Том 39, номер 02, статья № 1

Аннотация:

Атмосферные аэрозоли являются значимым фактором изменения радиационного баланса, особенно для таких территорий, как Центральная Сибирь, где продуцируется значительное количество дисперсных частиц за счет различных техногенных и биогенных источников. Однако параметры и сезонная динамика аэрозольного радиационного форсинга в этом регионе исследованы недостаточно. Представлены результаты оценки эффективности аэрозольного радиационного форсинга (RFE) для атмосферы Центральной Сибири по данным измерений объемных аэрозольных коэффициентов рассеяния и поглощения, выполненных на фоновой станции ZOTTO за период 2007–2024 гг. Характеристики атмосферы и подстилающей поверхности, требуемые для расчета RFE, были взяты из данных реанализа MERRA-2. Полученный временной ряд RFE для ст. ZOTTO демонстрирует сильную межсуточную изменчивость, но четко выраженную сезонную цикличность. Несмотря на то, что максимальные концентрации поглощающего (сажевого) аэрозоля и, следовательно, максимальные значения коэффициента аэрозольного поглощения наблюдаются в летние месяцы, эффективность аэрозольного форсинга в этот период составляет -30 Вт/м². Зимой, когда концентрация аэрозолей и аэрозольные оптические коэффициенты существенно ниже, эффективность форсинга положительна и равна примерно +25 Вт/м². Среднее значение RFE за период измерений равно -5 Вт/м². Смена знака аэрозольного форсинга с положительного на отрицательный происходит в начале мая, а с отрицательного на положительный – в конце октября и обусловлена главным образом сезонным изменением альбедо подстилающей поверхности. Полученные результаты могут быть использованы для уточнения прогнозов региональных климатических изменений в Сибири.

Ключевые слова:

атмосферный аэрозоль, радиационный форсинг, альбедо однократного рассеяния, коэффициент аэрозольного рассеяния, коэффициент аэрозольного поглощения, дымовой аэрозоль

Иллюстрации:

Список литературы:

