Том 38, номер 03, статья № 5

Аннотация:

Исследованы особенности внутрисуточной динамики фракционирования аэрозольных частиц приземного воздуха при формировании зимнего аэрозольного поля над обсерваторией «Фоновая» ИОА СО РАН (Томская область). Проанализированы распределения среднечасовых счетных концентраций аэрозольных частиц в совокупности с пространственными распределениями вероятности переноса влагонесущих воздушных масс и с учетом временных интервалов снегонакопления в обсерватории в первую половину зимы 2022/23 г. (с 17.11.2022 г. по 30.01.2023 г.). Установлено, что внутрисуточные вариации среднечасовых счетных концентраций аэрозольных частиц в размерном диапазоне 0,3…2,0 мкм в некоторых случаях определяются действием сил радиометрической природы – «снеговым» фотофорезом, обусловленным проявлением микрофизических свойств аэрозоля в поле уходящего от снежного покрова инфракрасного излучения. Обоснованно предполагается, что «снеговой» фотофорез определенным образом влияет на радиационный баланс зимней атмосферы и должен учитываться при построении транспортных моделей вертикального переноса аэрозолей в нижней тропосфере.

Ключевые слова:

атмосферный аэрозоль, время жизни аэрозоля, левитация, микрофизические свойства аэрозолей, «снеговой» фотофорез, фотофоретическая сила, инфракрасное излучение

Иллюстрации:

Список литературы:

