Том 38, номер 06, статья № 3

Аннотация:

Атмосферный аэрозоль оказывает влияние на астрономические наблюдения, выполняемые в видимом диапазоне спектра (400–700 нм). Следовательно, информация о динамике оптических свойств среды в районе проведения астрофизического эксперимента необходима для корректной интерпретации получаемых результатов. В силу отсутствия локальных измерений данные о состоянии атмосферы могут быть получены, например, путем численного моделирования. В настоящей работе обсуждаются результаты моделирования аэрозольной атмосферной толщи (АОТ) с использованием химической транспортной модели GEOS-CHEM и химического реанализа CAMS для района расположения гамма-обсерватории TAIGA, где в ночное время регистрируется черенковское излучение. Показано, что средние значения АОТ (550 нм) с сентября по апрель 2019–2022 гг. по данным GEOS-CHEM и CAMS составляют ~ 0,08 и ~ 0,05 соответственно. Максимум AOТ наблюдается в апреле и может достигать 0,6. Верификация результатов моделирования с использованием данных AERONET показала их удовлетворительное согласие: коэффициент корреляции R для GEOS-CHEM равен 0,92, а для CAMS –  0,91. Результаты исследования могут применяться на этапе обработки экспериментальных данных гамма-обсерватории TAIGA, а также аналогичных астрофизических проектов.

Ключевые слова:

АОТ, моделирование, GEOS-CHEM, CAMS, гамма-обсерватория TAIGA

Список литературы:

