CC BY
30
ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН _2017, том 60, №5-6_
ФИЗИКА
УДК 551.5; 535.23; 535.243; 528.7; 519.6
С.Ф.Абдуллаев, В.А.Маслов, Б.И.Назаров, Р.А.Кариева, A.M.Джураев
ВАРИАЦИИ СОДЕРЖАНИЯ ПАРНИКОВЫХ ГАЗОВ В АТМОСФЕРЕ
ПО ДАННЫМ AERONET
Физико-технический институт им. С.У.Умарова АН Республики Таджикистан.
(Представлено членом-корреспондентом АН Республики Таджикистан ХХ.Муминовыт 04.04.2017 г.)
В статье приведены результаты анализа статистических закономерностей (среднемесячные, среднесезонные и суточные вариации) изменения общего содержания озона, окиси азота и водяного пара в атмосфере, которые получены при измерениях на станции AERONET. Показано, что динамика исследуемых парниковых газов сильно зависит от условий их генерации и стока, в том числе от метеорологических и антропогенных факторов
А_ •
Ключевые слова: АЭРОНЕТ, водяной пар, окись азота, озон, пылевая.
¿3 ^
Парниковые газы - это второй по важности фактор после облачности, определяющий метеорологические параметры атмосферы и климат. Анализ данных по содержанию после облачности в атмосфере водяного пара (ОВС), окиси азота (ОСА) и озона (ОСО), полученных при измерениях
цию о межгодовой динамике этих параметро
AERONET, дает важную информацию о межгодовой динамике этих параметров и влияющих на неё факторов. Статистическая обработка измеряемых параметров позволяет проследить сезонные и меж-
годовые закономерности их изменения, прямо или непосредственно связанные с климатическими изменениями.
Измерения поводились в пригороде г.Душанбе с июля 2010 г. по декабрь 2016 г. Большое количество солнечных дней (в ходе работы обработано 54546 серий измерений) делает приведенные результаты весьма представительной базой данных.
Межгодовой ход содержания парниковых газов
Ход среднегодовых значений ОВС, ОСО и ОСА (рис.1) имеет один и тот же вид - два максимума в 2012 и в 2015 году и минимум в 2014 году. Такое сходство определяется, видимо, какими-то глобальными атмосферными факторами. Это, прежде всего, верно для озона, ввиду преобладающего вклада стратосферного озонового слоя в ОСО.
Однако ход среднемесячных значений этих парниковых газов совершенно отличен (рис.2). Если зависимость ОСО имеет почти синусоидальный характер с узким максимумом в феврале - марте и широким минимумом в июле-октябре, то ход ОСА и ОВС имеет широкий максимум в мае-августе и узкий минимум в декабре-январе. Это свидетельствует не только о различных механизмах генерации и стока газов, но и о различном влиянии на них метеорологических условий.
Адрес для корреспонденции: Абдуллаев Сабур Фузайлович 734063, Республика Таджикистан, г. Душанбе, ул. Айни, 299/1, Физико-технический институт АНРТ. E-mail: [email protected]
305 т 03 [ДВ]
201') 2011 2011 2013 2014 2015 201«
L .6 ' 1.4 ¡.2
0 6 0.4
о.:
30' О 3011
301;
2 301» 3014 3015 20'5
\
ntí ipil ян ми 1314 »15 Л16
Рис.1. Среднегодовые значения содержания парниковых газов i
ов и темпе]
пературы.
V VI VII VIII IX X XI XII
Среднемесячное содержание парниковых газов.
Ещё более наглядным оказывается сопоставление сезонного хода ОСО и ОСА. Оно показывает (рис.3), что в летнее время эти параметры слабо реагируют на межгодовое изменение метеорологических условий. Несмотря на то, что летом ОСА наибольшее, а ОСО находится где-то на нижнем
уровне, их изменение происходит почти синхронно (коэффициент корреляции г=0.89). Это скорее всего связано с тем, что для этого времени года характерно высокое влагосодержание воздуха и отсутствие или незначительное количество дождей. Водяной пар, как правило, не конденсируется и водяные капли не могут служить стоками для озона.
Рис.3. Среднесезонное о
АЛ
е парниковых г;
ов.
Ещё более высокий уровень корреляции (г=0.98) имеют зависимости зимних значений ОСО и ОСА, причем значения ОСА - минимальны, а ОСО - близки к максимальным.
Соответственно наблюдается такой же ровный ход межгодовой зависимости для осеннего ОСО, исключая менее влажную осень 2010 года. А вот для генерации окислов азота эти условия (высокая температура и наличие большого количества водяного пара) оказываются очень благоприят-
происходят в подоблачном слое атмосферы и имеют антропогенное овное влияние на сезонное изменение ОСО дают процессы в стратосферном озоновом слое [1]. параметров.
Суточная динамика парниковых газов
и сравнении изменений ОСО и ОСА в кратковременно дневном масштабе наиболее интересным оказывается поведение этих параметров при различной степени запыленности атмосферы. Правда низкая прозрачность атмосферы (высокая АОТ) создает сложности, поскольку измерения на станции AERONET невозможны при АОТ выше 4.7 (прибор «не видит» Солнце) и на измеряемых зависимостях появляются разрывы.
енно разный характер межгодового изменения сезонных
г= -0.99
289.7 тОЗ[ДЕ]
289.6 -РОСССОСОО^
289.5 - -289.4 • -
289.3 --<т>=3.7 289.2 - ■ 289.1
289 - -288.9 -■
288.8 -288.7 IИII11ИIIII111НIIИИШ111IIIIIIIII
Ш2[ДЕЬ- 0.14502 -- 0.14501 -- 0.145 <х>=2.7 ..
