Том 38, номер 12, статья № 8

Аннотация:

Представлены результаты лидарных измерений вертикального распределения оптических характеристик пылевого аэрозоля из пустыни Гоби в свободной и нижней тропосфере г. Владивостока. В качестве инструмента исследования использован аэрозольно-рамановский лидар с кроссполяризационным каналом, позволяющий получать вертикальные профили набора (3β + 2α + δ). Высокие значения аэрозольного деполяризационного отношения (δ_а = 0,13¸0,24), характерные для пылевых аэрозольных частиц субмикронного размера, отмечены в интервале высот 3,00–4,25 км. Этому интервалу соответствовали и низкие значения параметра Ангстрема (Å = 0,5), и высокие значения альбедо однократного рассеяния ω = 0,98¸0,99. Комплексный показатель преломления (m = m_r + i × m_i) в пылевом слое имел характерные для пылевых частиц значения m_r = 1,48¸1,56; m_i = 0,001. Эффективный радиус варьировался в пределах 0,2–0,4 мкм с максимальным значением на высоте 3,8 км. Функция распределения объемов частиц по размерам в пылевом слое имеет хорошо выраженную двумодальную структуру с незначительным превышением грубодисперсной моды над мелкодисперсной. Модальный радиус грубодисперсной фракции равнялся 0,8 мкм, а мелкодисперсной – 0,18 мкм.

Ключевые слова:

пылевой аэрозоль, лидарное зондирование, полязизация, дальний перенос, оптические и микрофизические свойства аэрозоля

Иллюстрации:

Список литературы:

