CC BY
62
ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН _________________________________2007, том 50, №9-10____________________________
ФИЗИКА АТМОСФЕРЫ
УДК 551.576, 551.521.3
Б.И.Назаров, [А.Х.Шукуров|, Н.А.Абдурасулова, Х.Насруллоев, С.Ф.Абдуллаев ИЗМЕНЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПАРАМЕТРОВ АТМОСФЕРЫ В СИЛЬНО ЗАПЫЛЕННОМ ВОЗДУХЕ
(Представлено членом-корреспондентом АН Республики Таджикистан Х. Х. Муминовым 30.11.2007 г.)
В данной статье проведен анализ изменений температуры приземного слоя воздуха при пылевом помутнении атмосферы над г. Душанбе в ноябре 2007 г. Даны количественные оценки охлаждения воздуха и уменьшения амплитуды суточных колебаний температуры с падением горизонтальной дальности видимости.
В работе [1] исследовались температурные эффекты на примере пылевых бурь в юго-западных районах Таджикистана. Проанализирована связь между температурой приземного слоя воздуха 1;,°С с горизонтальной дальностью видимости 8Ш по данным 5 метеостанции в пунктах Айвадж, Шаартуз, Курган-Тюбе, Санглох и г.Душанбе, расположенных в направлении с юга на север, практически по пути распространения воздуха в периоды пылевых бурь. Расстояние между крайними из них (Айвадж и г.Душанбе) составляет примерно 200250 км. Исследованы данные за 10 дней с плотной пылевой мглой, относящихся к июлю -августу 1979, 1980, 1984 и 1986 гг. Вертикальная толщина пылевого слоя составляла 1.2...2.5 км, значения 8Ш менялись от 0.2 до 10 км. В суточном ходе 1;,°С практически во всех случаях наблюдалось падение дневных 1;,°С и повышение ночных. Значение 1;,°С измерялись ежесуточно по стандартной программе 8 раз в сутки, через каждые 3 ч.
Настоящая статья посвящена подробному анализу данных 1;,°С, полученных на метеостанции г.Душанбе, и расчету оптических параметров среды при сильнонеоднородных аэрозольных потоках в атмосфере. Для оценок среднесуточных изменений температуры А Т,К в настоящей работе данные обрабатывались тремя способами:
1 способ: для каждого значения 1;,°С определялись величины Тд, Тн по разности между суммами средних за день похолоданий - (за период с 08-17 ч ) и средних за ночь потеплений (за период с 20 и 05 ч ) в «мутный» и предшествующий «незамутненный день». Эти оценки АТ, К рассматривались как максимальные;
2 способ: для оценки минимальных значения температур те же температурные суммы в «мутный день» сравнивались со среднеарифметическими суммами в сутки до начала и после окончания пылевой мглы;
3 способ: сравнивались значение среднедневных похолоданий в мутный день и в предшествовавший ему « незамутненный» день. Все способы обработки дали исходный в основных чертах результат: снижение среднесуточных АТ,К с уменьшением Бщ. Этот факт
свидетельствовал о возможности рассматривать пылевую мглу как природным аналог дымовой мглы при изучении климатических последствий пожаров ядерной войны (см. подробнее
в [1,2]).
В соответствии с программой эксперимента и ввиду того, что ожидалось небольшое количество пылевых эпизодов в период работы, ставилась задача провести подробный анализ температурных эффектов для каждого эпизода пылевой мглы. Первичные данные о метеорологических параметрах атмосферы получены из сайта http://www.rp5.ru. Для анализа собирались метеорологические данные в период с 08 ноября по 21 ноября 2007 г., когда было отмечено несколько интересных пылевых эпизодов. Здесь отметим, что все пылевые эпизоды были вполне удачными для анализа температурных эффектов и в конце периода сопровождались приходом холодной воздушной массы, возникновением на обширной территории облаков, а в г.Душанбе и его окрестностях - осадками в виде дождя. Величины А Т,К и А Та,К, среднесуточное падение ^°С и амплитуда колебаний в ее суточном ходе были оценены для всех эпизодов с 08 ноября до 21 ноября 2007 г.
