Морской гидрофизический журнал. 2022; 38: 324-340
Влияние циклона на пространственное распределение дымового аэрозоля от пожаров в мае 2021 года
https://doi.org/10.22449/0233-7584-2022-3-324-340Аннотация
Цель. Проведено комплексное исследование дальнего переноса дымового аэрозоля с использованием средств спутникового и наземного мониторинга, а также результатов моделирования динамики атмосферы.
Методы и результаты. Рассмотрен период множественных интенсивных пожаров, зарегистрированных в Западной Сибири вблизи границы с Казахстаном в мае 2021 г. Для оценки масштабов и расположения активных пожаров за рассматриваемый период привлекались карты спутникового мониторинга из архивов системы FIRMS. При анализе спутниковых изображений выявлен перенос дыма от пожаров 9 и 10 мая в сторону Среднего Урала, подтверждаемый фотометрическими измерениями на станции аэрозольного мониторинга AERONET. Для подтверждения переноса дыма со стороны Урала представлены результаты моделирования обратных траекторий перемещения воздушных потоков, выполненного с помощью программного комплекса HYSPLIT. Над территорией Волгоградской области 11 мая сформировался циклон, район Урала оказался на его периферии, что способствовало переносу дымового аэрозоля через Черноморский регион в сторону Финляндии на расстояние более 4000 км. Основная информация о стадиях формирования циклонической завихренности и переносе дымового аэрозоля была получена по данным со спутниковых платформ MODIS Aqua, VIIRS и CALIPSO. По спутниковым данным VIIRS проанализирована динамика изменчивости температуры поверхностного слоя и концентрации хлорофилла а в зоне максимального ветрового воздействия для Черноморского региона до и после прохождения циклона. Проанализированы также основные оптические и микрофизические характеристики атмосферного аэрозоля по данным портативного солнечного фотометра и солнечных стационарных фотометров сети AERONET за исследуемый период.
Выводы. В мае 2021 г. сложился ряд специфических метеорологических условий, которые способствовали накоплению дымового аэрозоля в атмосфере Среднего Урала и его последующему переносу сначала в Черноморский регион, а затем в сторону Финляндии.
Список литературы
1. Clouds and aerosols / O. Boucher [et al.] // Climate change 2013: The physical science basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge : Cambridge University Press, 2013. Chapter 7. P. 571– 658. https://doi.org/10.1017/CBO9781107415324.016
2. Плахина И. Н., Панкратова Н. В., Махоткина Е. Л. Сравнение данных наземного и спутникового мониторинга аэрозольной оптической толщины атмосферы для территории России // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2018. Т. 15, № 2. С. 225–234. doi:10.21046/2070-7401-2018-15-2-225-234
3. Гинзбург А. С., Губанова Д. П., Минашкин В. М. Влияние естественных и антропогенных аэрозолей на глобальный и региональный климат // Российский химический журнал. 2008. Т. 52, № 5. С. 112–119. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/vliyanie-estestvennyh-iantropogennyh-aerozoley-na-globalnyy-i-regionalnyy-klimat/viewer (дата обращения: 10.05.2022).
4. Vermote E. F., Saleous N. Z., Justice C. O. Atmospheric correction of MODIS data in the visible to middle infrared: first results // Remote Sensing of Environment. 2002. Vol. 83, iss. 1–2. P. 97–111. https://doi.org/10.1016/S0034-4257(02)00089-5
5. Оптические свойства черноморского аэрозоля и верхнего слоя морской воды по данным прямых и спутниковых измерений / В. В. Суслин [и др.] // Морской гидрофизический журнал. 2016. № 1. С. 20–32. doi:10.22449/0233-7584-2016-1-20-32
6. Яковлева Д. В., Толкаченко Г. А. Исследование особенностей дневной изменчивости аэрозольной оптической толщины атмосферы над Черным морем // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. Севастополь, 2008. Вып. 16. С. 212–223.
7. Солнечные фотометры для измерений спектральной прозрачности атмосферы в стационарных и мобильных условиях / С. М. Сакерин [и др.] // Оптика атмосферы и океана. 2012. Т. 25, № 12. С. 1112–1117.
