Том 38, номер 01, статья № 4

Аннотация:

Возникающая при массовых лесных пожарах дымная мгла радикально меняет радиационный режим атмосферы на больших территориях. Изменчивость потоков коротковолновой радиации в задымленной атмосфере обусловлена вариациями оптических и микрофизических характеристик дымового аэрозоля, включая спектральные зависимости мнимой части коэффициента преломления, которые определяются присутствием в частицах дымового аэрозоля черного углерода, коричневого углерода и селективно поглощающих радиацию органических соединений. В работе с использованием данных AERONET проанализированы вышеуказанные спектральные зависимости во время массовых лесных пожаров на Аляске в 2019 г. и в Канаде в 2023 г., в том числе при экстремальном поглощении радиации черным углеродом и коричневым углеродом, когда мнимая часть коэффициента преломления на длине волны 440 нм достигала 0,50 и 0,27 соответственно. Обнаружены умеренные проявления селективного поглощения радиации дымовым аэрозолем в видимой и ближней инфракрасной областях спектра. Предложены аппроксимации спектральных зависимостей мнимой части коэффициента преломления. Приведены оценки аэрозольного радиационного форсинга на верхней границе атмосферы для экстремальных проявлений поглощения радиации в видимой и ближней инфракрасной областях спектра черным углеродом, коричневым углеродом и при аномальном селективном поглощении. Полученные результаты представляют интерес при оценке изменчивости радиационного режима атмосферы и при разработке методов дистанционного зондирования атмосферы.

Ключевые слова:

крупномасштабная дымная мгла, дымовой аэрозоль, оптическая характеристика, черный углерод, коричневый углерод, селективное поглощение, мнимая часть коэффициента преломления, спектральная зависимость, AERONET

Иллюстрации:

Список литературы:

