Исследование изменчивости оптических и микрофизических характеристик аэрозолей над Черным морем под воздействием пожаров Причерноморья за 2018–2019 годы

Д. В. Калинская1,✉, А. С. Папкова1, Д. М. Кабанов2

1 Морской гидрофизический институт РАН, Севастополь, Россия

2 Институт оптики атмосферы им. В. Е. Зуева Сибирского отделения Российской академии наук, Томск, Россия

✉ e-mail: kalinskaya_d_v@mail.ru

Аннотация

Цель. Наземным объектом исследования является Причерноморье, где регистрировались пожары по данным системы FIRMS, а также акватория Черного моря, где осуществлялся мониторинг изменчивости основных оптических характеристик атмосферного аэрозоля под воздействием пожаров. Цель работы – провести исследование пожаров, зарегистрированных на территории Причерноморья по данным системы FIRMS за 2018–2019 гг., для оценки корреляции этих событий с изменчивостью основных оптических характеристик над Черным морем.

Методы и результаты. Исследованы вариации мощности излучения от пожаров по данным системы FIRMS. Приведены результаты статистической обработки спутниковых данных MODIS и VIIRS о пожарах за 2018–2019 гг. Проанализированы основные оптические и микрофизические характеристики атмосферного аэрозоля по данным SPM и AERONET для дат с наибольшим количеством пожаров в Черноморском регионе. Проведен сравнительный анализ дат особой интенсивности пожаров по спутниковым данным MODIS и VIIRS и дат аномальных значений оптических характеристик атмосферного аэрозоля над исследуемым регионом.

Выводы. Для выявленных по спутниковым данным MODIS и VIIRS событий пожаров в Причерноморье проведены комплексный анализ переносов воздушных масс по модели HYSPLIT и типизация аэрозоля по алгоритму CALIPSO. Датой самых интенсивных пожаров за 2019 г. является 22 июля. Согласно типизации аэрозоля по алгоритму CALIPSO, преимущественными типами аэрозоля в исследуемый день являются загрязненная пыль и дым. Исследование возможного источника переноса аэрозоля в этот день по данным двух спутников MODIS и VIIRS показало, что область интенсивного возгорания и задымления расположена к северо-востоку от Черноморского региона. Поскольку в этот день, по спутниковым данным, перенос пыли со стороны как пустыни Сахара, так и Сирийской пустыни не был зафиксирован, то можно сделать вывод, что увеличение значений аэрозольной оптической толщины АОТ (500) было обусловлено переносом с севера именно аэрозоля, образующегося в результате сжигания биомассы, в регион Черного моря.

Ключевые слова

EOSDIS, MODIS, VIIRS, SPM, AERONET, CALIPSO, обратные траектории HYSPLIT, Черное море, дым, сажа, смог, поглощающий аэрозоль, термические аномалии, аэрозольная оптическая толщина

Благодарности

Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ 19-05-50023 и темы госзадания № 0827-2019-0002. Авторы благодарят С. М. Сакерина за предоставленный фотометр SPM и программное обеспечение к нему.

Для цитирования

Калинская Д. В., Папкова А. С., Кабанов Д. М. Исследование изменчивости оптических и микрофизических характеристик аэрозолей над Черным морем под воздействием пожаров Причерноморья за 2018–2019 годы // Морской гидрофизический журнал. 2020. Т. 36, № 5. С. 559–570. EDN FSZCOI. doi:10.22449/0233-7584-2020-5-559-570

Kalinskaya, D.V., Papkova, A.S. and Kabanov, D.M., 2020. Research of the Aerosol Optical and Microphysical Characteristics of the Atmosphere over the Black Sea Region by the FIRMS System during the Forest Fires in 2018–2019. Physical Oceanography, 27(5), pp. 514-524. doi:10.22449/1573-160X-2020-5-514-524

