Сборник тезисов докладов шестнадцатой Всероссийской открытой конференции "Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса", Москва, ИКИ РАН, 2018 год
Двухволновое лидарное зондирование метеорного аэрозоля
Коршунов В.А. (1)
(1) ФГБУ "НПО "Тайфун", Обнинск, Россия
Исследование аэрозоля средней атмосферы на высотах более 30 км имеет длитель-ную историю [1]. В настоящее время в ряде работ развивается теория «метеорной дымки», согласно которой метеорный аэрозоль присутствует в виде частиц нанометрового диапазона и невидим в рассеянии, но может регистрироваться в поглощении на длинных трассах [2]. Подтверждением этой теории считаются спутниковые измерения SOFIE [3]. Кроме того, в средней атмосфере присутствуют так называемые метеорные следы, но, как нередко полагают, их появление носит спорадический характер и не влияет на оптику метеорного аэрозоля в целом. В то же время по данным лидарных и некоторых других оптических измерений в средней атмосфере регистрируются устойчивые аэрозольные образования, существующие в течение достаточно длительного времени. В целом вопрос о составе и количественных параметрах метеорного аэрозоля до сих пор является дискуссионным.
В докладе приводятся результаты зондирования метеорного аэрозоля средней ат-мосферы в диапазоне высот от 30 до 65 км с помощью двухволнового лидара АК-3 (длины волн 355 и 532 нм), разработанного в НПО «Тайфун». Применение двухволнового зонди-рования позволяет проводить совместное определение высотных профилей температуры и аэрозоля при использовании некоторых априорных допущений о величине отношения ко-эффициентов обратного рассеяния на длинах волн зондирования.
В докладе представлены результаты измерений, проведенных в г Обнинск с 2012 по 2017 гг. По данным зондирования определялась величина отношения коэффициентов обратного аэрозольного и рэлеевского рассеяния R на длине волны 532 нм. Текущее усреднение по высоте составляло 1 км. Обобщенную характеристику аэрозольного содержания атмосферы представляет средний по 615 измерениям высотный профиль R. При таком усреднении остаются только погрешности R нестатистического характера, уровень которых оценивается в 0,2%. На среднем профиле наблюдается наличие переходного слоя от 30 до 40 км, в котором R постепенно убывает от уровня ~0,04 до значений, близких к уровню погрешностей. В диапазоне 40 – 65 км величина R колеблется в пределах от 0,002 до 0,005, т. е. в среднем аэрозольное рассеяние на этих высотах очень мало, во всяком случае, оно значительно меньше, чем по данным ранних измерений [1].
При малости средних значений в отдельные периоды времени величина R может значительно увеличиваться. Получено, что средние по слоям 40 -50 км и 50 - 60 км среднемесячные значения R варьируют от 0 до 0,02. Наблюдаются кратковременные (около месяца) и долговременные (от полугода и более) всплески R. Кратковременные вариации совпадают по времени с прохождением некоторых метеорных потоков. Долговременное увеличение R в слое 50-60 км до уровня 0,01-0,02 наблюдалось в 2013 г. после падения Челябинского метеорита, а также в первом полугодии 2016 г. В 2014-2015 гг. среднемесячное R в пределах погрешностей было практически равно 0 на высотах от 40 до 60 км.
Проведен анализ полученных результатов в предположении о метеорной природе наблюдаемого аэрозоля. Получено, что видимые метеоры и болиды могут быть ответственны лишь за кратковременные всплески обратного рассеяния, но их потоки недостаточны для объяснения долговременного (порядка полугода) увеличения обратного рассеяния. Объяснение повышенных уровней R в 2016 г. может быть получено в предположении об укрупнении частиц метеорной дымки до эффективных радиусов r32 ≥ 50 нм. При этом характеристики укрупненной фракции остаются совместимыми по массовой концентрации с моделями метеорной дымки, а по величине коэффициентов ослабления с известными спутниковыми измерениями SOFIE. Увеличение концентрации частиц метеорной дымки над районом измерений в зимний сезон 2015-2016 гг., по-видимому, произошло в результате усиления полярного стратосферного вихря и его смещения в сторону Евразии.
Ключевые слова: метеорный аэрозоль, метеорная дымка, лидар, обратное рассеяниеЛитература:
- Микиров А.Е., Смеркалов В.А. Исследование рассеянного излучения верхней атмо-сферы Земли. Л.: Гидрометеоиздат, 1981. 208 с.
- Bardeen, C. G., Toon O. B., Jensen E. J., et al. Numerical simulations of the three-dimensional distribution of meteoric dust in the mesosphere and upper stratosphere. // J. Geophys. Res. 2008. V.113. D17202.
- Hervig, M. E., Brooke, J. S. A., Feng, W., et al. Constraints on meteoric smoke composi-tion and meteoric influx using SOFIE observations with models //Journal of Geophysical Research: Atmospheres. 2017. V. 122, P.13,495–13,505/
Дистанционные методы исследования атмосферных и климатических процессов
188