1. Masson-Delmotte V., Zhai P., Pörtner H.O., Roberts D., Skea J., Shukla P.R., Pirani A., Moufouma-Okia W., Péan C., Pidcock R., Connors S., Matthews J.B.R., Chen Y., Zhou X., Gomis M.I., Lonnoy E., Maycock T., Tignor M., Waterfield T. IPCC, 2018: Global Warming of 1.5°C. An IPCC Special Report on the impacts of global warming of 1.5°C above pre-industrial levels and related global greenhouse gas emission pathways, in the context of strengthening the global response to the threat of climate change, sustainable development, and efforts to eradicate poverty. Cambridge, UK and New York, USA: Cambridge University Press, 2022. 616 p.
2. Ju J., Dunne J.P., Shevliakoka E., Ginox P., Malyshevs S., John J.G., Krasting J.P. Increased risk of the 2019 Alaskan July fires due to anthropogenic activity // Bull. Am. Meteorol. Soc. 2021. V. 102, N 1. P. S1–S7. DOI: 10.1175/BAMS-D-20-0154.1.
3. Мохов И.И., Горчакова И.А. Радиационный и температурный эффект летних пожаров 2002 г. в Московском регионе // Докл. РАН. 2005. Т. 400, № 4. С. 528–531.
4. Chubarova N., Nezval’ Y., Sviridenkov M., Smirnov A., Slutsker I. Smoke aerosol and its radiative effects during extreme fire event over Central Russia in summer 2010 // Atmos. Meas. Tech. Discuss. 2011. V. 4. P. 6351–6386. DOI: 10.5194/amt-5-557-2012.
5. 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 дымовых и задымленных условиях атмосферы Сибири // Метеорол. и гидрол. 2016. № 2. С. 45–54.
6. 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. P. 179–198. DOI: 10.5194/amt-10-179-2017.
7. Аршинов М.Ю., Белан Б.Д. Исследования дисперсного состава аэрозоля в периоды весенней дымки и лесных пожаров // Оптика атмосф. и океана. 2011. Т. 24, № 6. С. 468–474.
8. Бондур В.Г., Гинзбург А.С. Эмиссия углеродсодержащих газов и аэрозолей от природных пожаров на территории России по данным космического мониторинга // Докл. РАН. 2016. Т. 466, № 4. С. 473–477. DOI: 10.7868/S0869565216040186.
9. Виноградова А.А., Смирнов Н.С., Коротков В.Н. Аномальные пожары 2010 и 2012 гг. на территории России и поступление черного углерода в Арктику // Оптика атмосф. и океана. 2016. Т. 29, № 6. С. 482–487. DOI: 10.15372/AOO20160606; Vinogradova A.A., Smirnov N.S., Korotkov V.N. Anomalous wildfires in 2010 and 2012 on the territory of Russia and supply of black carbon to the Arctic // Atmos. Ocean. Opt. 2016. V. 29, N 5. P. 545–550.
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. DOI: 10.1080/01431161.2014.945010.
11. Gorchakov G.I., Sitnov S.A., Sviridenkov M.A., Semoutnikova E.G., Emilenko A.S., Isakov A.A., Kopeikin V.M., Karpov A.V., Gorchkova I.A., Verichev K.S., Kurbatov G.A., Ponomareva T.Ya. Satellite and ground-based monitoring of smoke in the atmosphere during the summer wildfires in European Russia in 2010 and Siberia in 2012 // Int. J. Remote Sens. 2014. V. 35, N 15. P. 5698–5721. DOI: 10.1080/01431161.2014.945008.
12. Горчаков Г.И., Ситнов С.А., Карпов А.В., Горчакова И.А., Гущин Р.А., Даценко О.И. Крупномасштабные дымки Евразии летом 2016 г. // Изв. РАН. Физ. атмосф. и океана. 2019. Т. 55, № 3. С. 41–51. DOI: 10.31857/S0002-351555341-51.
13. Горчаков Г.И., Гущин Р.А., Копейкин В.М., Карпов А.В., Семутникова Е.Г., Даценко О.И., Пономарева Т.Я. Аномальное поглощение дымового аэрозоля в видимой и ближней инфракрасной областях спектра // Докл. РАН. Науки о Земле. 2023. Т. 510, № 1. С. 92–98. DOI: 10.31857/S2686739723600030.
14. Горчаков Г.И., Копейкин В.М., Гущин Р.А., Карпов А.В., Семутникова Е.Г., Даценко О.И., Пономарева Т.Я. Аномальное селективное поглощение дымового аэрозоля при массовых лесных пожарах на Аляске в июле-августе 2019 г. // Изв. РАН. Физ. атмосф. и океана. 2023. Т. 59, № 6. С. 740–753. DOI: 10.31857/S0002351523060044.
15. 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.
16. Sinyuk A., Holben B.N., Eck T.F., Giles D.M., Slutsker I., Korkin S., Schafer J.S., Smirnov A., Sorokin M., Lyapustin A. The AERONET Version 3 aerosol retrieval algorithm, associated uncertainties and comparisons to Version 2 // Atmos. Meas. Tech. 2020. V. 13. P. 3375–3411. DOI: 10.5194/amt-13-3375-2020.
17. 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. DOI: 10.5194/acp-14-11493-2014.
18. Зуев В.Е., Креков Г.М. Оптические модели атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1986. 256 с.
19. Feng Y., Ramanathan V., Kotamarthi V.R. Brown carbon: A significant atmospheric absorber of solar radiation? // Atmos. Chem. Phys. 2013 V. 13, N 17. P. 8607–8621. DOI: 10.5194/acp-13-8607-2013.