1. Тентюков М.П., Тимушев Д.А., Симоненков Д.В., Белан Б.Д., Шукуров К.А., Козлов А.В. Динамика фракционного распределения аэрозолей в приземном воздухе бореальной зоны Западной Сибири (по наблюдениям в обсерватории «Фоновая» ИОА СО РАН). Часть 1. Сравнение периодов летней вегетации и зимнего покоя древесных растений // Оптика атмосф. и океана. 2024. Т. 37, № 12. С. 1069–1077. DOI: 10.15372/AOO20241211.
2. Tentyukov M.P., Shukurov K.A., Belan B.D. Simonenkov D.V., Ignatjev G.V., Mikhailov V.I. Geochemical markers of stagnant zones in an urban heat island // Geochem. Int. 2023. V. 61, N 1. P. 82–94. DOI: 10.1134/s0016702923010081.
3. Draxler R.R., Hess G.D. An overview of the HYSPLIT_4 modeling system of trajectories, dispersion, and deposition // Aust. Meteor. Mag. 1998. V. 47. P. 295–308.
4. Stössel F., Guala M., Fierz C., Manes C., Lehning M. Micrometeorological and morphological observations of surface hoar dynamics on a mountain snow cover // Water Resour. Res. 2010. V. 46, N 4. P. W04511. DOI: 10.1029/2009WR008198.
5. Рихтер Г.Д. Снежный покров, его формирование и свойства. М.: Изд-во АН СССР, 1945. 120 с.
6. Голубев В.Н. Роль аэрозольных частиц в зарождении атмосферного льда // Метеорол. и гидрол. 2015. № 12. С. 19–28.
7. Хорват Л. Кислотный дождь / пер. с венгер. и под ред. Ю.Н. Михайловского. М.: Стройиздат, 1990. 80 с.
8. Симонова Г.В., Калашникова Д.А., Маркелова А.Н., Бондаренко А.С., Давыдкина А.Е. Вариации изотопного состава кислорода и водорода в атмосферных осадках в г. Томске (2016–2020 гг.) // Оптика атмосф. и океана. 2023. Т. 36, № 7. С. 595–601. DOI: 10.15372/AOO20230709.
9. Береснев С.А., Ковалев Ф.Д., Кочнева Л.Б., Рунков В.А, Суетин П.Е., Черемисин А.А. О возможности фотофоретической левитации частиц в стратосфере // Оптика атмосф. и океана. 2003. Т. 16, № 1. С. 52–57.
10. Ковалев Ф.Д. Экспериментальное исследование фотофореза в газах: автореф. дис. … канд. физ.-мат. наук. Екатеринбург, 2003. 24 с.
11. Horvath H. Photophoresis – a forgotten force? // KONA Powder Part. J. 2014. N 31. P. 181–199. DOI: 10.14356/kona.2014009.
12. Rosen M.H., Orr C.J. The photophoretic force // J. Colloid Interface Sci. 1964. V. 19, N 1. P. 50–60.
13. Brock J.R. On radiometer forces // J. Colloid Interface Sci. 1967. V. 25, N 4. P. 564–567.
14. Пришивалко А.П. Оптические и тепловые поля внутри светорассеивающих частиц. Минск: Наука и техника, 1983. 190 с.
15. Борен К., Хафмен Д. Поглощение и рассеяние света малыми частицами. М.: Мир, 1986. 664 с.
16. Кабанов М.В. Лазерное зондирование индустриальных аэрозолей. Новосибирск: Наука, 1986. 185 с.
17. Berne B.J., Pecora R. Dynamic Light Scattering. New York: John Wiley and Sons Ltd. 1976. 376 p. DOI: 10.1002/bbpc.19770810123.
18. Berthet G., Renard J.B., Brogniez C., Robert C., Chartier M., Pirre M. Optical and physical properties of stratospheric aerosols from balloon measurements in the visible and near-infrared domains. I. Analysis of aerosol extinction spectra from the AMON and SALOMON balloonborne spectrometers // Appl. Opt. 2002. V. 41. P. 7522–7539. DOI: 10.1364/AO.41.007522.
19. Евстрапов А.А. Физические методы управления движением и разделением микрочастиц в жидких средах. I. Диэлектрофорез, фотофорез, оптофорез, оптический пинцет // Научное приборостроение. 2005. Т. 15, № 1. C. 3–20.
20. Chernyak V., Beresnev S. Photophoresis of aerosol particles // J. Aerosol. Sci. 1993. V. 24, N 7. P. 857–866. DOI: 10.1016/0021-8502(93)90066-I.
21. Haywood J., Boucher O. Estimates of direct and indirect radiative forcing due to tropospheric aerosols: A review // Rev. Geophys. 2000. V. 38, N 4. P. 513–543. DOI: 10.1029/1999RG000078.
22. Береснев С.А., Кочнева Л.Б., Суетин П.Е., Захаров В.И., Грибанов К.Г. Фотофорез атмосферных аэрозолей в поле теплового излучения Земли // Оптика атмосф. и океана. 2003. Т. 16, № 5–6. С. 470–477.
25. Кочнева Л.Б. Микрофизические оптические характеристики и фотофорез атмосферных аэрозолей: автореф. дис. … канд. физ.-мат. наук. Екатеринбург, 2007. 24 с.
24. Кушнаренко А.В. Разработка модели и алгоритмов расчета фотофоретического взаимодействия аэрозольных частиц и кластеров в разреженной газовой среде на основе метода Монте-Карло: дис. … канд. физ.-мат. наук: 05.13.18. Красноярск, 2019. 103 с.
25. Марков М.Г. Теоретическое исследование влияния термодиффузиофореза и фотофореза на эволюцию атмосферного аэрозоля: дис. … канд. физ.-мат. наук. Обнинск, 1985. 179 с.
26. Rohatschek H. Semi-empirical model of photophoretic forces for the entire range of pressures // J. Aerosol Sci. 1995. V. 26. P. 717–734.
27. Cheremisin A.A., Vassilyev Y.V., Horvath H. Gravito-photophoresis and aerosol stratification in the atmosphere // J. Aerosol Sci. 2005. V. 36. P. 1277–1299. DOI: 10.1016/j.jaerosci.2005.02.003.
28. Ou C.L., Keh H.J. Low-knudsen-number photophoresis of aerosol spheroids // J. Colloid Interface Sci. 2005. V. 282, N 1. P. 69–79. DOI: 10.1016/j.jcis.2004.08.117.
29. Keh H.J., Tu H.J, Thermophoresis and photophoresis of cylindrical particles // Colloids Surf. A: Physicochem. Engin. Aspects. 2001. V. 176. P. 213–223. DOI: 10.1016/j.jcis.2004.08.117.
30. Zulehner W., Rohatschek H. Photophoresis of nonspherical bodies in the free molecule regime // J. Colloid Interface Sci. 1990. V. 138, N 2. P. 555–564.
31. Cheremisin A.A. Photophoresis of aerosol particles with nonuniform gas–surface accommodation in the free molecular regime // J. Aerosol Sci. 2019. V. 136. P. 15–35. DOI: 10.1016/j.jaerosci.2019.05.005.
32. Зимон А.Д. Что такое адгезия. М.: Наука, 1983. 176 с.
33. Кожевников В.Н. Возмущения атмосферы при обтекании гор. М.: Научный мир, 1999. 160 с.
34. Kim Y.-J., Arakava A. Improvement of orographic gravity wave parametrization using a mesoscale gravity wave model // J. Atm. Sci. 1995. V. 52. P. 1875–1902.
35. Панченко М.В., Пхалагов Ю.А., Рахимов Р.Ф., Сакерин С.М., Белан Б.Д. Геофизические факторы формирования аэрозольной погоды Западной Сибири // Оптика атмосф. и океана. 1999. Т. 12, № 10. С. 922–933.
36. Сократов С.А., Трошкина Е.С. Развитие структурно-стратиграфических исследований снежного покрова // Материалы гляциологических исследований. 2009. Вып. 107. С. 103–109.