CC BY
13УДК 551.51:551.556.4
Галицька С. I., Данилевський В. О., Сшжко С. I.
Стан забруднення аерозолем атмосфери над Киевом за дистанцйними досл1дженнями засобами AERONET та вплив на нього лсових пожеж ултку 2010 р.
КиТвський нацюнальний уыверситет iменi Тараса Шевченка. м. КиТв е-таН: [email protected]
Анотац'т. Аерозол/ у земнй атмосфер/ е не тльки забруднювачами пов/'тря, а й чинником, що впливае на формування кл/'мату. Досл/'дження динамки аерозольного шару, властивостей аерозольних частинок, виявлення джерел ¡х надходження у атмосферу е одн/'ею з актуальних задач сучасно! метеорологи, кл/'матологи, ф/'зики атмосфери, екологП'. Для цих досл/'джень застосовуються методи дистанцйних наземних та супутникових вим/'рювань оптичних властивостей аерозольних частинок, а також досл1дження динамки атмосфери та моделювання процес/'в переносу частинок.
У робот/ за даними досл/'джень аерозол/'в засобами AERONET та методом побудови зворотних траектор1й руху пов1тряних мас визначений р/'вень забруднення аерозолями атмосфери над Киевом протягом 2008 - 2013 рр., виявлен/ шляхи ¡хнього надходження та оц/нений внесок вд стихйних лсових пожеж у серпн/ 2010 р. Протягом часу спостережень щомсячно усереднена оптична товща аерозольного шару над Киевом при довжин/ хвил/ оптичного випромнювання 440 нм перебувала у межах 0.05 - 0.45, тод1 як на коротших пром1жках часу вона зм1нювалася у значно ширшому д/'апазон/'. Так, 15 серпня 2010 р. ця величина досягала значення 1.5, що було пов'язане з надходженням аерозол/'в вд стихйних лсових пожеж у Роси ул/'тку того року. Загалом середньомсячне значення оптично! товщ' у серпн/ 2010 р. над Киевом перевищувало середне для цього мсяця за увесь перюд спостережень приблизно на 45%.
КлючовI слова: аерозол¡, AOD, AERONET, сонячний фотометр, зворотн/ траектори, HYSPLIT.
Аерозоль - це др1бн1 тверд! частинки або ж краплини рщини мшерального або оргашчного складу, що мютяться у земнш атмосфер! розподтеними у всш и товщ1 - вщ приземних до найвищих шар1в. Аерозол1, дисперсна фаза яких складаеться з краплинок рщини, спостер1гаються у вигляд1 туману, а тверда дисперсна фаза може бути димом або пилом або смогом. Д1апазон розм1р1в аерозольних частинок довол1 широкий - вщ нанометр1в до десятк1в м1крон [17]. Актуальнють дослщжень аерозол1в у земнш атмосфер! пов'язана як з негативним впливом аерозольних частинок на органи дихання, шюру, слизов! оболонки людей та живих оргашзм!в, так ! з Тхньою кл!матотв!рною роллю, яка проявляеться через вплив на енергетичний баланс кл!матичноТ системи Землк Аерозол! впливають на земний кл!мат через два ключов! процеси: прямий вплив шляхом розаювання ! поглинання сонячного випромшювання та непрямий вплив, за якого аерозольн частинки виступають ядрами конденсаци водяноТ пари ! таким чином впливають на процеси формування хмар, Т'хню ктькють та оптичн властивосп, змшюючи при цьому альбедо Земл! у мюцевому та планетарному масштабах [19, 15].
