Оптические характеристики атмосферного аэрозоля над Черным морем и водохранилищами Средней и Нижней Волги за 2022−2024 годы

Д. В. Калинская1, 2, *, А. А. Мольков1, 3

1 Нижегородский государственный университет им. Н. И. Лобачевского, Нижний Новгород, Россия

2 Морской гидрофизический институт РАН, Севастополь, Россия

3 Институт прикладной физики им. А. В. Гапонова-Грехова РАН, Нижний Новгород, Россия

* e-mail: kalinskaya_d_v@mail.ru

Аннотация

Представлены результаты комплексного анализа атмосферного аэрозоля с использованием натурных фотометрических измерений SPM, спутниковых данных MODIS (Aqua/Terra), VIIRS, а также моделирования траекторий перемещения воздушных потоков HYSPLIT, проведенного в рамках сопоставления оптических характеристик атмосферного аэрозоля над регионом Черного моря и водохранилищами бассейна р. Волги (Горьковским, Чебоксарским, Куйбышевским и Волгоградским). Анализ основан на данных, полученных в одни и те же периоды, с последующим отслеживанием перемещения аэрозоля в направлении волжских водохранилищ. В ходе работы выявлены дни с присутствием в атмосфере пылевого аэрозоля. Проведено сравнение периодов, в которые были получены высокие значения аэрозольной оптической толщины и низкие − параметра Ангстрема над Черным морем и Волгой. Выявлены периоды, когда данные аномалии наблюдались синхронно в обоих регионах. Ключевой результат данного исследования состоит в том, что оптические характеристики аэрозоля над Черным морем и Куйбышевским водохранилищем в период интенсивного пылевого переноса со стороны пустыни Сахары не претерпели значимых изменений. Это свидетельствует о возможности применения региональных алгоритмов, разработанных для Черного моря, при восстановлении коэффициентов яркости по спутниковым данным над водоемами р. Волги в условиях присутствия в атмосфере пылевого аэрозоля. Представленные результаты формируют предварительное описание оптических характеристик атмосферы в исследуемых регионах и могут быть использованы для оценки точности стандартных алгоритмов атмосферной коррекции спутниковых данных.

Ключевые слова

SPM, MODIS, VIIRS, SILAM, обратные траектории HYSPLIT, параметр Ангстрема, пылевой аэрозоль, дымовой аэрозоль, аэрозольная оптическая толщина, АОТ, Волга, Черное море, атмосферный аэрозоль

Благодарности

Работа выполнена за счет гранта РНФ № 23-17-00071 («Волжские биооптические алгоритмы»), https://rscf.ru/project/23-17-00071. Авторы выражают признательность С. М. Сакерину и Д. М. Кабанову за предоставление фотометра SPM и программное обеспечение к нему и за возможность использования качественных данных фотометрических измерений. Также авторы благодарят Air Resources Laboratory’s (ARL) и разработчиков HYSPLIT за своевременное предоставление качественных данных моделирования. Авторы выражают благодарность И. А. Капустину и Г. В. Лещеву за участие в выполнении натурных измерений. Исследования над Черным морем выполнены в рамках темы государственного задания Морского гидрофизического института РАН FNNN-2024-0012 «Анализ, диагноз и оперативный прогноз состояния гидрофизических и гидрохимических полей морских акваторий на основе математического моделирования с использованием данных дистанционных и контактных методов измерений («Оперативная океанология»)».

Для цитирования

Калинская Д. В., Мольков А. А. Оптические характеристики атмосферного аэрозоля над Черным морем и водохранилищами Средней и Нижней Волги за 2022−2024 годы // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. 2025. № 3. С. 141–162. EDN AIMHIF.

Kalinskaya, D.V. and Molkov, A.A., 2025. Optical Characteristics of Atmospheric Aerosol over Reservoirs of the Middle and Lower Volga in Comparison with the Black Sea for the Period 2022–2024. Ecological Safety of Coastal and Shelf Zones of Sea, (3), pp. 141–162.