1. Mona L., Liu Z., Müller D., Omar A., Papayannis A., Pappalardo G., Sugimoto N., Vaughan M. Lidar measurements for desert dust characterization: An overview // Adv. Meteorol. 2012. V. 2012, N 1. P. 1–36. DOI: 10.1155/2012/356265.
2. Bauer E., Ganopolski A. Sensitivity simulations with direct shortwave radiative forcing by aeolian dust during glacial cycles // Clim. Past. 2014. V. 10, N 4. P. 1333–1348. DOI: 10.5194/cp-10-1333-2014.
3. Zhang X.Y., Arimoto R., An Z.S. Dust emissions from Chinese Desert sources linked to variations in atmospheric circulation // J. Geophys. Res. 1997. V. 102, N D23. P. 28041–28047. DOI: 10.1029/97JD02300.
4. Uno I., Eguchi K., Yumimoto K., Takemura T., Shimizu A., Uematsu M., Liu Z., Wang Z., Hara Y., Sugimoto N. Asian dust transported one full circuit around the globe // Nat. Geosci. 2009. V. 2, N 8. P. 557–560. DOI: 10.1038/ngeo583.
5. Iwasaka Y., Shibata T., Nagatani T., Shi G.-Y., Kim Y.S., Matsuki A., Trochkine D., Zhang D., Yamada M., Nagatani M., Nakata H., Shen Z., Li G., Chen B., Kawahira K. Large depolarization ratio of free tropospheric aerosols over the Taklamakan Desert revealed by lidar measurements: Possible diffusion and transport of dust particles // J. Geophys. Res. 2003. V. 108, N D23. P. 2002JD003267. DOI: 10.1029/2002JD003267.
6. Chen S., Huang J., Li J., Jia R., Jiang N., Kang L., Ma X., Xie T. Comparison of dust emissions, transport, and deposition between the Taklimakan Desert and Gobi Desert from 2007 to 2011 // Sci. China Earth Sci. 2017. V. 60, N 7. P. 1338–1355. DOI: 10.1007/s11430-016-9051-0.
7. Букин О.А., Павлов А.Н., Салюк П.А., Кульчин Ю.Н., Шмирко К.А., Столярчук С.Ю., Бубновский А.Ю. Особенности высотного распределения аэрозоля во время прохождения пылевых бурь над заливом Петра Великого в 2006 г. и их воздействие на фитопланктонные сообщества Японского моря // Оптика атмосф. и океана. 2007. Т. 20, № 4. С. 341–348.
8. Сакерин С.М., Павлов А.Н., Букин О.А., Кабанов Д.М., Корниенко Г.И., Полькин В.В., Столярчук С.Ю., Турчинович Ю.С., Шмирко К.А., Майор А.Ю. Результаты комплексного аэрозольного эксперимента в переходной зоне «материк–океан» (Приморье и Японское море). Часть 1. Вариации аэрозольной оптической толщи атмосферы и вертикальные профили // Оптика атмосф. и океана. 2010. Т. 23, № 8. С. 691–699; Sakerin S.M., Pavlov A.N., Bukin O.A., Kabanov D.M., Kornienko G.I., Pol’kin V.V., Stolyarchuk S.Yu., Turchinovich Yu.S., Shmirko K.A., Mayor A.Yu. Results of an integrated aerosol experiment in the continent–ocean transition zone (Primorye and the Sea of Japan). Part 1: Variations of atmospheric aerosol optical depth and vertical profiles // Atmos. Ocean. Opt. 2011. V. 24, N 1. P. 64–73.
9. Букин О.А., Шмирко К.А., Майор А.Ю., Павлов А.Н., Столярчук С.Ю., Корниенко Г.И., Ерофеев Д.В. Особенности распределения атмосферного аэрозоля по размерам в переходной зоне материк-океан // Изв. РАН. Физ. атмосф. и океана. 2010. Т. 46, № 2. С. 50–56.
10. Liu L., Guo J., Gong H., Li Z., Chen W., Wu R., Wang L., Xu H., Li J., Chen D., Zhai P. Contrasting influence of Gobi and Taklimakan Deserts on the dust aerosols in western north America // Geophys. Res. Lett. 2019. V. 46, N 15. P. 9064–9071. DOI: 10.1029/2019GL083508.
11. VanCuren R.A., Cahill T.A. Asian aerosols in North America: Frequency and concentration of fine dust // J. Geophys. Res. 2002. V. 107, N D24. DOI: 10.1029/2002JD002204.
12. Nousiainen T. Optical modeling of mineral dust particles: A review // J. Quant. Spectrosc. Radiative Transfer. 2009. V. 110, N 14–16. P. 1261–1279. DOI: 10.1016/j.jqsrt.2009.03.002.
13. Zhang Z., Engling G., Lin C.-Y., Chou C.C.-K., Lung S.-C.C., Chang S.-Y., Fan S., Chan C.-Y., Zhang Y.-H. Chemical speciation, transport and contribution of biomass burning smoke to ambient aerosol in Guangzhou, a mega city of China // Atmos. Environ. 2010. V. 44, N 26. P. 3187–3195. DOI: 10.1016/j.atmosenv.2010.05.024.
14. Yu X., Cheng T., Chen J., Liu Y. A comparison of dust properties between China continent and Korea, Japan in East Asia // Atmos. Environ. 2006. V. 40, N 30. P. 5787–5797. DOI: 10.1016/j.atmosenv.2006.05.013.
15. Matsuki A., Iwasaka Y., Osada K., Matsunaga K., Kido M., Inomata Y., Trochkine D., Nishita C., Nezuka T., Sakai T., Zhang D., Kwon S.-A. Seasonal dependence of long-range transport and vertical distribution of free tropospheric aerosols over East Asia: On the basis of aircraft and lidar measurements and isentropic trajectory analysis // J. Geophys. Res. 2003. V. 108, N D23. P. 2002JD003266. DOI: 10.1029/2002JD003266.
16. Kim S., Yoon S.-C., Jefferson A., Ogren J.A., Dutton E.G., Won J.-G., Ghim Y.S., Lee B.-I., Han J.-S. Aerosol optical, chemical and physical properties at Gosan, Korea during Asian dust and pollution episodes in 2001 // Atmos. Environ. 2005. V. 39, N 1. P. 39–50. DOI: 10.1016/j.atmosenv.2004.09.056.
17. Hayasaka T. Satake S., Shimizu A., Sugimoto N., Matsui I., Aoki K., Murajiet Y. Vertical distribution and optical properties of aerosols observed over Japan during the atmospheric brown Clouds-East Asia regional experiment 2005 // J. Geophys. Res. 2007. V. 112, N D22. P. 2006JD008086. DOI: 10.1029/2006JD008086.
18. Murayama T., Müller D., Wada K., Shimizu A., Sekiguchi M., Tsukamoto T. Characterization of Asian dust and Siberian smoke with multi-wavelength Raman lidar over Tokyo, Japan in spring 2003 // Geophys. Res. Lett. 2004. V. 31, N 23. P. 2004GL021105. DOI: 10.1029/2004GL021105.