Результаты измерений 1,°С и расчёт коэффициента ослабления воздуха <та ,км-1, а также полученных по этим данным значений аэрозольной оптической толщины атмосферы Та=-^Ра и <т а приведены на рис. 1.Значения сга ,км-1 рассчитаны для пылевых эпизодов, имевших место 9, 13, 14, 15 ноября, сга, км _1 с и восстановлены данные по Га на эти дни.
Ноябрь,2007г
Рис.1. Изменение оптических параметров в период пыльной мглы, ноябрь 2007 г.
(1 - горизонтальная дальность видимости, 8; 2 - коэффициент аэрозольного рассеяния ст, км"1; 3 - оптическая плотность тл: 4 - прозрачность атмосферы Рл).
На рис.1, цифрой 1 обозначены значения Бщ, км, которые вычислены по данным сга, км'1 ИЗ соотношения 8т= 3.9/(7 а, цифрой 2 - значения, (Та, км'1; цифрой 3 - значения оптической толщины атмосферы по аэрозолю получены из соотношения т а= Ра; 4 - значения Ра -прозрачности атмосферы по аэрозолю с учетом поправок на значения прозрачности идеальной атмосферы и прозрачности по водяному пару по данным оценок в работе [3] и измеренных значений абсолютной влажности в приземном слое воздуха. В точке 1, как отмечалось, значения сга, км'1 измерялись 8 и 12 ноября, остальные значения сга восстанавливались из сопоставления измеренных <ха с величинами та на полдень 9,10,13...21 ноября. Численные значения этих величин приведены ниже в табл. 1.
Таблица 1
Средние значения Ра, т а , сга, км'1, и температурные параметры в период пылевой мглы
Дни Sm <Га Pa І-ср.ночн ^р.дн. АТ! Т Т пд Тпн ДТ2
8 51 0.07 0.06 0.93 5.62 17.45 11.83 24 8.8 15.2
9 0.5 7.82 7.03 0.0008 7.6 14.15 6.55 18.2 7 11.2
10 2 1.95 1.75 0.17 7.9 15.75 7.85 22.6 9.3 13.3
11 4 0.97 0.87 0.41 5.97 15.3 9.33 21.3 5.1 16.2
12 51 0.07 0.06 0.93 7.46 16.6 9.14 25.6 8.3 17.3
13 0.5 7.82 7.03 0.0008 9.58 17.45 7.87 18.4 12.6 5.8
14 0.5 7.82 7.03 0.0008 10.5 9.92 -0.58 14.6 8.6 6.0
15 0.2 19.55 17.59 0.017 6.13 13.27 7.14 18 5.2 12.8
16 2 1.955 1.759 0.17 3.8 13.7 9.9 19 4.1 14.9
17 4 0.97 0.87 0.41 3.43 12.35 8.92 19.2 2.4 16.8
18 4 0.97 0.87 0.41 3.5 10.9 7.4 18 3.6 144
19 4 0.97 0.87 0.41 8.3 14 5.7 21 13.2 7.8
20 10 0.39 0.35 0.7 10.23 11 0.77 13.1 7 6.1
21 51 0.07 0.06 0.93 9.75 14.75 5 20.4 16 4.4
Величины Ра, та и сга относятся к эффективной длине волны 1=0.5 мкм. Оценка вертикальной толщины Ь пылевой мглы 1-го эпизода по соотношению т а=<таЬ дает Ь = 0.9 км в направлении к Солнцу, L = 0.7 км. Этот результат согласуется с выводом [1], если учесть, что Душанбе расположен на высоте Н = 0.9 км над уровнем моря.
На рис.2 огибающая прямая I проведена по максимальным ^°С в «незамутненные» дни 8 и 19 ноября; огибающая прямая II проведена по минимальным ночным ^°С, в «незамутненные» дни 8 и 18 ноября; огибающая прямая III проведена по максимальным дневным значениям ^°С, в «незамутненные» дни 12 и 19 ноября; вертикальная линия проведена в 8 ч -в срок, близкий ко времени вторжения холодной воздушной массы в пределы Душанбе. Сплошными вертикальными прямыми обозначено время начала и окончания осадков.
