УДК 551.503 (575.2) (04)
The results of studies on microstructure and extinction of the Asian Brown Cloud and dust by means of multiwavelength lidar at the station Teplokluchenka at March 2003 are given.
Лидарные измерения, проведенные в марте 2003 г. на станции Теплоключенка, показывают, что при выносах огромного количества пыли и песка из района Ближнего Востока, в частности из Ирака, в верхней тропосфере наблюдались аэрозольные образования, которые получили название Азиатского Коричневого Облака (АВС). В результате проведенных комплексных экспериментов в Индийском океане в 1999 г. (INDOEX) установлено, что АВС представляет собой образование типа смога, тумана [1], которое сильно ослабляет падающую радиацию.
Пыль, хотя и в меньшей степени, чем АВС, имеет способность ослаблять падающую радиацию. На рис. 1 приведен случай (20.03.2003), когда наибольший ослабляющий слой лежит наверху. В этом случае наблюдается чередование величины коэффициента ослабления: в нижнем слое небольшое ослабление, затем в следующем слое рост, уменьшение ослабления в следующем слое с последующим увеличением в вышележащем слое.
Рис. 1. Распределение коэффициента ослабления в пыли 20.03.2003.
В случае (24.03.2003), когда наибольший ослабляющий слой в пыли лежит выше нижнего, площадь поверхности частиц, содержащихся в единице объема и отнесенного к единице интервала логарифма радиуса частиц, уменьшается с высотой (рис. 2). Выше зоны активного турбулентного обмена площадь поверхности частиц быстро уменьшается (вплоть до фонового). Между ослаблением и площадью поверхности частиц наблюдается прямая корреляция (рис. 3). При этом в условиях пылевого выноса сама величина площади больше внизу и наверху пылевого слоя. Это наблюдается, когда нижний слой является наибольшим ослабляющим слоем.
Рис. 2. Распределения коэффициента ослабления и площади
поверхности частиц в пыли 24.03.2003.
Рис. 3. Распределения коэффициента ослабления и площади
поверхности частиц в пыли 29.03.03.
Рис. 4. Распределение площади поверхности
частиц в пыли 20.03.2003.
Рис. 5. Распределение площади поверхности частиц
по размерам в пыли в слое 1,1-2,1 км. 29.03.2003.
Рис. 6. Распределение площади поверхности частиц по
размерам в пыли в слое 2,0-2,5 км. 24.03.2003.
Большие частицы и частицы Айткена с концентрацией 600 и 4500 см-3 соответственно и площадью поверхности этих частиц 123 и 121 мкм2/см3 дают максимальное ослабление в пыли, достигающее 0,08 - 0,09 км-1 (см. рис.1 и 4). При этом деполяризационное отношение в марте не превосходило 0,2, т.е. пылевые частицы отличались по форме от сферических.
В случае, если максимальные площади поверхности состояли только из частиц Айткена, то ослабление уменьшалось в 2 раза и более (рис. 2 и 3, 5 и 6).
Лидарные данные многоволнового зондирования АВС, проведенные в марте 2003 г., показали, что частицы Айткена радиусом r ≤ 0,1 мкм и с максимальной концентрацией 170000 см-1 и большие частицы радиусом r ≤ 1 мкм с максимальной концентрацией 7000 см-1 в облаке (рис. 7) вызывают наибольшее ослабление на 532 нм - 0,4 км-1 (рис. 8). Площади поверхности частиц в первом случае соответствуют величине 570 мкм2/см3, во втором - 720 мкм2/см3 (рис. 9). При уменьшении площади частиц Айткена до 450 мкм2/см3 ослабление уменьшается до 0,3 км-1 (рис. 10). Гигантские частицы (r > 1 мкм) занимают в облаке меньшую площадь - 184 мкм2/см3 с низкой концентрацией частиц - 100 см-3 и вызывают меньшее ослабление - 0,1 км-1 (рис. 11).
Рис. 7. Распределения концентраций частиц по размерам
в облаке 20.03.2003. и 24.03.2003.
Рис. 8. Распределения коэффициента ослабления в облаке 20.03.2003. и 24.03.2003.
Рис. 9. Распределения площади поверхности частиц в облаке 20.03.2003 и 24.03.2003.
|
|
Рис. 10. Распределения коэффициента ослабления, |
|
|
Рис. 11. Распределения коэффициента ослабления, |
Рис. 12. Деполяризационное отношение и отношение обратного рассеяния 20.03.2003,
24.03.2003 и 29.03.2003 (слева - направо).
Концентрация частиц Айткена изменяется в максимуме в слое 7,0-8,0 км от 102 до 104 частиц в 1см3. В целом наблюдаются сильные вариации величины концентрации и дисперсности в загрязненной смогом верхней тропосфере. Видимо, дисперсная кривая частиц смога, накладываясь на естественное распределение, ведет к новому распределению, что и наблюдается в изменении концентрации частиц на представленных рисунках.
Общим во всех случаях является то, что деполяризационное отношение в смоге достигает величины 0,4 (рис. 12), что достаточно убедительно свидетельствует о существенной несферичности частиц в облаке (смоге).
Экспериментальные данные показывают, что облако (смог, туман) состоит в основном из частиц близких размеров и представляет высокодисперсную систему (r ≤ 0,05-0,1 мкм). Таковыми являются, например, обычные дымы, туманы и т.д. Частицы, из которых состоит АВС, находятся в переохлажденном состоянии при отрицательных температурах в верхней тропосфере. А это означает, что АВС (смог, туман) находится в состоянии коллоидальной устойчивости, не дающее осадков, что и наблюдается на практике.
Литература
1 The Asian Brown Cloud: Climate and Other Environmental Impacts. - UNEP/DEWA/RS 02-3. - V.3. 2002. - 53 p.
