PT - JOURNAL ARTICLE
AU - Васильев, М. С.
AU - Ксенофонтова, М. И.
AU - Бурцева, Е. И.
TI - Cвязь аэрозольной мутности атмосферы в Центральной Якутии с лесными пожарами за период 2004-2021 гг
DP - 2023-04-11
SO - https://rep.herzen.spb.ru/publication/937
AB - Введение Лесные пожары носят чрезвычайный характер, который связан с изменением свойств и состава атмосферы. В период весна-осень, прозрачность атмосферы во многих регионах России зависит от наличия и концентрации в атмосфере дымового пирогенного аэрозоля. Дымовой аэрозоль от лесных пожаров влияет на различные процессы в атмосфере, не только ухудшая ее прозрачность, но и экосистему, а также здоровье населения [2, 4, 5]. Материалы исследования В Центральной Якутии мониторинг АОТ (безразмерная величина, характеризующая спад солнечной радиации, проходящей через атмосферный аэрозоль) проводится на солнечном фотометре марки CIMEL CE-318 (https://aeronet.gsfc.nasa.gov/ - ст. Якутск: 61.662 с.ш., 129.367 в.д., высота над уровнем моря 118,5 м) [3, 4, 9]. В сети AERONET аэрозольные параметры имеют три уровня качества данных: 1.0, 1.5 и 2.0 [10]. Уровень 1.0 - первичные результаты без применения критериев отбраковки. Уровень 1.5 - данные, прошедшие автоматическую процедуру исключения облачности на основе оценки условий наблюдений по результатам анализа короткопериодных и дневных вариаций АОТ. Уровень 2.0 - присваивается данным уровня 1.5, скорректированным с учетом последней калибровки интерференционных фильтров фотометра и прошедшим ручной контроль качества измерений. Существуют также две версии обработки измерений AERONET: 2.0 и 3.0. Версия 3.0 учитывает «множество» факторов, включая перистые облака, 87 солнечные затмения, слабую спектральную зависимость АОТ и атмосферные температурные аномалии. Данные версии обработки 3.0 уровня 1.5 не уступают результатам версии 2.0 уровня 2.0. Информация о лесопожарной активности (Npix - количество «пожарных» пикселей по данным спектрорадиометра MODIS/Terra, Aqua с уровнем достоверности 80-100% [8]) получена на основе системы FIRMS (https://earthdata.nasa.gov/data/near-real-time-data/firms/active-fire-data). Дополнительно была использована информация о лесных пожарах по данным ГБУ «Якутская база авиационной охраны лесов» («Авиалесоохрана»). Результаты и обсуждение В табл. 1 представлены основные характеристики CIMEL CE-318 за период 2004-2021 гг., используемые в данной работе, с учетом предыдущих версий и уровней данных, а также задержки обработки данных версии 3.0 уровня 2.0 в сети AERONET. Классификация прозрачности (аэрозольная мутность) атмосферы, используемая в данной работе, состоит из трех классов [6]: I класс - «чистая» атмосфера (значения АОТ меньше 1-го квартиля выборки измерений); II класс - «типичная» атмосфера (значения АОТ находятся между 1-м и 3-м квартилями указанной выборки, что соответствует 50% всех возможных состояний прозрачности атмосферы); III класс - замутненная «грязная» атмосфера (АОТ превышает значение 3-го квартиля). Использование средних значений АОТ, зависящих от максимальных значений в выборке, не является корректным. Данная классификация прозрачности атмосферы, применяемая в работе, позволяет полнее характеризовать наблюдаемые изменения АОТ. За рассматриваемый период максимальные значения АОТ, относящиеся к III классу прозрачности атмосферы, находились в пределах от 0,296 (2004 г.) до 4,391 (2021 г.), а минимальные - от 0,111 (2004 г.) до 0,641 (2021 г.) Атмосферный аэрозоль принято делить на три класса (в зависимости от размеров частиц - дисперсности): дымы (высокодисперсные 0,001 - 0,1 мкм); облака, туманы (средне-дисперсные 0,1 - 10 мкм); пыль (грубодисперсные, размеры частиц которых более 10 мкм) [7]. Параметр Ангстрема (A) характеризует дисперсность аэрозольных частиц. Значения А близкие к нулю, означают преобладание крупных частиц. В случаях когда