У глобальному масштаб! основними джерелами аерозолю в атмосфер! е природы (виверження вулкашв, люов! пожеж!, морська поверхня), тому переважаючими компонентами е морська сть ! пил. 1стотний внесок дае ! природна життед!яльнють рослин, видтяючи пилок, а також деяк гази, що беруть участь у формування аерозольних частинок у атмосфер! (так зван! гази - прекурсори). Однак антропогенн аерозол!, що в основному виникають безпосередньо з р!зних джерел горшня, зокрема ! бюмаси, а також ! з газ!в-прекурсор!в ¡ндустр!ального походження, можуть домшувати у густонаселених ! промислово розвинених репонах [19, 8]. Для дослщження вмюту аерозолю, його властивостей ! динамки в атмосфер! використовуються дистанцшш методи, заснован на вим!рюваннях оптичних характеристик аерозолю. Ефективнють таких дослщжень обумовлена тим, що завдяки розм!рам основного числа аерозольних частинок вони ефективно взаемодшть з сонячним випромшюванням оптичного д!апазону спектру (в1д ~ 0,1 ^т до к!лькох ~ 10 ^т [17]. В той час як супутников! спостереження забезпечують дан! про глобальний розподт аерозолю, наземн вим!рювання дозволяють отримати неперервн та тривал! ряди над!йних даних для вивчення характеристик аерозолю протягом тривалого часу у кожному з мюць спостережень. Для наземних дослщжень динамки аерозолю створюються спе^альы нацюнальы, репональы та глобальн мереж! дослщницьких установ з техн!чно узгодженими засобами та методами дослщжень. Так! мереж! можуть створюватись як тимчасово, так ! на час проведення дослщницькоТ кампани. Це, наприклад, SURFRAD/AOD (http://www.esrl.noaa.gov/gmd/grad/surfrad/index.html); SKYNET(http://atmos.cr.chiba-u.ac.jp/); EARLINET (http://www.earlinet.org/); MPLNET (http://mplnet.gsfc.nasa.gov/); AERONET (http://aeronet.gsfc.nasa.gov) та ¡ншк
Вступ
Найбтьш розвиненою мережею дистанцiйного мошторингу серед вказаних вище е мiжнародна мережа автоматичних сонячних фотометрiв AERONET (AErosol RObotic NETwork). Ця мережа була заснована Нацюнальним космiчним агентством США (NASA) та Нацюнальним центром наукових дослщжень Франци (CNRS - Centre National de la Recherche Scientifique), представленим Лабораторiею оптики атмосфери Уыверситету наук i технологiй м. Лтя (Унiверситет Лiлль 1), в 90-х роках ХХ стол^тя. Усього AERONET нараховуе дектька сотень дiючих станцш у всьому свiтi. Основним принципом ^eï мережi е стандартизацiя обладнання i його метролопчного забезпечення, методiв вимiрювань i обробки результатiв, як зберiгаються у централiзованiй базi даних. Засоби й методи вимiрювань та обробки даних, а також використовувана термшолопя викладен у [16] та у документации розмiщенiй на штернет-сторшц AERONET (http://aeronet.gsfc.nasa.gov/).
Дослщження властивостей аерозолю над Киевом за програмою AERONET у Киeвi розпочалися наприкiнцi березня 2008 р. [11,10]. Вiдтодi накопичена значна ктькють даних, якi дозволили оцшити вмiст та властивостi аерозольних частинок над Киевом та виявити певн закономiрностi динамiки аерозолю у цьому репош, зокрема i з залученням даних супутникових дослщжень та вимiрювань засобами AERONET у сусщых регiонах Схiдноï бвропи (див. наприклад [3, 6]). Одним iз важливих завдань таких дослiджень е виявлення джерел та шляхiв надходжень аерозолiв рiзного походження до киïвського регюну [4, 5] i, зокрема, унаслщок стихiйних пожеж [1]. Значна увага мiжнародноï науковоï спiльноти протягом останых рокiв була привернута до дослщжень аерозольного забруднення атмосфери унаслщок стихшних великомасштабних лiсових пожеж у центральних i захщних регiонах Росiï ул^ку 2010 р. (див. наприклад [23, 18, 9]. У пропонованш статп подаються оцiнки впливу цих явищ на забруднення атмосфери над Киевом, як ранiше не дослiджувались детально, за даними вимiрювань оптичних властивостей аерозолiв з сонячним фотометром AERONET.
Матерiали та методи Методи спостережень та спостережн данi
Основним засобом дослiджень у мережi AERONET е автоматичн сонячнi фотометри CIMEL CE-318 виробництва CIMEL Electronique, Франтя. Це спектрорадiометри, оснащенi свiтлофiльтрами для окремих вузьких, з швшириною смуги пропускання приблизно 10 нм, стандартних спектральних дтянок у дiапазонi вщ 340 до 1640 нм. Довжини хвиль цих дтянок пiдiбранi так, щоб уникнути смуг поглинання сонячного випромшювання газами атмосфери (крiм реле'Гвського розсiювання), такими як водяна пара, кисень, озон тощо. Набiр свiтлофiльтрiв залежить вiд моделi фотометра. Кшвська станцiя AERONET, розташована на територп Головноï астрономiчноï обсерваторiï НАНУ в Голосieвi (пiвденна околиця Киева), протягом 2008 - 2012 рр. була оснащена сонячним радюметром CIMEL CE-318-2 (поляризацшна модель) з фтьтрами для 440, 670, 870, 936 та 1020 nm. Автономнiсть фотометрiв забезпечуеться живленням вiд акумуляторiв та сонячних батарей. Процедура вимiрювань виконуеться шд управлiнням мiкропроцесора за спе^альною програмою, i визначаеться положенням Сонця на небеснш сферi, яке обчислюеться мiкропроцесором на кожен поточний день. Згщно з цieю програмою для послщовносп моментiв часу, що вщповщають певним зенiтним вiдстаням Сонця, фотометр вимiрюe опромiненiсть прямим сонячним випромшюванням у мiсцi спостережень при зазначених довжинах хвиль та розподт яскравост неба вздовж альмукантарату Сонця та вздовж кола його висоти, використовуючи для цього два окремi оптичн канали з рiзнем рiвнем чутливост [16]. Поле зору кожного з каналiв обмежуеться спецiальним колiматором i становить 1.2°.
