Морской гидрофизический журнал. 2020; 36: 559-570
Исследование изменчивости оптических и микрофизических характеристик аэрозолей над Черным морем под воздействием пожаров Причерноморья за 2018–2019 годы
https://doi.org/10.22449/0233-7584-2020-5-559-570Аннотация
Цель. Наземным объектом исследования является Причерноморье, где регистрировались пожары по данным системы FIRMS, а также акватория Черного моря, где осуществлялся мониторинг изменчивости основных оптических характеристик атмосферного аэрозоля под воздействием пожаров. Цель работы – провести исследование пожаров, зарегистрированных на территории Причерноморья по данным системы FIRMS за 2018–2019 гг., для оценки корреляции этих событий с изменчивостью основных оптических характеристик над Черным морем.
Методы и результаты. Исследованы вариации мощности излучения от пожаров по данным системы FIRMS. Приведены результаты статистической обработки спутниковых данных MODIS и VIIRS о пожарах за 2018–2019 гг. Проанализированы основные оптические и микрофизические характеристики атмосферного аэрозоля по данным SPM и AERONET для дат с наибольшим количеством пожаров в Черноморском регионе. Проведен сравнительный анализ дат особой интенсивности пожаров по спутниковым данным MODIS и VIIRS и дат аномальных значений оптических характеристик атмосферного аэрозоля над исследуемым регионом.
Выводы. Для выявленных по спутниковым данным MODIS и VIIRS событий пожаров в Причерноморье проведены комплексный анализ переносов воздушных масс по модели HYSPLIT и типизация аэрозоля по алгоритму CALIPSO. Датой самых интенсивных пожаров за 2019 г. является 22 июля. Согласно типизации аэрозоля по алгоритму CALIPSO, преимущественными типами аэрозоля в исследуемый день являются загрязненная пыль и дым. Исследование возможного источника переноса аэрозоля в этот день по данным двух спутников MODIS и VIIRS показало, что область интенсивного возгорания и задымления расположена к северо-востоку от Черноморского региона. Поскольку в этот день, по спутниковым данным, перенос пыли со стороны как пустыни Сахара, так и Сирийской пустыни не был зафиксирован, то можно сделать вывод, что увеличение значений аэрозольной оптической толщины АОТ (500) было обусловлено переносом с севера именно аэрозоля, образующегося в результате сжигания биомассы, в регион Черного моря.
Список литературы
1. Свойства атмосферного аэрозоля в дымовых шлейфах лесных пожаров по данным спектронефелометрических измерений / Р. Ф. Рахимов [и др.] // Оптика атмосферы и океана. 2014. Т. 27, № 2. С. 126–133. URL: https://www.sibran.ru/upload/iblock/c29/c2994847f689f28f6980a2811da17e75.pdf (дата обращения: 21.07.2020).
2. Калинская Д. В., Суслин В. В. Изменчивость оптических характеристик атмосферного аэрозоля над Черным морем во время летних пожаров 2010 г. // Труды международной конференции «Современные проблемы оптики естественных вод». М. : ИО РАН, 2015. Т. 8. С. 215–219.
3. Калинская Д. В., Рябоконь Д. А. Исследование характеристик аэрозолей над Черным морем посредством системы FIRMS во время пожаров за период 2007–2018 гг. // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2019. Т. 16, № 4. С. 247–255. doi:10.21046/2070-7401-2019-16-4-247-255
4. Кондратьев К. Я., Григорьев Ал. А. Лесные пожары как компонент природной экодинамики // Оптика атмосферы и океана. 2004. Т. 17, № 4. С. 279–292.
5. Бондур В. Г., Гордо К. А., Кладов В. Л. Пространственно-временные распределения площадей природных пожаров и эмиссий углеродсодержащих газов и аэрозолей на территории Северной Евразии по данным космического мониторинга // Исследование Земли из космоса. 2016. № 6. С. 3–20. doi:10.7868/S0205961416060105
6. Комплексный подход в оценке эмиссии углеродосодержащих газов от лесных пожаров в Сибири / А. В. Панов [и др.] // Метеорология и гидрология. 2018. № 5. С. 30–38.
