ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2011, том 437, № 1, с. 102-107
УДК 551.588.7:551.510.5:551.509.68
ГЕОФИЗИКА
СПУТНИКОВЫМ МОНИТОРИНГ СОДЕРЖАНИИ ГАЗОВЫХ ПРИМЕСЕИ АТМОСФЕРЫ И ОПТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК АТМОСФЕРНОГО АЭРОЗОЛЯ НАД ЕВРОПЕЙСКОЙ ТЕРРИТОРИЕЙ РОССИИ В АПРЕЛЕ-СЕНТЯБРЕ 2010 г. © 2011 г. С. А. Ситнов
Представлено академиком Г.С. Голицыным 18.11.2010 г. Поступило 19.11.2010 г.
Представлены результаты спутникового мониторинга содержаний оксида углерода СО, диоксида азота МО2, формальдегида ИСИО, водяного пара И2О, озона О3, а также аэрозольной оптической толщи (АОТ) и параметра Ангстрема а над европейской территорией России в апреле-сентябре 2010 г. Анализируется взаимосвязь вариаций атмосферных параметров и эволюция пространственных распределений атмосферных примесей в ходе развития региональной погодной аномалии, возникновения массовых пожаров и задымления региона.
Связанное с пожарами изменение газового состава атмосферы, свойства дымовых аэрозолей, а также радиационные и климатические эффекты массовых пожаров были предметом многих исследований, основанных на данных наземных наблюдений [1-3]. Спутниковые данные многие годы использовались для диагностики очагов возгорания, определения масштабов горения и задымления, а также оценки последствий поражения территории огнем. В последнее десятилетие интенсивно развивались спутниковые системы наблюдений тропосферных примесей [4], и в настоящее время на орбите находятся более десятка приборов, совокупные данные которых позволяют осуществлять комплексный мониторинг ключевых газов тропосферы и атмосферного аэрозоля над очагами возгораний. Спутниковые наблюдения позволяют получить не только количественные оценки степени загрязнения атмосферы продуктами горения, но также оценить пространственный масштаб загрязнения и проследить географию распространения загрязнений во времени [5]. В данной работе на основе спутниковых наблюдений исследуется пространственно-временная эволюция тропосферных
Институт физики атмосферы им. А.М. Обухова Российской Академии наук, Москва
примесей над европейской частью территории России до, во время и после пожаров лета 2010 г.
К анализу были привлечены данные наблюдений CO, AOT, а, NO2, HCHO, H2O и O3 спутниковых приборов MOPITT (Measurements of Pollutions in the Troposphere) [6], MODIS (Moderate resolution Imaging Spectroradiometer) [7] и OMI (Ozone Monitiring Instrument) [8]. Использованная в работе спутниковая информация и ее источники приведены в табл. 1. Данные прибора OMI получены с помощью системы удаленного доступа Giovanni, разработанной и обслуживаемой NASA GES DISC (National Aeronautics and Space Administration Goddard Earth Sciences Data and Information Services Center) [9]. К анализу привлекались также аэрологические наблюдения станций Долгопрудная, находящейся в северном пригороде Москвы (55.9°N, 37.5°E), и Смоленск (54.8°N, 32.0°E). Данные позаимствованы в архиве аэрологических наблюдений университета штата Вайоминг (http://weather.uwyo/uppeair).
На рисунке 1 показаны средние значения ежедневных содержаний атмосферных газовых примесей и аэрозольных оптических характеристик, над территорией центрального района России (52°N—59°N, 29°E—45°E) в апреле-сентябре 2010 г. Для выявления эффектов пожаров 2010 г. в содержаниях HCHO и NO2 на рис. 1 приведены также значения содержаний этих примесей в апреле-сентябре 2009 г. Сравнение показывает, что содержание формальдегида в 2010 г. было заметно выше его содержания в 2009 г. В среднем за периоды с апреля по сентябрь и с 15 июля по 20 августа это различие составило соответственно 2.4 • 1015 и 8.8 • 1015 молек • см-2, а 7 и 8 августа, в дни сильного задымления Москвы, различие достигало величины 18 • 1015 молек • см-2. В апреле—сентябре 2010 г. (с 15 июля по 20 августа) содержание водяного пара в тропосфере соответственно на 2.4 (6) мм превышало содержание водяного пара за соответствующий период 2009 г., при этом максимальные различия отмечались 9-10 августа и достигали
Таблица 1. Использованные в работе спутниковые данные
Параметр Прибор Спутник Источник данных
Общее содержание оксида углерода М0Р1ТТ Тегга Ьйр://ео:?№,еЬЛагс.па8а.§оу
Аэрозольная оптическая толща на длине волны М0БК Тегга Адиа ЬИр://шоё18-а1шо8.§8Гс.па8а.§оу
0.55 мкм
Параметр Ангстрема М0БК Тегга Адиа ЬИр://шоё18-а1шо8.§8Гс.па8а.§оу
Тропосферное содержание водяного пара М0БК Тегга Адиа Ьйр://шоё18-а1шо8.§8Гс.па8а.§оу
Тропосферное содержание диоксида азота 0М1 Аига ЬИрУ/^с.зи^Гс.паза^оу^юуапт
Общее содержание формальдегида 0М1 Аига ЬИрУ/^с.зи^Гс.паза^оу^юуапт
Общее содержание озона 0М1 Аига ЬИрУ/^с.зи^Гс.паза^оу^юуапт
