Том 38, номер 01, статья № 7

Аннотация:

Аэрозоль природных пожаров существенно влияет на радиационные характеристики стратосферы. Имеющиеся по этому типу аэрозоля данные относятся к отдельным эпизодам появления плотных локализованных по высоте слоев. Оптические характеристики фоновой составляющей аэрозолей природных пожаров остаются неизвестными. Для их определения выполнена обработка двухволновых (355 и 532 нм) лидарных измерений в г. Обнинске за 2012–2023 гг. Интерпретация лидарных данных проводится на основе предложенной в работе двухкомпонентной модели стратосферного аэрозоля. Наряду с основным компонентом (сернокислотным аэрозолем) рассматривается аэрозоль природных пожаров (коричневая сажа). По результатам проведенной обработки получены оценки характерного значения оптической толщины коричневой сажи в слое 10–30 км ~ 0,012 и 0,0013 по ослаблению и ~ 7,1 × 10^-3 и 3,5 × 10^-4 по поглощению на длинах волн 355 и 532 нм. Полученные результаты могут быть использованы при разработке усовершенствованных радиационных моделей стратосферы.

Ключевые слова:

стратосферный аэрозоль, лидар, аэрозоль природных пожаров, коричневая сажа, оптическая модель аэрозоля

Список литературы:

