ИЗВЕСТИЯ РАИ. ФИЗИКА АТМОСФЕРЫ И ОКЕАНА, 2009, том 45, № 4, с. 489-500
УДК 551.521.3:551.510.42
ВАРИАЦИИ АЭРОЗОЛЯ В ТОЛЩЕ АТМОСФЕРЫ ПО ДАННЫМ РОССИЙСКОЙ АКТИНОМЕТРИЧЕСКОЙ СЕТИ (1976-2006 гг.)
© 2009 г. И. Н. Плахина*, Н. В. Панкратова*, Е. Л. Махоткина**
*Институт физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН 119017 Москва, Пыжевский пер., 3 E-mail: inna@ifaran.ru E-mail: n_pankratova@list.ru **Главная геофизическая обсерватория им. А.И. Воейкова 194021 Санкт-Петербург, ул. Карбышева, 7 E-mail: makhotk@main.mgo.rssi.ru Поступила в редакцию 15.01.2008 г., после доработки 13.11.2008 г.
Обобщены результаты анализа вариаций оптической толщины вертикального столба атмосферы по тридцатилетним (1976-2006 гг.) рядам наблюдений российской актинометрической сети. Исследование выполнено на основе специализированной базы данных "Прозрачность атмосферы", созданной в ГГО им. А.И. Воейкова на основе наблюдений, проводимых на актинометрических станциях Росгидромета. Выявлены общие закономерности пространственных изменений АОТ по территории России - монотонное убывание с юго-запада на северо-восток c очагами локализации районов с различной аэрозольной нагрузкой, обусловленные глобальными и региональными факторами ее формирования. Исследована пространственно-временная структура аномалий годовых значений АОТ в рассматриваемом временном интервале, включающем два крупных вулканических извержения: Эль-Чичон (1982 г.) и Пинатубо (1991 г.).
В настоящее время доказана связь между ростом глобальной приземной температуры атмосферы и ростом содержания в атмосфере "парниковых" газов. Основная часть потепления в последние 50 лет связана с деятельностью человека [1, 2]. Наряду с антропогенным фактором на климат воздействуют и естественные причины, проявляющиеся на временны х интервалах от нескольких лет до нескольких десятков лет: вариации солнечной постоянной, циклические взаимодействия между атмосферой и океаном и атмосферный аэрозоль. Знак аэрозольного воздействия может быть разным: стратосферный аэрозольный слой, вызывая отражение приходящей на верхнюю границу атмосферы солнечной радиации, уменьшает нагрев нижележащих слоев, например, сульфатный вулканический аэрозоль, образовавшийся в стратосфере после извержения вулкана Пинатубо (июнь 1991 г.) вызвал "кратковременное", в течение 1993 г., глобальное похолодание [3]. Тропосферный аэрозоль может как увеличивать, так и уменьшать приземную температуру воздуха, а его влияние на экологическое состояние воздуха хорошо известно [4]. Поэтому мониторинг аэрозольной составляющей атмосферы актуален и необходим как с точки зрения ее климатических воздействий, так и с экологической точки зрения, а изучение современных пространственно-временных вариаций аэрозольной компоненты в атмосфере представляет научный интерес и проблему, примерами такого интереса являются современные назем-
ные сети мониторинга, в частности, АЕКО№ЕТ [5-7]. На территории России расположено 8 станций АЕКОКЕТ, семь из которых находятся в Сибирском регионе [8].
На картах, показывающих глобальное распределение интенсивности источников поступления в атмосферу аэрозолей разного вида (антропогенных и естественных, органических и минеральных, морских и вулканических) и суммарной оптической толщины аэрозоля в толще атмосферы по данным моделирования [1] и аэрозольной оптической толщины по данным спутникового (программа МОБК) мониторинга [2], российский регион представлен как территория убывания аэрозольной оптической толщины (АОТ) в направлении с юга на север. В то же время, Россия занимает всю северо-восточную часть Евразии (30° Е-180° Е; 50° N-80° К) и включает в себя различные климатические зоны, отличающиеся влагосодержанием, температурой, облачностью и потоком солнечной радиации, приходящей к земной поверхности, а также характером подстилающей поверхности, типом циркуляции воздушных масс. При этом плотность населения и степень индустриализации различных районов России весьма неоднородна по пространству.
Авторами настоящей статьи были опубликованы работы [9, 10], в которых показано, что анализ аэрозольной оптической толщины вертикального столба атмосферного воздуха может быть выполнен с использованием данных наблюдений россий-
Рис. 1. Схема расположения 53 актинометрических станций (табл. 1), данные которых анализировались в настоящей работе.
ской актинометрической сети, в частности, по измерениям интегральной прозрачности атмосферы (Р), поскольку вариации Р в большой степени определяются аэрозольной компонентой ослабления прямой солнечной радиации; другие составляющие ослабления (водяной пар, прочие газы) мало влияют на ее временнЫе изменения. Таким образом, на основании данных однородных (откалиброванных по единому эталону и полученных по единой методике) рядов наблюдений потоков прямой солнечной радиации у поверхности Земли и оценок интегральной (суммарной и аэрозольной) прозрачности можно провести анализ вариаций аэрозольной оптической толщины (АОТ) вертикальной атмосферы, что и было сделано нами в [9, 10] по наблюдениям 44 станций актинометрической сети за 1976-2003 годы. Был изучен характер многолетнего сезонного хода АОТ, оценены простейшие статистические параметры (средние, экстремумы, коэффициенты вариаций) пространственных изменений среднегодовых АОТ, а также количественно оценено "очищение" атмосферы от аэрозоля в последнее десятилетие периода наблюдений.
