Влияние циклона на пространственное распределение дымового аэрозоля от пожаров в мае 2021 года

Д. В. Калинская

Морской гидрофизический институт РАН, Севастополь, Россия

✉ e-mail: kalinskaya_d_v@mail.ru

Аннотация

Цель. Проведено комплексное исследование дальнего переноса дымового аэрозоля с использованием средств спутникового и наземного мониторинга, а также результатов моделирования динамики атмосферы.

Методы и результаты. Рассмотрен период множественных интенсивных пожаров, зарегистрированных в Западной Сибири вблизи границы с Казахстаном в мае 2021 г. Для оценки масштабов и расположения активных пожаров за рассматриваемый период привлекались карты спутникового мониторинга из архивов системы FIRMS. При анализе спутниковых изображений выявлен перенос дыма от пожаров 9 и 10 мая в сторону Среднего Урала, подтверждаемый фотометрическими измерениями на станции аэрозольного мониторинга AERONET. Для подтверждения переноса дыма со стороны Урала представлены результаты моделирования обратных траекторий перемещения воздушных потоков, выполненного с помощью программного комплекса HYSPLIT. Над территорией Волгоградской области 11 мая сформировался циклон, район Урала оказался на его периферии, что способствовало переносу дымового аэрозоля через Черноморский регион в сторону Финляндии на расстояние более 4000 км. Основная информация о стадиях формирования циклонической завихренности и переносе дымового аэрозоля была получена по данным со спутниковых платформ MODIS Aqua, VIIRS и CALIPSO. По спутниковым данным VIIRS проанализирована динамика изменчивости температуры поверхностного слоя и концентрации хлорофилла а в зоне максимального ветрового воздействия для Черноморского региона до и после прохождения циклона. Проанализированы также основные оптические и микрофизические характеристики атмосферного аэрозоля по данным портативного солнечного фотометра и солнечных стационарных фотометров сети AERONET за исследуемый период.

Выводы. В мае 2021 г. сложился ряд специфических метеорологических условий, которые способствовали накоплению дымового аэрозоля в атмосфере Среднего Урала и его последующему переносу сначала в Черноморский регион, а затем в сторону Финляндии.

Ключевые слова

FIRMS, MODIS, VIIRS, SPM, AERONET, CALIPSO, обратные траектории HYSPLIT, Черное море, атмосферный аэрозоль, аэрозоль, пожар, спутниковый мониторинг, наземный мониторинг, аэрозольная оптическая толщина, MAIAC, оптические характеристики

Благодарности

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований, научный проект № 19-05-50023 и в рамках темы государственного задания ФГБУН ФИЦ МГИ № 0827-2021-0002, государственного задания № 0555-2021-0003 «Разработка методов оперативной океанологии на основе междисциплинарных исследований процессов формирования и эволюции морской среды и математического моделирования с использованием данных дистанционных и контактных измерений». Автор благодарит Тома Кушера (Tom Kucsera), Брента Холбена (Brent Holben), Джузеппе Зиборди (Giuseppe Zibordi) и группу Жене Фельдмана (Gene Feldman) из NASA за предоставление данных АОТ, расчеты данных ВТА, обработку результатов измерений, полученных на севастопольской станции AERONET, и за возможность использования качественных данных фотометрических измерений. Автор также выражает признательность С. М. Сакерину и Д. М. Кабанову за предоставление фотометра SPM и программное обеспечение к нему.

Для цитирования

Калинская Д. В. Влияние циклона на пространственное распределение дымового аэрозоля от пожаров в мае 2021 года // Морской гидрофизический журнал. 2022. Т. 38, № 3. С. 324–340. EDN MGWACY. doi:10.22449/0233-7584-2022-3-324-340

Kalinskaya, D.V., 2022. Impact of the Cyclone on Spatial Distribution of the Smoke Aerosol Resulted from the Fires in May, 2021. Physical Oceanography, 29(3), pp. 303-319. doi:10.22449/1573-160X-2022-3-303-319