У середньому вимiрювання прямого сонячного випромшювання фотометром виконуються кожн 15 хвилин у дiапазонi зенiтних вiдстаней Сонця вщ 75° i менше. Результати вимiрювань накопичуються у пам'ятi фотометра i за розкладом, як правило двiчi на день, автоматично передаються до комп'ютера i через штернет надсилаються до бази даних AERONET, де у автоматичному режимi опрацьовуються за прийнятими у AERONET алгоритмами. Первинш та опрацьован дан розмщуються на штернет-сторiнцi станцiï Кив а також стають доступними для копшвання через вщповщы опцiï сторiнки. Зазначена процедура опрацювання первинних даних, що надходять вщ фотометра, полягае у 1х розшифровуваннi i фiльтруваннi, а саме у видаленн помилкових даних та даних, обтяжених впливом хмар. Згщно з прийнятою в AERONET класифка^ею спостережних даних за Гхньою точнютю первинш несортован та нефтьтроваш данi мають рiвень точностi 1.0, а вщфтьтроваш вiд впливу хмар даы мають рiвень точностi 1.5. Даы найвищоï точностi та гарантованоГ якостi, отриманi пiсля урахування хмарносп та повторного калiбрування фотометра i врахування змш його характеристик мають рiвень 2.0. Калiбрування фотометра виконуеться щонайменше раз на рiк на спе^альних спостережних станцiя та у лабораторiях за допомогою спецiального обладнання i процедур, описаних у [16] та у документаци AERONET.
За спостережними даними визначаються оптичш характеристики аерозольного шару та оптичш й мiкрофiзичнi характеристики аерозольних частинок, усереднеш у стовш атмосфери над мюцем спостережень. З найвищою точнiстю визначаеться спектральна оптична товща аерозольного шару за вимiрюваннями опромiненостi прямим сонячним випромшюванням у мю^ спостережень. Якщо ж вдаеться одержати необхiдну ктькють даних про розподт яскравосп неба вздовж альмукантарату та
кола висоти Сонця, то шляхом розв'язування обернено' задачi одержуються й так характеристики аерозольних частинок, як розподт за розмiрами, альбедо однократного розаювання, фазову функцш, комплексний показник заломлення тощо [13, 14]. Одначе у цш робот ми аналiзуeмо лише оптичну товщу аерозолю (згщно з прийнятою в AERONET термшолопею вона позначаеться AOD - Aerosol Optical Depth), що визначаеться за вщомим законом закон Бугера-Ламберта-Бера для екстинци випромiнювання:
E(X) = E0(X) • exp(-r(X)),
де E(X) - вимiряна спектральна освiтленiсть; E0(X) - спектральна позаатмосферна осв^ленють, т(Я)- спектральна оптична товща атмосфери у напрямi на Сонце [17, 16]. При цьому спектральна оптична товща аерозолiв визначаеться шляхом урахуванням реле'вського розаяння свита та E (X) = поглинання молекулами основних атмосферних ^в, водяно' пари, вуглекислого газу, шших малих складових атмосфери:
AOD(Ä) = т(А) - T(X)water - Rayleigh - T(X)cO2 - ■■■
Абсолюты похибки визначення AOD за ^ею процедурою становлять приблизно 0.01 [16]. Визначена таким чином AOD е мiрою вмiсту аерозольних частинок у вертикальному стовп атмосфери одиничного перерiзу над мiсцем спостережень, оскiльки
dr * dz (1)
...... X WJ dr
де А - довжина хвилi випромiнювання; Z - висота верхньо' меж1 аерозольного шару над мюцем спостережень; rmin, rmax - максимальний i м^мальний розмiри аерозольних частинок; I - площа перерiзу екстинкци аерозольно' частинки, яка залежить вщ спiввiдношення мiж розмiрами частинки r та довжиною хвилi випромiнювання (параметр розмiру) i вщ комплексного показника заломлення частинки m(A) [2, 17]; dN/dr - розподт частинок за розмiрами у стовш атмосфери, який загалом змшюеться з висотою, як проте, й ^i параметри частинок. Як випливае з оцшок [2] та ш. змiннiсть усереднено' площi перерiзу екстинкци I аерозольних частинок значно менше впливае на AOD, нiж площа Тхнього сумарного геометричного перерiзу, що визначаеться iнтегралом функци розподiлу частинок за розмiрами.