7. Саворский В. П. Узел распределенной системы космических данных ЦОХКИ ФИРЭ РАН // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2004. Т. 1, № 1. С. 241–247.
8. The MODIS fire products / C. O. Justice [et al.] // Remote Sensing of Environment. 2002. Vol. 83, iss. 1–2. P. 244–262. https://doi.org/10.1016/S0034-4257(02)00076-7
9. Satellite observations of terrestrial water storage provide early warning information about drought and fire season severity in the Amazon / Y. Chen [et al.] // Journal of Geophysical Research: Biogeosciences. 2013. Vol. 118, iss. 2. P. 495–504. doi:10.1002/jgrg.20046
10. Validation of MODIS aerosol optical depth retrieval over land / D. A. Chu [et al.] // Geophysical Research Letters. 2002. Vol. 29, iss. 12. P. MOD2-1-MOD2-4. doi:10.1029/2001GL013205
11. Fire and smoke remote sensing and modeling uncertainties: Case studies in Northern SubSaharan Africa / C. Ichoku [et al.] // Natural Hazard Uncertainty Assessment: Modeling and Decision Support / Eds. K. Riley, P. Webley, M. Thompson. Washington : AGU, 2016. P. 215–230. (Geophysical Monograph Series ; Vol. 223). doi:10.1002/9781119028116.ch14
12. An empirical model of optical and radiative characteristics of the tropospheric aerosol over West Siberia in summer / M. V. Panchenko [et al.] // Atmospheric Measurement Techniques. 2012. Vol. 5, iss. 7. P. 1513–1527. https://doi.org/10.5194/amt-5-1513-2012
13. Chuvieco E., Giglio L., Justice C. Global characterization of fire activity: toward defining fire regimes from Earth observation data // Global Change Biology. 2008. Vol. 14, iss. 7. P. 1488– 1502. https://doi.org/10.1111/j.1365-2486.2008.01585
14. Glasius M., la Cour A., Lohse C. Fossil and nonfossil carbon in fine particulate matter: A study of five European cities // Journal of Geophysical Researches: Atmospheres. 2011. Vol. 116, iss. D11. D11302. https://doi.org/10.1029/2011JD015646
15. Retrieval of biomass combustion rates and totals from fire radiative power observations: FRP derivation and calibration relationships between biomass consumption and fire radiative energy release / M. J. Wooster [et al.] // Journal of Geophysical Research: Atmospheres. 2005. Vol. 110, iss. D24. D24311. doi:10.1029/2005JD006318
16. 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. doi:10.1175/2009JTECHA1231.1
17. Comparison of CALIOP level 2 aerosol subtypes to aerosol types derived from AERONET inversion data / T. Mielonen [et al.] // Geophysical Research Letters. 2009. Vol. 36, iss. 18. L18804. doi:10.1029/2009GL039609
18. Development of global aerosol models using cluster analysis of Aerosol Robotic Network (AERONET) measurements / A. H. Omar [et al.] // Journal of Geophysical Researches: Atmospheres. 2005. Vol. 110, iss. D10. D10S14. doi:10.1029/2004JD004874
19. Калинская Д. В., Папкова А. С. Идентификация пылевого аэрозоля посредством радиометра CALIPSO над Черным морем // Моря России: наука, безопасность, ресурсы : тезисы докладов научной конференции, Севастополь, 3–7 октября 2017 г. Севастополь : ФГБУН МГИ, 2017. С. 114–115.
20. Папкова А. С., Калинская Д. В. Статистическое исследование переносов аэрозоля над Черноморским регионом в 2016 году по данным моделей HYSPLIT и AERONET // Прикладные задачи математики : материалы XXV международной научно-технической конференции. Севастополь : СГУ, 2017. С. 145–148.
21. Калинская Д. В., Суслин В. В. Исследование свойств аэрозолей над Черным морем во время события пылевой бури 2015 года // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. 2016. Вып. 3. С. 37–43.
