ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК АТМОСФЕРНОГО АЭРОЗОЛЯ НАД ГОРЬКОВСКИМ ВОДОХРАНИЛИЩЕМ В ЛЕТНИЕ СЕЗОНЫ 2016 И 2017 ГОДА

Аэрозольная компонента атмосферы влияет на многие физико-химические процессы и относится к числу климатообразующих факторов. Аэрозоли, газовые и загрязняющие компоненты, присутствующие в атмосфере должны учитываться как в глобальном, так и в региональном масштабе, т.к. процесс решения задач атмосферной коррекции невозможен без их учета. Аэрозоль имеет критически важное значение, особенно при обработке данных спутниковых наблюдений, когда аэрозольный вклад в измеряемую яркость составляет (в видимой области спектра) около 90%. [1] Аэрозоль, как известно, оказывает существенное влияние на спектральную прозрачность атмосферы и процессы радиационных взаимодействий. Основной характеристикой аэрозоля, определяющей интегральное (в столбе атмосферы) ослабление оптического излучения, является аэрозольная оптическая толща (АОТ), которая имеет спектральные особенности, зависящие от размеров и показателя преломления аэрозольных частиц. Создание методов обработки экспериментальных данных по атмосферным параметрам с целью исследования временной изменчивости аэрозольной оптической толщины (АОТ) атмосферы является важной задачей, поскольку АОТ является одним из основных параметров, характеризующих рассеивающий и поглощающий эффекты для солнечной радиации в атмосфере.
Обращаясь к исследованиям АОТ атмосферы над средней полосой территории России, в частности над Нижегородской областью отметим, что информации о исследованиях изменчивости аэрозольной компоненты над данным регионом найдено не было. Характеристика экспедиционных измерений
Первые наблюдения за прозрачностью атмосферы, а также измерения основных оптических характеристик над данным регионом были выполнены солнечным фотометром с 01.08 по 06.08.2016 года. В рамках экспедиции с помощью портативного фотометра проводились исследования спектральной прозрачности атмосферы над акваторией Горьковского водохранилища, а также были произведены фотографии яркости небосвода.
В измерениях использовался портативный солнечный фотометр SPM [2], работающий в диапазоне спектра 0,34-2,14 мкм. По данным спектральных измерений определялись АОТ, влагосодержание атмосферы W, параметры Ангстрема и, а также две составляющие АОТ, обусловленные ослаблением радиации грубо- и мелкодисперсным аэрозолем [3-6].
Измерения за 2016 и 2017 гг. проводились в ясную солнечную погоду, однако за этот период были дни, которые сопровождались сплошной облачностью (4 августа) и ливнем (3 августа после 12.00). Общее число серий измерений (после отбраковки ложных замеров) составило – 232, среднечасовых значений АОТ – 98, дней наблюдений – 15.
При исследовании аэрозольной оптический толщины на длине волны 500 нм (АОТ(500)) в дни после прохождения дождевого фронта отмечается уменьшение значений АОТ(500) в 9 раз. Этот факт свидетельствует о том, что аэрозоль, находящийся в столбе атмосферы выпал вместе с осадками. При исследовании микрофизических характеристик атмосферного аэрозоля отмечается превалирование мелкой фракции (аэрозольных частиц менее 1 нм) в течение всего исследуемого периода, причем независимо от прохождения дождевого фронта. Среднее значение АОТ(500) за период наблюдений за 2016 год составляет 0,18, а за 2017 год в 2,5 раза меньше и составила 0,07. Анализ данных вклада крупной и мелкой аэрозольных фракций в общее распределение АОТ за исследуемый период также показал преимущество мелкодисперсных частиц почти во все дни за две экспедиции.
Для исследования данных обратных траекторий перемещения атмосферного аэрозоля часто пользуются моделью международной сети AERONET [7], однако для данного региона их использование не представляется возможным: самая ближайшая российская станция этой сети со стороны запада это Moscow_MSU_MO (55N,37E), а со стороны востока Yekaterinburg (57N,59E). Анализировать обратные траектории перемещения воздушных масс для региона Горьковского водохранилища возможно посредством модели HYSPLIT (Hybrid Single-Particle Lagranian Integrated Trajectory model) разработанной лабораторией атмосферных ресурсов (Air Resources Laboratory (ARL) [8]). По результатам моделирования переноса воздушных масс по данным HYSPLIT как для данных экспедиции с 1 по 6 августа 2016 года, так и данных, полученных с 22 по 30 июня 2017 года было зафиксировано преимущество западного переноса воздушных масс в исследуемый регион.
Таким образом комплексный анализ данных обратных траекторий и использование портативного солнечного фотометра SPM позволило успешно начать наблюдения за изменчивостью характеристик атмосферного аэрозоля над Горьковским водохранилищем и собирать достаточный массив данных для проведения последующего исследования по оценке пространственной изменчивости атмосферного замутнения в исследуемом регионе.
Работа выполнена при поддержке проекта РНФ № 17-77-10120 (проведение натурных измерений оптических характеристик атмосферного аэрозоля посредством портативного фотометра SPM) и темы госзадания № 0827-2014-0011. Авторы благодарят Сакерина С.М. и Кабанова Д.М. за предоставление фотометра SPM и программное обеспечение к нему.