CC BY
77
ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН _2015, том 58, №11_
ФИЗИКА
УДК 551.521.3 : 551.583
С.Ф.Абдуллаев, В.А.Маслов, А.Н.Махмудов, Н.А.Абдурасулова, Б.И.Назаров
МОНИТОРИНГ АТМОСФЕРНОЙ РАДИАЦИИ В ДУШАНБЕ С ПОМОЩЬЮ НАЗЕМНОГО ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО КОМПЛЕКСА
Физико-технический институт им. С.У.Умарова АН Республики Таджикистан
(Представлено членом-корреспондентом АН Республики Таджикистан Х.Х.Муминовым 11.05.2015 г.)
Представлены результаты исследования вариации глобальной и диффузной радиации, а также альбедо подстилающей поверхности, полученные в Душанбе при мониторинге атмосферной радиации с помощью наземного измерительного комплекса. Комплекс предназначен для долговременного непрерывного мониторинга радиационных свойств атмосферы и создания базы данных по измерениям солнечной радиации в широком спектральном диапазоне.
Ключевые слова: глобальная радиация, диффузная радиация, альбедо поверхности, оптическая толщина аэрозоля
Измерения радиационных характеристик атмосферы ранее [1,2] проводились в кратковременном режиме. Для долговременного непрерывного мониторинга радиационных свойств атмосферы в широком спектральном диапазоне, впервые в Душанбе был создан наземный комплекс, расположенный на крыше здания Физико-технического института им. С.У. Умарова АН РТ в черте г. Душанбе (9=38033'N , ^=68047'E, h=821 m a.s.l) [3]. Комплекс позволяет проводить измерения отраженной и глобальной солнечной радиации, а также альбедо подстилающей поверхности. Для исследований оптических свойств атмосферы по глобальной программе AERONET [4-9] в Таджикистане при помощи проекта МНТЦ Т-1688 установлен солнечный фотометр Cimel CE-318. С июля 2010 г. проводятся регулярные измерения: аэрозольной прозрачности атмосферы на 7 длинах волн в видимой области спектра, 340, 380, 440, 500, 670, 870 и 1020 нм; яркости неба в альмукантарате и в плоскости солнечной вертикали на 4-х длинах волн: ^=440, 670, 870 и 1020 нм; общего содержания водяного пара в атмосфере. Данные представлены на сайте http://aeronet.gsfc.nasa.gov .
Результаты измерений используются для восстановления оптико-микрофизических характеристик аэрозоля, осредненных по всей толще атмосферы: аэрозольной оптической толщины; параметра Ангстрема; интегрального содержания водяного пара в вертикальном столбе атмосферы; функции распределения аэрозольных частиц по размерам; комплексного показателя преломления вещества аэрозольных частиц; альбедо однократного рассеяния.
Накопленные и обработанные данные необходимы: для моделирования радиационного режима атмосферы, определения количественных и качественных характеристик аэрозольной компоненты атмосферы; для моделирования климатических изменений в региональном и глобальном масштабе; для коррекции данных спутниковых наблюдений аэрозоля; для мониторинга динамики трансформации и перемещения аэрозоля в атмосфере; для оценки трендов (месячных, сезонных, годичных) из-
Адрес для корреспонденции: Абдуллаев Сабур Фузайлович. 734063, Республика Таджикистан, г. Душанбе, ул. Айни, 299/1, Физико-технический институт АН РТ. E-mail: sabur.f.abdullaev@gmail.com
менения оптических свойств атмосферы; для оценки степени загрязнения воздушного бассейна г.Душанбе.
На рис. 1. показаны суточный ход глобальной и диффузной компонент солнечного излучения, а также альбедо подстилающей поверхности, полученные 1 августа 2011 г. Кривые глобальной и диффузной радиации имеют симметричный вид относительно максимума (около полудня), а кривая альбедо не симметрична. Среднедневная аэрозольная оптическая толща (АОТ) для этого дня составила 0.204 на длине волны 1.02 мкм. Максимумы глобальной и отраженной радиации в 12 часов дня равны соответственно 905 и 254 Вт/м2. Отношения Q/R изменялись от 5.68 в 7 ч до 3.43 в 15 ч. Максимум альбедо поверхности для этого дня 0.291 в 14-15 ч и отстает от максимума Q и R на 2-3 часа.
