CC BY
66
Библиографический список
1. «Временные рекомендации по оценке экологической опасности производственных объектов» утвержденные Госкомэкологии РФ 15 марта 2000 г.
2. ГОСТ 5542-87 «Газы горючие природные для промышленного и коммунально-бытового назначения. Технические условия».
3. Конституция Российской Федерации // Российская газета. 1993. N 237.
4. Постановление Госгортехнадзора РФ от 29 октября 2002 г. N 63 «Об утверждении Методических рекомендаций по оценке ущерба от аварий на опасных производственных объектах».
5. Постановление Госгортехнадзора РФ от 18 марта 2003 г. N 9 «Об утверждении Правил безопасности систем газораспределения и газопотребления».
6. Постановление Госгортехнадзора РФ от 5 июня 2003 г. N 54 «Об утверждении Правил безопасности для газоперерабатывающих заводов и производств».
7. Постановление Правительства РФ от 20 ноября 2000 г. N 878 «Об утверждении Правил охраны газораспределительных сетей».
8. Постановление Правительства РФ от 17 мая 2002 г. N 317 «Об утверждении Правил пользования газом и предоставления услуг по газоснабжению в Российской Федерации».
9. Постановление Правительства РФ от 12 июня 2003 г. N 344 «О нормативах платы за выбросы в атмосферный воздух загрязняющих веществ стационарными и передвижными источниками, сбросы загрязняющих веществ в поверхностные и подземные водные объекты, размещение отходов производства и потребления» (с изменениями от 01.07.2005) // СЗ РФ. 2003. № 25. Ст. 2528.
10. Приказ Госкомэкологии РФ от 16 мая 2000 № 372 «Об утверждении Положения об оценке воздействия намечаемой хозяйственной и иной деятельности на окружающую среду в Российской Федерации».
11. Приказ Минприроды РФ от 29 декабря 1995 № 539 «Об утверждении «Инструкции по экологическому обоснованию хозяйственной и иной деятельности»».
12. Распоряжение Правительства РФ от 31 августа 2002 г. N 1225-р «Экологическая доктрина Российской Федерации».
13. Распоряжение Правительства РФ от 27 августа 2005 г. N 1314-р «Концепция Федеральной системы мониторинга критически важных объектов и (или) потенциально опасных объектов инфраструктуры РФ и опасных грузов» // СЗ РФ. 2005. № 35. Ст. 3660.
14. СНиП 42-01-2002 «Газораспределительные системы».
15. Указ Президента РФ от 4 февраля 1994 г. N 236 «О государственной стратегии Российской Федерации по охране окружающей среды и обеспечению устойчивого развития» // Собрание актов Президента и Правительства РФ. 1994. N 6. Ст. 436.
16. Указ Президента РФ от 11 июля 2004 г. N 868 «Вопросы Министерства Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий» (с изменениями от 21.10.2005) // СЗ РФ. 2004. № 28. Ст. 2882.
17. Федеральный закон от 21 декабря 1994 г. № 68-ФЗ «О защите населения и территорий от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера» (с изменениями от 22.08.2004) // СЗ РФ. 1994. № 35. Ст. 9648.
18. Федерального закона от 23 ноября 1995 г. № 174-ФЗ «Об экологической экспертизе» (с изменениями от 31.12.2005) // СЗ РФ. 1995. № 48. Ст. 4556.
19. Федеральный закон от 31 марта 1999 г. № 69-ФЗ «О газоснабжении в Российской Федерации» (с изменениями от 02.02.2006) // СЗ РФ. 1999. № 14. Ст. 1667.
20. Федеральный закон от 4 мая 1999 г. № 96-ФЗ «Об охране атмосферного воздуха» (с изменениями от 31.12.2005) // СЗ РФ. 1999. № 18. Ст. 2222.
21. Федеральный закон от 8 августа 2001 года № 128-ФЗ «О лицензировании отдельных видов деятельности» (с изменениями от 31.12.2005) // СЗ РФ. 2001. № 33. Ст. 3430.
22. Федеральный закон от 10 января 2002 г. № 7-ФЗ «Об охране окружающей среды» (с изменениями от 31.12.2005) // СЗ РФ. 2002. № 2. Ст. 133.
23. Федеральный конституционный закон от 17 декабря 1997 г. № 2-ФКЗ «О Правительстве Российской Федерации» (с изменениями от 01.06.2005) // СЗ РФ. 1997. № 51. Ст. 5712.