13 мм (для сокращения объема публикации графическое представление некоторых результатов, относящихся к Н2О, 03 и а, опущено). Тропосферное содержание М02 и общее содержание озона (ОСО) в целом за период с апреля по сентябрь не обнаруживали заметных различий между 2010 и 2009 годами. Тем не менее, среднее содержание М02 в период с 15 июля по 20 августа 2010 г. на 1.8 • 1015 молек • см-2 превышало его содержание в соответствующий период 2009 г., а значения ОСО с 1 по 20 августа 2010 г. были, напротив, существенно меньше его значений в 2009 г. (9-10 августа эти различия достигали -35 е.Д.). Эволюция СО с апреля по середину июля отражала многолетний региональный сезонный цикл СО, характеризующийся максимумом в апреле и минимумом в ноябре-декабре, причем в первую половину 2010 г. содержания СО были ниже его многолетних средних содержаний за 2000-2009 гг. Тенденции к росту угарного газа в регионе наметились в начале второй декады июля. В период с 12 июля по 7 августа содержание СО выросло более чем в два раза -с 1.9 • 1018 до 4.0 • 1018 молек • см-2. Достигнув максимума (7 августа) содержание СО к 11 августа снизилось до 2.2 • 1018 молек • см-2, а затем вновь возросло, достигнув значения 3.5 • 1018 молек • см-2 16 августа, после чего резко упало до 1.7 • 1018 мо-лек • см-2 - ниже регионального многолетнего среднего значения содержания СО в августе. Эволюция АОТ на длине волны 0.55 мкм (т0 55) в июле-августе 2010 г. была качественно подобна эволюции СО, но диапазон изменений АОТ был существенно больше. В период с 14 июля по 7 августа среднее по региону значение АОТ увеличилось более чем в 20 раз (с 0.09 до 2.12). Вместе с тем, в отличие от СО, вторичный максимум АОТ, отмечавшийся 18 августа (0.91), был заметно меньше основного, отмечавшегося 7 августа. Временные вариации параметра Ангстрема
а = _ 1п (Т0.4?/Т0.66 )
1п (0.4?/0.66)
характеризовались в целом изменениями, противофазными изменениям АОТ, причем отрицательная корреляция АОТ и а была особенно заметна в период задымления региона. Изменение а в июле-августе могут свидетельствовать о разнонаправленных изменениях функции распределения аэрозольных частиц по размерам в периоды усиления задымления (с 15 июля по 7 августа) и ослабления задымления (с 7 по 24 августа). Следует отметить, что в период массовых пожаров вследствие изменения микрофизических и химических свойств аэрозоля связывать изменения а исключительно с изменениями эффективного радиуса аэрозольных частиц нельзя.
На рисунке 2 показаны пространственные распределения газовых примесей и аэрозольных характеристик в период, предшествующий массовым пожарам (июнь), и в период их максимального развития и, как следствие, задымления европейской части территории России (1-10 августа). Очевидно, что увеличение содержания формальдегида происходило в основном на севере европейской части территории Росии, в зоне распространения таежных лесов с преобладанием темнохвойных пород деревьев. Так, в республике Коми содержание НСНО в первой декаде августа достигало величины 9.6 • 1016 молек • см-2, а вблизи Перми -8.3 • 1016 молек • см-2. Следует отметить, что рост формальдегида на севере территории России сопровождался заметным ростом содержания водяного пара в тропосфере. Тропосферное содержание М02 над территорией массовых пожаров менялось менее значительно, чем СО и АОТ. Тем не менее из рис. 2 видно, что в первой декаде августа локальные высокие содержания М02, достигающие значений 9.5 • 1015 молек • см-2, отмечались над территорией Рязанской области, где в этот период обширные участки леса были охвачены огнем. Сравнение пространственных распределений СО в июне и в первой декаде августа свидетельствует о значительном увеличении содержания угарного газа над европейской частью России в период массовых пожаров. В первой декаде августа максимальные значения содержаний СО в
КО2, 1015 молек • см-2
Рис. 1. Временные ряды ежедневных наблюдений атмосферных газовых примесей и аэрозольных оптических характеристик, осредненных по территории центрального района России (52^-59°^ 29°Е-45°Е); 7, 2 — сглаженные скользящим средним по 5 дням данные соответственно 2010 и 2009 г.
1-30 июня 2010 г.
1-10 августа 2010 г.
х 1016, молек • см 2
N
70°
65° 60° 55° 50° 45° 40° 35° 70° 65° 60° 55° 50° 45° 40° 35° 70° 65° 60° 55° 50° 45° 40° 35° 70° 65° 60° 55° 50° 45° 40°
35°
—10°—5° 0° 5° 10° 15° 20° 25° 30° 35° 40° 45° 50° 55° 600650-10°-500° 5° 10° 15° 20° 25°30° 35° 40° 45° 50° 55°60°65°
Е Е
1.4
0.8 0.6 0.4 0.2
0
Рис. 2. Пространственные распределения атмосферных газовых примесей и аэрозольных оптических характеристик в июне и в первой декаде августа 2010 г.
регионе отмечались в широтно ориентированной области, простиравшейся от Москвы до Казани. В этот период среднедекадные значения СО над территорией, ограниченной координатами 54°-57°^ 37°-49°Е превышали 3.8 • 1018 молек • см-2. В дни максимального задымления Москвы (6-8 ав-
густа) содержание СО на границе Московской и Тверской областей достигало 4.9 • 1018 молек • см-2, а в Рязанской и Тульской областях - 4.5 • 1018 молек • см-2. Как отмечалось выше, наиболее острую реакцию на изменение содержаний в воздухе разнообразных продуктов горения обнаружила АОТ.
В первой декаде августа значения т0.55, превышающие 1, охватывали территорию от западной границы Московской области до Урала и от Саратова до Архангельска, при этом между Москвой и Нижним Новгородом среднедекадные
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.