Рис. 1. Суточный ход глобальной и диффузной компонент солнечного излучения, а также альбедо подстилающей поверхности, измеренных 1 августа 2011 г.
На рис. 2 представлен суточный ход часовых сумм глобальной радиации EhQ в относительных единицах (в процентах от суточных сумм ГdQ) для разных месяцев. Форма кривой суточного хода зависит от продолжительности дня: летом полуширина кривой увеличивается и максимум уменьшается, в зимнее время кривая сужается, а максимум возрастает. Максимум в зимней кривой опережает максимумы кривых для других сезонов.
Дневной ход глобальной радиации при различных сценариях пылевого выноса в Душанбе, приведенный на рис.3, указывает, что в 2012 г. воздух был более загрязнённым, чем в предыдущий год. Пылевая мгла приводит к ослаблению глобальной радиации от 40 до 90% (рис.3 в).
В таблице приведены среднедневные значения оптической толщины атмосферного аэрозоля для длин волн 0.5 и 1.02 мкм и их отношения для рассматриваемых дней. Как видно из таблицы, соотношения оптических толщин изменяется в пределах т(0,5мкм)/т(1,02мкм) =0.99-2.07, причём минимальное значение соответствует запылённой атмосфере, а максимальное значение - чистой.
Рис. 2. Суточный ход часовых сумм глобальной радиации ЕО (% от суточных сумм ЕаО): а - для летнего дня 2011 и 2012 гг.; б - для разных сезонов 2012 г.
12 10 8 6 4 2 О
18 16 14 12
6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
Время
Рис. 3. Дневной ход глобальной радиации при различных сценариях пылевого выноса в г.Душанбе: а - за 2011г.; б - за 2012 г.; в - отношения глобальной радиации при пылевом выносе и в ясный день.
Таблица
Среднедневные значения оптической толщи атмосферного аэрозоля для длин волн 0.5 и 1.02 мкм и их
соотношения в г.Душанбе
Дни т (1.02 мкм) т (0.5мкм) т(0.5мкм) /т(1.02 мкм)
08.08.2011 1.602 1.749 1.09
09.08.2011 0.754 0.867 1.15
25.08.2011 0.591 0.731 1.24
01.09.2011 0.171 0.237 1.39
15.09.2011 0.55 0.682 1.24
06.10.2011 2.68 2.661 0.99
19.10.2011 0.141 0.268 1.90
11.11.2011 0.071 0.071 1.00
01.08.2011 0.204 0.295 1.45
02.05.2012 0.081 0.168 2.07
04.06.2012 0.127 0.216 1.70
22.06.2012 0.286 0.442 1.55
13.07.2012 0.947 1.072 1.13
12.08.2012 0.183 0.326 1.78
18.08.2012 0.166 0.273 1.64
25.08.2012 0.886 0.989 1.12
04.09.2012 1.003 1.095 1.09
14.09.2012 0.32 0.431 1.35
01.08.2012 0.204 0.295 1.45
Время
1 ^д/гцд.н
На рис. 4 представлены данные многолетних наблюдений вариации среднемесячного значения АОТ т на длинах волны 0.5 и 1.02 мкм за период с июля 2010 по октябрь 2012 гг., проведенных в Душанбе с использованием солнечного фотометра Сте1 СЕ-318. Средние значения АОТ за этот период наблюдения составляют <т >=0.172 для длины волны ^=1.02 мкм и <т >=0.273 для длины волны 0.5 мкм.
Рис.4. Вариации среднемесячного значения аэрозольной оптической толщи т на длине волны Х= 0.5 и 1.02мкм
с июля 2010 по октябрь 2012 гг.
Наблюдаемое уменьшение АОТ с увеличением длины волны показывает: аэрозоль более прозрачен в ИК-области спектра, чем в видимой области. Атмосфера в Душанбе более загрязнена летом и осенью, что связано с частыми вторжениями пылевой мглы в этот период. Наблюдается положительная динамика уровня загрязнения из года в год. Разрыв данных на графике связан с калибровкой фотометра.