Материал поступил в редакцию 5. 09. 2007
УДК 551.521.3
Н.В. Хвостова
МЕТОДИКА ОЦЕНКИ АЛЬБЕДО МЕСТНОСТИ ИЗ ИЗМЕРЕНИЙ ЯРКОСТИ НЕБА НА АРИДНЫХ ТЕРРИТОРИЯХ
На сегодняшний день актуальна проблема, связанная с глобальным потеплением климата на Земле. Важным параметром, влияющим на мировой климат, является альбедо подстилающей поверхности. Оно характеризует долю отраженной радиации. В статье предложен способ определения среднего альбедо из измерений яркости неба в аридных зонах.
1. Постановка задачи
Несомненный интерес представляет решение задачи
по восстановлению величины альбедо подстилающей
поверхности У из данных измерений яркости неба при расположении наблюдателя на Земле. Эта процедура
особенно актуальна в тех случаях, когда исследуется радиационный режим в атмосфере при сильной пестроте подстилающей поверхности и при этом не производится пространственно локализованных измерений ее отражательных свойств. К числу таких поверхностей относятся светлые пески, поросшие кустарником, почвы, частично покрытые снегом, горные массивы с ледниками и т.п. Еще в 50-х годах прошлого столетия Е. В. Пясковская-
Фесенкова и Г. Ш. Лившиц рассматривали упрощенные схемы решения подобной задачи путем сопоставления измеренных в солнечном альмукантарате абсолютных
индикатрис яркости /(Ф) :
/(Ф) = /1 (Ф) + /2(Ф) + / , (1)
в летних и зимних условиях [1-2]. В выражении (1)
функция ш представляет собой величину направленного коэффициента однократного рассеяния для угла
рассеяния ф (абсолютную индикатрису рассеянного света), включающую в себя компоненты однократного молекулярного /м (Ф) и аэрозольного /а (^) рассеяния,
fl(9) и fq
а л\г; и я - составляющие соответственно многократного рассеяния и отражения света от подстилающей поверхности. Заметим, что абсолютная индикатриса яркости / (р) связана с яркостью неба
в(ф)
дующим соотношением:
еле-
f (ф) = B(^)/[Е0 • exP(-^ • m) • m] Еп
(2)
где 0 - спектральная солнечная постоянная, Т -оптическая толща атмосферы, т - атмосферная масса в направлении на Солнце [1].
С тех пор вопрос об определении д по экспериментальным величинам / (<Р) (или соответственно
в(р))
неоднократно рассматривался в литературе [3-5]. Главная трудность здесь состоит в том, что в видимой облас-
/■
ти спектра для нисходящего излучения компонента •> я обычно вносит малый вклад в / (<Р)
, особенно при отсутствии снегового покрова. Поэтому возможности решения задачи видятся в оптимизации ее начальных условий: соответствующем выборе местности с существенной величиной ^ зенитного угла Солнца 20 (или атмосферной массы т), диапазона углов рассеяния ф,,
длины волны X, а также минимальной мутности атмосферы. Если говорить о летних условиях, то весьма существенные значения альбедо подстилающей поверхности в видимой области спектра отмечены в некоторых аридных зонах земного шара, на территориях, покрытых светлыми песками [3-4]. Для пустынь имеется обширный наблюдательный материал по оптическим толщам атмосферы и яркости дневного неба, представленный в таблицах ЛЕЯОМЕТ [6].
ЛЕЯОМЕТ (автоматическая сеть наблюдений за аэрозолем) включает более ста одинаковых солнечно- и небесно-сканирующих наземных автоматических радиометров, распространенных по всему миру. В некоторых местах имеются наблюдения оптических свойств аэрозоля за последние 13 лет. Проводимые процедуры стандартизации по обслуживанию приборов, калибровки, «очищению» измерений от облаков и обработке данных, предусматривают количественное сравнение данных об аэрозоле, полученных в различное время и разных местах [7-8]. Таким образом, вследствие огромной статистики наблюдений и доступности в глобальной сети ЮТЕКМЕТ, данные в таблицах ЛЕЯОМЕТ по оптическим параметрам были использованы в настоящей работе.
2. Экспериментальные данные
Главной причиной использования исходных экспериментальных данных для пунктов, расположенных в Австралии, на Аравийском полуострове и на юге США явилось то, что если из рассмотрения исключить случаи пустынных бурь, то аэрозольные оптические толщи Та здесь часто не превышают значения 0,05. Принимая во внимание, что абсолютная погрешность определения оптической толщи Ат на фотометрах С1МЕЬ, которые эксплуатируются в сети ЛЕЯОМЕТ, составляет менее 0,01 на длинах волн X > 0,440мкм [8], следует констатировать, что над пустынями могут иметь место случаи почти молекулярного рассеяния света, которое хорошо изучено. Случаи самой высокой прозрачности воздуха отмечали именно в пустыне еще Е.В. Пясковская-Фесенкова [1] и К.Ь. СоиЬоп [9].
