Материалы 17-й Всероссийской открытой конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса», Москва, ИКИ РАН, 2019 год

(http://conf.rse.geosmis.ru)

Исследование свойств аэрозолей над Черным морем посредством системы FIRMS во время пожаров за период 2007-2018 год

Калинская Д.В. (1), Рябоконь Д.А. (1)
(1) Морской гидрофизический институт РАН, Севастополь, Россия
Органический аэрозоль, как совокупное понятие, имеет сложный химический состав, весьма широкий спектр распределения по размерам и универсальную распространенность. Весьма существенным источником органического аэрозоля являются продукты лесных пожаров, главным образом сажа и пепел, которые могут поглощать заметную долю падающей на Землю солнечной радиации (Кабанов, Панченко, 1984).
Цели исследования:
• провести исследование данных по пожарам системы FIRMS по двум спутникам MODIS и VIIRS за 20017-2018 год
• проанализировать для дат с наибольшим числом детектирования возгораний
• построить по данным двух спутников карты пожаров за год и за день с наибольшим числом пожаров
• проанализировать основные оптические и микрофизические характеристики атмосферного аэрозоля для месяцев и дат с наибольшим количеством пожаров
Приборы и материалы. Система EOSDIS (Earth Observing System (EOS) Data and Information System) - первая международная система распределения баз космических данных, которая создана и функционирует в рамках экспериментального проекта по обмену каталогами (Catalog Interoperability Experiment — CINTEX). Информационная система NASA EOSDIS является основной структурообразующей частью системы CINTEX. В настоящее время в эту систему входят 15 центров хранения и обработки космических данных: 9 из США и по одному из Австралии, Германии, Израиля, Канады, России и Японии. Особенностью системы данных EOSDIS, а соответственно и CINTEX, является то, что поиск данных пользователем ведется одновременно по всем центрам данных, включенным в систему. EOSDIS обеспечивает все сервисы, необходимые для выполнения программы EOS, а именно сбор и хранение данных, их обработку, предоставление средств удаленного доступа к каталогам данных справочной информации. Одним из ключевых элементов EOS является возможность периодического структурирования необработанного архива данных с использованием обновленной информации о калибровке и геолокации (Justice et al., 2002).
Результаты. Данные по пожарам FIRMS для двух спутников, хранящиеся на платформе EOSDIS отличаются: данные спутника VIIRS дополняют обнаруженные по алгоритму детектирования MODIS пожары, за счет большего пространственного разрешения (375 м) и обеспечивают больший отклик от пожаров на относительно небольших участках. Для проведения статистического анализа данных по пожарам для региона Черного моря в системе FIRMS была выделена исследуемая область. Разница по количеству точек возгорания по данным MODIS оказалась в 3 раза меньше, чем по данным VIIRS, что хорошо видно, как при сравнении годового распределения данных, так и на среднемесячных данных и картах распределения источников пожаров по данным каждого спутника в отдельности.
Проведенный анализ массива данных FRP за период 2007-2018 гг. по двум спутникам MODIS и VIIRS показал, что данные FRP по MODIS отличаются более высокими показателями: за исследуемый период пиковое значение FRP по данным MODIS достигало 3335,6 MВт, а по данным VIIRS максимальное значение FRP = 610,2 MВт.
Был проанализирован массив данных FRP с 2007 по 2017 год, в котором были выявлены годы максимальной и минимальной активности распространения пожаров над Черноморским регионом. Меньше всего аномальных температур было выявлено в 2013 году (23503 точки), а больше всего аномальных температур: 2008год (68780 точек). Самыми активными днями по количеству пожаров являются 8 августа 2008 года (по данным MODIS), когда количество точек возгораний составило 2329 точек возгорания, а по данным VIIRS 3 августа 2014 года (3767 точек возгорания). 3 августа также было выделено по результатам комплексного анализа данных двух спутников и этот день является статистическим максимумом по количеству возгораний по данным FIRMS для исследуемого региона (4493 точки).
Количественный анализ данных по пожарам спутников MODIS и VIIRS показал отличия, как в годовых, так и в среднемесячных и дневных значениях.
Для оценки масштабов распространения горящей биомассы были проанализированы данные основных оптических характеристик и обратных траекторий переноса воздушных масс как для Севастополя, так и для соседних станций AERONET: Galata_Platform (Болгария), Eforie и Gloria (Румыния). Анализ данных аэрозольной оптической толщины на длине волны 500 нм (АОТ(500)) за 3 августа 2014 года над Севастополем показал высокие значения: АОТ(500) =0,95, что превышает среднее фоновое значение (по данным AERONET АОТ(500) =0,22) для Черноморского региона более, чем в 4 раза. Анализ данных распределения частиц по размерам за тот же день показал преимущество крупных аэрозольных частиц как над Севастополем, так и над станциями западной акватории Черного моря.
Исследование возможного источника переноса крупных аэрозольных частиц по данным моделирования обратных траекторий AERONET, а также по спутниковым изображениям показал, что область интенсивного возгорания и задымления расположена на северо-востоке (Донецкий регион) от Черноморского региона. Это может быть обусловлено проводимыми в тот период военными действиями на указанной территории.
Заключение. Комплексный анализ изменчивости основных оптических характеристик c 2007 по 2018 года в совокупности с исследованием спутниковых изображений и переносов воздушных масс, позволил выявить периоды и даты максимального воздействия на атмосферу аэрозоля горящей биомассы, возникшей вследствие пожаров, регистрируемых на побережье и ближних к Черноморскому региону территориях. Исследование возможного источника переноса за день, когда было зарегистрировано наибольшее за исследуемый период количество точек возгорания по данным двух спутников MODIS и VIIRS, показал, что область интенсивного возгорания и задымления расположена на северо-востоке (Донецкий регион) от Черноморского региона. Это может быть обусловлено нестабильной военной обстановкой в данном регионе в 2014 году.

Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ 17-05-00113 (обработка спутниковых данных) и темы госзадания № 0827-2018-0002 (осуществление измерений характеристик атмосферного аэрозоля посредством фотометров и их анализ).
Авторы благодарят Сакерина С.М. и Кабанова Д.М. за предоставление фотометра SPM и программное обеспечение к нему.

Ключевые слова: EOSDIS, MODIS, VIIRS, AERONET, обратные траектории, Черное море
Литература:
  1. Кондратьев К. Я., Григорьев Ал. А. Лесные пожары как компонент природной экодинамики // Оптика атмосферы и океана. 2004. Т. 17. № 4. С. 279-292.
  2. Кабанов М.В., Панченко М.В. Рассеяние оптических волн дисперсными средами. Часть III. Атмосферный аэрозоль // Издание Томского филиала СО РАН. 1984. 189 с.
  3. Justice, C. O., Giglio, L., Korontzi, S., Roy, D., Owens, J., Alleaume, S.,Morisette, J., Roy, D., Petitcolin, F., Descloitres, J., & Kaufman, Y. Global fire products from MODIS // Remote Sensing of Environment. 2002. 83. Р. 245–263
  4. Chen, Y., I. Velicogna, J. S. Famiglietti, and J. T. Randerson, Satellite observations of terrestrial water storage provide early warning information about drought and fire season severity in the Amazon // J. Geophys. Res. Biogeosci. 2013. 118. P. 495–504. doi: 10.1002/jgrg.20046.
  5. Chuvieco, E., Giglio, L., Justice, C. Global characterization of fire activity: toward defining fire regimes from Earth observation data // Global Change Biology. 2008. 14. 1488-1502. doi:10.1111/j.1365-2486.2008.01585.x
  6. Chu, D. A., Y. J. Kaufman, C. Ichoku, L. A. Remer, D. Tanré, and B. N. Holben (), Validation of MODIS aerosol optical depth retrieval over land // Geophys. Res. Lett.. 2002. 29(12). doi:10.1029/2001GL013205,.
  7. Ichoku, C. , Ellison, L. T., Yue, Y. , Wang, J. and Kaiser, J. W. Fire and Smoke Remote Sensing and Modeling Uncertainties: Case Studies in Northern Sub-Saharan Africa // Geophysical Monograph Series. 2016. 223. P. 215-230 doi:10.1002/9781119028116.ch14
  8. Glasius, M., A. la Cour, and C. Lohse. Fossil and nonfossil carbon in fine particulate matter: A study of five European cities // J. Geophys. Res. 2011. 116. D11302. doi:10.1029/2011JD015646.
  9. Tansey, K., J. Beston, A. Hoscilo, S. E. Page, and C. U. Paredes Hernández, Relationship between MODIS fire hot spot count and burned area in a degraded tropical peat swamp forest in Central Kalimantan, Indonesia // J. Geophys. Res. 2008. 113. D23112. doi:10.1029/2008JD010717.
  10. Ji, Y. E. Stocker, Reply to comment by L. Giglio et al. on “Seasonal, intraseasonal, and interannual variability of global land fires and their effects on atmospheric aerosol distribution // J. Geophys. Res. 2003. 108. D24. 4755. doi:10.1029/2003JD004115

Дистанционные методы исследования атмосферных и климатических процессов

179