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

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.