanner M.G., Ghan S., Karcher B., Koch D., Kinne S., Kondo Y., Quinn P.K., Sarofim M.C., Schultz M.G., Schulz M., Venkataraman C., Zhang H., Zhang S., Bellouin N., Guttikun-da S.K., Hopke P.K., Jacobson M.Z., Kaiser J.W., Klimont Z., Lohmann U., Schwarz J.P., Shindell D., Storelvmo T., Warren S.G., Zender C.S. Bounding the role of black carbon in the climate system? A scientific assessment // J. Geophys. Res. 2013. V. 118, N 11. P. 5380–5552.
5. Tripathi S.N., Srivastava A.K., Dey S., Satheesh S.K., Krishnamoorthy K. The vertical profile of atmospheric heating rate of black carbon aerosols at Kanpur in Northern India // Atmos.  Environ. 2007. V. 41, N 32. P. 6909–6915.
6. Ramachandran S., Kedia S. Black carbon aerosols over an urban region: Radiative forcing and climate impact // J. Geophys. Res. 2010. V. 115. P. D10202. DOI: 10.1029/2009JD013560.
7. Safai P.D., Raju M.P., Maheshkumar R.S., Kulkar-ni J.R., Rao P.S.P., Devara P.C.S. Vertical profiles of black carbon aerosols over the urban locations in South India // Sci. Total Environ. 2012. V. 431. P. 323–331.
8. Ramana M.V., Ramanathan V., Feng Y., Yoon S.-C., Kim S.-W., Carmichael G.R., Schauer J.J. Warming influenced by the ratio of black carbon to sulphate and the black-carbon source // Nat. Geosci. 2010. V. 3. P. 542–545.
9. Schwarz J.P., Stark H., Spackman J.R., Ryerson T.B., Peischl J., Swartz W.H., Gao R.S., Watts L.A., Fa-hey D.W. Heating rates and surface dimming due to black carbon aerosol absorption associated with a major U.S. city // Geophys. Res. Lett. 2009. V. 36, P. L15807.
10. Davidi A., Koren I., Remer L. Direct measurements of the effect of biomass burning over the Amazon on the atmospheric temperature profile // Atmos. Chem. Phys. 2009. V. 9, N 21. P. 8211–8221.
11. Stone R.S., Anderson G.P., Shettle E.P., Andrews E., Loukachine K., Dutton E.G., Schaaf C., Roman III M.O. Radiative impact of boreal smoke in the Arctic: Observed and modeled // J. Geophys. Res. 2008. V. 113. P. D14S16.
12. Corrigan C.E., Roberts G.C., Ramana M.V., Kim D., Ramanathan V. Capturing vertical profiles of aerosols and black carbon over the Indian Ocean using autonomous unmanned aerial vehicles // Atmos. Chem. Phys. 2008. V. 8, N 3. P. 737–747.
13. Ramana M.V., Ramanathan V., Kim D., Roberts G.C. Corrigan C.E. Albedo, atmospheric solar absorption and heating rate measurements with stacked UAVs // Q. J. R. Meteorol. Soc. 2007. V. 133. P. 1913–1931.
14. Magi B.I. Optical properties and radiative forcing of Southern African biomass burning aerosol: PhD dissertation. University of Washington, USA. 2006. 180 p. 
15. Панченко М.В., Козлов В.С., Полькин В.В., Терпугова С.А., Тумаков А.Г., Шмаргунов В.П. Восстановление оптических характеристик тропосферного аэрозоля Западной Сибири на основе обобщенной эмпирической модели, учитывающей поглощающие и гигроскопические свойства частиц // Оптика атмосф. и океана. 2012. Т. 25, № 1. С. 46–54.
16. Panchenko M.V., Zhuravleva T.B., Terpugova S.A., Pol’kin 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.
17. Панченко М.В., Журавлева Т.Б., Козлов В.С., Насртдинов И.М., Полькин В.В., Терпугова С.А., Чернов Д.Г. Оценка радиационных эффектов аэрозоля в фоновых и задымленных условиях атмосферы Сибири на основе эмпирических данных // Метеорол. и гидрол. 2016. № 2. С. 45–54.
18. Zhuravleva T.B., Kabanov D.M., Nasrtdinov I.M., Russkova T.V., Sakerin S.M., Smirnov A., Holben B.N. Radiative characteristics of aerosol during extreme fire event over Siberia in summer 2012 //Atmos. Meas. Tech. 2017. V. 10, N 1. P. 179–198.
19. 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.
20. Sayer A.M., Hsu N.C., Eck T.F., Smirnov A., Holben B.N. AERONET-based models of smoke-dominated aerosol near source regions and transported over oceans, and implications for satellite retrievals of aerosol optical depth // Atmos. Chem. Phys. 2014. V. 14, N 20. P. 11493–11523.
21. Dubovik O.T., King M. A flexible inversion algorithm for retrieval aerosol optical properties from Sun and sky radiance measurements // J. Geophys. Res. D. 2000. V. 105, N 16. P. 20673–20696.
22. Журавлева Т.Б., Кабанов Д.М., Сакерин С.М., Фирсов К.М. Моделирование прямого радиационного форсинга для типичных летних условий Сибири. Часть 1: Метод расчета и выбор входных параметров // Оптика атмосф. и океана. 2009. Т. 22, № 2. С. 163–172; Zhuravleva T.B., Kabanov A.M., Sakerin S.M., Firsov K.M. Simulation of aerosol direct radiative forcing under typical summer conditions of Siberia. Part 1. Method of calculation and choice of input parameters // Atmos. Ocean. Opt. 2009. V. 22, N 1. P. 63–73.
23. Чеснокова Т.Ю., Журавлева Т.Б., Воронина Ю.В., Скляднева Т.К., Ломакина Н.Я., Ченцов А.В. Моделирование потоков солнечного излучения с использованием высотных профилей концентрации водяного пара, характерных для условий Западной Сибири // Оптика атмосф. и океана. 2011. Т. 24, № 11. С. 969–975; Chesnokova T.Yu., Zhuravleva T.B., Voronina Yu.V., Sklyadneva T.K., Lomakina N.Ya., Chentsov A.V. Simulation of solar radiative fluxes using altitude profiles of water vapor concentration, characteristic for conditions of Western Siberia // Atmos. Ocean. Opt. 2012. V. 25, N 2. P. 147–153.
24. Anderson G., Clough S., Kneizys F., Chetwynd J., Shettle E. AFGL Atmospheric Constituent Profiles (0–120 km). AFGL-TR-86-0110. Environmental Research Papers. N 954.  (Air  Force  Geophysics  Laboratory,  1986).  25 p.
25. Аршинов М.Ю., Белан Б.Д., Давыдов Д.К., Иноуйе Г., Максютов Ш., Мачида Т., Фофонов А.В. Вертикальное распределение парниковых газов над Западной Сибирью по данным многолетних измерений // Оптика атмосф. и океана. 2009. Т. 22, № 5. С. 457–464; Arshinov M.Yu., Belan B.D., Davydov D.K., Inouye G., Maksyutov Sh., Machida T., Fofonov A.V. Vertical distribution of greenhouse gases above Western Siberia by the long-term measurement data // Atmos. Ocean. Opt. 2009. V. 22, N 3. P. 316–324.
26. Ку-Нан Лиоу. Основы радиационных процессов в атмосфере Л.: Гидрометеоиздат. 1984. 376 с.