Таблица 1
Характеристики пунктов наблюдений
Страна Пункт Высота, m Молекулярная толща Альбедо q
Х=440нм Х=675нм Х=440нм Х=675нм
Австралия Lake Argyle 150 0,235 0,042 0,06 0,11
Австралия Tinga Tingana 38 0,238 0,043 0,12 0,36
Аризона, США Tombstone 1408 0,204 0,037 0,06 0,16
Аризона, США Tucson 779 0,219 0,040 0,07 0,20
Мехико, США Los Alamos 2350 0,183 0,033 0,04 0,10
Мехико, США Sevilleta 1477 0,202 0,036 0,08 0,20
Сауд. Аравия Solar Village 650 0,222 0,040 0,13 0,37
На сайте АЕЯОКЕТ представлены карты расположения пунктов наблюдений с их рельефом и удаленностью от морей и океанов. Для каждого из них даны таблицы измерений яркости неба в альмукантарате и вертикале Солнца, аэрозольной оптической толщи, зенитного угла Солнца, альбедо и т.д. в четырех длинах волн [6]. В нашей работе конкретные пункты выбирались в отдаленности от растительности и водной поверхности, чтобы рассмотреть только интересующие нас аридные зоны. Были отобраны: в Австралии и на Аравийском полуострове по 3 пункта, на юге США - 12 пунктов. Рассмотрены данные за 20002006 годы.
Не во всех местах наблюдений количество данных оказалось достаточным для решения поставленной за-
дачи. Были выбраны 7 пунктов, представленных в таблице
1, с большой статистикой данных (не менее 30 при та < 0,05), их высота над уровнем моря, значения молекулярных оптических толщ и средние значения альбедо местности в двух длинах волн [6]. Альбедо в сети ЛЕЯОМЕТ определяется в предположении Ламбертовой (ортотропной) поверхности путем интегрирования двунаправленной отражательной способности, полученной с помощью самолетных измерений [10]. Относительная погрешность полученного значения альбедо составляет 30-50% независимо от длины волны [8].
3. Теоретические расчеты
В настоящей работе рассчитано альбедо на основе данных ЛЕЯОМЕТ по яркости неба в альмукантарате Солнца, аэрозольной оптической толщи рассеяния, зенитного угла
Солнца, молекулярной оптической толщи. В этих целях решалось уравнение переноса лучистой энергии в атмосфере методом Монте-Карло. Соответствующие алгоритмы и программное обеспечение [11] были любезно предоставлены в наше распоряжение Т.Б. Журавлевой. Точность расчетов обеспечивалась статистикой «блуждающих» в атмосфере квантов, т.е. по сути - временем счета, в той мере, чтобы относительная погрешность 4Г (?)
была не больше 0,15% для всех углов рассеяния ф. Последние связаны с азимутами Т, отсчитываемыми от плоскости солнечного
вертикала, известным соотношением:
cos? = cos2 Z0 + sin2 Z0 cos ¥
(3)
f (<p)
Вычисления ^ выполнялись для комбинации из двух типов аэрозольных индикатрис рассеяния, соответствующих наличию в атмосфере субмикронных и крупнодисперсных сферических частиц в форме нормальных логарифмических распределений по размерам. Показатель преломления принимался равным
1,5 с нулевым коэффициентом при мнимой части.
4. Определение альбедо
Сначала проводился отбор измерений найденных в сети АЕЯОКЕТ. Для данных яркости неба в альмукантарате и вертикале Солнца сделана дополнительная селекция по исключению облачных ситуаций, необходимость которой показана в работах [12-13]. Ясными считались случаи, которые прошли селекцию и для альмукантарата, и для вертикала Солнца. В результате осталось 13% численных данных по яркости неба. В 7 рассмотренных пунктах после селекции оказалось 2737 серий измерений (^ = 440нм - 900, X = 675нм - 1837).
С помощью программного обеспечения [11] вычислялась яркость дневного неба с учетом многократного рассеяния и отражения света от подстилающей поверхности при заданных оптических параметрах, которые соответствуют отобранным дням наблюдений. Аэрозольное поглощение не учитывалось, соответственно альбедо однократного рассеяния частиц принималось равным 1. Рассчитанные яркости
B (?)