8. Dubovik O., King M. D. A flexible inversion algorithm for retrieval of aerosol optical properties from Sun and sky radiance measurements // Journal of Geophysical Research: Atmospheres. 2000. Vol. 105, iss. D16. P. 20673–20696. https://doi.org/10.1029/2000JD900282
9. Variability of absorption and optical properties of key aerosol types observed in worldwide locations / O. Dubovik [et al.] // Journal of the Atmospheric Sciences. 2002. Vol. 59, iss. 3. P. 590–608. https://doi.org/10.1175/1520-0469(2002)0592.0.CO;2
10. Результаты измерений аэрозольной оптической толщи атмосферы в Черноморском регионе (2015–2016) / Д. В. Калинская [и др.] // Оптика атмосферы и океана. 2017. Т. 30, № 6. С. 489–496. doi:10.15372/AOO20170607
11. Wavelength dependence of the optical depth of biomass burning, urban, and desert dust aerosols / T. F. Eck [et al.] // Journal of Geophysical Research: Atmospheres. 1999. Vol. 104, iss. D24. P. 31333–31349. https://doi.org/10.1029/1999JD900923
12. Кабанов Д. М., Сакерин С. М. О методике определения аэрозольной оптической толщи атмосферы в ближнем ИК-диапазоне спектра // Оптика атмосферы и океана. 1997. Т. 10, № 8. С. 866–875.
13. Remer L. A., Kahn R. A., Koren I. Aerosol indirect effects from satellite: Skeptics vs. Optimists // Geochimica et Cosmochimica Acta. 2009. Vol. 73, iss. 13, supplement. A1088. https://doi.org/10.1016/j.gca.2009.05.014
14. 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. https://doi.org/10.1175/2009JTECHA1231.1
15. Kalinskaya, D. V., Papkova A. S. Identification of the marine aerosol by the CALIPSO radiometer over the Black Sea for 2017 // Proceedings of SPIE. Tomsk : SPIE, 2018. Vol. 10833 : 24th International Symposium on Atmospheric and Ocean Optics: Atmospheric Physics. 108335K. https://doi.org/10.1117/12.2504520
16. NOAA’s HYSPLIT Atmospheric Transport and Dispersion Modeling System / A. F. Stein [et al.] // Bulletin of the American Meteorological Society. 2015. Vol. 96, iss. 12. P. 2059– 2077. https://doi.org/10.1175/BAMS-D-14-00110.1
17. Kalinskaya D. V., Kudinov O. B. Methodology of ground aerosol sources determination based on AERONET and HYSPLIT models data results // Proceedings of SPIE. SPIE, 2017. Vol. 10466 : 23rd International Symposium on Atmospheric and Ocean Optics: Atmospheric Physics. 104663R. doi:10.1117/12.2287744
18. Калинская, Д. В., Папкова А. С., Кабанов Д. М. Исследование изменчивости оптических и микрофизических характеристик аэрозолей над Черным морем под воздействием пожаров Причерноморья за 2018–2019 годы // Морской гидрофизический журнал. 2020. Т. 36, № 5. С. 559–570. doi:10.22449/0233-7584-2020-5-559-570 340
19. Исследование радиационных характеристик аэрозоля в азиатской части России / С. Ю. Андреев [и др.]. Томск : Изд-во Института оптики атмосферы СО РАН, 2012. 483 с.
20. Trends in MODIS and AERONET derived aerosol optical thickness over Northern Europe / P. Glantz [et al.] // Tellus B: Chemical and Physical Meteorology. 2019. Vol. 71, iss. 1. 1554414. doi:10.1080/16000889.2018.1554414
21. Schutgens N. A. J., Nakata M., Nakajima T. Validation and empirical correction of MODIS AOT and AE over ocean // Atmospheric Measurement Techniques. 2013. Vol. 6, iss. 9. P. 2455–2475. https://doi.org/10.5194/amt-6-2455-2013
22. Hauser A., Oesch D., Wunderle S. NOAA AVHRR derived Aerosol Optical Depth (AOD) over Land: A comparison with AERONET Data // Optica Pura y Aplicada. 2004. Vol. 37, num. 3. P. 3131–3135. URL: https://www.sedoptica.es/Menu_Volumenes/Pdfs/149.pdf (date of access: 31.05.2022).