Выводы
Для долговременного непрерывного мониторинга радиационных свойств атмосферы (глобальной и диффузной компонент) в широком спектральном диапазоне создан наземный многофункциональный измерительный комплекс. Данные измерений основных метеопараметров накапливались с июля 2010 г., солнечной радиации в широком спектральном диапазоне - с октября 2010 г. Представлены первые результаты измерений. Использование датчиков излучения, имеющих вторичный стандарт (Secondary Standard) и первый класс (First Class) для измерений, методики измерения и обработки сигналов в соответствии с требованиями WMO, позволяет достигнуть точности конечных данных, необходимой для последующего использования их при моделировании и анализе результатов измерений.
Исследования проведены при финансовой поддержке Международного научно-технического центра (проект Т-1688).
Авторы благодарят руководителя программы AERONET, NASA/GSFC, д-ра Brent Holben, проф. Philippe Goloub и д-ра Oleg Dubovik за поддержку проекта.
Поступило 20.05.2015 г.
ЛИТЕРАТУРА
1. Пирогов С.М., Ромашова Е.В., Соколик И.Н. - Советско-американский эксперимент по изучению аридного аэрозоля. - СПб.: НПО «Тайфун», 1992, с. 76-81.
2. Абдуллаев С.Ф, Назаров Б.И., Шукуров А.Х, и др. - ДАН РТ, 1995, т.38, №7-8, с.9-14.
3. Абдуллаев С.Ф., Назаров Б.И., Маслов В.А., и др. - Вестник ТТУ, 2011, №2, с.8-14.
4. Holben B.N., Eck T.F, Slutsker I. et al. - Rem. Sens. Environ., 1998, v.66, рр.1-16.
5. Eck T.F., Holben B.N., Reid J.S. et al. - J. Geophys. Res.,1999, v.104, рр. 31333-31350.
6. Smirnov A., Holben B.N, Eck T.F, et.al. - Rem. Sens. Env., 2000, v.73, рр.337-349.
7. Dubovik O. and King M. D. - J. Geophys. Res., 2000, v.105, рр.20673-20696.
8. Dubovik O., Smirnov A., Holben B.N. et.al. - J . Geophys. Res., 2000, v105, рр.9791-9806.
9. Holben B.N., Tanre D., Smirnov A. et.al. - J. Geophys. Res., 2001, v.106, рр.12067-12097.
С.Ф.Абдуллаев, В.А.Маслов, А.Н.Махмудов, Н.А.Абдурасулова, Б.И.Назаров ОМУЗИШИ РАДИАТСИЯИ АТМОСФЕРА ДАР ДУШАНБЕ БО ИСТФОДА АЗ МАЧ,МУИ ТАЧДИЗОТИ ЧЕНКУНАНДА
Институти физикаю-техникаи ба номи С.У.Умарови Академияи илм^ои Цум^урии Тоцикистон
Натичах,ои омузиши тагйирёбии радиатсияи глобалй ва диффузй ва инчунин албедои сатхи замин дар ш.Душанбе бо истифода аз мачмуи тачхизоти ченкунанда, ки барои омузиши радиацияи атмосфера пешбини шудааст, пешниход гардидааст. Ин мачмуи тачхизот барои омузиши бефосила ва бардавоми радиатсияи атмосфера ва барои ба даст овардани мачмуи маълумотхо оиди радиасия офтоб дар худуди васеи спектралй истифода хохад шуд. Калима^ои калиди: радиатсияи глобалй, радиатсияи диффузй, албедои сат%, гафсии оптикии аэрозоль.
S.F.Abdullaev,V.A.Maslov, A.N.Makhmudov, N.A.Abdurasulova, B.I.Nazarov MONITORING OF ATMOSPHERIC RADIATION IN DUSHANBE BY GROUND-
BASED MEASURING COMPLEX
S.U. Umarov Physical-Technical Institute, Academy of Sciences of the Republic of Tajikistan
The results of the study of variation of global and diffuse radiation and surface albedo obtained in Dushanbe from ground measurement system for monitoring atmospheric radiation are presented. The system will design for long-term continuous monitoring of the radiative properties of the atmosphere and create a database of solar radiation measurements in a wide spectral range. Key words: global radiation, diffuse radiation, albedo, aerosol optical depth.