Динамiка атмосфери та зворотн траекторп аерозольних частинок
Однiею iз причин змiн вмiсту аерозолiв у стовпi атмосфери над мюцем спостереження е перенесення |'х пов^ряними потоками. Для дослiджень такого в^рового переносу аерозольних частинок створенi спе^альн моделi руху повiтряних мас i алгоритми розрахункв, якi дозволяють обчислювати траекторп перемiщення елементарного (пробного) об'ему пов^ря протягом вiдносно тривалого промiжку часу (вiд годин до дектькох днiв). Цi методи широко використовуються в метеорологи, шматологи, екологи при дослщженнях процесiв перемiщення атмосферних домшок та виявлення напрямiв i джерел Тхнього надходження, див. напр. [22, 4, 5]. Одним iз таких методiв виявлення джерела надходження аерозолiв у мюце спостережень е так званий метод зворотних траекторш, за яким траекторiя руху елементарного об'ему пов^ря обчислюеться назад у час починаючи вiд моменту спостережень. Отже, зворотна траекторiя - це шлях елементарного об'ему пов^ря до того, як вш прибув до мюця спостережень. Вважаеться, що повiтряна маса, що проходить над джерелом емiсiï аерозолiв на висотах, де концентра^я частинок достатньо висока, захоплюе 'х i переносить далi, причому концентра^я захоплених частинок може зменшуватися за рахунок дифузи, осаджень та хiмiчних перетворень. Створено чимало алгоритмiв та комп'ютерних програм для обчислень зворотних траекторш. Одыею з таких програм е HYSPLIT (Hybrid Single Particle Lagrangian Integrated Trajectory Model). Вона створена сптьно у Нацюнальнш адмшютраци США з дослщжень океану й атмосфери (NOAA) та у метеоролопчному Бюро Австрали i доступна для широкого використання (див. http://www.arl.noaa.gov/HYSPLIT_info.php). Нами використана модель HYSPLIT-4, що е останньою iз сери цих програм [12].
В основу розрахункв HYSPLIT покладена кшематична модель Лагранжа, яка обчислюе траекторп руху пов^ряно' частки у ейлерiвському полi швидкостей, враховуючи лише дан поля в^ру [21]. Основою моделi Лагранжа е кшематичне рiвняння руху:
dx
ddx = v (x,t ) x (0)= Xo (2)
де v(x,t) - швидкють як функцiя вiд положення та часу; x0 - початкове положення об'ему пов^ря х -вектор поточного положення об'ему.
/ ч Zrmax I
AOD(x)=J J El
o r_.:_ V
Для обчислень траекторм використовуються метеорологiчнi даы, якi е результатами розрахункiв чисельних метеоролопчних моделей [7]. Для йльшосп програм розрахунку траекторiй, оперативнi моделi та результати реаналiзу е ключовими елементами. Прогностичнi центри здiйснюють суворий контроль за яюстю великих об'емiв даних. Асимiляцiйнi данi поеднуються з прогностичними даними чисельних моделей для впровадження високояюсного аналiзу та глобально! тривимiрноT вiзуалiзацiT отриманих результатiв.
При будь-яких розрахунках траекторм iснуе ймовiрнiсть виникнення похибок. Для реальних атмосферних потоюв основними джерелами похибок е похибки визначення параметрiв вiтру з метеоролопчних спостережень або при апроксимацп моделi Ейлера у вузлах атки;недостатня кiлькiсть вимiрювань цих параметрiв у вузлах атки i, як наслщок, похибки iнтерполювання даних; похибки чисельного штегрування рiвняння руху повiтряних мас.
Типовi значення похибок обчислень положень об'ему пов^ря становлять приблизно 20%, але вони ютотно змiнюються вщ випадку до випадку, зокрема можуть бути вщносно незначними, якщо для обчислень траекторм використовуеться достатня ктькють точних даних, але можуть бути й значними [21]. У нашому випадку використовувалась достатня ктькють вхщних даних i похибки обчислених траекторм можна вважати типовими.
