Сборник тезисов докладов шестнадцатой Всероссийской открытой конференции "Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса", Москва, ИКИ РАН, 2018 год

(http://smiswww.iki.rssi.ru/d33_conf)

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 рассеяние
Литература:
  1. Микиров А.Е., Смеркалов В.А. Исследование рассеянного излучения верхней атмо-сферы Земли. Л.: Гидрометеоиздат, 1981. 208 с.
  2. 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.
  3. 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