1. Астапов И.И., Безъязыков П.А., Бланк М., Бонвеч Е.А., Бородин А.Н., Брюкнер М., Буднев Н.М., Булан А.В., Вайдянатан А., Вишневский Р., Волков Н.В., Волчугов П.А., Воронин Д.М., Гафаров А.Р., Гресс О.А., Гресс Т.И., Гришин О.Г., Гармаш А.Ю., Гребенюк В.М., Гринюк А.А., Дячок А.Н., Журов Д.П., Загородников А.В., Иванова А.Л, Калмыков Н.Н., Киндин В.В., Кирюхин С.Н., Кокоулин Р.П., Компаниец К.Г., Коростелева Е.Е., Кожин В.А., Кравченко Е.А., Крюков А.П., Кузьмичев Л.А., Кьявасса А., Лагутин А.А., Лаврова М.В., Лемешев Е.Ю., Лубсандоржиев Б.К., Лубсандоржиев Н.Б., Миргазов Р.Р., Мирзоян Р., Монхоев Р.Д., Осипова Е.А., Пахоруков А.Л., Пан А., Панасюк М.И., Паньков Л.В., Петрухин А.А., Подгрудков Д.А., Полещук В.А., Попова Е.Г., Порелли А., Постников Е.Б., Просин В.В., Птускин В.С., Пушнин А.А., Разумов А.В., Райкин Р.И., Рубцов Г.И., Рябов Е.В., Сагань Я.И., Самолига В.С., Сатышев И., Силаев А.А., Силаев А.А. (мл.), Сидоренков А.Ю., Скурихин А.В., Соколов А.В., Свешникова Л.Г., Суворкин Я.В., Таболенко В.А., Танаев А.Б., Таращанский Б.А., Терновой М.Ю., Ткачев Л.Г., Тлужиконт М, Ушаков Н.А., Хорнс Д., Чернов Д.В., Яшин И.И. Изучение космических лучей на астрофизическом комплексе TAIGA: результаты и планы // ЖЭТФ. 2022. Т. 161, № 4. С. 548−559. DOI: 10.31857/ S0044451022040095.
2. Буднев Н.М., Кузьмичев Л.А., Астапов И.И., Безъязыков П.А., Бонвеч Е.А., Бородин А.Н., Булан А.В., Вайдянатан А., Волков Н.В., Волчугов П.А., Воронин Д.М., Гафаров А.Р., Гармаш А.Ю., Гребенюк В.М., Грессь О.А., Грессь Т.И., Гресь Е.О., Гринюк А.А., Гришин О.Г., Дячок А.Н., Журов Д.П., Загородников А.В., Иванова А.Д., Иванова А.Л., Илюшин М.А., Калмыков Н.Н., Киндин В.В., Кирюхин С.Н., Кожин В.А., Кокоулин Р.П., Колосов Н.И., Компаниец К.Г., Коростелева Е.Е., Кожин В.А., Кравченко Е.А., Крюков А.П., Кьявасса А., Лаврова М.В., Лагутин А.А., Лемешев Е.Ю., Лубсандоржиев Б.К., Лубсандоржиев Н.Б., Малахов С.Д., Миргазов Р.Р., Монхоев Р.Д., Окунева Э.А., Осипова Э.А., Пан А., Панов А.Д., Паньков Л.В., Пахоруков А.Л., Петрухин А.А., Подгрудков Д.А., Попова Е.Г., Постников Е.Б., Просин В.В., Птускин В.С., Пушнин А.А., Райкин Р.И., Разумов А.В., Рубцов Г.И., Рябов Е.В., Сатышев И., Самолига В.С., Свешникова Л.Г., Сидоренков А.Ю., Силаев А.А., Силаев А.А. (мл.), Скурихин А.В., Соколов А.В., Таболенко В.А., Танаев А.Б., Терновой М.Ю., Ткачев Л.Г., Ушаков Н.А., Чернов Д.В., Яшин И.И. TAIGA – гибридный комплекс для многоканальной астрономии высоких энергий // Журн. техн. физ. 2023. Т. 93, № 12. С. 1794–1798. DOI: 10.61011/JTF.2023.12.56824.f234-23.
3. Fruck C., Gaug M., Hahn A., Acciari V., Besenrieder J., Prester D.D., Dorner D., Fink D., Font L., Mićanović S., Mirzoyan R., Müller D., Pavletić L., Schmuckermaier F., Willet M. Characterizing the aerosol atmosphere above the Observatorio del Roque de los Muchachos by analysing seven years of data taken with an GaAsP HPD-readout, absolutely calibrated elastic LIDAR // Mon. Not. Roy. Astron. Soc. 2022. V. 515, N 3. P. 4520–4550. DOI: 10.1093/mnras/stac1563.
4. Schmuckermaier F., Gaug M., Fruck C., Moralejo A., Hahn A., Prester D.D., Dorner D., Font L., Mićanović S., Mirzoyan R., Paneque D., Pavletić L., Sitarek J., Will M. Correcting Imaging Atmospheric Cherenkov Telescope data with atmospheric profiles obtained with an elastic light detecting and ranging system // Astron. Astrophys. 2023. V. 673, N A2. DOI: 10.1051/0004-6361/202245787.
5. Журавлева Т.Б., Кабанов Д.М., Сакерин С.М. О дневной изменчивости аэрозольной оптической толщи атмосферы и радиационного форсинга аэрозоля // Оптика атмосф. и океана. 2010. Т. 23, № 8. С. 700–709; Zhuravleva T.B., Kabanov D.M., Sakerin S.M. On daytime variations of atmospheric aerosol optical depth and aerosol radiative forcing // Atmos. Ocean. Opt. 2010. V. 23, N 6. P. 528–537.
6. Кабанов Д.М., Береснев С.А., Горда С.Ю., Корниенко Г.И., Николашкин С.В., Сакерин С.М., Тащилин М.А. Дневной ход аэрозольной оптической толщи атмосферы в нескольких регионах азиатской части России // Оптика атмосф. и океана. 2013. Т. 26, № 4. С. 291–296; Kabanov D.M., Beresnev S.A., Gorda S.Yu., Kornienko G.I., Nikolashkin S.V., Sakerin S.M., Tashchilin M.A. Diurnal behavior of aerosol optical depth of the atmosphere in a few regions of Asian part of Russia // Atmos. Ocean. Opt. 2013. V. 26, N 6. P. 466–472.
7. Hyndman R.J., Athanasopoulos G. Seasonal ARIMA models // Forecasting: Principles and practice, 3rd edition. Melbourne, Australia: OTexts, 2021. [Электронный ресурс]. URL: http://otexts.com/fpp3/seasonal-arima.html (last access: 01.04.2025).
8. Hollmann N., Müller S., Purucker L., Krishnakumar A., Körfer M., Hoo S.B., Schirrmeister R.T., Hutter F. Accurate predictions on small data with a tabular foundation model // Nature. 2025. V. 637. P. 319–326. DOI: 10.1038/s41586-024-08328-6.
