Яковлева Д. В., Толкаченко Г. А.
Морской гидрофизический институт НАН Украины, отдел оптики моря, аспиранты
Научный руководитель: зав. отделом оптики моря, д.физ.-мат.н. М. Е. Ли
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ХАРАКТЕРИСТИК АТМОСФЕРНОГО АЭРОЗОЛЯ В РЕГИОНАХ СРЕДИЗЕМНОГО И ЧЕРНОГО МОРЕЙ
Оптические свойства атмосферы в значительной степени влияют на формирование климата Земли. Поэтому в последнее время большое внимание уделяется изучению свойств атмосферного аэрозоля [1]. Одним из наиболее эффективных средств исследования характеристик атмосферного аэрозоля является мировая сеть наблюдательных автоматизированных станций AERONET. Преимуществом этой сети является использование однотипных автоматических фотометров и стандартизированных процедур калибровки и обработки полученных данных. Измерительная система сети AERONET построена на основе спектральных радиометров Sun photometer серии CE-318 производства фирмы CIMEL Electronique (Франция). Прибор CE-318 является всепогодным программируемым спектральным спектрофотометром, который может продолжительное время работать в автономном режиме и предназначен для автоматического сканирования Солнца и небосвода, накопления и передачи на Платформу Сбора Данных (DCP) результатов измерений (Интернет, каналы спутниковой связи и др.) [2]. К работам по международной программе AERONET Морской Гидрофизический Институт НАН Украины приступил в мае 2006 года и с этого времени в Севастополе осуществляется непрерывный мониторинг оптических характеристик атмосферного аэрозоля. Одной из основных оптических характеристик аэрозоля является τ(λ) – аэрозольная оптическая толщина (АОТ), определяемая по формуле:
τ(λ) = τ(λ)tot – τ(λ)water – τ(λ)Rayleigh – τ(λ)O3 – τ(λ)NO2 – τ(λ)CO2 – τ(λ)CH4,
где: τ(λ)tot– полная оптическая толщина атмосферы, τ(λ)water– АОТ водяных паров, τ(λ)Rayleigh– релеевская оптическая толщина (молекулярное рассеяние), τ(λ)O3, τ(λ)NO2, τ(λ)CO2, τ(λ)CH4–оптические толщины газовых составляющих.
Целью данной работы является сопоставление основных оптических характеристик атмосферного аэрозоля в районе г. Севастополя с такими же характеристиками на прилегающих к Чёрному морю станциях и станциях Средиземноморья. Эти станции расположены в Севастополе (Украина), Кишинёве (Молдова), на острове Крит (Греция) и в Риме (Италия). Измерения проводилось на длинах волн 340, 380, 440, 500, 670, 870 и 1020 нм. В статье приведены результаты измерений аэрозольной оптической толщины (АОТ) и влагосодержания в столбе атмосферы [3]. Изучались региональные особенности и сезонная изменчивость основных параметров аэрозоля.
Для анализа сезонной изменчивости использовались среднемесячные значения АОТ на длинах волн 500 и 870 нм. Полученные данные показывают, что глобальный максимум АОТ на всех станциях приходился на летний период. В это время формы временной зависимости АОТ на всех станциях не сильно отличались друг от друга, однако их экстремумы сдвинуты по времени – локальные максимумы для станций Средиземноморья приходятся на июль и сентябрь, а в Севастополе и Молдове – на апрель и август (рис. 1).
Рис. 1. Временная зависимость АОТ 500 нм на исследуемых станциях за 2006 г.