Morskoy Gidrofizicheskiy Zhurnal. 2022; 38: 324-340
Impact of the Cyclone on Spatial Distribution of the Smoke Aerosol Resulted from the Fires in May, 2021
https://doi.org/10.22449/0233-7584-2022-3-324-340Abstract
Purpose. Using the satellite and ground-based monitoring, as well as the results of modeling the atmosphere dynamics, a long-range transport of smoke aerosol was comprehensively studied.
Methods and Results. The period of multiple and intense fires recorded in Western Siberia near the Kazakhstan border in May, 2021 was considered. To analyze the scales and locations of the most active fires during the period under consideration, the satellite monitoring maps from the FIRMS system archives were used. Being analyzed, the satellite images showed the smoke transfer on May, 9 and 10 towards the Middle Urals that was confirmed by photometric measurements at the AERONET aerial ash monitoring station. The results of modeling the air mass back transfer performed due to the HYSPLIT software were represented to confirm smoke transport from the Urals. On May, 11 a cyclone was formed over the territory of the Volgograd region, its periphery just covered the Urals region. This fact contributed to the smoke aerosol transfer towards Finland at a distance exceeding 4000 km via the Black Sea region. The basic information on the stages of the cyclonic vorticity formation and the smoke aerosol transport was obtained from the MODIS Aqua, VIIRS and CALIPSO satellite platforms. Based on the VIIRS satellite data, the dynamics of the surface layer temperature variability and the chlorophyll a concentration in the zone of the maximum wind impact in the Black Sea region before and after the cyclone passage were analyzed. The main optical and microphysical characteristics of the atmosphere aerosol for the period under study were also analyzed using the data from a portable sun photometer and the AERONET stationary ones.
Conclusions. A number of specific meteorological conditions which developed in May, 2021 promoted accumulation of the smoke aerosol in the atmosphere of the Middle Urals and its subsequent transport, first, to the Black Sea region and then – towards Finland.
References
1. Clouds and aerosols / O. Boucher [et al.] // Climate change 2013: The physical science basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge : Cambridge University Press, 2013. Chapter 7. P. 571– 658. https://doi.org/10.1017/CBO9781107415324.016
2. Plakhina I. N., Pankratova N. V., Makhotkina E. L. Sravnenie dannykh nazemnogo i sputnikovogo monitoringa aerozol'noi opticheskoi tolshchiny atmosfery dlya territorii Rossii // Sovremennye problemy distantsionnogo zondirovaniya Zemli iz kosmosa. 2018. T. 15, № 2. S. 225–234. doi:10.21046/2070-7401-2018-15-2-225-234
3. Ginzburg A. S., Gubanova D. P., Minashkin V. M. Vliyanie estestvennykh i antropogennykh aerozolei na global'nyi i regional'nyi klimat // Rossiiskii khimicheskii zhurnal. 2008. T. 52, № 5. S. 112–119. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/vliyanie-estestvennyh-iantropogennyh-aerozoley-na-globalnyy-i-regionalnyy-klimat/viewer (data obrashcheniya: 10.05.2022).
4. Vermote E. F., Saleous N. Z., Justice C. O. Atmospheric correction of MODIS data in the visible to middle infrared: first results // Remote Sensing of Environment. 2002. Vol. 83, iss. 1–2. P. 97–111. https://doi.org/10.1016/S0034-4257(02)00089-5
5. Opticheskie svoistva chernomorskogo aerozolya i verkhnego sloya morskoi vody po dannym pryamykh i sputnikovykh izmerenii / V. V. Suslin [i dr.] // Morskoi gidrofizicheskii zhurnal. 2016. № 1. S. 20–32. doi:10.22449/0233-7584-2016-1-20-32
6. Yakovleva D. V., Tolkachenko G. A. Issledovanie osobennostei dnevnoi izmenchivosti aerozol'noi opticheskoi tolshchiny atmosfery nad Chernym morem // Ekologicheskaya bezopasnost' pribrezhnoi i shel'fovoi zon i kompleksnoe ispol'zovanie resursov shel'fa. Sevastopol', 2008. Vyp. 16. S. 212–223.
7. Solnechnye fotometry dlya izmerenii spektral'noi prozrachnosti atmosfery v statsionarnykh i mobil'nykh usloviyakh / S. M. Sakerin [i dr.] // Optika atmosfery i okeana. 2012. T. 25, № 12. S. 1112–1117.
