Том 37, номер 11, статья № 8

Аннотация:

На сегодняшний день вопрос связи концентрации диоксида серы (SO₂) с мелкомасштабной турбулентностью в пределах Южного Байкала почти не изучен. В настоящей работе приводятся результаты исследования струйных течений и атмосферной турбулентности, влияющих на приземное содержание SO₂ над ст. «Листвянка». Рассматриваются случаи, когда приземная концентрация SO₂ имеет тенденцию к увеличению при отрицательных вертикальных турбулентных удельных потоках тепла. Это происходит на фоне формирования струйных течений в пределах нижнего слоя атмосферы и больших вертикальных сдвигов скорости ветра ниже высоты формирования струи. Вертикальный турбулентный удельный поток тепла в приземном слое атмосферы может служить ключевым индикатором, определяющим возможность положительной связи между приземной концентрацией SO₂ и полной кинетической энергией турбулентности. В результате анализа выявлено, что концентрация SO₂ имеет тенденцию к увеличению при отрицательных вертикальных турбулентных потоках температуры на фоне развития струйных течений низкого уровня. В аналогичных ситуациях, но при положительных или близких к нулю значениях потоков температуры концентрации SO₂, как правило, остаются на уровне фоновых значений. Полученные результаты могут быть использованы для уточнения влияния атмосферных струйных течений, формируемых вблизи земной поверхности, и турбулентности на содержание примесей в приземном слое атмосферы, а также при разработке прогностических моделей.

Ключевые слова:

лидар, температура, атмосфера, спонтанное комбинационное рассеяние, внезапное стратосферное потепление

Иллюстрации:

Список литературы:

1. Sheng J.X., Weisenstein D.K., Luo B.P., Rozanov E., Stenke A., Anet J., Peter T. Global atmospheric sulfur budget under volcanically quiescent conditions: Aerosol-chemistry-climate model predictions and validation // J. Geophys. Res.: Atmos. 2015. V. 120, N 1. P. 256–276. DOI: 10.1002/2014JD021985.
2. Porter J.G., De Bruyn W., Saltzman E.S. Eddy flux measurements of sulfur dioxide deposition to the sea surface // Atmos. Chem. Phys. 2018. V. 18. P. 15291–15305. DOI: 10.5194/acp-18-15291-2018.
3. Gordon M., Blanchard D., Jiang T., Makar P.A., Staebler R.M., Aherne J., Zhang X. High sulfur dioxide deposition velocities measured with the flux–gradient technique in a boreal forest in the Alberta Oil Sands Region // Atmos. Chem. Phys. 2023. V. 23, N 13. P. 7241–7255. DOI: 10.5194/acp-23-7241-2023.
4. Liu M., Hoffmann L., Griessbach S., Cai Z., Heng Y., Wu X. Improved representation of volcanic sulfur dioxide depletion in Lagrangian transport simulations: A case study with MPTRAC v2.4 // Geosci. Model Develop. 2023. V. 16, N 17. P. 5197–5217. DOI: 10.5194/gmd-16-5197-2023.
5. Заяханов А.С., Жамсуева Г.С., Цыдопов В.В., Бальжанов Т.С. Влияние динамических процессов на вариации озона и других малых газовых примесей вблизи береговой зоны озера Байкал // Оптика атмосф. и океана. 2015. Т. 28, № 6. С. 505–511. DOI: 10.15372/AOO20150602.
6. Макухин В.Л., Оболкин В.А., Потемкин В.Л., Латышева И.В., Ходжер Т.В. Оценки пространственного распределения малых газовых примесей над акваторией озера Байкал в летний период с помощью полевых измерений и результатов математического моделирования // Изв. Иркут. гос. ун-та. Серия: Науки о Земле. 2016. Т. 18. С. 69–80.
7. Латышева И.В., Иванова А.С., Макухин В.Л., Мордвинов В.И. Влияние метеорологических условий на процессы распространения и трансформации аэрозольных и газовых компонентов в регионе озера Байкал // Оптика атмосф. и океана. 2004. Т. 17, № 4. С. 322–324.
8. Duarte H.F., Leclerc M.Y., Zhang G., Durden D., Kurzeja R., Parker M., Werth D. Impact of nocturnal low-level jets on near-surface turbulence kinetic energy // Bound.-Lay. Meteorol. 2015. V. 156, N 3. P. 349–370. DOI: 10.1007/s10546-015-0030-z.
9. Wei W., Zhang H., Cai X., Song Y., Bian Y., Xiao K., Zhang H. Influence of intermittent turbulence on air pollution and its dispersion in winter 2016/2017 over Beijing, China // J. Meteorol. Res. 2020. V. 34, N 1. P. 176–188. DOI: 10.1007/s13351-020-9128-4.
10. Banakh V.A., Sukharev A.A., Falits A.V., Gordeev E.V., Zaloznaya I.V. Estimation of the Richardson number in the atmospheric boundary layer using data from temperature radiometer and Doppler lidar // Proc. SPIE. 2020. V. 11560. P. 1575–1580. DOI: 10.1117/12.2575597.
11. Оболкин В.А., Шаманский Ю.В., Ходжер Т.В., Фалиц А.В. Мезомасштабные процессы переноса атмосферных загрязнений в районе Южного Байкала // Океанологические исследования. 2019. Т. 47, № 3. С. 104–113. DOI: 10.29006/1564-2291.JOR-2019.47(3).9.
12. Banakh V.A., Smalikho I.N. Lidar studies of wind turbulence in the stable atmospheric boundary layer // Remote Sens. 2018. V. 10, N 8. P. 1219–2030. DOI: 10.3390/rs10081219.
13. Балин Ю.С., Ершов А.Д., Пеннер И.Э. Лидарные корабельные исследования аэрозольных полей в атмосфере оз. Байкал // Оптика атмосф. и океана. 2003. Т. 16, № 5. С. 438–446.
14. Draxler R.R., Hess G.D. An overview of the HYSPLIT_4 modelling system for trajectories // Australian Meteorol. Mag. 1998. V. 47, N 4. P. 295–308.
15. Banakh V.A., Smalikho I.N. Lidar observations of atmospheric internal waves in the boundary layer of the atmosphere on the coast of Lake Baikal // Atmos. Meas. Tech. 2016. V. 9, N 10. P. 5239–5248. DOI: 10.5194/amt-9-5239-2016.
16. Коханенко Г.П., Балин Ю.С., Пеннер И.Э., Шаманаев В.С. Лидарные и in situ измерения оптических параметров поверхностных слоев воды в озере Байкал // Оптика атмосф. и океана. 2011. Т. 24, № 5. С. 377–385; Kokhanenko G.P., Balin Y.S., Penner I.E., Shamanaev V.S. Lidar and in situ measurements of the optical parameters of water surface layers in Lake Baikal // Atmos. Ocean. Opt. 2011. V. 24, N 5. P. 478–486. DOI: 10.1134/S1024856011050083.