Поскольку данные по Севастополю были получены только с начала мая, нельзя уверенно утверждать, что максимумы и минимумы значений по зимним и весенним месяцам совпадают со значениями экстремумов в Кишинёве. Однако, сравнительный анализ, проведенный даже по не полному годовому массиву данных, хорошо демонстрирует различие поведения АОТ в Средиземноморских и Причерноморских станциях. Максимальное значение АОТ на длине волны 500 нм было получено по данным станции Кишинёва в апреле: АОТ=0,315, а минимальное значение за 2006 г. было зарегистрировано на о-ве Крит в ноябре: АОТ = 0,08. В летний период наблюдался локальный минимум АОТ: для станций Севастополя и Кишинёва он наблюдался в июле, а на станциях Средиземноморья - в августе.
Отличие атмосферного аэрозоля Средиземноморья и аэрозоля в Севастополе и Кишинёве наблюдалось также и при анализе влагосодержания (W). Максимальные значения W в Севастополе и Молдове приходятся на июнь и август, на острове Крит и в Риме – на июль и сентябрь (рис. 2). Максимальное значение влагосодержания за 2006 г. среди исследуемых станций было получено в Риме в июле W=2,66 см, а минимальное значение влагосодержания наблюдалось в Молдове в январе W = 0,29 см.
Рис. 2. Временная зависимость W на исследуемых станциях за 2006 г.
Спектральный ход аэрозольной оптической толщины можно записать в виде:
τ(λ)=τ0(λ0/λ)α ,
где: λ – текущее значение длины волны, а τ0(λ0) –значение АОТ на опорной длине волны (в нашем случае λ0 = 870 нм); α – показатель Ангстрема (этот показатель часто используется в атмосферной оптике для параметризации степенной зависимости АОТ, 0 ≤ α ≤ 2).
На изменчивость спектрального хода АОТ прежде всего влияет общее количество аэрозоля в атмосфере. Наклон спектральной кривой АОТ над Средиземным морем меньше, чем над Чёрным морем. В середине видимого диапазона в области 520-620 нм значения АОТ практически одинаковы, однако различаются по углу наклона (рис. 3). В красной области значения АОТ над Средиземным морем выше, чем над Чёрным морем. Это свидетельствует о том, что в красной области атмосфера над станциями Крита и Рима чище, чем над станциями Севастополя и Кишинёва. Для спектральных значений АОТ характерны большие значения в коротковолновой области и низкие значения в длинноволновой области спектра. Такое поведение спектральных характеристик подтверждается и значениями показателя Ангстрема Севастополь (a =1,58); Молдова (a =0,72); форт Крит(a =0,78); Рим (a =1,48).
Рис. 3. Спектральная зависимость АОТ 500 н.м. на станциях Кишинёва, Севастополя, форта Крит и Рима за 2006 г.
Заключение. Полученные результаты позволяют выявить региональные особенности оптических характеристик атмосферного аэрозоля над Черным морем и их временную изменчивость. В результате сопоставления основных оптических характеристик атмосферного аэрозоля в районе Севастополя с такими же характеристиками на станции Кишинёва и станциях Средиземноморья была выявлена также и сезонная изменчивость основных параметров аэрозоля.
Авторы выражают благодарность руководителю проекта AERONET Б.Н. Холбену (Holben B.N.) за предоставленные данные.
Информационные источники:
1.Кондратьев К.Я. Радиационное возмущающее воздействие, обусловленное аэрозолем // Оптика атмосферы и океана. – 2003. – Т.16. – №1. – С. 5 – 18.
2.Holben B.N., T.F.Eck, I.Slutsker, D.Tanre, J.P.Buis, A.Setzer, E.Vermote, J.A.Reagan, Y.Kaufman, T.Nakajima, F.Lavenu, I.Jankowiak, and A.Smirnov, 1998: AERONET - A federated instrument network and data archive for aerosol characterization, Rem. Sens. Environ., 66, 1-16.
3.Dubovik O., B.N.Holben, T.F.Eck, A.Smirnov, Y.J.Kaufman, M.D.King, D.Tanre, and I.Slutsker, 2002: Variability of absorption and optical properties of key aerosol types observed in worldwide locations, J.Atm.Sci., 59, 590-608.
| 