8. Dubovik O., King M. D. A flexible inversion algorithm for retrieval of aerosol optical properties from Sun and sky radiance measurements // Journal of Geophysical Research: Atmospheres. 2000. Vol. 105, iss. D16. P. 20673–20696. https://doi.org/10.1029/2000JD900282
9. Variability of absorption and optical properties of key aerosol types observed in worldwide locations / O. Dubovik [et al.] // Journal of the Atmospheric Sciences. 2002. Vol. 59, iss. 3. P. 590–608. https://doi.org/10.1175/1520-0469(2002)0592.0.CO;2
10. Rezul'taty izmerenii aerozol'noi opticheskoi tolshchi atmosfery v Chernomorskom regione (2015–2016) / D. V. Kalinskaya [i dr.] // Optika atmosfery i okeana. 2017. T. 30, № 6. S. 489–496. doi:10.15372/AOO20170607
11. Wavelength dependence of the optical depth of biomass burning, urban, and desert dust aerosols / T. F. Eck [et al.] // Journal of Geophysical Research: Atmospheres. 1999. Vol. 104, iss. D24. P. 31333–31349. https://doi.org/10.1029/1999JD900923
12. Kabanov D. M., Sakerin S. M. O metodike opredeleniya aerozol'noi opticheskoi tolshchi atmosfery v blizhnem IK-diapazone spektra // Optika atmosfery i okeana. 1997. T. 10, № 8. S. 866–875.
13. Remer L. A., Kahn R. A., Koren I. Aerosol indirect effects from satellite: Skeptics vs. Optimists // Geochimica et Cosmochimica Acta. 2009. Vol. 73, iss. 13, supplement. A1088. https://doi.org/10.1016/j.gca.2009.05.014
14. 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. https://doi.org/10.1175/2009JTECHA1231.1
15. Kalinskaya, D. V., Papkova A. S. Identification of the marine aerosol by the CALIPSO radiometer over the Black Sea for 2017 // Proceedings of SPIE. Tomsk : SPIE, 2018. Vol. 10833 : 24th International Symposium on Atmospheric and Ocean Optics: Atmospheric Physics. 108335K. https://doi.org/10.1117/12.2504520
16. NOAA’s HYSPLIT Atmospheric Transport and Dispersion Modeling System / A. F. Stein [et al.] // Bulletin of the American Meteorological Society. 2015. Vol. 96, iss. 12. P. 2059– 2077. https://doi.org/10.1175/BAMS-D-14-00110.1
17. Kalinskaya D. V., Kudinov O. B. Methodology of ground aerosol sources determination based on AERONET and HYSPLIT models data results // Proceedings of SPIE. SPIE, 2017. Vol. 10466 : 23rd International Symposium on Atmospheric and Ocean Optics: Atmospheric Physics. 104663R. doi:10.1117/12.2287744
18. Kalinskaya, D. V., Papkova A. S., Kabanov D. M. Issledovanie izmenchivosti opticheskikh i mikrofizicheskikh kharakteristik aerozolei nad Chernym morem pod vozdeistviem pozharov Prichernomor'ya za 2018–2019 gody // Morskoi gidrofizicheskii zhurnal. 2020. T. 36, № 5. S. 559–570. doi:10.22449/0233-7584-2020-5-559-570 340
19. Issledovanie radiatsionnykh kharakteristik aerozolya v aziatskoi chasti Rossii / S. Yu. Andreev [i dr.]. Tomsk : Izd-vo Instituta optiki atmosfery SO RAN, 2012. 483 s.
20. Trends in MODIS and AERONET derived aerosol optical thickness over Northern Europe / P. Glantz [et al.] // Tellus B: Chemical and Physical Meteorology. 2019. Vol. 71, iss. 1. 1554414. doi:10.1080/16000889.2018.1554414
21. Schutgens N. A. J., Nakata M., Nakajima T. Validation and empirical correction of MODIS AOT and AE over ocean // Atmospheric Measurement Techniques. 2013. Vol. 6, iss. 9. P. 2455–2475. https://doi.org/10.5194/amt-6-2455-2013
22. Hauser A., Oesch D., Wunderle S. NOAA AVHRR derived Aerosol Optical Depth (AOD) over Land: A comparison with AERONET Data // Optica Pura y Aplicada. 2004. Vol. 37, num. 3. P. 3131–3135. URL: https://www.sedoptica.es/Menu_Volumenes/Pdfs/149.pdf (date of access: 31.05.2022).