В настоящей работе продолжается анализ на основе расширенной базы данных (число рассмотренных станций увеличено на 9, период рассмотрения продлен до 2006 г.), обобщаются результаты, полученные ранее, сравнивается степень воздействия на аэрозольную оптическую толщину (АОТ) двух естественных факторов: глобального фактора - мощных вулканических извержений 2-й половины XX века, в результате которых возник стратосфер-
ный аэрозольный слой, и регионального (тропосферного) фактора, например, поступления аэрозоля в атмосферу в результате тундровых и лесных пожаров.
На рис. 1 представлена карта России, на которой указано расположение 53-х станций (табл. 1) актинометрической сети России [11, 12], для которых по измеренным значениям потока прямой солнечной радиации у поверхности Земли выполнялись оценки аэрозольной оптической толщины вертикального столба атмосферы (АОТ) для длины волны 0.55 мкм. Рассматриваемые станции охватывают большую часть российского региона и расположены вне зон непосредственных локальных антропогенных источников промышленных и городских выбросов атмосферного аэрозоля (пригороды, сельские местности, возвышенности и пр.). Иначе говоря, рассматриваемые пространственно-вре-менныы е изменения АОТ формируются под воздействием естественных причин: адвекции воздушных масс из областей повышенной или пониженной аэрозольной нагрузки, вулканическими извержениями, лесными и тундровыми пожарами. При анализе наблюдений с 1976 по 2006 гг. нашей целью было получить осредненную картину пространственного распределения атмосферного аэрозоля над территорией России и сопоставить ее с картиной глобального распределения аэрозоля, представленной в третьем (моделирование) и четвертом (спутниковые данные, МОБ18) докладах 1РСС [1, 2]. В этом случае оценки по нашей методике дополняют международные данные модельных представлений и спутнико-
Таблица 1. Актинометрические станции, данные наблюдений которых использованы в работе
Широта Долгота НАЗВАНИЕ, номер станции, высота над ур. моря (м) Широта Долгота НАЗВАНИЕ, высота над ур. моря (м)
58.0 33.3 Валдай, 1, 200 51.7 105.9 Бабушкин, 27, 465
66.7 34.3 Умба, 2, 39 51.8 107.3 Иволгинск, 28, 562
51.6 38.4 Нижнедевицк, 3, 186 53.2 107.3 Хужир, 29, 487
45.1 39.0 Краснодар, 4, 28 56.3 107.7 Казачинское, 30, 355
61.5 39.0 Каргополь, 5, 124 61.3 107.9 Ербогачен, 31, 284
64.6 40.5 Архангельск, 6, 8 49.7 112.7 Мангут, 32, 807
51.1 40.7 Каменная степь, 7, 193 52.1 113.5 Чита, 33, 671
46.5 41.3 Гигант, 8, 79 54.5 113.6 Богдарин, 34, 996
47.7 42.1 Цимлянск, 9, 64 57.8 114.0 Мамакан, 35, 244
48.7 44.4 Волгоград, 10, 118 62.0 129.7 Якутск, 36, 98
51.4 48.3 Ершов, 11, 110 47.7 131.0 Екатерино-Никольское, 37, 72
68.8 49.3 Бугрино,12, 11 67.6 133.4 Верхоянск, 38, 137
57.6 49.9 Нолинск, 13, 147 48.5 135.1 Хабаровск, 39, 88
62.2 50.4 Усть-Вымь, 14, 106 44.4 135.9 Рудная Пристань, 40, 26
58.8 56.2 Чермоз, 15, 122 52.4 136.5 Полины Осипенко, 41, 73
67.1 64.1 Елецкая, 16, 113 54.8 137.5 Большой Шантар, 42, 8
66.5 66.6 Салехард, 17, 14 49.0 140.3 Сов. Гавань, 43, 21
61.3 71.2 Сытомино, 18, 32 50.7 142.7 Тымовское, 44, 94
64.9 77.8 Тарко-Сале, 19, 26 59.4 143.2 Охотск, 45, 5
60.4 77.9 Александровское, 20, 47 66.5 143.2 Усть Мома, 46, 196
53.3 87.2 Кузедеево, 21, 293 44.0 145.8 Южно-Курильск, 47, 49
65.8 87.9 Туруханск, 22, 38 59.5 150.7 Магадан, 48, 115
58.4 92.2 Енисейск, 23, 77 62.4 152.3 Среднекан, 49, 264
56.2 95.3 Солянка, 24, 359 61.1 152.4 Талая, 50, 703
64.3 100.3 Тура, 25, 188 67.5 153.7 Среднеколымск, 51, 21
60.3 102.3 Ванавара, 26, 259 56.3 160.8 Ключи, 52, 28
60.4 166.0 Корф, 53, 2
вого мониторинга АОТ. Достоинством наших оценок является большая длина рассматриваемого ряда актинометрических наблюдений (31 год), универсальность методики измерений и обработки результатов для всех станций, а также обширная площадь охвата мало рассматриваемой, но большой по площади территории России. Наше исследование находится также в русле работ российских ученых [13-21] по исследованию региональной многолетней изменчивости аэрозольной компоненты ослабления потока прямой солнечной радиации, приходящей к поверхности Земли, в качестве экологического и климатического фактора.
ЭМПИРИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ И МЕТОДИКА АНАЛИЗА
Формируемая в ГГО специализированная база данных "Прозрачность атмосферы" позволяет ана-
лизировать интегральную и аэрозольную прозрачность атмосферы [11-12]. Отбор станций, представленных на карте (рис. 1), проведен с учетом качества и полноты инструментальных рядов. Расчет аэрозольной оптической толщины вертикальной атмосферы проводился по специальной методике, разработанной и примененной в Метеорологической обсерватории
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.