рассч. \т /
переведены в
2
B(q>)
в единицах
МкВт /(СМ ■ ср • НМ) с уЧетом спектральной солнечной освещенности и расстояния от Земли до Солнца для определенного дня и месяца года по формуле:
B(?) = Bр_.(?) • Е0 • (-)2
где
B(9)
BPacAP)
соответственно наблюдаемая и рассчи-Е
тайная яркости, 0 - спектральная солнечная посто-
янная, г0 - среднее расстояние от Земли до Солнца, г -расстояние от Земли до Солнца в определенный день месяца [14].
Так как яркость неба в сети ЛЕЯОМЕТ приведена в зависимости от целочисленного азимутального угла, а на выходе расчетной программы [11] яркость представлена как функция целого значения угла рассеяния, то для нахождения альбедо и анализа сравнения рассчитанной и наблюдаемой яркости азимуты переведены в углы рассеяния по формуле (3). А также, яркость
неба из сети ЛЕЯОМЕТ
В(Т )
с помощью аппроксимации кубическими сплайнами переведена в зависимость
в(ф) .
При этом были использованы средние значения яркости
В(Т) = (В(-Т) + В(Т))/2 для симметричных азимутальных углов, т.к. фотометр С1МЕЬ совершает измерения яркости по обе стороны от солнечного вертикала в азимутах Т и -Т [7]. Относительная погрешность измерений яркости неба на фотометрах С1МЕЬ составляет 5% [8].
Как известно, яркость неба линейно зависит от альбедо поверхности [2]. Тогда, зная наблюдаемую яркость неба и рассчитав яркость при тех же оптических параметрах измерения для двух значений альбедо, с помощью уравнения прямой находим величину альбедо для данного измерения:
(Вя ~ Вя1) Я2 ~ Я
В - В) я - Я1 , (4)
q =
В В
где Я1 и Я2 - рассчитанные яркости при заданных
В
альбедо q1 и q2; я - наблюдаемая яркость.
По формуле (4) альбедо подстилающей поверхности
_ В
можно наити, используя величины я для различных углов рассеяния. Поскольку нас в основном интересуют углы ф, где вклад аэрозольного однократного рассеяния в яркость неба незначителен, проанализируем данные расчетов для углов 50° < ф < 1300. Вклад аэрозольного рассеяния в яркость при фиксированной форме аэрозольной индикатрисы рассеяния зависит от длины волны, аэрозольной оптической толщи и угла рассеяния. С увеличением та от 0,01 до 0,05, вклад аэрозоля увеличивается в * 4 раза для X = 440нм ив * 2,5 раза для X = 675нм.
5. Анализ результатов и сравнение с данными сети AERONET
При вычислении альбедо, используя рассчитанную и наблюдаемую яркость, для некоторых измерений получены невозможные в природе значения альбедо: в частности для ПК области спектра (здесь не рассматривается) альбедо больше единицы и отрицательные величины в видимой области для некоторых углов.
Случаи отрицательных, но близких к нулю, значений альбедо в синей области спектра, могут встречаться на любых углах рассеяния из рассматриваемого диапазона. Не исключено, что это связано с систематической ошибкой измерений яркости неба. В красной области спектра отрицательные величины альбедо получаются существенно реже и в большинстве случаев на углах ф = 50 и ф = 60 . Это можно объяснить тем, что на данных углах может все-таки сказываться влияние аэрозоля, т.к. молекулярная оптическая толща для X = 675нм порядка 0,04, что сравнимо с рассматриваемой аэрозольной толщей (та < 0,05).
Для каждого из семи пунктов наблюдений в диапазоне углов 50 < ф < 130 и для аэрозольной оптической толщи <
0,05, что соответствует высокой прозрачности атмосферы, найдены средние значения альбедо. Благодаря большой статистике данных измерений среднеквадратические отклонения для каждого пункта близки к 0. Сравнения найденных величин со средними значениями прямых наблюдений представлены на рис.1.
Г
0
Из рис.1 можно видеть, что осредненные значения альбедо близки к величинам, определяемым из прямых наблюдений. Полученное уравнение регрессии:
ярассч. ~ 0,0006 + 1,01 я имеет коэффициент корреляции 0,915. Среднеквадратическое отклонение - 5%. Отличия в значениях альбедо ярассч. и я , скорее всего, объясняются систематическими погрешностями в определении яркости и аэрозольной оптической толщи на фотометрах С1МЕЬ.
Таким образом, данный способ оценки альбедо из измерений яркости неба может быть использован при восстановлении средних значений альбедо для разных типов подстилающей поверхности.