20. Горчаков Г.И., Васильев А.В., Веричев К.С., Семутникова Е.Г., Карпов А.В. Тонкодисперсный коричневый углерод в задымленной атмосфере // Докл. РАН. 2016. Т. 471, № 1. С. 91–97. DOI: 10.7868/S0869565216310194.
21. Горчаков Г.И., Карпов А.В., Панкратова Н.В., Семутникова Е.Г., Васильев А.В., Горчакова И.А. Коричневый и черный углерод в задымленной атмосфере при пожарах в бореальных лесах // Исслед. Земли из космоса. 2017. № 3. С. 11–21. DOI: 10.7868/S0205961417030034.
22. Alexander D.T., Crozier P.A., Anderson J.R. Brown carbon spheres in East Asian outflow and their optical properties // Science. 2008. V. 321. P. 833–836. DOI: 10.1126/science.1155296.
23. Eck T.F., Holben B.N., Reid J.S., Sinyuk A., Hyer E.J., O’Neill N.T., Shaw G.E., Vande Castle J.R., Chapin F.S., Dubovik O., Smirnov A. Optical properties of boreal region biomass burning aerosols in central Alaska and seasonal variation of aerosol optical depth at an Arctic coastal site // J. Geophys. Res: Atmos. 2009. V. 16, N 114. D11208. DOI: 10.1029/2008JD010870.
24. Torres O., Ahn C., Chen Z. Improvements to the OMI near UV aerosol algorithm using A-train CALIOP and AIRS observations // Atmos. Meas. Tech. Discuss. 2013. V. 6, N 3. P. 5621–5652. DOI: 10.5194/amt-6-3257-2013, 2013.
25. Bond T.C., Doherty S.J., Fahey D.V., Forster P.M. Bounding the role of black carbon in the climate system: A scientific assessment // J. Geophys. Res. 2013. V. 118. P. 5380–5552. DOI: 10.1002/jgrd.50171.
26. Konovalov I.B., Lvova D.A., Beekmann M., Jethva H., Mikhailov E.F., Paris J.-D., Belan B.D., Kozlov V.S., Ciais P., Andreae M.O. Estimation of black carbon emissions from Siberian fires using satellite observations of absorption and extinction optical depths // Atmos. Chem. Phys. 2018. V. 18. P. 14889–14924. DOI: 10.5194/acp-18-14889-2018.
27. Михайлов Е.Ф., Миронова С.Ю., Макарова М.В., Власенко С.С., Рышкевич Т.И., Панов А.В., Андреае М.О. Исследование сезонной изменчивости углеродсодержащей фракции атмосферного аэрозоля Центральной Сибири // Из. РАН. Физ. атмосф. и океана. 2015. Т. 51, № 4. С. 484–484.
28. Горчаков Г.И., Карпов А.В., Васильев А.В., Горчакова И.А. Коричневый и черный углерод в смогах мегаполисов // Оптика атмосф. и океана. 2017. Т. 30, № 1. С. 5–11. DOI: 10.15372/AOO20170101; Gorchakov G.I., Karpov A.V., Vasiliev A.V., Gorchakova I.A. Brown and black carbons in megacity smogs // Atmos. Ocean. Opt. 2017. V. 30, N 3. P. 248–254.
29. Hand J.L., Malm W.C., Laskin A., Day D., Lee T.B., Wang C., Carrico C., Carrillo J., Cowin J.P., Collett Jr J., Iedema M.J. Optical, physical, and chemical properties of tar balls observed during the Yosemite Aerosol Characterization Study // J. Geophys. Res.: Atmos. 2005. V. 110. D21210. P. 1–14. DOI: 10.1029/2004JD005728.
30. Hoffer A., Tóth A., Nyirő-Kósa I., Pósfai M., Gelencsér A. Light absorption properties of laboratory-generated tar ball particles // Atmos. Chem. Phys. 2016. V. 16. P. 239–246. DOI: 10.5194/acp-16-239-2016.
31. Adachi K., Sedlacek III A.J., Kleinman L., Huble J.M., Shilling J.E., Onash T.B., Kinase T., Sakata K., Takahashi J., Buseck P.R. Spherical tar ball particles form through rapid chemical and physical changes of organic matter in biomass-burning smoke // Proc. Nat. Acad. Sci. 2019. V. 116, N 39. P. 19336–19341. DOI: 10.1073/pnas.1900129116.
32. Li C., He Q., Schade J., Passig J., Zimmermann R., Meidan D., Laskin A., Rudich Y. Dynamic changes in optical and chemical properties of tar ball aerosols by atmospheric photochemical aging // Atmos. Chem. Phys. 2019. V. 19. P. 139–163. DOI: 10.5194/acp-19-139-2019.
33. Sedlasec III A.J., Buseck P.R., Adachi K., Onasch T.B., Springstons S.K., Kleinman J. Formation and evolution of tar balls from Northwestern US wildfires // Atmos. Chem. Phys. 2018. V. 18, N 15. P. 11289–11301. DOI: 10.5194/acp-18-11289-2018.
34. Konovalov I.B., Beekmann M., Golovushkin N.A., Andrea M.O. Nonlinear behavior of organic aerosol in biomass burning plumes: A microphysical model analysis // Atmos. Chem. Phys. Discuss. 2019. V. 19. P. 12091–12119. DOI: 10.5194/acp-19-12091-2019.
35. Russell P.B., Redemann J., Schmid B., Bergstrom R.W., Livingston J.M., McIntosh D.M., Ramirez S.A., Hartley S., Hobbs P.V., Quinn P.K., Carrico C.M., Rood M.J., Ostrom E., Noon K.J., von Houningen-Huene W., Remer L. Comparison of aerosol single scattering albedos derived by diverse techniques in two North Atlantic experiments // J. Atm. Sci. 2002. V. 59, N 3, Part 2. P. 609–619. DOI: 10.1175/1520-0469(2002)059<0609:COASSA>2.0.CO;2.