19. Афонин С.В., Энгель М.В., Майор А.Ю., Павлов А.Н., Столярчук С.Ю., Шмирко К.А., Букин О.А. Результаты комплексного аэрозольного эксперимента в переходной зоне «материк–океан» (Приморье и Японское море). Часть 2. Анализ пространственной и временнóй изменчивости характеристик аэрозоля по спутниковым данным и лидарным измерениям // Оптика атмосф. и океана. 2010. Т. 23, № 9. С. 811–819; Afonin S.V., Engel’ M.V., Mayor A.Yu., Pavlov A.N., Stolyarchuk S.Yu., Shmirko K.A., Bukin O.A. Results of an integrated aerosol experiment in the continent–ocean transition zone (Primorye and the Sea of Japan). Part 2. Analysis of spatiotemporal variations of aerosol characteristics according to satellite data and lidar measurements // Atmos. Ocean. Opt. 2011. V. 24, N 2. P. 198–206.
20. Shmirko K.A., Lisitsa V., Pavlov A., Stolyarchuk S. Variations of microphysical and optical characteristics of atmospheric aerosol in transition zone land-ocean based on data of lidar sensing // Proc. SPIE. 2018. V. 10833. DOI: 10.1117/12.2504436.
21. Veselovskii I., Whiteman D.N., Korenskiy M., Suvorina A., Pérez-Ramírez D. Use of rotational Raman measurements in multiwavelength aerosol lidar for evaluation of particle backscattering and extinction // Atmos. Meas. Tech. 2015. V. 8, N 10. P. 4111–4122. DOI: 10.5194/amt-8-4111-2015.
22. Veselovskii I., Dubovik O., Kolgotin A., Lapyonok T., Di Girolamo P., Summa D., Whiteman D.N., Mishchenko M., Tanré D. Application of randomly oriented spheroids for retrieval of dust particle parameters from multiwavelength lidar measurements // J. Geophys. Res. 2010. V. 115, N D21. P. 2010JD014139. DOI: 10.1029/2010JD014139.
23. Ansmann A., Riebesell M., Wandinger U., Weitkamp C., Voss E., Lahmann W., Michaelis W. Combined Raman elastic-backscatter lidar for vertical profiling of moisture, aerosol extinction, backscatter, and lidar ratio // Appl. Phys. B. 1992. V. 55, N 1. P. 18–28. DOI: 10.1007/BF00348608.
24. Burton S.P., Ferrare R.A., Hostetler C.A., Hair J.W., Rogers R.R., Obland M.D., Butler C.F., Cook A.L., Harper D.B., Froyd K.D. Aerosol classification of airborne high spectral resolution lidar measurements – methodology and examples // Atmos. Meas. Tech. 2012. V. 5. P. 73–98. DOI: 10.5194/amt-5-73-2012.
25. Freudenthaler V., Esselborn M., Wiegner M., Heese B., Tesche M., Ansmann A., Müller D., Althausen D., Wirth M., Fix A., Ehret G., Knippertz P., Toledano C., Gasteiger J., Garhammer M., Seefeldneret M. Depolarization ratio profiling at several wavelengths in pure Saharan dust during samum 2006 // Tellus B. 2009. V. 61, N 1. P. 165. DOI: 10.1111/j.1600-0889.2008.00396.
26. Зуев В.Е., Зуев В.В. Дистанционное оптическое зондирование атмосферы. СПб.: Гидрометеоиздат, 1992. С. 232.
27. Müller D., Wandinger U., Ansmann A. Microphysical particle parameters from extinction and backscatter lidar data by inversion with regularization: Theory // Appl. Opt. 1999. V. 38, N 12. P. 2346. DOI: 10.1364/AO.38.002346.
28. Veselovskii I., Kolgotin A., Griaznov V., Müller D., Wandinger U., Whiteman D.N. Inversion with regularization for the retrieval of tropospheric aerosol parameters from multiwavelength lidar sounding // Appl. Opt. 2002. V. 41, N 18. P. 3685. DOI: 10.1364/AO.41.003685.
29. Pérez-Ramírez D., Whiteman D.N., Veselovskii I., Kolgotin A., Korenskiy M., Alados-Arboledas L. Effects of systematic and random errors on the retrieval of particle microphysical properties from multiwavelength lidar measurements using inversion with regularization // Atmos. Meas. Tech. 2013. V. 6, N 11. P. 3039–3054. DOI: 10.5194/amt-6-3039-2013.
30. Mamouri R.E., Ansmann A. Potential of polarization/raman lidar to separate fine dust, coarse dust, maritime, and anthropogenic aerosol profiles // Atmos. Meas. Tech. 2017. V. 10, N 9. P. 3403–3427. DOI: 10.5194/amt-10-3403-2017.
31. Sakai T., Nagai T., Zaizen Y., Mano Y. Backscattering linear depolarization ratio measurements of mineral, sea salt, and ammonium sulfate particles simulated in a laboratory chamber // Appl. Opt. 2010. V. 49, N 23. P. 4441. DOI: 10.1364/AO.49.004441.
32. Bi J., Shi J., Xie Y., Liu Y., Takamura T., Khatri P. Dust aerosol characteristics and shortwave radiative impact at a Gobi Desert of Northwest China during the spring of 2012 // J. Meteorol. Soc. Japan. 2014. V. 92A. P. 33–56. DOI: 10.2151/jmsj.2014-A03.
33. Zheng Y., Liu J., Wu R., Li Z., Wang B., Tamio T. Seasonal statistical characteristics of aerosol optical properties at a site near a dust region in China // J. Geophys. Res. 2008. V. 113, N D16. P. 2007JD009384. DOI: 10.1029/2007JD009384.
34. Liu J., Zheng Y., Li Z., Flynn C., Welton E.J., Cribb M. Transport, vertical structure and radiative properties of dust events in Southeast China determined from ground and space sensors // Atmos. Environ. 2011. V. 45, N 35. P. 6469–6480. DOI: 10.1016/j.atmosenv.2011.04.031.
35. Sakai T., Shibata T., Iwasaka Y., Nagai T., Nakazato M., Matsumura T., Ichiki A., Kim Y.-S., Tamura K., Troshkin D., Hamdi S. Case study of Raman lidar measurements of Asian dust events in 2000 and 2001 at Nagoya and Tsukuba, Japan // Atmos. Environ. 2002. V. 36, N 35. P. 5479–5489. DOI: 10.1016/S1352-2310(02)00664-7.
36. Nee J.B., Chiang C., Hu H., Hu S., Yu J. Lidar Measurements of Asian dust storms and dust cloud interactions // J. Geophys. Res. 2007. V. 112, N D15. P. 2007JD008476. DOI: 10.1029/2007JD008476.