1. Seinfeld J.H., Pandis S.N. Atmospheric Chemistry and Physics: From Air Pollution to Climate Change. New York: John Willey & Son, 1997. 1326 p.
2. Ципуштанова Т.В., Лужецкая А.П., Поддубный В.А. Оценка аэрозольного радиационного форсинга атмосферы в Екатеринбурге, Томске и Bratts Lake (Канада) по данным измерений глобальной сети мониторинга «AERONET» // Физика. Технологии. Инновации: Сб. науч. трудов. Екатеринбург: Уральский федеральный университет, 2015. Вып. 1. С. 205–211.
3. Sena E.T., Artaxo P., Correia A.L. Spatial variability of the direct radiative forcing of biomass burning aerosols and the effects of land use change in Amazonia // Atmos. Chem. Phys. 2013. V. 13. P. 1261–1275. DOI: 10.5194/acp-13-1261-2013.
4. 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.
5. Шукуров К.А., Мохов И.И., Шукурова Л.М. Оценка радиационного форсинга дымового аэрозоля летних пожаров 2010 г. на основе измерений в московском регионе // Изв. РАН. Физ. атмосф. и океана. 2014. Т. 50, № 3. С. 293–303.
6. IPCC, 2021: Climate Change 2021: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change / V.P. Zhai, A. Pirani, S.L. Connors, C. Péan, S. Berger, N. Caud, Y. Chen, L. Goldfarb, M.I. Gomis, M. Huang, K. Leitzell, E. Lonnoy, J.B.R. Matthews, T.K. Maycock, T. Waterfield, O. Yelekçi, R. Yu, B. Zhou (eds.). Cambridge, United Kingdom; New York, USA: Cambridge University Press, 2021. V. 2391. DOI: 10.1017/9781009157896.
7. Насртдинов И.М., Зенкова П.Н., Журавлева Т.Б., Ужегов В.Н., Коновалов И.Б. Моделирование радиационного форсинга дымового аэрозоля в Арктике с использованием данных измерений в Большой аэрозольной камере ИОА СО РАН // Оптика атмосф. и океана. 2023. Т. 36, № 3. С. 209–213. DOI: 10.15372/AOO20230307; Nasrtdinov I.M., Zenkova P.N., Zhuravleva T.B., Uzhegov V.N., Konovalov I.B. Simulation of radiative forcing of smoke aerosol in the Arctic using measurements in the Large Aerosol Chamber of Institute of Atmospheric Optics, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences // Atmos. Ocean. Opt. 2023. V. 36, N 4. P. 379–383.
8. Anderson T.L., Covert D.S., Marshall S.F., Laucks M.L., Charlson R.J., Waggoner A.P., Ogren J.A., Caldow R., Holm R.L., Quant F.R., Sem G.J., Wiedensohler A., Ahlquist N.A., Bates T.S. Performance characteristics of a high-sensitivity, three-wavelength, total scatter/backscatter nephelometer // J. Atmos. Ocean. Technol. 1996. V. 13, N 5. P. 967–986. DOI: 10.1175/1520-0426(1996)013<0967:pcoahs>2.0.co;2.
9. Aaltonen V., Lihavainen H., Kerminen V.-M., Komppula M., Hatakka J., Eneroth K., Kulmala M., Viisanen Y. Measurements of optical properties of atmospheric aerosols in Northern Finland // Atmos. Chem. Phys. 2006. V. 6. P. 1155–1164. DOI: 10.5194/acpd-5-11703-2005.
10. Bond T.C., Anderson T.L., Campbell D. Calibration and intercomparison of filter-based measurements of visible light absorption by aerosols // Aerosol Sci. Tech. 1999. V. 30. P. 582–600. DOI: 10.1080/027868299304435.
11. Weingartner E., Saathoff H., Schnaiter M., Streit N., Bitnar B., Baltensperger U. Absorption of light by soot particles: Determination of the absorption coefficient by means of aethalometers // J. Aerosol Sci. 2003. V. 34. P. 1445–1463. DOI: 10.1016/S0021-8502(03)00359-8.
12. Virkkula A., Ahlquist N.C., Covert D.S., Arnott W.P., Sheridan P.J., Quinn P.K., Coffman D.J. Modification, calibration and a field test of an instrument for measuring light absorption by particles // Aerosol Sci. Tech. 2005. V. 39. P. 68–83. DOI: 10.1080/027868290901963.
13. Mikhailov E., Mironova S., Mironov G., Vlasenko S., Panov A., Chi X., Walter D., Carbone S., Artaxo P., Heimann M., Lavric J., Pöschl U., Andreae M.O. Long-term measurements (2010–2014) of carbonaceous aerosol and carbon monoxide at the Zotino Tall Tower Observatory (ZOTTO) in central Siberia // Atmos. Chem. Phys. 2017. V. 17. P. 14365–14392. DOI: 10.5194/acp-17-14365-2017.
14. Власенко С.С., Михайлова А.С., Иванова О.А. Небосько Е.Ю., Михайлов Е.Ф., Рышкевич Т.И. Пространственное распределение потенциальных источников углеродсодержащих аэрозолей в Центральной Сибири // Оптика атмосф. и океана. 2024. Т. 37, № 2. С. 114–120. DOI: 10.15372/AOO20240204; Vlasenko S.S., Mikhailova A.S., Ivanova O.A., Nebosko E.Yu., Mikhailov E.F., Ryshkevich T.I. Spatial distribution of potential sources of carbonaceous aerosols in Central Siberia // Atmos. Ocean. Opt. 2024. V. 37, N 3. P. 309–314.
15. Бондур В.Г., Воронова О.С., Черепанова Е.В., Цидилина М.Н., Зима А.Л. Пространственно-временной анализ многолетних природных пожаров и эмиссий вредных газов и аэрозолей в России по космическим данным // Исследование Земли из космоса. 2020. № 4. С. 3–17.