Выражаю благодарность научному руководителю д.ф.-м.н. профессору В.Е. Павлову за помощь в исследовании и профессору B. Holben за возможность использования данных AERONET.
Библиографический список
1. Пясковская-Фесенкова, Е. В. Исследование рассеяния света в земной атмосфере. - М.: Изд. АН СССР, 1957. - 219 с.
2. Лившиц, Г. Ш. Рассеяние света в атмосфере. Часть 1. - Алма-Ата: Наука, 1965. - 177 с.
3. Альбедо и угловые характеристики отражения подстилающей поверхности и облаков / под ред. К. Я. Кондратьева - Л. : Гид-рометеоиздат, 1981. - 231 с.
4. Liang, S. Retrieval of land surface albedo from Satellite Observations: a simulation study // S. Liang , A.H. Strahler, C. Walthall, J. Appl. Meteor. - 1999. - 38. - P. 712-725.
5. Лагутин, А. А. и др. Восстановление характеристик подстилающей поверхности Сибирского региона по данным спектрора-диометра MODIS // Вычислительные технологии. - 2006. - Т. 11. Часть 1. - С. 61-71.
6. Aerosol Robotic Network (AERONET), http://aeronet.gsfc.nasa.gov.
7. Holben, B. N., et al. AERONET - A federated instrument network and data archive for aerosol characterization // Remote Sens. Environ. - 1998. - 66. - P. 1-16.
8. Dubovik, O. Accuracy assessments of aerosol optical properties retrieved from Aerosol Robotic Network (AERONET) Sun- and sky-radiance measurements / O. Dubovik, A. Smirnov, B.N. Holben, M.D. King, Y.J. Kaufman, T.F. Eck, I. Slutsker // J. Geophys. Res. - 2000. - 105. - P. 9791-9806.
9. Coulson, K.L., Effect of surface reflection on the angular and spectral distribution of skylight // J. Atmos. Sci. - 1968. - 25. - P. 759770.
10. Soulen, P. F. Airborne spectral measurements of surface-atmosphere anisotropy during the SCAR-A, Kuwait oil fire, and TARFOX experiments / P.F. Soulen, M.D. King, S. Tsay, T.G. Arnold, and J.Y. Li // J. Geophys. Res. - 2000. - 105. - P. 10203-10218.
11. Журавлева, Т. Б. Численное моделирование угловой структуры яркости неба вблизи горизонта при наблюдении с Земли. Часть 1. Аэрозольная атмосфера / Т.Б. Журавлева, И.М. Насретдинов, С.М. Сакерин // Оптика атмосферы и океана. - 2003. - Т. 16. № 5-6. - С. 537-545.
12. Матющенко, Ю. Я. О селекции данных AERONET. Часть 1: обоснования методик / Ю. Я. Матющенко, В. К. Ошлаков, В.Е. Павлов // Оптика атмосферы и океана. - 2006. - Т. 19. № 4. - С. 271-277.
13. Павлов, В. Е. О селекции данных AERONET. Часть 2: метод коррекции ореолов / В. Е. Павлов, Ю. Я. Матющенко, В. К. Ошла-
ков // Оптика атмосферы и океана. - 2007. - Т. 21. - № 2. - С. 188-194.
14. Макарова, Е. А. Поток солнечного излучения / Е. А. Макарова, А. В. Харитонов, Т. В. Казачевская - М.: Наука, 1991. - 400 с.
Материал поступил в редакцию 5. 09. 2007.
УДК 630*431:550.348
С.Ю. Кречетова, Н.А. Кочеева
К ВОПРОСУ О СВЯЗИ ЛЕСНЫХ ПОЖАРОВ, ВОЗНИКШИХ ОТ ГРОЗ, С ЧУЙСКИМ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЕМ' 2003 ГОДА
Рассматривается факт возникновения в 2003 году лесных пожаров от гроз вблизи Чарышско-Теректинского разлома в период сейсмического затишья перед главным толчком Алтайского (Чуйского) землетрясения (27 сентября 2003 года). В южной части данного разлома был эпицентр Алтайского (Чуйского) землетрясения. Сделано предположение, что возникновение лесных пожаров от гроз вдоль Чарышско-Теректинского разлома свидетельствует об электромагнитной разгрузке сейсмически напряженной зоны в подготовительный период перед землетрясением.
Рис. 1. Связь величины рассчитанного альбедо ярассч. и альбедо, по данным ЛЕЯОМЕТ для разных пунктов наблюдений в двух длинах волн: X = 440нм (закрашенные фигуры), X = 675нм (не закрашенные фигу-
