Том 30, номер 10, статья № 6

Аннотация:

В Большой аэрозольной камере ИОА СО РАН (объем 1800 м³) исследована изменчивость оптико-микрофизических характеристик смешанного древесного дыма при его длительном старении в течение 6 сут в условиях периодических воздействий переменной относительной влажности воздуха в диапазоне 45–95%. По результатам спектронефелометрических измерений углового рассеяния и решения обратной задачи проанализирована динамика распределений по размерам и комплексных показателей преломления для микро-, средне- и крупнодисперсных фракций частиц, а также их эффективного радиуса, параметра локационного рассеяния и альбедо однократного рассеяния в видимой области спектра. Установлено, что на различных стадиях старения дыма как количественные, так и качественные особенности вариаций его оптико-микрофизических характеристик в зависимости от влажности воздуха значительно изменяются. Показано, что при старении смешанного дыма основными факторами изменчивости его свойств являются физико-химическая разнородность трех фракций дымовых частиц, а также физические процессы коагуляционной миграции микродисперсной сажи (размерами < 100 нм) по спектру размеров и конденсационного обводнения частиц. Взаимосвязанное воздействие «интерференция» отмеченных процессов на структуру частиц определяет основные особенности динамики дисперсного состава и поглощающих свойств дымовых частиц.

Ключевые слова:

смешанный дым, относительная влажность воздуха, поляризационный спектронефелометр, обратная задача, оптические и микрофизические характеристики частиц, сажа

Список литературы:

1. Георгиевский Ю.С., Розенберг Г.В. Влажность как фактор изменчивости аэрозоля // Изв. АН СССР. Физ.  атмосф. океана. 1973. Т. 9, № 2. С. 126–137.
2. Panchenko M.V., Sviridenkov M.A., Terpugova S.A., Kozlov V.S. Active spectral nephelometry as a method for the study of submicron atmospheric aerosols // Int. J. Remote Sens. 2008. V. 29, N 9. P. 2567–2583.
3. Панченко М.В. Относительная влажность воздуха и поглощение ИК-излучения субмикронным аэрозолем // Оптика атмосф. 1988. Т. 1, № 4. С. 25–29.
4. Горчаков Г.И., Сидоров В.Н., Свириденков М.А. О конденсационной активности фонового аэрозоля // Изв. АН СССР. Физ. атмосф. океана. 1982. Т. 18, № 9. С. 997–999.
5. Белан Б.Д., Панченко М.В., Рассказчикова Т.М., Толмачев Г.Н., Задде Г.О. К вопросу о трансформации спектра размеров частиц аэрозоля при изменении влажности воздуха // Оптика атмосф. 1989. Т. 2, № 8. С. 800–805
6. Кондратьев К.Я., Исидоров В.А. Глобальный круговорот углерода // Оптика атмосф. и океана. 2001. Т. 14, № 2. С. 89–105.
7. Кондратьев К.Я., Григорьев Ал.А. Лесные пожары как компонент природной экодинамики // Оптика атмосф. и океана. 2004. Т. 17, № 4. С. 279–292.
8. Виноградова А.А. Эмиссии антропогенного черного углерода в атмосферу: распределение по территории России // Оптика атмосф. и океана. 2014. Т. 27, № 12. С. 1059–1065; Vinogradova A.A. Anthropogenic Black Carbon emissions to the atmosphere: Surface distribution through Russian territory // Atmos. Ocean. Opt. 2015. V. 28, N 2. P. 158–164.
9. 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.
10. Kozlov V.S., Yausheva E.P., Terpugova S.A., Panchenko M.V., Chernov D.G., Shmargunov V.P. Optical-microphysical properties of smoke haze from Siberian forest fires in summer 2012 // Int. J. Remote Sens. 2014. V. 35, N 15. P. 5722–5741.
11. Томшин О.А., Соловьев В.С. Исследование вариаций характеристик атмосферного аэрозоля, вызванных крупномасштабными лесными пожарами в Центральной Якутии (2002 г.) // Оптика атмосф. и океана. 2014. Т. 27, № 7. С. 634–639; Tomshin O.A., Solovyev V.S. Study of variations in parameters of atmospheric aerosol due to large-scale forest fires in Central Yakutia (2002) // Atmos. Ocean. Opt. 2015. V. 28, N 1. P. 95–99.
12. Виноградова А.А., Смирнов Н.С., Коротков В.Н., Романовская А.А. Лесные пожары в Сибири и на Дальнем Востоке: эмиссии и атмосферный перенос черного углерода в Арктику // Оптика атмосф. и океана. 2015. Т. 28, № 6. С. 512–520; Vinogradova A.A., Smirnov N.S., Korotkov V.N., Romanovskaya A.A. Forest fires in Siberia and the Far East: Emissions and atmospheric transport of Black Carbon to the Arctic // Atmos. Ocean. Opt. 2015. V. 28, N 6. P. 566–574.
13. Розенберг Г.В., Горчаков Г.И., Георгиевский Ю.С, Любовцева Ю.С. Оптические параметры атмосферного аэрозоля // Физика атмосферы и проблемы климата. М.: Наука, 1980. C. 216–257.
14. Розенберг Г.В. Возникновение и развитие атмосферного аэрозоля – кинетически обусловленные параметры // Изв. АН СССР. Физ. атмосф. океана. 1983. Т. 19, N 1. С. 21–35.
15. Кондратьев К.Я. Атмосферный аэрозоль как климатообразующий компонент атмосферы. 2. Дистанционное зондирование глобальной пространственно-временнoй изменчивости аэрозоля и его воздействия на климат // Оптика атмосф. и океана. 2004. Т. 17, № 1. С. 25–35.
16. Bond T.C., Doherty S.J., Fahey D.W., Forster P.M., Berntsen T., DeAngelo B.J., Flanner M.G., Ghan S., Kärcher 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., Guttikunda 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.: Atmos. 2013. V. 118, N 11. P. 5380–5552.
17. 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.
18. 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; Rakhimov R.F., Makienko E.V. Some methodic additions to the solution of the inverse problem for the reconstruction of the parameters of the disperse structure of mixed smokes // Atmos. Ocean. Opt. 2010. V. 23, N 4. P. 259–267.
19. 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; Rakhimov R.F., Makienko E.V., Shmargunov V.P. Variations of the optical constants and size spectra of smoke aerosols produced during the thermal decomposition of different types of wooden materials // Atmos. Ocean. Opt. 2010. V. 23, N 5. P. 364–374. 
20. 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; Rakhimov R.F., Kozlov V.S., Shmargunov V.P. On time dynamics of the complex refractive index and particle microstructure according to data of spectronephelometer measurements in mixed-composition smokes // Atmos. Ocean. Opt. 2012. V. 25, N 1. P. 51–61.
21. Нanеl G. The properties of atmospheric aerosol particles as function of the relative humidity at thermodynamic equilibrium with surrounding moist air // Adv. Geophys. 1976. V. 19. P. 73–188.