16. Sheridan P.J., Ogren J.A. Observations of the vertical and regional variability of aerosol optical properties over central and eastern North America // J. Geophys. Res.: Atmos. 1999. V. 104. P. 16793–16805. DOI: 10.5194/acp-12-11695-2012.
17. Rizzo L.V., Artaxo P., Muller T., Wiedensohler A., Paixao M., Cirino G.G., Arana A., Swietlicki E., Roldin P., Fors E.O., Wiedemann K.T., Leal L.S.M., Kulmala M. Long term measurements of aerosol optical properties at a primary forest site in Amazonia // Atmos. Chem. Phys. 2013. V. 13. P. 2391–2413. DOI: 10.5194/acpd-12-23333-2012.
18. Luoma K., Virkkula A., Aalto P., Petäjä T., Kulmala M. Over a 10-year record of aerosol optical properties at SMEAR II // Atmos. Chem. Phys. 2019. V. 19. P. 11363–11382. DOI: 10.5194/acp-2018-981.
19. The Modern-Era Retrospective Analysis for Research and Applications, version 2. URL: https://disc.gsfc.nasa.gov/datasets/M2T1NXAER_5.12.4/summary (last access: 16.02.2025).
20. Горчаков Г.И., Гущин Р.А., Копейкин В.М., 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 // Изв. РАН. Физ. атмосф. и океана. 2023. T. 59, № 6. С. 740–753.
21. Rizzo L.V., Correia A.L., Artaxo P., Procopio A.S., Andreae M.O. Spectral dependence of aerosol light absorption over the Amazon Basin // Atmos. Chem. Phys. 2011. V. 11. P. 8899–8912. DOI: 10.5194/acp-11-8899-2011.
22. Bird R.E., Hulstrom R.L. Terrestrial solar spectral data sets // Solar Energy. 1983. V. 30, N 6. P. 563–573. DOI: 10.1016/0038-092X(83)90068-3.
23. Thuillier G., Herse M., Labs D., Foujols T., Peetermans W., Gillotay D., Simon P.C., Mandel H. The solar spectral irradiance from 200 to 2400 nm as measured by the solspec spectrometer from the ATLAS and EURECA missions // Solar Phys. 2003. V. 214. P. 1–22. DOI: 10.1023/A:1024048429145.
24. Zhao G., Zhao Ch., Kuang Ye., Bian Yu., Tao J., Shen Ch., Yu Y. Calculating the aerosol asymmetry factor based on measurements from the humidified nephelometer system // Atmos. Chem. Phys. 2018. V. 18. P. 9049–9060. DOI: 10.5194/acp-18-9049-2018.
25. Свириденков М.А., Михайлов Е.Ф., Небосько Е.Ю. Параметризация среднего косинуса индикатрисы рассеяния света атмосферным аэрозолем // Оптика атмосф. и океана. 2017. Т. 30, № 5. С. 377–382. DOI: 10.15372/AOO20170503; Sviridenkov M.A., Mikhailov E.F., Nebos’ko E.Yu. Parameterization of asymmetry factor of atmospheric aerosol scattering phase function // Atmos. Ocean. Opt. 2017. V. 30, N 5. P. 435–440.
26. Andrew E., Sheridan P.J., Fiebig M., McCominskey A., Ogren J.A., Arnott P., Covert D., Ellemann R., Gasparini R., Collins D., Jonsson H., Schmid B. Comparison of methods for deriving aerosol asymmetry parameter // J. Geophys. Res. 2006. V. 111, N 16. P. 1–16. DOI: 10.1029/ 2004JD005734 D05S0404.
27. Horvath H., Kasahara M., Tohno S., Olmo F.J., Lyamani H., Alados-Arboledas L., Quirantes A., Cachorro V. Relationship between fraction of backscattered light and asymmetry parameter // J. Aerosol Sci. 2016. V. 91, N 1. P. 43–53. DOI: 10.1016/j.jaerosci.2015.09.003.
28. Henyey L.G., Greenstein J.L. Diffuse radiation in the galaxy // Astrophys. J. 1941. V. 93. P. 70–83. DOI: 10.1086/144246.
29. Wiscomb W.J., Grams G.W. The backscattered fraction in two-stream approximations // J. Atmos. Sci. 1976. V. 33, N 12. P. 2440–2451. DOI: 10.1175/1520-0469(1976)033<2440:TBFITS>2.0.CO;2.
30. Anderson R.U. Derivation of Solar Position Formulae //arXiv:2009.07094. 2020. DOI: 10.48550/arXiv.2009. 7094.
31. Sharma S., Chakraborty A. Effect of seasonal variability of aerosols in radiative forcing and Indian summer monsoon rainfall over south Asia during ENSO events // Environ. Sci. Adv. 2025. DOI: 10.1039/d5va00140d.
32. Khobragade P.P., Ahirwar A.V. Seasonal variation in aerosol optical depth and study of PM2.5 – AOD empirical relationship in Raipur, Chhattisgarh, India // Res. Eng. Struct. Mater. 2023. V. 9, N 3. P. 763–773. DOI: 10.17515/resm2023.548ma1008tn.
33. Журавлева Т.Б., Насртдинов И.М., Коновалов И.Б., Головушкин Н.А. Радиационный форсинг дымового аэрозоля с учетом фотохимической эволюции его органической компоненты: влияние условий освещенности и альбедо подстилающей поверхности // Оптика атмосф. и океана. 2022. Т. 35, № 9. С. 748–758. DOI: 10.15372/AOO20220908; Zhuravleva T.B., Nasrtdinov I.M., Konovalov I.B., Golovushkin N.A. Radiative Forcing of smoke aerosol taking into account the photochemical evolution of its organic component: Impact of illumination conditions and surface albedo // Atmos. Ocean. Opt. 2022. V. 35, N S1. P. S113–S124.