Список литературы

  1. Оптические параметры атмосферного аэрозоля / Г. В. Розенберг [и др.]. Москва : Наука, 1980. С. 216–257.
  2. Гинзбург А. С., Губанова Д. П., Минашкин В. М. Влияние естественных и антропогенных аэрозолей на глобальный и региональный климат // Российский химический журнал. 2008. Т. 52, № 5. С. 112–119. EDN JWDTVP.
  3. Кондратьев К. Я. Атмосферный аэрозоль как климатообразующий компонент атмосферы. 1. Свойства аэрозоля различных типов // Оптика атмосферы и океана. 2004. Т. 17, № 1. С. 5–24. EDN OYHOHD.
  4. Лисицын А. П. Аридная седиментация в мировом океане. Рассеянное осадочное вещество атмосферы // Геология и геофизика. 2011. Т. 52, № 10. С. 1398–1439. EDN OJTVVF.
  5. Бухарина И. Л., Журавлева А. Н., Большова О. Г. Городские насаждения: экологический аспект. Ижевск : Удмуртский гос. ун-т, 2012. 204 с. EDN QLDGOJ.
  6. Цаликов Р. Х., Акимов В. А., Козлов К. А. Оценка природной, техногенной и экологической безопасности России. Москва : Всероссийский научно-исследовательский институт по проблемам гражданской обороны и чрезвычайных ситуаций МЧС России, 2009. 464 с. EDN MQQNRZ.
  7. Томилина И. И., Гапеева М. В., Ложкина Р. А. Оценка качества воды и донных отложений каскада водохранилищ реки Волга по показателям токсичности и химического состава // Труды Института биологии внутренних вод им. И. Д. Папанина РАН. 2018. № 82. С. 107–131. EDN LZGUJN. https://doi.org/10.24411/0320-3557-2018-1-0015
  8. Экологически безопасное, устойчивое развитие бассейна Волги: аспекты международного научного сотрудничества / Е. В. Копосов [и др.]. Нижний Новгород : Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет, 2008. 178 с. EDN VHGXLB.
  9. Monin A. S., Shishkov Yu. A. Climate as a problem in physics // Uspekhi Fizicheskikh Nauk. 2000. Vol. 170, iss. 4. P. 444–445. EDN MPFARZ. https://doi.org/0.1070/PU2000v043n04ABEH000678
  10. Свердлик Л. Г. Особенности радиационных свойств абсорбирующего аэрозоля // Наука и новые технологии. 2014. № 4. С. 26–31. EDN UKJMKN.
  11. Яковлева И. П., Тащилин М. А. Спектральные характеристики аэрозольной оптической толщи в условиях дымов лесных пожаров в Байкальском // Международная Байкальская молодежная научная школа по фундаментальной физике : Труды XVII Конференции молодых ученых «Взаимодействие полей и излучения с веществом», Иркутск, 5–10 сентября 2022 г. Иркутск : Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт солнечно-земной физики Сибирского отделения Российской академии наук, 2022. С. 343–344. EDN GQRFVF.
  12. Лужецкая А. П., Поддубный В. А. Особенности временной изменчивости аэрозольной оптической толщи на Среднем Урале по данным многолетних наблюдений в городском и фоновом районе // Оптика атмосферы и океана. 2019. Т. 32, № 11. С. 889–895. EDN XLVBLX. https://doi.org/10.15372/AOO20191102
  13. Моделирование радиационного форсинга фонового аэрозоля с использованием данных измерений / И. А. Горчакова [и др.] // Известия Российской академии наук. Физика атмосферы и океана. 2009. Т. 45, № 4. С. 501–512. EDN KPTJFL.
  14. Radiative characteristics of aerosol during extreme fire event over Siberia in summer 2012 / T. B. Zhuravleva [et al.] // Atmospheric Measurement Techniques. 2017. Vol. 10, iss. 1. P. 179–198. EDN YUZPCX. https://doi.org/10.5194/amt-10-179-2017
  15. AERONET – A federated instrument network and data archive for aerosol characterization / B. N. Holben [et al.] // Remote Sensing of Environment. 1998. Vol. 66, iss. 1. С. 1–16. https://doi.org/10.1016/S0034-4257(98)00031-5
