Дистанционные методы исследования электромагнитных неоднородностей атмосферных аэрозолей, возникших в процессе пылевой бури

ВВЕДЕНИЕ

Цель данной работы – возможность применения спутниковых технологий по дистанционному электромагнитному зондированию Земли (ДЭМЗ) из космоса для определения степени загрязнения атмосферы пылевыми аэрозолями, связанными с возникновением пылевых бурь и прослеживания во времени динамики изменения пространственной структуры загрязненной области атмосферы. В качестве методов исследования предлагается использовать спутниковый электромагнитный мониторинг (СЭММ) и строить по спутниковым данным, разрезы электромагнитных (магнитоиндукционных) особенностей атмосферы по каждому из серии проходящих друг за другом витков низкоорбитальных искусственных спутников Земли [1 – 5]. Областью применения результатов данной работы является осуществление спутникового мониторинга загрязнения атмосферы над любыми зонами на всей поверхности Земли, где возникают пылевые бури (например, южное Средиземноморье и северная Африка - Тунис, Египет, Израиль и другие страны этого региона). Данные спутникового электромагнитного мониторинга могут позволить выделять распределение электромагнитных неоднородностей, вызванных пылевыми аэрозолями, загрязняющими атмосферу и определить пространственную форму этих аэрозольных неоднородностей, размеры и как следствие примерную концентрацию пыли, выделившейся в атмосферу в процессе развития пылевой бури. А также спутниковые электромагнитные разрезы ДЭМЗ могут позволить увидеть на какую высоту поднимаются аэрозольные ионизированные потоки, в каких слоях атмосферы они образуют загрязняющие аэрозольные скопления, каких размеров, и как быстро они осождаются из атмосферы на поверхность Земли.

МЕТОДИКА ПЕРВИЧНОЙ ОЦЕНКИ СТЕПЕНИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРЫ АЭРОЗОЛЯМИ ПО ДАННЫМ НИЗКООРБИТАЛЬНЫХ ИСКУССТВЕННЫХ СПУТНИКОВ ЗЕМЛИ

В частности, выполненное нами дистанционное электромагнитное зондирование, по данным искусственного спутника Земли (ИСЗ) “МАGSАТ”, позволило проследить подъем электромагнитных неоднородностей от пылевых аэрозолей, загрязняющих атмосферу, возникших в районе южного Средиземноморья и северной Африки. Для проведения дистанционного электромагнитного зондирования атмосферы в районе развития пылевой бури были выбраны данные электромагнитного поля по всем виткам ИСЗ “МАGSАТ” в районе от Гринвичского меридиана до 50 градуса восточной долготы и от 10 до 40 градуса северной широты, из которых были удалены все составляющие, связанные с внутриземными источниками, в соответствии с методикой обработки спутниковых данных ДЭМЗ [5]. Фронты пылевой бури фиксируются в пространственной области по сгущению изолиний (бортовым градиентам фронта) электромагнитного поля, вытянутых в виде цепочек эллиптических ЭМ структур, с шириной электромагнитных неоднородностей этого фронта пылевой бури около 200-250 километров. Причем, во внутренней зоне фронта пылевой бури могут возникать области, где электромагнитное поле отсутствует, что может быть связано с различными причинами.
Для изучения распределения аэрозольного загрязнения по высоте в атмосфере, возникшего в процессе развития пылевой бури необходимо строить спутниковые электромагнитные разрезы всей атмосферы до высот полета низкоорбитальных искусственных спутников Земли. С помощью построеных нами спутниковых электромагнитных разрезов можно оценить пространственную форму пылевой аэрозольной неоднородности, загрязняющей атмосферу, а также можно динамику развития аэрозольного загрязнения в течение нескольких дней (с 17 по 23 апреля) и рассчитать его объем, и следовательно концентрацию и массу, выделившейся в атмосферу пыли.
Из спутникового разреза электромагнитных неоднородностей видно, что во время прохождения пылевой бури, в 6 часов утра по местному времени 22 апреля, от ее ячеистого электромагнитного фронта, наблюдаемого на от поверхности Земли в атмосферу прослеживаются до высоты примерно 70 километров «языки» пылевого загрязнения. Однако, уже в 18 часов вечера по местному времени 22 апреля, с развитием крупной электромагнитной двухлепестковой неоднородности с центром, в районе геомагнитного экватора (примерно 6 градусов северной широты), ионизированные частицы пыли в атмосфере от пылевой бури начинают осаждаться на поверхность Земли и высота их подъема не превышает 50 километров. На следующий день, вечером 23 апреля, происходит усиление крупной электромагнитной двухлепестковой неоднородности с центром, в районе геомагнитного экватора (примерно 6 градусов северной широты) и, в связи с этим, еще быстрее происходит осаждение ионизированных частиц пыли из атмосферы на поверхность Земли. Зная, примерный состав аэрозолей можно теоретически оценить до какой высоты в атмосфере могут подниматься отдельные компоненты этих аэрозолей. В частности, спутниковые электромагнитные разрезы всей атмосферы, включая нижнюю ионосферу, построенные нами над северной Африкой и Средиземноморьем позволили понять, как выделенные аэрозольные неоднородности, внедрившиеся в атмосферу, в дальнейшем взаимодействуют с известными физическими слоями верхней атмосферы. Судя по устойчивой картине большой аэрозольной неоднородности, наблюдаемой по спутниковым данным на протяжении с 17 по 23 апреля, отличающейся по знаку электромагнитного поля (индукционной составляющей геомагнитного поля) и пространственной форме от окружающего атмосферного пространства можно сказать, что загрязнение атмосферы этими ионизованными аэрозолями, не сильно деформирует слои атмосферы от поверхности Земли до высоты около 250 километров.

ВЫВОДЫ

Рассмотренные выше задачи анализа пылевого загрязнения атмосферы аэрозолями решались с применением специальных методов обработки и интерпретации спутниковых электромагнитных данных [3 - 5], а используемая методика может быть применена для электромагнитного мониторинга различных загрязняющих атмосферу процессов. При этом необходимо отметить следующие моменты:
1.По имеющимся спутниковым данным ДЭМЗ можно пока качественно, а не количественно разделить влияние загрязнения пылевых аэрозолей, возникающих при развитии пылевой бури.
2.Возникающие аэрозольные восходящие потоки во время пылевой бури, поднимающиеся до высоты 70 км, по-видимому, могут образовывать в верхней атмосфере достаточно кратковременные (не более 7 дней) электромагнитные образования размером 800 км * 200 км * 70 км.