Як вже зазначено, рiвень аерозольного забруднення атмосфери тут характеризуеться оптичною товщею аерозольного шару AOD. На рис.1 показан змши щомiсячно усереднених значень AOD над Киевом, визначених за вимiрюваннями з сонячним фотометром AERONET зi свiтлофiльтром 440 нм, протягом 2008 - 2013 рр. ^вень точност даних 2.0). Дiапазон цих значень AOD(440 нм) становить приблизно 0.05 - 0.45. Аналiз аналогiчних даних шших станцiй AERONET показав, що приблизно такi ж значення характеры для уах великих европейських мют (Париж, Москва, Мюнхен тощо) та урбаызованих густо заселених регiонiв, див. напр. [6]. Проте змшнють вмюту аерозольних частинок на коротших вдазках часу (тижнi, днi) значно вища i вiдображае мiсцевi умови та особливост надходження аерозолiв у атмосферу. На рис. 2 показаний ряд щоденно усереднених значень AOD(440 нм) над Киевом ^вень 2.0) для цього ж промiжку часу. Дiапазон цих значень бiльший у дектька разiв вiд дiапазону щомiсячно усереднених.
Результати
0.5 045 04
0
03 0,25 0.2 0.15 01 005 0
Рис.1. Середньом1сячн1 значення ДОй у м. Киев1.
14
1 2
т
0.4
0.2
0 8
0.6
0
1
Рис. 2. Середньодобов1 значення ДОй
Використання середньомюячних значень полегшуе аналiз i виявлення особливостей динамки аерозолю на тривалих промiжках часу. Зокрема з рис. 1 видно, що юнуе сезонна закономiрнiсть у змiнах вмюту аерозолiв над Киевом (як, проте, i над шшими регiонами твычноТ i пiвденноT пiвкуль, розташованими на суходол^, а саме його зростання у весняно-л^нм перiод i зменшення протягом осенi-зими. Причина цього очевидна - ул^ку у атмосферу надходить значно бiльше аерозольних частинок як природного (бюлопчного походження, головним чином унаслщок горiння рослинностi, пилок) i антропогенного (пил вщ транспорту, стьськогосподарських робiт i т.п.). Як правило спостер^аються два "ткових" перiоди: весна (кв^ень-травень) i друга половина лта (липень-серпень). Характерною особливiстю Киева е те, що весняний "п i к" як правило перевищуе л^нм, лише у 2010 р. ця закономiрнiсть порушилася - вмiст аерозолю у серпы був значно вищим, ыж навеснi.
Це явище, очевидно, е наслщком стихiйних лiсових пожеж, що трапилися у центральних та захщних репонах РосiT i спричинили значне забруднення атмосфери над обширними територiями СхiдноT Свропи димом та шшими аерозолями, зокрема грунтовим пилом (див. напр. [18, 9]). Даы про локалiзацiю та штенсивысть пожеж у цьому репоы влiтку 2010 р. одержав супутниковим приладом MODIS (MODerate Resolution Imaging Spectroradiometer) - спектрорадюметр зображень середньоТ роздiльноT здатност, встановлений на супутниках NASA Aqua i Terra, а також шшими приладами, що вимiрювали iнтенсивнiсть випромшювання вiд земноТ поверхнi i атмосфери в ультрафюлетовм (OMI) та шфрачервоый (AIRS) дiлянках оптичного спектру з супутниюв серiT A-Train [23]. Даы знаходяться у втьному доступi на офщмы сторiнцi FIRMS - (Fire Information for Resource Management System) шформа^я про пожежi для системи управлшня ресурсами (https://earthdata.nasa.gov/data/near-real-time-data/firms). Використовуючи цi данi та результати вимiрювань AOD з сонячним фотометром AERONET можна iдентифiкувати джерела надходження аерозолiв до Киева та оцiнити вплив люових пожеж протягом зазначеного перюду на забруднення атмосфери над Киевом.
