Том 30, номер 10, статья № 8

Аннотация:

Представлена принципиально новая физико-математическая постановка задачи восстановления среднего поля концентрации атмосферной примеси и определения источников эмиссии по данным локальных измерений – задача о пассивной локации атмосферы ветровыми потоками. Даются определения новых функций: среднего эффективного поля концентрации и среднего эффективного поля источников. Получены дифференциальная и интегральная формы уравнений для решения поставленной задачи. Кратко рассмотрены несколько частных случаев, демонстрирующих связь предлагаемого подхода с методами статистики обратных траекторий и задачами о прямом моделировании рассеяния примеси в атмосфере. Приведен пример решения поставленной задачи – среднее эффективное поле мелкодисперсного аэрозоля в регионе Дальнего Востока, рассчитанное по данным восьми пунктов солнечной фотометрии в системе мониторинга AERONET.

Ключевые слова:

атмосфера, мониторинг, моделирование, постановка задачи, уравнения сохранения, лагранжевы частицы, обратные траектории, восстановление поля концентрации, источники эмиссии

Список литературы:

1. Марчук Г.И. Математическое моделирование в проблеме окружающей среды. М.: Наука, 1982. 320 с.
2. Берлянд М.Е. Современные проблемы атмосферной диффузии и загрязнение атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 2008. 448 с.
3. Jacobson M.Z. Fundamentals of Atmospheric Modeling. 2nd ed. New York: Cambridge University Press, 2005. 813 p.
4. Data Assimilation. Making Sense of Observations / W. Lahoz, B. Khattalov, R. Menard (eds.). Berlin; Heidelberg: Springer, 2010. 718 p.
5. Климова Е.Г., Киланова Н.В. Численные эксперименты по оценке эмиссии метана на основе системы усвоения данных о пассивной примеси в атмосфере Северного полушария // Оптика атмосф. и океана. 2006. Т. 19, № 11. С. 961–964.
6. Пененко В.В., Цветова Е.А., Пененко А.В. Методы совместного использования моделей и данных наблюдений в рамках вариационного подхода для прогнозирования погоды и качества состава воздуха // Метеорол. и гидрол. 2015. № 6. С. 13–24.
7. Васин В.В., Агеев А.Л. Некорректные задачи с априорной информацией. Екатеринбург: УИФ «Наука», 1993. 262 с.
8. Yee E. Theory for reconstruction of an unknown number of contaminant sources using probabilistic inference // Bound.-Lay. Meteorol. 2008. N 3. P. 359–394.
9. Бабухина Т.И., Ганьшин А.В., Журавлев Р.В., Лукьянов А.Н., Максютов Ш.Ш. Оценка выбросов в атмосферу радиоактивных веществ (133XE, 131I, 137CS) при аварии на АЭС «Фукусима-1» методом обратного моделирования // Метеорол. и гидрол. 2016. № 5. С. 44–56.
10. Fleming L.Z., Monks P.L., Manning A.J. Review: Untangling the influence of air-mass history in interpreting observed atmospheric composition // Atmos. Res. 2012. V. 104–105. P. 1–39.
11. Lagrangian modeling of the atmosphere: Geophysical monograph 200 / J. Lin, D. Brunner, C. Gerbig, A. Stohl, A. Luhar, P. Webley (eds.). Washington: Am. Geophys. Union, 2012. 350 p.
12. Intercontinental transport of air pollution: The handbook of environmental chemistry 4G / A. Stohl (ed.). Berlin: Springer, 2014. 312 p.
13. Куценогий К.П., Смирнова А.И. Метод обратных траекторий для идентификации источников атмосферных аэрозолей регионального и глобального масштабов // Оптика атмосф. и океана. 2001. Т. 14, № 6–7. С. 510–514.
14. Пененко В.В., Цветова Е.А. Об оценке информативности наблюдательных экспериментов // Оптика атмосф. и океана. 2000. Т. 13, № 6–7. С. 649–655.
15. Лукьянов А.Н., Ганьшин А.В., Журавлев Р.В., Максютов Ш.Ш., Варлагин А.В. Глобальная атмосферная модель рассеяния частиц // Изв. РАН. Физ. атмосф. и океана. 2015. Т. 51, № 5. С. 570–577.
