Главная » ДЗ атмосферы » методы обработки данных ДЗ земли » Идентификация аэрозольных частиц и анализ параметров аэрозольного слоя

Идентификация аэрозольных частиц и анализ параметров аэрозольного слоя

2. Идентификация аэрозольных частиц и восстановление высотных распределений параметров аэрозольного слоя по данным комплексного лидарного и радиометрического зондирования

На сегодняшнее время комплексный лидарный и радиометрический эксперимент (LRS) [3, 4] предоставляет наиболее полную информацию о высотных распределениях характеристик аэрозольных частиц в сравнении с другими дистанционными методами диагностики атмосферы. Результатом применения LRS-метода является восстановление высотных распределений полного набора оптических параметров аэрозольных частиц, которые определяют перенос излучения в аэрозольном слое (показатели аэрозольного ослабления и обратного рассеяния, элементы матрицы рассеяния, степень деполяризации и др.), а также расчет профилей концентрации аэрозольных фракций. Описания алгоритмов и программных пакетов для восстановления параметров аэрозольных частиц по результатам LRS-эксперимента приведены в [5, 6].

Для описания аэрозольной компоненты атмосферы в экологических и климатических исследованиях выделяют несколько типов аэрозоля, различающиеся по процессам их образования и свойственным им оптическим и микрофизическим характеристикам. В научной литературе предлагаются различные способы классификации атмосферных аэрозолей. В настоящей работе используется аэрозольная модель, разработанная для анализа данных космического лидарного зондирования [7], которая включает шесть типов аэрозоля: 1) пустынный пылевой аэрозоль, 2) дымы пожаров, 3) чистый континентальный, арктический и антарктический регионы, 4) загрязненный континентальный), 5) морской солевой аэрозоль, 6) загрязненный пылевой аэрозоль). Для идентификации несферических частиц применяются методы поляризационного зондирования [8, 9].

Характеристики выделенных типов аэрозоля приведено в таблице 2.

Таблица 2 – Характеристики типов фракций аэрозоля

Характеристики
Пустынный пылевой
Дымы пожаров
Чистый континен-тальный
Загрязн. континен-тальный
Морской солевой
Загрязн. пылевой
Вулканич. пепел
МФА
m(r) fine, 532nm
1,414
1,517
1,38
1,404
1,400
1,452
 
 
m(i) fine, 532nm
0,0036
0,0234
0,0001
0,0063
0,0050
0,0109
 
 
m(r) fine, 1064nm
1,495
1,541
1,38
1,439
1,4
1,512
 
 
m(i) fine, 1064nm
0,0043
0,0298
0,0001
0,0073
0,005
0,0173
 
 
m(r) coarse, 532nm
1,414
1,517
1,455
1,404
1,4
1,452
 
 
m(i) coarse, 532nm
0,0036
0,0234
0,0034
0,0063
0,0005
0,0109
 
 
m(r) coarse, 1064nm
1,495
1,541
1,455
1,439
1,39
1,512
 
 
m(i) coarse, 1064nm
0,0043
0,0298
0,0034
0,0073
0,0005
0,0137
 
 
w0
0,91
0,70
0,9
0,88
0,99
0,79
 
 
Граничный радиус мелкой фракции, мкм
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
 
 
Объем мелкой фракции отн.
0,223
0,329
0,05
0,531
0,025
0,241
 
 
Средний радиус мелких частиц, мкм
0,1165
0,1436
0,20556
0,1577
1,150
0,1265
 
 
СКО логнормальн. распр. мелких частиц
1,4813
1,5624
1,61
1,5257
1,600
1,5112
 
 
Объем крупной фракции отн.
0,777
0,671
0,95
0,469
0,975
0,759
 
 
Средний радиус крупных частиц, мкм
2,8329
3,726
2,6334
3,547
1,216
3,1617
 
 
СКО логнормальн. распр. крупных частиц
1,9076
2,1426
1,8987
2,065
1,600
1,9942
 
 
Спектральное отношение
0,79
0,67
1,39
0,72
0,53
1,1
 
 
Sa, 532 nm (1)
38,1
71,3
37,7
72,7
19,1
65,3
50
 
Sa, 532 nm (3)
48
66
 
56
18
 
 
 
Sa, 1064 nm
29,3
38,9
28,2
30,9
43,2
30,9
 
 
Степень деполяризации (%)
32
7
 
6
3
 
36
 
Плотность, г/см3
 
 
 
 
 
 
2,6 ± 0,6
1,5 ± 0,3
Коэфф. преобр., м
 
 
 
 
 
 
0,605 ± 0,1х10-6
0,177 ± 0,016х10-6

  

Характеристика “Спектральное отношение“ означает отношение показателя обратного рассеяния на длине волны 1064 нм к его значению на длине волны 532 нм; Sa – лидарное отношение аэрозольных частиц (отношение показателя аэрозольного ослабления к показателю обратного аэрозольного рассеяния); “Cтепень деполяризации” – отношение значений кросс-поляризованного и параллельно поляризованного компонентов показателя обратного аэрозольного рассеяния.

При исследовании атмосферы в отдельных регионах и в особых условиях выделяются дополнительные фракции: вулканический пепел, мелкодисперсная фракция аэрозоля (МФА), капельные ледяные и облачные частицы.

Пример использования результатов комплексного лидарного и радиометрического эксперимента к характеристике события дальнего переноса пыли из пустыни Сахары в регион Беларуси приведен на рисунке 3.

 

Рисунок 3 — Результаты расчетов высотных профилей концентрации мелкой и крупной фракций аэрозольных частиц и степени деполяризации аэрозоля. Измерения проведены с интервалом в 8 часов. Слева — обнаруживается аэрозольный слой на высоте около 4000 м, который идентифицируется по преобладающей крупнодисперсной фракции и значению степени деполяризации (20%) как пылевая компонента. Справа — через 8 часов слой крупных частиц наблюдался на высоте 3400 м. По малому значению деполяризации (≈2%) он определяется как облачное образование с крупными капельными частицами.

При моделировании крупномасштабного переноса примесей использовано два подхода. Один из них основан на статистике обратных траекторий и данных мониторинга содержания загрязняющих примесей. Второй – использует глобальную химическую транспортную модель GEOS-Chem вместе с метеоданными и данными по источникам выбросов.