Зпдно з нашими вимiрюваннями максимальний вмют аерозолю над Киевом у 2010 р. спостер^ався 15 серпня (рис.2). Динамка аерозольного забруднення атмосфери протягом цього дня показана на рис. 3. Цей випадок можна використати як приклад для аналiзу явища забруднення. Вмют аерозолiв протягом цього дня був таким, що A0D(440 нм) ютотно перевищувала TT середне для цього мiсяця значення (0.45) у 2.5 - 3 рази. Максимум був зафксований пюля 15 години за часом Гршвицького меридiана (рис.3) i становив майже 1.5, що е рекордним значенням для усього часу спостережень у Киевк
1.6 3.55
Рис. 3. Розподiл AOD протягом 15 серпня 2010 року
Джерело такого забруднення можна встановити, побудувавши звороты траекторп для об'ем1в пов1тря, що над1йшли на середину цього дня на р1зних висотах. На рис. 4 показан! основы траекторп пов1тряних мас, що надмшли до Киева на висотах 500, 1500 та 3000 м на 11 годину за Гршвичем (14 година м1сцевого л1тнього часу). Отже, пов1тряы маси, що над1йшли на висотах 500 i 1500 м, за тиждень до зазначеного моменту перебували поблизу кордону Росп з Казахстаном на висот бiльше 3 км. Протягом двох дiб вони, поступово втрачаючи висоту, досягли Киева i приблизно через добу, усе ще зменшуючи висоту перемiстилися на територ^ Росп, зайняту лiсовими пожежами. Над цими територiями вони перемщувались протягом майже двох дiб на висотах 500 i 1500 м вщповщно, збагачуючись димом i пилом, тсля чого знову надмшли до Киева. Траекторiя об'ему повiтря, що надмшло до Киева на висот 3 км, за тиждень до цього почалася над Кавказом, на висот близько 2 км, i протягом доби пщнявшись до 3 км перемщувалась протягом 2-х дiб над Каспмським морем i звщти через степовi райони пiвдня Росп через приблизно 4 доби надмшла до Киева, майже не змшюючи висоти i практично не проходячи над територiями, охопленими штенсивними люовими пожежами (рис.5). Хоча, як видно з рис.5, на шляху ^еТ пов^ряно!' маси теж траплялись пожеж^ проте iмовiрнiсть ïï iстотного збагачення димом та аерозолем шшого походження набагато нижча, ыж тих пов^ряних мас, що надiйшли на двох нижчих висотах. Спе^альы дослiдження розподту аерозолю з висотою над районами люових пожеж у Росп на цей перюд за допомогою супутникового лщара CALIOP (супутник CALIPSO з групи A-Train) показали, що максимум цього розподту перебував на
висот бтя 1 км i швидко спадав як 3i зменшенням висоти, так i 3i збiльшенням [20]. Це дае пiдстави стверджувати, що головним джерелом надходження аерозолiв до Киева 15 серпня 2010 р. були саме охоплен лiсовими пожежами територп Росiï, i максимум концентрацп аерозолю над Киевом перебував на висотах приблизно 1 км.
NOAA HYSPLIT MODEL Backward trajectories ending at 1100 UTC 15 Aug 10 GDAS Meteorological Data
06001812060018120600181208001812060018120600181206001812 oa'15 oat 14 oa;ia oa/12 oam мло oa.-'oa
Рис. 4. Траекторп елементарних об'ем1в пов1тря станом на 11 UTC 15 серпня 2010 року.
Рис. 5. Локал1зац1я пожеж та траектори пов1тряних потоюв на висотах 500 м(червоний), 1500 м(синш) та 3000м (зелений) 15 серпня 2010 року.
Кшькюну оцшку внеску цього аерозолю у забруднення атмосфери над Киевом протягом серпня 2010 р. можна одержати припускаючи, що без цього чинника AOD на цей перюд була б приблизно такою ж, як у ^i роки. Середньомюячне значення A0D(440 нм) для серпня, усереднене протягом 2008 - 2012 рр. (без 2010 р.) становить приблизно 0.31, тодi як у 2010 р. 0.45, тобто додаткове збтьшення становить приблизно 0.14, або 45% до середнього рiвня.
Пщсумки
Отже, засоби AERONET надають можливють для ефективних дослiджень забруднення атмосфери аерозолями рiзного походження як у регюнальному, так i у глобальному масштабах, звюно, за сприятливих погодних умов. Одначе накопичення цих даних протягом тривалого часу у мюц спостережень дозволяе робити висновки як про рiвень забруднення, так i про особливосп його динамiки, наприклад сезоны змши. Застосування сучасних методiв побудови траекторiй перемiщення атмосферних мас на основi великого числа доволi точних вимiрювань метеорологiчних параметрiв атмосфери та штегрування рiвнянь руху пов^ряних мас, зокрема моделi HYSPLIT, разом з супутниковими засобами спостереження за земною поверхнею i атмосферою дозволяють виявляти джерела надходження аерозолю у атмосферу, стежити за його динамкою i оцiнювати кiлькiсно внесок у забруднення над окремими мюцевостями.
Аналiз даних вимiрювань з сонячним фотометром AERONET та траекторш перемiщення пов^ряних мас дозволив достовiрно виявити джерело пщвищеного забруднення атмосфери над Киевом аерозольними частинками у серпы 2010 р. та кшькюно оцшити його. Надходження диму та шших аерозолiв вiд джерел стихiйних лiсових пожеж збтьшило оптичну товщу аерозолю приблизно на 45% вщ середнього значення для цього перюду року. Детальны дослщження аерозольного забруднення атмосфери можуть бути спрямоваш на виявлення i оцiнювання ефективностi як джерел надходження аерозолiв у атмосферу, так i механiзмiв 'хнього видалення, а також на оцшювання його клiматичних ефек^в.