DOI

10.22449/0233-7584-2022-3-324-340

Список литературы

  1. Clouds and aerosols / O. Boucher [et al.] // Climate change 2013: The physical science basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge : Cambridge University Press, 2013. P. 571–657. https://doi.org/10.1017/CBO9781107415324.016
  2. Плахина И. Н., Панкратова Н. В., Махоткина Е. Л. Сравнение данных наземного и спутникового мониторинга аэрозольной оптической толщины атмосферы для территории России // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2018. Т. 15, № 2. С. 225–234.
  3. Гинзбург А. С., Губанова Д. П., Минашкин В. М. Влияние естественных и антропогенных аэрозолей на глобальный и региональный климат // Российский химический журнал. 2008. Т. 52, № 5. С. 112–119. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/vliyanie-estestvennyh-i-antropogennyh-aerozoley-na-globalnyy-i-regionalnyy-klimat/viewer (дата обращения: 10.05.2022).
  4. Vermote E. F., Saleous N. Z., Justice C. O. Atmospheric correction of MODIS data in the visible to middle infrared: first results // Remote Sensing of Environment. 2002. Vol. 83, iss. 1–2. P. 97–111. https://doi.org/10.1016/S0034-4257(02)00089-5
  5. Оптические свойства черноморского аэрозоля и верхнего слоя морской воды по данным прямых и спутниковых измерений / В. В. Суслин [и др.] // Морской гидрофизический журнал. 2016. № 1. С. 20–32. doi:10.22449/0233-7584-2016-1-20-32
  6. Яковлева Д. В., Толкаченко Г. А. Исследование особенностей дневной изменчивости аэрозольной оптической толщины атмосферы над Черным морем // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. Севастополь, 2008. Вып. 16. С. 212–223.
  7. Солнечные фотометры для измерений спектральной прозрачности атмосферы в стационарных и мобильных условиях / С. М. Сакерин [и др.] // Оптика атмосферы и океана. 2012. Т. 25, № 12. С. 1112–1117.
  8. Dubovik O., King M. D. A flexible inversion algorithm for retrieval of aerosol optical properties from Sun and sky radiance measurements // Journal of Geophysical Research: Atmospheres. 2000. Vol. 105, iss. D16. P. 20673–20696. https://doi.org/10.1029/2000JD900282
  9. Variability of absorption and optical properties of key aerosol types observed in worldwide locations / O. Dubovik [et al.] // Journal of the Atmospheric Sciences. 2002. Vol. 59, iss. 3. P. 590–608. https://doi.org/10.1175/1520-0469(2002)0590590:VOAAOP2.0.CO;2
  10. Результаты измерений аэрозольной оптической толщи атмосферы в Черноморском регионе (2015–2016) / Д. В. Калинская [и др.] // Оптика атмосферы и океана. 2017. Т. 30, № 6. С. 489–496. doi:10.15372/AOO20170607
  11. Wavelength dependence of the optical depth of biomass burning, urban, and desert dust aerosols / T. F. Eck [et al.] // Journal of Geophysical Research: Atmospheres. 1999. Vol. 104, iss. D24. P. 31333–31349. https://doi.org/10.1029/1999JD900923
  12. Кабанов Д. М., Сакерин С. М. О методике определения аэрозольной оптической толщи атмосферы в ближнем ИК-диапазоне спектра // Оптика атмосферы и океана. 1997. Т. 10, № 8. С. 866–875.
  13. Remer L. A., Kahn R. A., Koren I. Aerosol indirect effects from satellite: Skeptics vs. Optimists // Geochimica et Cosmochimica Acta. 2009. Vol. 73, iss. 13, supplement. A1088. https://doi.org/10.1016/j.gca.2009.05.014
  14. 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. https://doi.org/10.1175/2009JTECHA1231.1
  15. Kalinskaya, D. V., Papkova A. S. Identification of the marine aerosol by the CALIPSO radiometer over the Black Sea for 2017 // Proceedings of SPIE. Tomsk : SPIE, 2018. Vol. 10833 : 24th International Symposium on Atmospheric and Ocean Optics: Atmospheric Physics. 108335K. https://doi.org/10.1117/12.2504520
  16. NOAA’s HYSPLIT Atmospheric Transport and Dispersion Modeling System / A. F. Stein [et al.] // Bulletin of the American Meteorological Society. 2015. Vol. 96, iss. 12. P. 2059–2077. https://doi.org/10.1175/BAMS-D-14-00110.1
  17. Kalinskaya D. V., Kudinov O. B. Methodology of ground aerosol sources determination based on AERONET and HYSPLIT models data results // Proceedings of SPIE. SPIE, 2017. Vol. 10466 : 23rd International Symposium on Atmospheric and Ocean Optics: Atmospheric Physics. 104663R. doi:10.1117/12.2287744
  18. 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. doi:10.22449/0233-7584-2020-5-559-570
  19. Исследование радиационных характеристик аэрозоля в азиатской части России / С. Ю. Андреев [и др.]. Томск : Изд-во Института оптики атмосферы СО РАН, 2012. 483 с.
  20. Trends in MODIS and AERONET derived aerosol optical thickness over Northern Europe / P. Glantz [et al.] // Tellus B: Chemical and Physical Meteorology. 2019. Vol. 71, iss. 1. 1554414. doi:10.1080/16000889.2018.1554414
  21. Schutgens N. A. J., Nakata M., Nakajima T. Validation and empirical correction of MODIS AOT and AE over ocean // Atmospheric Measurement Techniques. 2013. Vol. 6, iss. 9. P. 2455–2475. https://doi.org/10.5194/amt-6-2455-2013
  22. Hauser A., Oesch D., Wunderle S. NOAA AVHRR derived Aerosol Optical Depth (AOD) over Land: A comparison with AERONET Data // Optica Pura y Aplicada. 2004. Vol. 37, num. 3. P. 3131–3135. URL: https://www.sedoptica.es/Menu_Volumenes/Pdfs/149.pdf (date of access: 31.05.2022).

Скачать статью в PDF-формате