А>1, велика доля высокодисперсных частиц (наличие дыма) [1]. Исходя из значений параметра A в диапазоне длин волн от 500 до 870 нм (табл. 1) видно, что значения АОТ имеют дымовое пирогенное происхождение. На рисунке 1 представлен межгодовой ход максимальных значений АОТ (III класс) по данным солнечного фотометра и лесопожарной активности (данные «Авиалесоохрана» & MODIS) в Якутии за период 2004-2021 гг. Видно (рис. 1), что наблюдается хорошая корреляционная связь R=0,7 (АОТ & MODIS) и R=0,5 (АОТ & «Авиалесоохрана»). Коэффициенты корреляции Пирсона были вычислены с уровнем достоверности P=99% при критическом значении rкрит.=0,42. 88 Таблица 1. Основные характеристики CIMEL CE-318 (ст. Якутск) за период 2004-2021 гг., где значения АОТ определялись по длине волны 500 нм Год Версия / Уровень обработки измерений Период наблюдения N Ni N2 N3 Характеристики АОТ - III класс Диапазон среднемесячных значений параметра Ангстрема (500-870 нм) за весь период наблюдения Мин. Макс. М0 2004 2.0 / 2.0 Май-Октябрь 69 1433 19 4 0,111 0,296 0,192 от 1,04 до 1,74 2005 2.0 / 2.0 Май-Ноябрь 109 2492 29 14 0,114 0,660 0,147 от 1,41 до 1,78 2006 2.0 / 2.0 Март-Апрель, Июнь-Ноябрь 98 2471 25 19 0,209 1,383 0,226 от 0,93 до 1,69 2007 2.0 / 2.0 Апрель-Сентябрь 106 3259 27 3 0,131 0,618 0,392 от 1,23 до 1,62 2008 2.0 / 2.0 Май-Ноябрь 104 2784 27 25 0,252 1,424 0,261 от 1,36 до 1,61 2009 2.0 / 2.0 Февраль-Сентябрь 164 4743 48 27 0,181 0,526 0,222 от 0,97 до 1,79 2010 2.0 / 2.0 Март-Октябрь 159 4552 44 13 0,131 0,462 0,209 от 1,12 до 1,74 2011 2.0 / 2.0 Апрель-Ноябрь 106 2336 27 23 0,205 2,473 0,263 от 1,38 до 1,92 2012 2.0 / 2.0 Февраль-Июль, Сентябрь 117 3009 32 23 0,232 3,698 0,278 от 1,16 до 1,87 2013 2.0 / 2.0 Март-Октябрь 134 3416 36 22 0,140 1,076 0,175 от 1,04 до 1,62 2014 2.0 / 2.0 Апрель-Октябрь 134 3170 36 17 0,223 2,582 0,345 от 1,25 до 1,77 2015 2.0 / 2.0 Май-Ноябрь 134 3426 35 27 0,131 1,969 0,147 от 1,41 до 1,74 2016 3.0 / 2.0 Март-Октябрь 170 4784 48 24 0,130 2,485 0,178 от 1,18 до 1,63 2017 3.0 / 2.0 Февраль-Сентябрь 172 4740 44 27 0,162 3,700 0,240 от 1,21 до 1,71 2018 3.0 / 2.0 Март-Октябрь 122 2858 31 11 0,151 0,917 0,287 от 1,24 до 1,89 2019 3.0 / 2.0 Март, Сентябрь-Ноябрь 30 377 - - - - - - 2020 3.0 / 1.5 Апрель-Ноябрь 127 8945 32 28 0,440 2,496 0,617 от 1,38 до 1,76 2021 3.0 / 1.5 Март-Ноябрь 111 6002 28 24 0,641 4,391 0,922 от 1,2 до 1,82 Примечание: N - число дней измерения АОТ; N1 - число сеансов измерения АОТ; N2 - число дней с III классом прозрачности атмосферы; N3 - число дней с III классом прозрачности атмосферы свыше М0, где M0 - Мода (варианта с наибольшей частотой проявления). 89 Значения коэффициентов детерминации указывают на зависимость максимальных значений АОТ (III класс) от дымового пирогенного аэрозоля в пределах 25% и 50%, соответственного по данным «Авиалесоохрана» и MODIS. Однако данная зависимость может быть выше [11]. 140000 120000 100000 80000 60000 40000 20000 0 RАОТ&modis=0,7 (Р=99%, Гкрит.=0,42) КАОТ&Авиалесоохрана =0,5 (Р=99%, крит. =0,42) 5 4 2 о Годы ^MODIS (80-100%) -а-Авиалесоохрана -• Макс. значение АОТ (III класс) Рис. 1. Межгодовой ход максимальных значений АОТ (III класс), лесопожарной активности по данным ГБУ «Якутская база авиационной охраны лесов» и спектрорадиометра MODIS (уровень достоверности 80-100%) в Якутии за период 2004-2021 гг. Выводы С учетом одного солнечного фотометра сети AERONET в Центральной Якутии и лесных пожаров на обширной территории (общая площадь Якутии - 3103,2 тыс. км2), прослеживается связь между межгодовыми вариациями прозрачности (аэрозольной мутности) атмосферы (III класс - замутненная «грязная» атмосфера) и дымовым пирогенным аэрозолем. Установлено, что за рассматриваемый период, ежегодно дни со значениями АОТ, относящимися к III классу прозрачности атмосферы, находились в пределах 25-30% общего числа дней измерения АОТ.