Как видно из рис.2, основные черты в поведении дневных и ночных ^°С при пылевой мгле соответствуют данным работы [1-3] - дневные ^°С падают из-за общего ослабления пылевой мглой солнечного излучения как в видимом (в окрестности длины волны Л =0.5мкм),
так и в инфракрасном излучении земной поверхности. По абсолютным значениям дневное охлаждение воздуха больше, чем его ночное потепление. Этот же результат просматривается и по данным 1;,^ метеостанции в г.Термезе Республики Узбекистан.
Рис. 2. Вариации температуры приземного слоя воздуха в г. Душанбе в период пылевой мглы
в ноябре 2007 г.
Прямая 1 (см. рис. 2.) указывает на монотонное падение температуры в период с 8 по 21 ноября примерно на 3.1°С, что в общем согласуется со среднемноголетними данными о понижении температуры в этот срок примерно на 2.8°С.
Для всех эпизодов пылевой мглы анализ результатов приведен в табл. 2.
Таблица 2
Средние значения температурных параметров в период пылевой мглы
Дни 1ср.ноч 1ср.дн АТ! 1полдень 1полночь ат2 Тп.д-Тог Тп.н-Тог. АТ(К) АТд(К)
8 5.62 17.45 11.83 24 8.8 15.2 0 2.5 2.5 -2.5
9 7.6 14.15 6.55 18.2 7 11.2 -5.76 1.2 -4.56 -6.96
10 7.9 15.75 7.85 22.6 9.3 13.3 -1.15 4.2 3.05 -5.35
11 5.97 15.3 9.33 21.3 5.1 16.2 -2.3 0 -2.3 -2.3
12 7.46 16.6 9.14 25.6 8.3 17.3 2.7 2.3 5 0.4
13 9.58 17.45 7.87 18.4 12.6 5.8 -2.3 10.8 8.5 -13.1
14 10.5 9.92 -0.58 14.6 8.6 6 -8.1 3.46 -4.64 -11.56
15 6.13 13.27 7.14 18 5.2 12.8 -4.61 2.3 -2.31 -6.91
16 3.8 13.7 9.9 19 4.1 14.9 -3.1 1.5 -1.6 -4.6
17 3.43 12.35 8.92 19.2 2.4 16.8 -2.7 0 -2.7 -2.7
18 3.5 10.9 7.4 18 3.6 14.4 -3.5 1.92 -1.58 -5.42
19 8.3 14 5.7 21 13.2 7.8 0 12.3 12.3 -12.3
20 10.23 11 0.77 13.1 7 6.1 8.1 6.54 14.64 1.56
21 9.75 14.75 5 20.4 16 4.4 0 16.15 16.15 -16.15
Процедура обработки данных несколько отличается от той, которая использовалась в
4
[1]. Однако, как и в [1], определялись среднедневные значения температуры tд = (1/4)У/, за
;=1
4
сроки 08-17 ч и средне ночные tн = (1/4)^^ за сроки 20 и 05 ч, затем на каждые сутки, на-
;=1
чиная с 8 ноября включительно по 21 ноября, определялись суммарные температуры Хс=1:д+Хн. Дальнейшая процедура обработки данных в настоящей работе для наглядности представлена на рис. 3, где прямые линии 1 и 2 проведены как огибающие по данным значений 1:д в полдень 8 и 21 ноября, X - в полночь 11 и 17 ноября в максимально «незамутненные» сутки.
30
9 9 10 11 12 13 14 16 18 17 18 10 20 21
НпяПрн месяц ?Ш)7 г
Рис.3. Пояснение к определению методом огибающих величин ДТ(К) и ДТА(К) при различных 8т.