9. Bey I., Jacob D.J., Yantosca R.M., Logan J.A., Field B.D., Fiore A.M., Li Q., Liu H.Y., Mickley L.J., Schultz M.G. Global modeling of tropospheric chemistry with assimilated meteorology: Model description and evaluation // J. Geophys. Res. 2001. V. 106(D19). P. 23073–23095. DOI: 10.1029/2001JD000807.
10. Eastham S.D., Long M.S., Keller C.A., Lundgren E., Yantosca R.M., Zhuang J., Li C., Lee C.J., Yannetti M., Auer B.M., Clune T.L., Kouatchou J., Putman W.M., Thompson M.A., Trayanov A.L., Molod A.M., Martin R.V., Jacob D.J. GEOS-Chem High Performance (GCHP v11-02c): A next-generation implementation of the GEOS-Chem chemical transport model for massively parallel applications // Geosci. Model Dev. 2018. V. 11, N 7. P. 2941–2953. DOI: 10.5194/gmd-11-2941-2018.
11. Keller C.A., Long M.S., Yantosca R.M., Da Silva A.M., Pawson S., Jacob D.J. HEMCO v1.0: A versatile, ESMF-compliant component for calculating emissions in atmospheric models // Geosci. Model Dev. 2014. V. 7, N 4. P. 1409–1417. DOI: 10.5194/gmd-7-1409-2014.
12. Park R.J., Jacob D.J., Field B.D., Yantosca R.M., Chin M. Natural and transboundary pollution influences on sulfate-nitrate-ammonium aerosols in the United States: Implications for policy // J. Geophys. Res. 2004. V. 109, N D15. DOI: 10.1029/2003JD004473.
13. Pye H.O.T., Liao H., Wu S., Mickley L.J., Jacob D.J., Henze D.K., Seinfeld J.H. Effect of changes in climate and emissions on future sulfate-nitrate-ammonium aerosol levels in the United States // J. Geophys. Res. 2009. V. 114, N D1. DOI: 10.1029/2008JD010701.
14. Heald C.L., Ridley D.A., Kroll J.H., Barrett S.R.H., Cady-Pereira K.E., Alvarado M.J., Holmes C.D. Contrasting the direct radiative effect and direct radiative forcing of aerosols // Atmos. Chem. Phys. 2014. V. 14, N 11. P. 5513–5527. DOI: 10.5194/acp-14-5513-2014.
15. Inness A., Ades M., Agustí-Panareda A., Barré J., Benedictow A., Blechschmidt A.-M., Dominguez J.J., Engelen R., Eskes H., Flemming J., Huijnen V., Jones L., Kipling Z., Massart S., Parrington M., Peuch V.-H., Razinger M., Remy S., Schulz M., Suttie M. The CAMS reanalysis of atmospheric composition // Atmos. Chem. Phys. 2019. V. 19, N 6. P. 3515–3556. DOI: 10.5194/ acp-19-3515-2019.
16. Flemming J., Huijnen V., Arteta J., Bechtold P., Beljaars A., Blechschmidt A.-M., Diamantakis M., Engelen R.J., Gaudel A., Inness A., Jones L., Josse B., Katragkou E., Marecal V., Peuch V.-H., Richter A., Schultz M.G., Stein O., Tsikerdekis A. Tropospheric chemistry in the Integrated Forecasting System of ECMWF // Geosci. Model Dev. 2015. V. 8. P. 975–1003. DOI: 10.5194/gmd-8-975-2015.
17. Bannister R.N. A review of operational methods of variational and ensemble-variational data assimilation // Q. J. R. Meteorol. Soc. 2017. V. 143. P. 607–633. DOI: 10.1002/qj.2982.
18. Morcrette J.-J., Boucher O., Jones L., Salmond D., Bechtold P., Beljaars A., Benedetti A., Bonet A., Kaiser J.W., Razinger M., Schulz M., Serrar S., Simmons A.J., Sofiev M., Suttie M., Tompkins A.M., Untch A. Aerosol analysis and forecast in the European Centre for Medium-Range Weather Forecasts Integrated Forecast System: Forward modeling // J. Geophys. Res. 2009. V. 114(D6). DOI: 10.1029/2008JD011235.
19. Holben B.N., Eck T.F., Slutsker I., Tanré D., Buis J.P., Setzer A., Vermote E., Reagan J.A., Kaufman Y.J., Nakajima T., Lavenu F., Jankowiak I., Smirnov A. AERONET – a federated instrument network and data archive for aerosol characterization // Remote Sens. Environ. 1998. V. 66, N 1. P. 1–16. DOI: 10.1016/S0034-4257(98)00031-5.
20. Anderson J.M., Becker K.J., Kieffer H.H., Dodd D.N. Real-time control of the Robotic Lunar Observatory Telescope // Pub. Astron. Soc. Pac. 1999. V. 111. P. 737–749. DOI: 10.1086/316375.
21. Barreto A., Cuevas E., Damiri B., Guirado C., Berkoff T., Berjón A.J., Hernández Y., Almansa F., Gil M. A new method for nocturnal aerosol measurements with a lunar photometer prototype // Atmos. Meas. Tech. 2013. V. 6, N 3. P. 585–598. DOI: 10.5194/amt-6-585-2013.
22. Smirnov A., Holben B.N., Eck T.F., Dubovik O., Slutsker I. Cloud-screening and quality control algorithms for the AERONET database // Remote Sens. Environ. 2000. V. 73, N 3. P. 337–349. DOI: 10.1016/S0034-4257(00)00109-7.
23. Pai S.J., Heald C.L., Pierce J.R., Farina S.C., Marais E.A., Jimenez J.L., Campuzano-Jost P., Nault B.A., Middlebrook A.M., Coe H., Shilling J.E., Bahreini R., Dingle J.H., Vu K. An evaluation of global organic aerosol schemes using airborne observations // Atmos. Chem. Phys. 2020. V. 20, N 5. P. 2637–2665. DOI: 10.5194/acp-20-2637-2020.
24. Li S., Garay M.J., Chen L., Rees E., Liu Y. Comparison of GEOS-Chem aerosol optical depth with AERONET and MISR data over the contiguous United States // J. Geophys. Res. Atmos. 2013. V. 118, N 19. P. 11228–11241. DOI: 10.1002/jgrd.50867.