На основе длинного ряда наблюдений интегрального коэффициента обратного аэрозольного рассеяния, полученного на Сибирской лидарной станции ИОА СО РАН в Томске за 2018-2026 гг. проведен анализ изменений стратосферного аэрозольного слоя. Построены тренды изменений этого параметра атмосферы.
Лазерное зондирование, лидар, стратосферный аэрозоль
Текст (PDF): Читать Скачать
Текст (PDF): Читать Скачать
Текст (PDF): Читать Скачать
Макеев А.П., Невзоров А.В., Долгий С.И., Харченко О.В.
Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева СО РАН, г. Томск, Россия
e-mail: map@iao.ru, nevzorov@iao.ru, dolgii@iao.ru, salnikova@iao.ru, olya@iao.ru
На основе длинного ряда наблюдений интегрального коэффициента обратного аэрозольного рассеяния, полученного на Сибирской лидарной станции ИОА СО РАН в Томске за 2018-2026 гг. проведен анализ изменений стратосферного аэрозольного слоя. Построены тренды изменений этого параметра атмосферы.
Ключевые слова: Лазерное зондирование, лидар, стратосферный аэрозоль.
ВВЕДЕНИЕ
На Сибирской лидарной станции (СЛС) Института оптики атмосферы СО РАН, расположенной в Томске (56,5° с.ш., 85° в.д.), на основе методов дистанционного оптического зондирования атмосферы с 1986 года продолжается долговременный регулярный мониторинг характеристик стратосферного аэрозольного слоя (САС).
Стратосферный аэрозоль (СА) является одним из существенных климатообразующих параметров атмосферы, который в основном состоит из частиц 75% водного раствора серной кислоты субмикронного диапазона размеров. Он рассеивает солнечное излучение, частично отражая его в обратном направлении, и в то же время пропускают тепловое излучение Земли и обеспечивают отрицательный радиационный приток в определенной степени компенсируют эффект глобального потепления. Стратосферный аэрозоль, образующийся в тропической зоне, переносится в средние широты в результате циркуляции Брюера-Добсона и сосредоточен в слое Юнга на высотах около 20 км. Статистический, корреляционный анализ рядов данных долговременных регулярных измерений позволяет разрабатывать эмпирические модели параметров атмосферы; определять сезонные, квазидвухлетние и другие периодические циклы изменений; исследовать механизмы, определяющие динамику и взаимосвязи измеряемых параметров; обнаруживать кратковременные возмущения атмосферы и постепенно накапливающиеся изменения под действием природных и антропогенных факторов; в конечном итоге, определять и прогнозировать тренды атмосферных изменений с оценкой степени их влияния на возможные климатические изменения. Подобный подход к исследованиям атмосферных изменений на основе регулярного комплексного дистанционного оптического мониторинга – одно из приоритетных направлений в современной мировой практике исследований атмосферы [1-2].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
При лидарных измерениях наиболее полно общую картину временной динамики аэрозольного наполнения стратосферы дает интегральный коэффициент обратного аэрозольного рассеяния 
в определенном интервале стратосферных высот от h1 до h2:
(1),
который рассчитывается нами для диапазона высот 15-30 км.
На рисунке 1 представлены данные измерений интегрального коэффициента обратного аэрозольного рассеяния над Томском с 2018 по 2026 гг. Здесь каждая точка является усредненным значением за 10 дней измерений (декада). Стрелками указаны взрывные извержения вулканов.
Рисунок 1 – Временной ход интегрального коэффициента обратного аэрозольного рассеяния на длине волны зондирования 532 нм в высотном диапазоне 15-30 км, зарегистрированный над Томском в 2018-2026 гг. Прямыми линиями обозначены тренды изменения (зеленый для 2018-2023 гг., черный – 2018-2024 гг., фиолетовый – 2018-2025 гг., оранжевый – 2018-2026 гг.)
Прямыми линиями на рисунке 1 обозначены тренды изменений интегрального коэффициента обратного аэрозольного рассеяния 
на длине волны зондирования 532 нм в высотном диапазоне 15-30 км. Зеленая линия для 2018-2023 гг., черная – 2018-2024 гг., фиолетовая – 2018-2025 гг., оранжевая – 2018-2026 гг.