1. Hu Q., Goloub P., Veselovskii I., Bravo-Aranda J.-A., Popovici I.E., Podvin T., Haeffelin M., Lopatin A., Dubovik O., Pietras C., Huang X., Torres B., Chen C. Long-range-transported Canadian smoke plumes in the lower stratosphere over northern France // Atmos. Chem. Phys. 2019. V. 19. P. 1173–1193. DOI: 10.5194/acp-19-1173-2019.
2. Li Y., Dykema J., Deshler T., Keutsch F. Composition dependence of stratospheric aerosol shortwave radiative forcing in northern midlatitudes // Geophys. Res. Lett. 2021. V. 48. P. e2021GL094427. DOI: 10.1029/2021GL094427.
3. Ortiz-Amezcua P., Guerrero-Rascado J.L., Granados-Muñoz M.J., Benavent-Oltra J.A., Böckmann C., Samaras S., Stachlewska I.S., Janicka L., Baars H., Bohlmann S., Alados-Arboledas L. Microphysical characterization of long-range transported biomass burning particles from North America at three EARLINET stations // Atmos. Chem. Phys. 2017. V. 17. P. 5931–5946. DOI: 10.5194/acp-17-5931-2017.
4. Adler G., Flores J.M., Riziq A.A., Borrmann S., Rudich Y. Chemical, physical, and optical evolution of biomass burning aerosols: A case study // Atmos. Chem. Phys. 2011. V. 11. P. 1491–1503. DOI: 10.5194/acp-11-1491-2011.
5. Leem H.J., Aiona P.K., Laskin A., Laskin J., Nizkorodov S.A. Effect of solar radiation on the optical properties and molecular composition of laboratory proxies of atmospheric brown carbon // Environ. Sci. Technol. 2014. V. 48, N 17. P. 10217–10226. DOI: 10.1021/es502515r.
6. Иванов В.Н., Зубачев Д.С., Коршунов В.А., Сахибгареев Д.Г. Сетевой лидар АК-3 для зондирования средней атмосферы: устройство, методы измерений, результаты // Тр. ГГО. 2020. Вып. 598. С. 155–187.
7. Коршунов В.А., Зубачев Д.С. Об определении параметров стратосферного аэрозоля по данным двухволнового лидарного зондирования // Изв. РАН. Физ. атмосф. и океана. 2013. Т. 49, № 2. С. 196–207.
8. Deshler T., Hervig M.E., Hofmann D.J., Rosen J.M., Liley J.B. Thirty years of in situ stratospheric aerosol size distribution measurements from Laramie, Wyoming (41°N), using balloon-borne instruments // J. Geophys. Res. 2003. V. 108, N D5. DOI: 10.1029/2002JD002514.
9. Reid J.S., Koppmann R., Eck T.F., Eleuterio D.P. A review of biomass burning emissions part II: Intensive physical properties of biomass burning particles // Atmos. Chem. Phys. 2005. V. 5. P. 799–825. DOI: 10.5194/acp-5-799-2005.
10. Schuster G.L., Dubovik O., Arola A. Remote sensing of soot carbon – Part 1: Distinguishing different absorbing aerosol species // Atmos. Chem. Phys. 2016. V. 16. P. 1565–1585. DOI: 10.5194/acp-16-1565-2016.
11. Chen Y., Bond T.C. Light absorption by organic carbon from wood combustion // Atmos. Chem. Phys. 2010. V. 10. P. 1773–1787. DOI: 10.5194/acpd-9-20471-2009.
12. Schwarz J.P., Gao R.S., Fahey D.W., Thomson D.S., Watts L.A., Wilson J.C., Reeves J.M., Darbeheshti M., Baumgardner D.G., Kok G.L., Chung S.H., Schulz M., Hendricks J., Lauer A., Kärcher B., Slowik J.G., Rosenlof K.H., Thompson T.L., Langford A.O., Loewenstein M., Aikin R.C. Single-particle measurements of midlatitude black carbon and light-scattering aerosols from the boundary layer to the lower stratosphere // J. Geophys. Res. 2006. V. 111. P. D16207. DOI: 10.1029/2006JD007076.
13. Kirchstetter T.W., Novakov T., Hobbs P.V. Evidence that the spectral dependence of light absorption by aerosols is affected by organic carbon // J. Geophys. Res. 2004. V. 109. P. D21208. DOI: 10.1029/2004JD004999.
14. 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. P. 5380–5552. DOI: 10.1002/jgrd.50171.
15. Zhang Y., Forrister H., Liu J., Dibb J., Anderson B., Schwarz J.P., Perring A.E., Jimenez J.L., Campuzano-Jost P., Wang Y., Nenes A., Weber R.J. Top-of-atmosphere radiative forcing affected by brown carbon in the upper troposphere // Nat. Geosci. 2017. DOI: 10.1038/ NGEO2960.
16. Liu J., Scheuer E., Dibb J., Ziemba L.D., Thornhill K.L., Anderson B.E., Wisthaler A., Mikoviny T., Devi J.J., Bergin M., Weber R.J. Brown carbon in the continental troposphere // Geophys. Res. Lett. 2014. V. 41. P. 2191–2195. DOI: 10.1002/2013GL058976.
17. Feng Y., Ramanathan V., Kotamarthi V.R. Brown carbon: A significant atmospheric absorber of solar radiation? // Atmos. Chem. Phys. 2013. V. 13. P. 8607–8621. DOI: 10.5194/acp-13-8607-2013.
18. Schuster G.L., Dubovik O., Arola A. Remote sensing of soot carbon – Part 1: Distinguishing different absorbing aerosol species // Atmos. Chem. Phys. 2016. V. 16. P. 1565–1585. DOI: 10.5194/acp-16-1565-2016.
19. Hoffer A., Gelencsér A., Guyon P., Kiss G., Schmid O., Frank G.P., Artaxo P., Andreae M.O. Optical properties of humic-like substances (HULIS) in biomass-burning aerosols // Atmos. Chem. Phys. 2006. V. 6. P. 3563–3570. DOI: 10.5194/acpd-5-7341-2005.
20. Haarig M., Ansmann A., Baars H., Jimenez C., Veselovskii I., Engelmann R., Althausen D. Depolarization and lidar ratios at 355, 532, and 1064 nm and microphysical properties of aged tropospheric and stratospheric Canadian wildfire smoke // Atmos. Chem. Phys. 2018. V. 18. P. 11847–11861. DOI: 10.5194/acp-18-11847-2018.
21. Ohneiser K., Ansmann A., Baars H., Seifert P., Barja B., Jimenez C., Radenz M., Teisseire A., Floutsi A., Haarig M., Foth A., Chudnovsky A., Engelmann R., Zamorano F., Bühl J., Wandinger U. Smoke of extreme Australian bushfires observed in the stratosphere over Punta Arenas, Chile, in January 2020: Optical thickness, lidar ratios, and depolarization ratios at 355 and 532 nm // Atmos. Chem. Phys. 2020. V. 20. P. 8003–8015. DOI: 10.5194/acp-20-8003-2020.
22. Liu L., Mishchenko M.I. Spectrally dependent linear depolarization and lidar ratios for nonspherical smoke aerosols // Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2020. V. 248. DOI: 10.1016/j.jqsrt.2020.106953.
23. Gialitaki A., Tsekeri A., Amiridis V., Ceolato R., Paulien L., Kampouri A., Gkikas A., Solomos S., Marinou E., Haarig M., Baars H., Ansmann A., Lapyonok T., Lopatin A., Dubovik O., Groß S., Wirth M., Tsichla M., Tsikoudi I., Balis D. Is the near-spherical shape the “new black” for smoke? // Atmos. Chem. Phys. 2020. V. 20. P. 14005–14021. DOI: 10.5194/acp-20-14005-2020.
24. Коршунов В.А. Многократное рассеяние в перистых облаках и его учет при интерпретации лидарных измерений в стратосфере // Оптика атмосф. и океана. 2021. Т. 34, № 12. С. 969–975. DOI: 10.15372/AOO20211207; Korshunov V.A. Multiple scattering in cirrus clouds and taking it into account when interpreting lidar measurements in the stratosphere // Atmos. Ocean. Opt. 2022. V. 35, N 2. P. 151–157.
25. Зуев В.В. Лидарный контроль стратосферы. Новосибирск: Наука, 2004. 306 с.
26. Bazhenov O.E., Burlakov V.D., Dolgii S.I., Nevzorov A.V. Lidar observations of aerosol disturbances of the stratosphere over Tomsk (56.5°N; 85.0°E) in volcanic activity period 2006–2011 // Int. J. Opt. 2012. V. 2012. Article ID 786295. DOI: 10.1155/2012/786295.
27. Маричев В.Н., Бочковский Д.А., Елизаров А.И. Оптические характеристики стратосферного аэрозоля Западной Сибири по результатам лидарного мониторинга в 2010–2021 гг. // Оптика атмосф. и океана. 2022. Т. 35, № 9. С. 717–721. DOI: 10.15372/AOO20220904; Marichev V.N., Bochkovsky D.A., Elizarov A.I. Optical aerosol model of the Western Siberian stratosphere based on lidar monitoring results // Atmos. Ocean. Opt. 2022. V. 35, N S1. P. S64–S69.
28. Liu J., Scheuer E., Dibb J., Diskin G.S., Ziemba L.D., Thornhill K.L., Anderson B.E., Wisthaler A., Mikoviny T., Devi J.J., Bergin M., Perring A.E., Markovic M.Z., Schwarz J.P., Campuzano-Jost P., Day D.A., Jimenez J.L., Weber R.J. Brown carbon aerosol in the North American continental troposphere: Sources, abundance, and radiative forcing // Atmos. Chem. Phys. 2015. V. 15. P. 7841–7858. DOI: 10.5194/acp-15-7841-2015.
29. Коршунов В.А. Лидарные наблюдения стратосферного аэрозоля в г. Обнинск с 2012 по 2021 г.: влияние вулканических извержений и природных пожаров // Фундаментальная и прикладная климатология. 2022. Т. 8, № 3. С. 31–51. DOI: 10.21513/2410-8758-2022-3-31-51.