Линии 1 и 2 проведены по значениям дневных 1:д и ночных 1н. Значения А Т, К - суточное охлаждение температуры под слоем мглы оценивались как А Т= А Тд+ А Тн, где А Тд -разность между значениями 1:д и 10ГИб на огибающей линии 1 (см. пояснения к рис. 3), АТН -разность между величинами ^ и Ъ,, иг> на огибающей линии 2. Значения А Т, К определялись как разность температур в полдень и полночь по сглаженным линиям 1 и 2. Численные значения величин А Т К и А Тд К приведены в табл. 2.
На рис.4. и табл.1-3 представлены основные результаты настоящей работы. Точками обозначены: 1 - значения АТ,К по работе [1] получены 1-м способом обработки данных из сравнения суммарных температур в день помутнения воздуха и в предшествующий день. Эти значения относятся к каждому пылевому эпизоду как к одному в целом; 2 - значения А Т,К по данным настоящей работы - получены методом огибающих (см. пояснения к рис. 3). В
отличие от [ 1 ] здесь для 1 -го пылевого эпизода получено по 5 различным значениям А Т,К, 8т; 3 - значения А Т,К получены для 1 -го и 2-го ноябрьских пылевых эпизодов, но способом 1-м в работе [1]: значения АТ,К - 4.56°С - 9 ноября и 8.5°С - 13 ноября; 4 - значения АТ,К получены методом огибающих (см. рис. 3) на каждый день пылевых эпизодов до 21 ноября.
_дТн,К.-ДТа,К
Рис.4. Сопоставление данных ДТ(К) от дальности видимости 8т.
Таблица 3
Величина ночного потепления и дневного похолодания в период пыльной мглы
в ноябре 2007 г.
Дни їср.ноч АТ0гиб АТ! їср.дн АТогиб АТ2
8 5.62 0 5.62 17.45 0 17.45
9 7.6 2.36 5.23 14.15 -3.27 17.42
10 7.9 2.18 5.71 15.75 1.45 14.29
11 5.97 1.27 4.69 15.3 -1.63 16.93
12 7.46 2.90 4.55 16.6 0 16.6
13 9.58 5.27 4.30 17.45 0.90 16.54
14 10.5 6.36 4.13 9.92 -6.36 16.28
15 6.13 1.27 4.85 13.27 -2.90 16.17
16 3.8 0 3.8 13.7 -4.72 18.42
17 3.43 0 3.43 12.35 -3.45 15.80
18 3.5 0.54 2.95 10.9 -4.72 15.62
19 8.3 5.63 2.66 14 -1.27 15.27
20 10.23 7.81 2.41 11 -4 15
21 9.75 7.45 2.29 14.75 0 14.75
АТ 3.07 -2.14
Основные результаты работы состоят в следующем. Проведен подробный анализ связи величин АТ,К , А Тд,К с величиной Бщ для одного и того же пылевого эпизода, что позволило восполнить пробел данных в работе [1] в интервале значений Бт от 0.2 до 10 км.
Результаты настоящей работы подтверждают основные выводы [1] о систематическом понижении АТ,К у земной поверхности и амплитуды суточных колебаний с уменьшением
Бт. Этот вывод согласуется с результатами работы [4] о превышении оптической толщины пылевого аэрозоля га в видимой области спектра над та в инфракрасной области спектра: величина К=га(0.5 мкм)/ та (10 мкм) (К= 1.7-3.2 - для различных типов пылевого аэрозоля, образцы которых собирались в окрестности наблюдательных площадок в Шаартузе, Эсанбае и Душанбе).
С учетом данных настоящей работы и работы [1] можно утверждать, что между величинами А Т,К , А Тд,К и Бщ имеется достаточно определенная связь в интервале значений Бщ, от 0.2 до 12 км. При 8т>12 км значения АТ,К становятся близкими к А Та,К в дни с «незамутненной» атмосферой, отличие пренебрежимо мало. Результаты исследований, относящиеся к подобным анализам, представлены нами в работах [5,6]. Анализ показывает, что в октябре 1990 г. наблюдались 2 эпизода мощной пылевой бури (6.Х.90 г. и 15.Х.90 г.), которые привели к резкому понижению дневной температуры воздуха и некоторому потеплению ночной температуры. Метеорологическая дальность видимости достигала 0.5-1 км. Умеренная пылевая мгла 12.Х.90 г. привела к уменьшению дневной температуры воздуха и повышению ночной температуры.
