УДК 551.503 (575.2) (04)
The results of lidar sensing of atmosphere pollution in connection with the military actions in Iraq are given. Optical and microphysical properties of aerosol pollution as well as features of its vertical allocation analyzed.
Проблема антропогенного загрязнения окружающей среды в настоящее время приобретает все большие масштабы и постепенно становится политической, экономической и даже научной проблемой, что вызывает озабоченность мировой общественности. К таким источникам загрязнения атмосферы относятся и такие преднамеренные действия человека, как, например, война, когда в результате боевых действий в атмосферу выбрасывается огромное количество пыли, сажи и канцерогенных веществ от пожаров.
В течение февраля 2003 г. и до начала боевых действий в Ираке с Ближнего Востока не было отмечено выноса загрязнений в нижней тропосфере.
Приход аэрозольного облака в виде пылевых (песчаных) частиц, сажи и дыма с юго-западными потоками был зафиксирован на станции Теплоключенка 20 марта. Накануне в районе боевых действий наблюдалась сильная песчаная буря. На рис.1 приведена обратная траектория частиц за 20 марта 2003 г. с очагом поднятой вверх пыли в Ираке 18.03.2003.
Рис. 1. Обратная траектория перемещения воздушной массы на 60 часов за 20.03.2003
с наложенным очагом поднятой вверх пыли в Ираке 18.03.2003 на АТ-500 гПа.
По результатам зондирования нижней тропосферы на трех длинах волн, максимум отношения рассеяния R наблюдался на длине волны 1064 нм и достиг величины более 12 (рис. 2).
Рис. 2. Отношения обратного рассеяния
на трех длинах волн 20.03.2003.
Распределения концентрации частиц по размерам (рис. 3) показывают, что между слоями 1,5-2,5 и 3,5-4,8 км выделяется слой толщиной 1,0 км (2,5-3,5 км), где присутствуют очень мелкие частицы, максимум концентрации которых (120000 1/см3) приходится на радиус 0,05 мкм. Видимо, в этом слое присутствовала преимущественно сажа. В остальных слоях максимум концентрации частиц наблюдался при размерах частиц радиусом 0,16 мкм.
Рис. 3. Распределения концентрации частиц по размерам 20.03.2003.
Деполяризация однократно рассеянного излучения обусловлена отклонением формы частиц от сферической [1]. Как видно на рис. 4, в слое 2,5-3,5 км величина деполяризационного отношения D практически постоянна и не превышает 0,20-0,25 при резком увеличении на 3,0 км отношения обратного рассеяния R. Это свидетельствует о том, что аэрозоль из Ирака представлен в основном несферическими частицами. При этом вертикальный послойный разрез показывает слоистую структуру аэрозольных частиц. Так, выше 3,5 км до 4,8 км наблюдается одновременный рост и D, и R. В случае более крупных частиц (см. рис. 3) в слое 4,8-5,4 км, т.е. с увеличением глубины проникновения зондирующего импульса в аэрозоль, деполяризационное отношение коррелирует с отношением обратного рассеяния.
При этом значения D не превышают 0,3. Наблюдается небольшая концентрация частиц (600 1/см3), максимум которой приходится на частицы радиусом 0,16 мкм. В целом на рис. 4 видно, что по всей толщине пыли аэрозольные частицы являются несферическими, концентрация которых имеет тенденцию к уменьшению с высотой.
Рис. 4. Ход деполяризационного отношения
D и отношения обратного рассеяния R
на 532 нм в пыли и саже 20.03.2003.
Максимума коэффициент ослабления на 532 нм достигает в слое 4,8-5,4 км (0,09 км-1) при эффективном радиусе частиц 0,6 мкм (рис. 5).
Рис. 5. Коэффициент ослабления на 532 нм
и эффективный радиус частиц. 20.03.2003.
Рис. 6. Обратная траектория перемещения воздушной массы на 60 часов за 24.03.2003
с наложенным очагом поднятой вверх пыли в Ираке 22.03.2003 на АТ-500 гПа.
Вынос сажи и пыли 24.03.2003 наблюдался с района боевых действий и пыли с Иранского нагорья (рис. 6). Картина распределения концентрации частиц по размерам в целом была идентичной случаю за 20.03.2003, с той лишь разницей, что в верхнем слое 3,0-5,7 км наблюдалась большая концентрация (3500 1/см3) мелких частиц, максимум которых приходился на размер частиц 0,05 мкм. Внизу, до 3,0 км - пыль и песок с более крупными частицами, сверху - сажа и дым с мелкими частицами. При этом в пыли большее количество частиц имели несферическую форму, чем в саже и дыме (рис. 7). Эффективный радиус в пыли достигал 0,5 мкм, а в саже и дыме - менее 0,2 мкм (рис. 8). Максимальная концентрация наблюдалась в пыли в слое 2,0-2,5 км, в саже и дыме превалировали мелкие частицы с меньшей (почти 4 раза) концентрацией. Деполяризационное отношение в целом по мере углубления в аэрозольное облако испытывает пространственные флуктуации, коррелирующие с отношением обратного рассеяния с небольшими сдвигами (рис. 7). Абсолютные значения D в пыли достигли более 0,2, в саже - 0,16 - 0,17 и оставались почти постоянными по всей толщине распространения сажи и дыма.
Рис. 7. Ход деполяризационного отношения
D и отношения обратного рассеяния R
в пыли и саже 24.03.2003.
Несколько иная картина наблюдалась 29.03.2003, когда в регион пришла пыль, поднятая вверх над севером Ирака, и песок в результате усиливающейся умеренной песчаной бури в Каракумах (рис. 8).
Рис. 8. Обратная траектория перемещения воздушной массы на 48 часов за 29.03.2003
с наложенным очагом поднятой вверх пыли в Ираке 27.03.2003 на АТ-500 гПа.
Рис. 9. Отношения обратного рассеяния
на трех длинах волн 29.03.2003.
Рис. 10. Ход деполяризационного отношения D
и отношения обратного рассеяния R на 532 нм
в пыли и саже 29.03.2003.
Облако аэрозольных частиц было зафиксировано толщиной 3,0 км на длинах волн 532 и 1064 нм, более 6,0 км - на 355 нм (рис. 9).
В нижнем до 3,0 км слое наблюдались более крупные частицы по сравнению с верхним - 4,5-5,8 км. Причем, начиная с 3,0 км оптические свойства частиц не менялись, оставаясь постоянными до 6,0 км (рис. 10), т.е. сверху распространялась преимущественно сажа, а внизу - пыль и песок. Эффективный радиус частиц в пыли и песке достигал 0,8 мкм, а в саже - намного меньше - 0,1 мкм. Ослабление было наибольшим внизу в слое 1,5-2,1 км (рис. 11) и составляло 0,04 км-1.
Рис. 11. Коэффициент ослабления на 532 нм
и эффективный радиус частиц. 29.03.2003.
Выносы пыли, песка и сажи с дымом в нижней тропосфере зафиксированы до конца марта, начиная с 20-го марта. При этом, как правило, вверху на высоте 6-9 км наблюдался приход в Центральноазиатский регион части Азиатского Коричневого Облака.
Авторы благодарят Э.Ю. Зысковоу за предоставленный материал по обратному траекторному анализу.
Литература
1. Лазерное зондирование индустриальных аэрозолей. - Новосибирск: Наука, 1986. - 187 с.