Morskoy Gidrofizicheskiy Zhurnal. 2020; 36: 559-570
Research of the Aerosol Optical and Microphysical Characteristics of the Atmosphere over the Black Sea Region by the FIRMS System during the Forest Fires in 2018–2019
https://doi.org/10.22449/0233-7584-2020-5-559-570Abstract
Purpose. The Black Sea region where the forest fires were recorded by the FIRMS system, as well as the atmosphere above it, namely the fire-induced variation of the atmospheric aerosol basic optical characteristics, were the main objects of the investigation. The study is aimed at examining the fires in the Black Sea region in 2018–2019 for assessing correlation between these events and variability of the basic optical characteristics over the Black Sea.
Methods and Results. Based on the FIRMS system data, variations of intensity of the fire-induced radiation were studied. The results of statistical processing of the MODIS and VIIRS satellite data on the fires in 2018–2019 were represented. For the dates when the fire numbers were the highest in the Black Sea region, the basic optical and microphysical characteristics of the atmospheric aerosol were analyzed due to the SPM and AERONET data. The dates when the fire intensity was particularly high (based on the MODIS and VIIRS data) were analyzed and compared with the dates when the anomalous values of the atmospheric aerosol optical characteristics were recorded over the region under study.
Conclusions. For the fire events in the Black Sea region revealed due to the MODIS and VIIRS data, complex analysis of the air mass transfer was performed by the model HYSPLIT, and the aerosol was typed by the CALIPSO algorithm. On June 22, 2019 the most intense fires were recorded. According to the aerosol typing by the CALIPSO algorithm, on this day the predominant aerosol types were the contaminated dust and smoke. Using the MODIS and VIIRS data, investigation of possible source of the aerosol transfer on this date showed that the area of intense inflammationn and smoke was located to the northeast from the Black Sea region. Since the satellite-derived data on this day showed no dust transfer either from the Sahara or the Syria deserts, it is possible to conclude that increase of the values of aerosol optical thickness АОD (500) was conditioned by transfer of the aerosol resulted from biomass burning from the north to the Black Sea region.
References
1. Svoistva atmosfernogo aerozolya v dymovykh shleifakh lesnykh pozharov po dannym spektronefelometricheskikh izmerenii / R. F. Rakhimov [i dr.] // Optika atmosfery i okeana. 2014. T. 27, № 2. S. 126–133. URL: https://www.sibran.ru/upload/iblock/c29/c2994847f689f28f6980a2811da17e75.pdf (data obrashcheniya: 21.07.2020).
2. Kalinskaya D. V., Suslin V. V. Izmenchivost' opticheskikh kharakteristik atmosfernogo aerozolya nad Chernym morem vo vremya letnikh pozharov 2010 g. // Trudy mezhdunarodnoi konferentsii «Sovremennye problemy optiki estestvennykh vod». M. : IO RAN, 2015. T. 8. S. 215–219.
3. Kalinskaya D. V., Ryabokon' D. A. Issledovanie kharakteristik aerozolei nad Chernym morem posredstvom sistemy FIRMS vo vremya pozharov za period 2007–2018 gg. // Sovremennye problemy distantsionnogo zondirovaniya Zemli iz kosmosa. 2019. T. 16, № 4. S. 247–255. doi:10.21046/2070-7401-2019-16-4-247-255
4. Kondrat'ev K. Ya., Grigor'ev Al. A. Lesnye pozhary kak komponent prirodnoi ekodinamiki // Optika atmosfery i okeana. 2004. T. 17, № 4. S. 279–292.
5. Bondur V. G., Gordo K. A., Kladov V. L. Prostranstvenno-vremennye raspredeleniya ploshchadei prirodnykh pozharov i emissii uglerodsoderzhashchikh gazov i aerozolei na territorii Severnoi Evrazii po dannym kosmicheskogo monitoringa // Issledovanie Zemli iz kosmosa. 2016. № 6. S. 3–20. doi:10.7868/S0205961416060105
6. Kompleksnyi podkhod v otsenke emissii uglerodosoderzhashchikh gazov ot lesnykh pozharov v Sibiri / A. V. Panov [i dr.] // Meteorologiya i gidrologiya. 2018. № 5. S. 30–38.
7. Savorskii V. P. Uzel raspredelennoi sistemy kosmicheskikh dannykh TsOKhKI FIRE RAN // Sovremennye problemy distantsionnogo zondirovaniya Zemli iz kosmosa. 2004. T. 1, № 1. S. 241–247.