Как показано ранее, при анализе долговременных измерений стратосферного аэрозольного слоя на СЛС ИОА СО РАН в Томске отмечен рост СА за 2018-2023 гг. со скоростью 
ср-1 за декаду (рис. 1 зеленая линия) [3]. Этот рост был обусловлен глобальным влиянием взрывных извержений вулканов Райкоке в июне 2019 г., и подводного вулкана Хунга Тонга-Хунга Хаапай в январе 2022 г.
При анализе полученных результатов измерений интегрального коэффициента обратного аэрозольного рассеяния над Томском с 2018 по 2026 гг. была построена линейная регрессия, которая аппроксимируются прямой вида 
, где А, В – константы, t – время в декадах. Построенная в 2026 году линейная регрессия (оранжевая линия на рис. 1) имеет вид 
, что говорит о скорости роста содержания - 
ср-1 за декаду. Из рисунка 1 видно, что скорость роста СА в 2026 году продолжает замедляться и происходит стабилизация наполнения стратосферным аэрозолем с уменьшением влияния взрывных извержений вулканов.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
По данным ряда долговременных измерений интегрального коэффициента обратного аэрозольного рассеяния 
для стратосферы в диапазоне 15-30 км за 2018-2026 гг. была построена линейная регрессия вида , что в сравнении с регрессией 2018-2023 года, говорит об уменьшении скорости наполнения стратосферным аэрозолем за счет влияния взрывных извержений вулканов Райкоке в июне 2019 г. и подводного вулкана Хунга Тонга-Хунга Хаапай в январе 2022 г.
Работа выполнена при поддержке Министерства науки и высшего образования по проекту государственного задания ИОА СО РАН № 126020216338-6.
- Маричев В. Н., Бочковский Д. А., Елизаров А. И. Оптические характеристики стратосферного аэрозоля Западной Сибири по результатам лидарного мониторинга в 2010–2021 гг. // Оптика атмосферы и океана. 2022. Т. 35. № 09. С. 717–721. DOI: 10.15372/AOO20220904.
- Year-round stratospheric aerosol backscatter ratios calculated from lidar measurements above northern Norway Arvid Langenbach, Gerd Baumgarten, Jens Fiedler, Franz-Josef Lübken, Christian von Savigny, and Jacob Zalach Atmos. Meas. Tech., 12, 4065–4076, https://doi.org/10.5194/amt-12-4065-2019, 2019
- Nevzorov A.V., Dolgii S.I., Makeev A.P., Kharchenko O.V., Salnikova N.S. Stratospheric aerosol layer for period of 2018-2023 using measurements at Siberian Lidar Station in Tomsk // Proceedings of SPIE. V.12780, 29th International Symposium on Atmospheric and Ocean Optics: Atmospheric Physics, 127801V (17 October 2023); doi: 10.1117/12.2688302.
1. Маричев В. Н., Бочковский Д. А., Елизаров А. И. Оптические характеристики стратосферного аэрозоля Западной Сибири по результатам лидарного мониторинга в 2010–2021 гг. // Оптика атмосферы и океана. 2022. Т. 35. № 09. С. 717–721. DOI:https://doi.org/10.15372/AOO20220904.
2. Year-round stratospheric aerosol backscatter ratios calculated from lidar measurements above northern Norway Arvid Langenbach, Gerd Baumgarten, Jens Fiedler, Franz-Josef Lübken, Christian von Savigny, and Jacob Zalach Atmos. Meas. Tech., 12, 4065–4076, https://doi.org/10.5194/amt-12-4065-2019, 2019
3. Nevzorov A.V., Dolgii S.I., Makeev A.P., Kharchenko O.V., Salnikova N.S. Stratospheric aerosol layer for period of 2018-2023 using measurements at Siberian Lidar Station in Tomsk // Proceedings of SPIE. V.12780, 29th International Symposium on Atmospheric and Ocean Optics: Atmospheric Physics, 127801V (17 October 2023); doi:https://doi.org/10.1117/12.2688302.