17. Заяханов А.С., Жамсуева Г.С., Цыдыпов В.В., Бальжанов Т.С., Балин Ю.С., Коханенко Г.П., Пеннер И.Э., Насонов С.В. Особенности переноса и трансформации аэрозольных и газовых примесей атмосферы в береговой зоне оз. Байкал // Оптика атмосф. и океана. 2018. Т. 31, № 12. С. 968–973. DOI: 10.15372/AOO20181205; Zayakhanov A.S., Zhamsueva G.S., Tsydypov V.V., Balzhanov T.S., Balin Y.S., Penner I.E., Nasonov S.V. Specific features of transport and transformation of atmospheric aerosol and gas admixtures in the coastal zone of Lake Baikal // Atmos. Ocean. Opt. 2019. V. 32, N 2. P. 158–164.
18. Nasonov S., Balin Y., Klemasheva M., Kokhanenko G., Novoselov M., Penner I. Study of atmospheric aerosol in the Baikal mountain basin with shipborne and ground-based lidars // Remote Sens. 2023. V. 15, N 15. P. 3816. DOI: 10.3390/rs15153816.
19. Nasonov S., Balin Y., Klemasheva M., Kokhanenko G., Novoselov M., Penner I. Peculiarities of the vertical structure of atmospheric aerosol fields in the basin of Lake Baikal according to lidar observations // Atmosphere. 2023. V. 14, N 5. P. 837. DOI: 10.3390/atmos14050837.
20. Hersbach H., Bell B., Berrisford P., Hirahara S., Horányi A., Muñoz-Sabater J., Thépaut J. N. The ERA5 global reanalysis // Q. J. R. Meteorol. Soc. 2020. V. 146, N 730. P. 1999–2049. DOI: 10.1002/qj.3803.
21. Hoffmann L., Günther G., Li D., Stein O., Wu X., Griessbach S., Wright J.S. From ERA-Interim to ERA5: The considerable impact of ECMWF's next-generation reanalysis on Lagrangian transport simulations // Atmos. Chem. Phys. 2019. V. 19, N 5. P. 3097–3124. DOI: 10.5194/acp-19-3097-2019.
22. Шиховцев А.Ю. Метод определения характеристик оптической турбулентности по лучу зрения астрономического телескопа // Оптика атмосф. и океана. 2022. Т. 35, № 1. С. 74–80. DOI: 10.15372/AOO20220111; Shikhovtsev A.Yu. A method of determining optical turbulence characteristics by the line of sight of an astronomical telescope // Atmos. Ocean. Opt. 2022. V. 35, N 3. P. 303–309.
23. Banakh V., Smalikho I. Lidar study of wind turbulence, low level jet streams, and atmospheric internal waves in the boundary layer of atmosphere // EPJ Web Conf. 2018. V. 176, N 06005. DOI: 10.1051/epjconf/201817606005.
24. Banakh V.A., Smalikho I.N., Falits A.V. Wind–temperature regime and wind turbulence in a stable boundary layer of the atmosphere: Case study // Remote Sens. 2020. V. 12, N 6. P. 955. DOI: 10.3390/rs12060955.
25. Шиховцев М.Ю., Оболкин В.А., Ходжер Т.В., Моложникова Е.В. Изменчивость приземной концентрации твердых частиц PM1–PM10 в воздушном бассейне южного Прибайкалья // Оптика атмосф. и океана. 2023. Т. 36, № 6. С. 448–454. DOI: 10.15372/AOO20230604; Shikhovtsev M.Yu., Obolkin V.A., Khodzher T.V., Molozhnikova Ye.V. Variability of the ground concentration of particulate matter PM₁–PM₁₀ in the air basin of the Southern Baikal Region // Atmos. Ocean. Opt. 2023. V. 36, N 6. P. 655–662.
26. Shikhovtsev A.Y. Reference optical turbulence characteristics at the Large Solar Vacuum Telescope site // Publ. Astron. Soc. Japan. 2024. P. 31. DOI: 10.1093/pasj/psae031.
27. Yang B., Finn D., Rich J., Gao Z., Liu H. Effects of low-level jets on near surface turbulence and wind direction changes in the nocturnal boundary layer // J. Geophys. Res.: Atmos. 2023. V. 128, N 11. P. E2022JD037657. DOI: 10.1029/2022JD037657.
28. Liu H., He M., Wang B., Zhang Q. Advances in low-level jet research and future prospects // J. Meteorol. Res. 2014. V. 28, N 1. P. 57–75. DOI: 10.1007/s13351-014-3166-8.
29. Banta R.M., Pichugina Y.L., Newsom R.K. Relationship between low-level jet properties and turbulence kinetic energy in the nocturnal stable boundary layer // J. Atmos. Sci. 2003. V. 60, N 20. P. 2549–2555. DOI: 10.1175/1520-0469(2003)060<2549:RBLJPA>2.0.CO;2.
30. Sogachev A., Leclerc M.Y. On concentration footprints for a tall tower in the presence of a nocturnal low-level jet // Agric. Forest Meteorol. 2011. V. 151, N 6. P. 755–764. DOI: 10.1016/j.agrformet.2010.10.004.