Лтература
1. Бовчалюк А. П. Вплив пожеж на розподт аерозолю над Укра'ною за даними супутникових та наземних вим1рювань / А. П. Бовчалюк // Космлчна наука i технолог1я. 2013. Т. 19. № 5. С. 27-41.;
2. Ван де Хюлст Г. Рассеяние света малыми частицами (пер. с англ.)\ Ван де Хюлст Г. - М.: Изд. Иностр. Лит., 1961. - 536 с.;
3. Динамика атмосферного аэрозоля по измерениям с солнечным фотометром и со спутника над Украиной для исследований изменений климата / В. А. Данилевский, Г. П. Милиневский, М. Г. Сосонкин, и др. // Глобальные и региональные изменения климата / [Шестопалов В.М., Логинов В.Ф., Осадчий В.И. и др.]. -Киев:Ника-Центр, 2011. - 448 с. - С. 122-134;
4. Исследование путей переноса атмосферных аэрозолей в Белорусско-Украинском регионе по данным сети AERONET методом кластерного анализа / В. П. Кабашников, А. А. Акулинин, В. А. Данилевский, и др. // Нау^ прац УкрНДГМ1. - 2012. - Вип. 262. - С. 40 - 58;
5. Определение районов источников аэрозолей, поступающих в центральную часть Украины, методом статистики обратных траекторий / В. П. Кабашников, Г. П. Милиневский, А. П. Бовчалюк, В. А. Данилевский // Вюник астрономiчноí школи. - 2013. - Т. 9. - № 1-2. - С. 149 - 154;
6. Variability of aerosol properties over Eastern Europe observed from ground and satellites in the period from 2003 to 2011 / A. Bovchaliuk, G. Milinevsky, V. Danylevsky, et al // Atmospheric Chemistry and Physics. - 2013. - V. 13. -P. 6587-6602;
7. Input Data Requirements Lagrangian Trajectory Models / K. P. Bowman, J. C. Lin, A. Stohl, et al // Bull. Amer. Meteor. Soc. - 2013. - V. 94. - P. 1051-1058;
8. Chin M. Atmospheric aerosol properties and climate impacts / M. Chin, R.A. Kahn, S. E. Schwartz (Eds). -Washington: U.S. Climate Change Science Program, 2009. - 128;
9. Smoke aerosol and its radiative effects during extreme fire event over Central Russia in summer 2010 / N. Chubarova, Ye. Nezval', I. Sviridenkov, et al // Atmospheric Measurement Techniques. - 2012. - V. 5. - P. 557568;
10. Aerosol layer properties over Kyiv from AERONET/PHOTONS sunphotometer measurements during 2008-2009 / V. Danylevsky, V. Ivchenko, G. Milinevsky et al // International Journal of Remote Sensing. - 2011. - V. 32, No.3. - P. 657 - 669;
11. Atmospheric Aerosol Properties Measured with AERONET/PHOTONS Sun-Photometer over Kyiv during 2008-2009 / V. Danylevsky, V. Ivchenko, G. Milinevsky, et al// In: Use of Satellite and In-Situ Data to Improve Sustainability (Eds. F. Kogan, A. Powell and O. Fedorov). NATO Science for Peace and Security Series C: Environmental Security. - Springer Science+Business Media B.V., 2011. - P. 285 - 294;
12. Draxler, R. R., Hess G. D. An overview of the HYSPLITp4 modeling system for trajectories, dispersion, and deposition. Australian Meteorological Magazine. - 1998. - V. 47. - P. 295 - 308;
13. Dubovik O. A flexible inversion algorithm for retrieval of aerosol optical properties from Sun and sky radiance measurements / O. Dubovik, M. King // Journal of Geophysical Research. - 2000. - Vol. 105. - P. 20673-20696;
14. Accuracy assessments of aerosol optical properties retrieved from Aerosol Robotic Network (AERONET) Sun and sky radiance measurements / O. Dubovik, A. Smirnov, B. N. Holben, et al // Journal of Geophysical Research. -2000. - Vol. 105. - P. 9791-9806;
15. Changes in atmospheric constiruents and in radiative forsing / P. Forster, V. Ramasvamy, P. Artaxo, et al // In: Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. - Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA, 2007. - P. 129 - 234;
16. AERONET - a federated instrument network and data archive for aerosol characterization / B. N. Holben, T. F. Eck, I. Slutsker, et al // Remote Sensing of Environment. - 1998. - V. 66. - P. 1 - 16;
17. Kokhanovsky A. A. Aerosol optics. Light absorption and scattering by particles in the atmosphere / Kokhanovsky A. A. - Springer and Praxis Publishing, 2008. - 146p;
18. Atmospheric impacts of the 2010 Russian wildfires: integrating modelling and measurements of an extreme air pollution episode in the Moscow region / I. B. Konovalov, M. Beekmann, I. N. Kuznetsova, et al // Atmospheric Chemistry and Physics. - 2011. - V. 11. - P. 10031-10056;
19. Aerosols, their direct and indirect effects / J. E. Penner, M. Andreae, H. Annegarn, et al // In: Climate Change 2001: The Scientific Basis. Contribution of Working Groupe I Third Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. - Cambridge Univers. Press, Cambridge, UK, and New York, NY, USA, 2001. - P. 289 - 348;