16. Виноградова А.А., Веремейчик А.О. Поле потенциальных источников аэрозольного загрязнения атмосферы в районе Ненецкого заповедника // Оптика атмосф. и океана. 2012. Т. 25, № 9. С. 760–767; Vinigradovа А.А., Vеremeichik А.О. Potential sources of aerosol pollution of the atmosphere near the Nenetsky Nature Reserve // Atmos. Ocean. Opt. 2013. V. 26, N 3. P. 118–125.
17. Виноградова А.А., Веремейчик А.О. Модельные оценки содержания антропогенной сажи в атмосфере Российской Арктики // Оптика атмосф. и океана. 2013. Т. 26, № 6. С. 443–451.
18. Seibert P., Kromp-Kolb H., Baltensperger U., Jost D.T., Schwikowski M., Kasper A., Puxbaum H. Trajectory analysis of aerosol measurements at high Alpine sites // Transport and transformation of pollutants in the troposphere. Den Haag: Academic Publ., 1994. P. 689–693.
19. Stohl A. Trajectory statistics – a new method to establish source-reseptor relationships of air pollutants and its application to the transport of particulate sulfate in Europe // Atmos. Environ. 1996. V. 30, N 4. P. 579–587.
20. Поддубный В.А. Метод флюид-локации атмосферы // Матер. XVI Междунар. симпоз. «Оптика атмосф. и океана. Физ. атмосф.». Томск: Изд-во ИОА СО РАН, 2009. C. 502–504.
21. Поддубный В.А., Наговицына Е.С. Восстановление пространственного поля концентрации атмосферного аэрозоля по данным локальных измерений: модификация метода статистики обратных траекторий // Изв. РАН. Физ. атмосф. и океана. 2013. Т. 49, № 4. С. 439–446.
22. URL: http://apps.ecmwf.int/datasets/ (last access: 17.02.2017).
23. URL: ftp://arlftp.arlhq.noaa.gov/archives/reanalysis/ (last access: 17.02.2017).
24. URL: http://www.wrf-model.org/index.php/ (last access: 18.02.2017).
25. URL: http://www2.mmm.ucar.edu/mm5/mm5-home.html (last access: 28.02.2017).
26. Stohl A. Computation, accuracy and applications of trajectories – a review and bibliography // Atmos. Environ. 1998. V. 32, N 6. P. 947–966.
27. Stohl A., Forster C., Frank A., Seibert P., Wotawa G. Technical note: The Lagrangian particle dispersion model FLEXPART Version 6.2. // Atmos. Chem. Phys. 2005. V. 5. P. 2461–2474.
28. Draxler R.R. Hess G.D. An Overview of the HYSPLIT-4 modelling system for trajectories, dispersion and deposition // Australian Meteorol. Mag. 1998. V. 47. P. 295–308.
29. URL: http://iacweb.ethz.ch/staff//sprenger/lagranto/ (last access: 9.07.2017).
30. URL: http: // www.metoffice.gov.uk/research/modelling systems/dispersion-model (last access: 20.07.2017).
31. URL: http://www.stilt-model.org/pmwiki/pmwiki.php (last access: 23.07.2017).
32. URL: http://www.cycstats.org/trajectories/trajhome.htm (last access: 30.07.2017).
33. Поддубный В.А., Наговицына Е.С. Оценка погрешностей и верификация метода флюид-локации атмосферы // Оптика атмосф. и океана. 2014. Т. 27, № 10. С. 869–877; Pоddubny V.А., Nаgоvitsyna Е.S. Estimate of errors and verification of the method of fluid location of the atmosphere // Atmos. Ocean. Opt. 2015. V. 28, N 3. P. 282–290.
34. Исследование радиационных характеристик аэрозоля в азиатской части России / под ред. С.М. Сакерина. Томск: Изд-во ИОА СО РАН, 2012. 484 с.
35. Дубинкина Е.С. Моделирование аэрозольных полей на основе совместного анализа данных солнечной фотометрии и информации о динамике атмосферы: Автореф. дис. … канд. физ.-мат. наук. Томск: ИОА СО РАН. Томск, 2015. 18 с.
36. Holben B.N., Eck T.F., Slutsker I., Tanre D., Buis J.P., Setzer A., Vermote E., Reagan J.A., Kaufman Y.J., Nakajima I., Lavenu F., Jankowiak I., Smirnov A. AERONET – a federated instrument network and data archive for aerosol characterization // Remote Sens. Environ. 1998. V. 66. P. 1–16.