Одними из неблагоприятных метеорологических факторов являются пыльные бури и мгла. Среднегодовое число дней с мглой в г. Душанбе достигает 12, из них с сильной мглой, когда видимость ухудшается менее 2 км, - 7 дней. По частоте повторяемости мглы 2001 г. был рекордным. В период с июня по август слабая мгла в г. Душанбе была почти ежедневно. Количество дней с умеренной и сильной мглой в период с июня по ноябрь составило 29 дней. Отмечено, что при мгле в летнее время происходит выхолаживание воздуха на 3 -8 градусов по сравнению с ясной погодой. В 2007 г. в изучаемый период с 8 ноября по 21 ноября наблюдалось несколько дней пылевой мглы различной мощности - это перенесенная пыльная мгла, как показано на рис.2, с падением дальности видимости от 0.2 до 10 км. Анализ нескольких эпизодов пылевой бури (пылевой мглы) показывает, что при средней пылевой мгле (Бт=8-10км ) величина суточного охлаждения температуры воздуха на всех изученных станциях составила в среднем А Т,К=2 К, а в случае сильной пылевой бури ( пылевая мгла, 8т<1-2 км) АТ,К= 4.5 К.
Физико-технический институт им. С. У. Умарова Поступило 30.11.2007 г.
АН Республики Таджикистан
ЛИТЕРАТУРА
1. Голицын Г.С., Шукуров А.Х. - ДАН СССРД987, т.297, №6, с.1334-1337.
2. Голицын Г.С., Шукуров А.Х., Гинзбург А.С. и др. - Изв. АН СССР. ФАО, 1988, т. 24, №3, с.227-234.
3. Абдуллаев С.Ф., Назаров Б.И., Шукуров А.Х., Жураев А.М. - ДАН РТ, 1995, т.38, №7-8, с.9-15.
4. Shukurov A.Kh., Nazarov B.I., Abdullaev S.F., Pirogov S.V. - Joint Soviet-American experiment on arid aerosol. St.Petersburg: Hydrometeoizdat, 1993, p.83-88.
5. Golitsyn G.S., Shukurov A.Kh., Abdullaev S.F., Nazarov B.I. - Joint Soviet-American experiment on arid aerosol .St.Petersburg: Hydrometeoizdat, 1993, p 67-78.
6. Назаров Б.И., Голицын Г.С., Шукуров А.Х., Абдуллаев С.Ф. - ДАН РТ, 1999, t.XLII, №10, с. 59-63.
Б.И.Назаров, |А.Х.Шукуров|, Н.А.Абдурасулова, Х,.Насруллоев, С.Ф.Абдуллаев ТАГИРЁБИИ НИШОНДИХ,АНДАХ,ОИ ^АРОРАТИ ^АВО ДАР МАВРИДИ МАВ^УДИЯТИ СЕЛИ ЗАРРА^ОИ ЧАНГЙ
Дар мак;ола тагирёбии хдрорати х,авои сатх,и замин хднгоми чанголуд шудани атмосфераи Душанбе, ки мох,и ноябри соли 2007-ум ба вукуъ пайваст, омухта шудааст. Маълумоти микдории хунукшавии х,аво ва камшавии амплитудаи шабонарузии хдрорати х,аво бо камшавии дурии биниш бах,о дода шудааст.
B.I.Nazarov, [A.Kh.ShukuroV, N.A.Abdurasulova, V.A.Maslov, Kh.Nasrulloev, S.F.Abdullaev CHANGE OF TEMPERATURE PARAMETERS OF AN ATMOSPHERE AT PRESENCE OF STRONGLY DUSTY AIR
In this article there was analysis of the changes of temperature of a ground layer of air which lead to the dust turbidity of the atmosphere above Dushanbe in November, 2007. Quantitative estimations of the cooling of air and the reduction of the amplitude of daily fluctuations of temperature with falling horizontal visibility range are given.