8. The MODIS fire products / C. O. Justice [et al.] // Remote Sensing of Environment. 2002. Vol. 83, iss. 1–2. P. 244–262. https://doi.org/10.1016/S0034-4257(02)00076-7
9. Satellite observations of terrestrial water storage provide early warning information about drought and fire season severity in the Amazon / Y. Chen [et al.] // Journal of Geophysical Research: Biogeosciences. 2013. Vol. 118, iss. 2. P. 495–504. doi:10.1002/jgrg.20046
10. Validation of MODIS aerosol optical depth retrieval over land / D. A. Chu [et al.] // Geophysical Research Letters. 2002. Vol. 29, iss. 12. P. MOD2-1-MOD2-4. doi:10.1029/2001GL013205
11. Fire and smoke remote sensing and modeling uncertainties: Case studies in Northern SubSaharan Africa / C. Ichoku [et al.] // Natural Hazard Uncertainty Assessment: Modeling and Decision Support / Eds. K. Riley, P. Webley, M. Thompson. Washington : AGU, 2016. P. 215–230. (Geophysical Monograph Series ; Vol. 223). doi:10.1002/9781119028116.ch14
12. An empirical model of optical and radiative characteristics of the tropospheric aerosol over West Siberia in summer / M. V. Panchenko [et al.] // Atmospheric Measurement Techniques. 2012. Vol. 5, iss. 7. P. 1513–1527. https://doi.org/10.5194/amt-5-1513-2012
13. Chuvieco E., Giglio L., Justice C. Global characterization of fire activity: toward defining fire regimes from Earth observation data // Global Change Biology. 2008. Vol. 14, iss. 7. P. 1488– 1502. https://doi.org/10.1111/j.1365-2486.2008.01585
14. Glasius M., la Cour A., Lohse C. Fossil and nonfossil carbon in fine particulate matter: A study of five European cities // Journal of Geophysical Researches: Atmospheres. 2011. Vol. 116, iss. D11. D11302. https://doi.org/10.1029/2011JD015646
15. Retrieval of biomass combustion rates and totals from fire radiative power observations: FRP derivation and calibration relationships between biomass consumption and fire radiative energy release / M. J. Wooster [et al.] // Journal of Geophysical Research: Atmospheres. 2005. Vol. 110, iss. D24. D24311. doi:10.1029/2005JD006318
16. 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. doi:10.1175/2009JTECHA1231.1
17. Comparison of CALIOP level 2 aerosol subtypes to aerosol types derived from AERONET inversion data / T. Mielonen [et al.] // Geophysical Research Letters. 2009. Vol. 36, iss. 18. L18804. doi:10.1029/2009GL039609
18. Development of global aerosol models using cluster analysis of Aerosol Robotic Network (AERONET) measurements / A. H. Omar [et al.] // Journal of Geophysical Researches: Atmospheres. 2005. Vol. 110, iss. D10. D10S14. doi:10.1029/2004JD004874
19. Kalinskaya D. V., Papkova A. S. Identifikatsiya pylevogo aerozolya posredstvom radiometra CALIPSO nad Chernym morem // Morya Rossii: nauka, bezopasnost', resursy : tezisy dokladov nauchnoi konferentsii, Sevastopol', 3–7 oktyabrya 2017 g. Sevastopol' : FGBUN MGI, 2017. S. 114–115.
20. Papkova A. S., Kalinskaya D. V. Statisticheskoe issledovanie perenosov aerozolya nad Chernomorskim regionom v 2016 godu po dannym modelei HYSPLIT i AERONET // Prikladnye zadachi matematiki : materialy XXV mezhdunarodnoi nauchno-tekhnicheskoi konferentsii. Sevastopol' : SGU, 2017. S. 145–148.
21. Kalinskaya D. V., Suslin V. V. Issledovanie svoistv aerozolei nad Chernym morem vo vremya sobytiya pylevoi buri 2015 goda // Ekologicheskaya bezopasnost' pribrezhnoi i shel'fovoi zon morya. 2016. Vyp. 3. S. 37–43.