DOI

10.22449/0233-7584-2020-5-559-570

Список литературы

  1. Свойства атмосферного аэрозоля в дымовых шлейфах лесных пожаров по данным спектронефелометрических измерений / Р. Ф. Рахимов [и др.] // Оптика атмосферы и океана. 2014. Т. 27, № 2. С. 126–133. URL: https://www.sibran.ru/upload/iblock/c29/c2994847f689f28f6980a2811da17e75.pdf (дата обращения: 21.07.2020).
  2. Калинская Д. В., Суслин В. В. Изменчивость оптических характеристик атмосферного аэрозоля над Черным морем во время летних пожаров 2010 г. // Труды международной конференции «Современные проблемы оптики естественных вод». М. : ИО РАН, 2015. Т. 8. С. 215–219.
  3. Калинская Д. В., Рябоконь Д. А. Исследование характеристик аэрозолей над Черным морем посредством системы FIRMS во время пожаров за период 2007–2018 гг. // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2019. Т. 16, № 4. С. 247–255. doi:10.21046/2070-7401-2019-16-4-247-255
  4. Кондратьев К. Я., Григорьев Ал. А. Лесные пожары как компонент природной экодинамики // Оптика атмосферы и океана. 2004. Т. 17, № 4. С. 279–292.
  5. Бондур В. Г., Гордо К. А., Кладов В. Л. Пространственно-временные распределения площадей природных пожаров и эмиссий углеродсодержащих газов и аэрозолей на территории Северной Евразии по данным космического мониторинга // Исследование Земли из космоса. 2016. № 6. С. 3–20. doi:10.7868/S0205961416060105
  6. Комплексный подход в оценке эмиссии углеродосодержащих газов от лесных пожаров в Сибири / А. В. Панов [и др.] // Метеорология и гидрология. 2018. № 5. С. 30–38.
  7. Саворский В. П. Узел распределенной системы космических данных ЦОХКИ ФИРЭ РАН // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2004. Т. 1, № 1. С. 241–247.
  8. The MODIS fire products / C. O. Justice [et al.] // Remote Sensing of Environment. 2002. Vol. 83, iss. 1–2. P. 244–262. https://doi.org/10.1016/S0034-4257(02)00076-7
  9. Satellite observations of terrestrial water storage provide early warning information about drought and fire season severity in the Amazon / Y. Chen [et al.] // Journal of Geophysical Research: Biogeosciences. 2013. Vol. 118, iss. 2. P. 495–504. doi:10.1002/jgrg.20046
  10. Validation of MODIS aerosol optical depth retrieval over land / D. A. Chu [et al.] // Geophysical Research Letters. 2002. Vol. 29, iss. 12. P. MOD2-1-MOD2-4. doi:10.1029/2001GL013205
  11. Fire and smoke remote sensing and modeling uncertainties: Case studies in Northern Sub-Saharan Africa / C. Ichoku [et al.] // Natural Hazard Uncertainty Assessment: Modeling and Decision Support / Eds. K. Riley, P. Webley, M. Thompson. Washington : AGU, 2016. P. 215–230. (Geophysical Monograph Series ; Vol. 223). doi:10.1002/9781119028116.ch14
  12. An empirical model of optical and radiative characteristics of the tropospheric aerosol over West Siberia in summer / M. V. Panchenko [et al.] // Atmospheric Measurement Techniques. 2012. Vol. 5, iss. 7. P. 1513–1527. https://doi.org/10.5194/amt-5-1513-2012
  13. Chuvieco E., Giglio L., Justice C. Global characterization of fire activity: toward defining fire regimes from Earth observation data // Global Change Biology. 2008. Vol. 14, iss. 7. P. 1488–1502. https://doi.org/10.1111/j.1365-2486.2008.01585
  14. Glasius M., la Cour A., Lohse C. Fossil and nonfossil carbon in fine particulate matter: A study of five European cities // Journal of Geophysical Researches: Atmospheres. 2011. Vol. 116, iss. D11. D11302. https://doi.org/10.1029/2011JD015646
  15. Retrieval of biomass combustion rates and totals from fire radiative power observations: FRP derivation and calibration relationships between biomass consumption and fire radiative energy release / M. J. Wooster [et al.] // Journal of Geophysical Research: Atmospheres. 2005. Vol. 110, iss. D24. D24311. doi:10.1029/2005JD006318
  16. The CALIPSO automated aerosol classification and lidar ratio selection algorithm / A. H. Omar [et al.] // Journal of Atmospheric and Oceanic Technology. 2009. Vol. 26, iss. 10. P. 1994–2014. doi:10.1175/2009JTECHA1231.1
  17. Comparison of CALIOP level 2 aerosol subtypes to aerosol types derived from AERONET inversion data / T. Mielonen [et al.] // Geophysical Research Letters. 2009. Vol. 36, iss. 18. L18804. doi:10.1029/2009GL039609
  18. Development of global aerosol models using cluster analysis of Aerosol Robotic Network (AERONET) measurements / A. H. Omar [et al.] // Journal of Geophysical Researches: Atmospheres. 2005. Vol. 110, iss. D10. D10S14. doi:10.1029/2004JD004874
  19. Калинская Д. В., Папкова А. С. Идентификация пылевого аэрозоля посредством радиометра CALIPSO над Черным морем // Моря России: наука, безопасность, ресурсы : тезисы докладов научной конференции, Севастополь, 3–7 октября 2017 г. Севастополь : ФГБУН МГИ, 2017. С. 114–115.
  20. Папкова А. С., Калинская Д. В. Статистическое исследование переносов аэрозоля над Черноморским регионом в 2016 году по данным моделей HYSPLIT и AERONET // Прикладные задачи математики : материалы XXV международной научно-технической конференции. Севастополь : СГУ, 2017. С. 145–148.
  21. Калинская Д. В., Суслин В. В. Исследование свойств аэрозолей над Черным морем во время события пылевой бури 2015 года // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. 2016. Вып. 3. С. 37–43.

Скачать статью в PDF-формате