  16. Система сетевого мониторинга радиационно-активных компонентов атмосферы. Часть I. Солнечные фотометры / С. М. Сакерин [и др.] // Оптика атмосферы и океана. 2004. Т. 17, № 4. C. 354–360. EDN OYGZCX
  17. Кабанов Д. М., Сакерин С. М. Результаты исследований общего влагосодержания атмосферы методом оптической гигрометрии. Ч. 1 // Оптика атмосферы и океана. 1995. № 6. С. 852–860.
  18. Информационная система для сетевых солнечных фотометров / Д. М. Кабанов [и др.] // Оптика атмосферы и океана. 2009. Т. 22, № 1. С. 61–67. EDN JWJVPN.
  19. Lyapustin A., Wang Y. MAIAC-multi-angle implementation of atmospheric correction for MODIS. 2007. 77 p.
  20. Validation of VIIRS AOD through a comparison with a sun photometer and MODIS AODs over Wuhan / W. Wang [et al.] // Remote Sensing. 2017. Vol. 9, iss. 5. 403. https://doi.org/10.3390/rs9050403
  21. Suomi NPP VIIRS sensor data record verification, validation, and long‐term performance monitoring / C. Cao [et al.] // Journal of Geophysical Research: Atmospheres. 2013. Vol. 118, iss. 20. P. 11664–11678. https://doi.org/10.1002/2013JD020418
  22. VIIRS Version 2 Deep Blue Aerosol Products / J. Lee [et al.] // Journal of Geophysical Research: Atmospheres. 2024. Vol. 129, iss. 6. e2023JD040082. https://doi.org/10.1029/2023JD040082
  23. Aerosol properties over bright-reflecting source regions / N. C. Hsu [et al.] // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. 2004. Vol. 42, iss. 3. P. 557–569. https://doi.org/10.1109/TGRS.2004.824067
  24. Enhanced Deep Blue aerosol retrieval algorithm: The second generation / N. C. Hsu [et al.] // Journal of Geophysical Research: Atmospheres. 2013. Vol. 118, iss. 16. P. 9296–9315. https://doi.org/10.1002/jgrd.50712
  25. Калинская Д. В., Папкова А. С. Корреляция данных оптических характеристик атмосферного аэрозоля по спутниковым данным CALIPSO и MODIS, и фотометра SPM // Труды X Юбилейной Всероссийской конференции «Современные проблемы оптики естественных вод». Санкт-Петербург, 9–11 октября 2019. Санкт-Петербург : ХИМИЗДАТ, 2019. Т. 10. С. 283–287. EDN MJVWGL.
  26. Kalinskaya D. V., Molkov A. A. Spatio-temporal variability of the aerosol optical depth over the Gorky and Cheboksary Reservoirs in 2022–2023 // Remote Sensing. 2023. Vol. 15, iss. 23. 5455. EDN IRUNGM. https://doi.org/10.3390/rs15235455
  27. Измайлова А. В. Водные ресурсы озер России // География и природные ресурсы. 2016. № 4. С. 5–14. EDN XEHPIR. https://doi.org/10.21782/GIPR0206-1619-2016-4(5-14)
  28. Изменение содержания биогенных элементов в поверхностном слое морской воды после выпадения атмосферных осадков / А. В. Вареник [и др.] // Моря России: фундаментальные и прикладные исследования. Тезисы докладов всероссийской научной конференции. Севастополь, 23–28 сентября 2019 г. Севастополь : ФГБУН ФИЦ МГИ, 2019. С. 51–52. EDN VAANPS.
  29. Construction of the SILAM Eulerian atmospheric dispersion model based on the advection algorithm of Michael Galperin / M. Sofiev [et al.] // Geoscientific Model Development. 2015. Vol. 8, iss. 11. P. 3497–3522. https://doi.org/10.5194/gmd-8-3497-2015
  30. Чурилова Т. Я., Суслин В. В. O причинах доминирования Emiliania huxleyi в фитопланктоне глубоководной части Черного моря в начале лета // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. 2012. Вып. 26, т. 2. С. 195–203. EDN VWSEIL.

Текст статьи

Русскоязычная версия (PDF)

Англоязычная версия (PDF)

Мы используем Яндекс Метрику. Подробнее.