20. Direct radiative effect of the Russian wildfires and their impact on air temperature and atmospheric dynamics during August 2010 / J. C. Pere, B. Bessagnet, M. Mallet, et al // Atmospheric Chemistry and Physics Discussions.- 2013. - V. 13. - P. 15829 -15866;
21. Stohl A. Computation, accuracy and applications of trajectories - a review and bibliography / Stohl A. // Atmospheric Environment, 1998, Vol. 32, No. 6, pp. 947 - 966;
22. Stohl A. Trajectory statistics - a new method to establish source-receptor relationship of air pollutants and its applications to the transport of particulate sulfate in Europe / Stohl A. // Atmospheric Environment. - 1996. - V. 30, -No.4. - P. 579-587;
23. NASA A-Train and Terra observations of the 2010 Russian wildfires / J. C. Witte, A. R. Douglass, A. da Silva, et al // Atmospheric Chemistry and Physics. - 2011. - V. 11. - P. 9287-9301
Аннотация Е. И. Галицкая, В. А. Данилевский, С. И. Снежко Состояние загрязнения аэрозолем атмосферы над Киевом по дистанционным исследованиям средствами AERONEt и влияние на него лесных пожаров летом 2010 г. Аэрозоли в земной атмосфере являются не только загрязнителями воздуха, но и фактором, влияющим на формирование климата. Исследование динамики аэрозольного слоя, свойств аэрозольных частиц, выявление источников их поступления в атмосферу является одной из актуальных задач современной метеорологии, климатологии, физики атмосферы, экологии. Для этих исследований применяются методы дистанционных наземных и спутниковых измерений оптических свойств аэрозольных частиц, а также исследования динамики атмосферы и моделирования процессов переноса частиц.
В работе по данным исследований аэрозолей средствами AERONET и методом построения обратных траекторий движения воздушных масс был определен уровень загрязнения аэрозолями атмосферы над Киевом в течение 2008 - 2013 гг., выявлены пути их поступления и оценен вклад от стихийных лесных пожаров в августе 2010 г. За время наблюдений ежемесячно усредненная оптическая толща аэрозольного слоя над Киевом при длине волны оптического излучения 440 нм находилась в пределах 0.05 - 0.45, тогда как на коротких промежутках времени она менялась в значительно более широком диапазоне. Так, 15 августа 2010 г. эта величина достигала значения 1.5, что было связано с поступлением аэрозолей от стихийных лесных пожаров в России летом того года. Всего среднемесячное значение оптической толщи в августе 2010 г. над Киевом превышало среднее для этого месяца за весь период наблюдений примерно на 45%. Ключевые слова: аэрозоли, AOD, AERONET, солнечный фотометр, обратные траектории, HYSPLIT
Abstract. E. Galytska, V. Danylevsky, S. Snizhko State of aerosol pollution of the atmosphere over Kyiv by means of remote studies AERONET and the impact of forest fires in the summer of 2010. Aerosols in the Earth's atmosphere are not only air pollutants but also a factor that affects the climate. The study of the dynamics of aerosol layer properties of aerosol particles, revealing their sources in the atmosphere is one of the urgent problems of modern meteorology, climatology, atmospheric physics, ecology. For these studies used methods of remote land-based and satellite measurements of the optical properties of aerosol particles and atmospheric dynamics research and modeling of transport of particles.
The level of aerosols pollution over Kyiv during 2008 - 2013 was determined according to aerosols research by AERONET means and methods of reverse trajectories of air masses. As well, the ways of their transfer were submitted and rated by the contribution from natural forest fires in August 2010. During the month of observation averaged aerosol optical thickness of the layer of Kyiv at a wavelength of 440 nm optical radiation was within 0.05 - 0.45, while in the shortest time it has changed to a much wider range.
Thus, 15 August 2010, the value reached 1.5, which was associated with the receipt of aerosols from natural forest fires in the summer of that year. Overall, monthly average optical depth in August 2010 on Kyiv exceeded the average for that month for the entire period of observation for about 45 %. Keywords: aerosols, AOD, AERONET, sun photometer, back trajectories, HYSPLIT
Поступила в редакцию 23.01.2014 г.