-- 0.14497 -- 0.14496
288.22 2X8.2 -р 288.18 -■ 288.16 -288.14 -- <т>=0.154
ннииишишши
«Г> чО Г-- ЭС
15.07.201
V --0П439{Ц \
С.
0.143Ж»
1111111ЩЦ||1111ИИ
■л о -с с >
С! Я ^Ч^ 3 г. Т. Т. \
— ГУ«Г| ^ ¿Л о г« /
20,07.2016 ~ 7
никовых г
ной ход содержания парни
азов
__________________________________________фоновой запыленности воздуха положительна, то при высокой запыленности (высоких значениях АОТ) она становится отрицательной,
Если корреляция содержа причем коэффициент коррел
к единице. Высота запыленного слоя не
зляции в обоих случаях
превышает 5 километров, поэтому указанное различие связано с процессами именно в приземном слое атмосферы. В то же время на ходе ОСО слабо сказываются весьма сильные изменения приземного содержания озона [1]. Это означает, что основная часть изменения ОСО в пылевом облаке связана с процессами выше приземного температурного инверсионного слоя, где происходит быстрое осаждение аэрозоля за счет эффектов двойной диффузии [2], которые и объясняют часть резких изменений ПСО в течение дня.
Наблюдаемая корреляция ОСО и ОСА позволяет предположить механизм этого явления. Поскольку содержание окислов азота в запыленном воздухе увеличивается, а не уменьшается, то это может быть связано с тремя причинами: а) увеличенная площадь поверхности частиц может служить катализатором образования окислов; б) более высокое содержание водяного пара в запыленном воздухе влияет на генерацию окислов азота; в) понижение температуры воздуха и интенсивности солнечного излучения препятствуют распаду молекул окислов.
20.07.2016г
Рис.5. Типичный ход ОВС при пылевой мгле (а) и пылевой дымке I
Вариации содержания водяного пара за явлений конденсации и испарения очень сильно зависят намических параметров, а также от их градиентов. Поэтому дневн уникальным, меняется каждый день и связан с динамикой параметр
слое атмосферы и из-осферы и её термоди-агосодержания является сферы [3]. Установленные
етров
закономерности позволяют выделить характерный ход для различной запыленности воздуха. Приведенный на рис.5 ход влагосодержания при пылевой мгле, пылевой дымке и при чистой атмосфере
иллюстрирует эту закономе
Полученные резу
госодержания при пылевой мгле, пылев мерность.
©Заключение показывают, что динамика изучае
но различается. Причина различия состоит в том, что ров нижней тропосферы, которые влияют на
изучаемых парниковых газов существен-ержание водяного пара зависит от парамет-у через процессы испарения и конденсации. Содержание же озона и окиси азота изменяется гораздо медленнее из-за значительного их содержания в более высоких слоях атмосферы и из-за иной природы генерации и стока. Возможны также некоторые корреляции динамики ОСО и ОСА с изменениями ОВС.
Наблюдается обратная корреляция межгодового хода ОСО и ОСА со среднегодовой температурой: низкая среднегодовая температура воздуха соответствует высоким значениям ОСО и ОСА. Зависимости ОСА и ОСВ имеют максимум в летнее время и минимум зимой, а ОСО максимально весной и минимально осенью. Ход ОСО осенью, а ОСА летом меняется слабо. В другие сезоны для всех газов наблюдается значимые вариации.
При пылевых вторжениях (т =2.7-3.7) между ОСО и ОСА наблюдается обратная корреляция (г=-0.99), тогда как при ясной погоде (т =0.153) имеет место высокая положительная корреляция (г=0.99). Так как высота пылевого слоя не превышает 5 км, то указанное различие, по-видимому, связано с процессами в нижней тропосфере.
Минимальное значение изменения ОСО (280 Добсоновских единиц) находится выше критической точки так называемой «озоновой дыры» (значения ОСО около 220 ДЕ).
Исследования проведены при финансовой поддержке Международного научно-технического центра (проект Т-2076).
Поступило 10.04.2017 г.
ЛИТЕРАТУРА
1. Абдуллаев С.Ф., Маслов В.А., Назаров Б.И. Изменение содержания озона в приземном слое атмосферы аридной и высокогорной зоны Таджикистана.-Семинар - совещание «Проблемы монито-
ш озона в
ринга приземного (тропосферного) озона и нейтрализации его влияния» Таруса 6-8 июня http ://www. ioa-rhm s. ru/oom/.
2. Абдуллаев С.Ф., Маслов В.А., Назаров Б.И. Изменчивость содержания приземного озона с запыленностью воздуха. - Проблема тропосферного озона Труды Института общей физики им. А.М.Прохорова РАН./ Отв. ред. Е.В.Степанов. - М., 2015, т.71, с.162-173.
3. Маслов В.А., Назаров Б.И., Абдуллаев С.Ф. Наблюдение эффекта быстрого осаждения аэрозолей по данным AERONET. - Мат-лы X Междунар. конф. «Естественные и антропогенные аэрозоли» СПГУАП, РГО, посвящ. 80-летию проф. Л.С.Ивлева, 21 - 25 мая 2016 г. - СПб., с.28-30.
ждунар. конф. «Естественные и антропс Л.С.Ивлева, 21 - 25 мая 2016 г. - СПб.,
V ^^¿^г
», Б.И.Назаров, Р.А.^ориева, А.М.Ч,ур
С.Ф.Абдуллоев, В.А.Маслов, Б.И.Назаров, Р.А.^ориева, А.М.Ч,ураев
ТАГЙИРЁБИИ ГАЗХ,ОИ ГАРМХОНАГЙ ДАР АТМОСФЕРА АЗ РУИ
МАЪЛУМОТ^ОИ AERONET
Институти физикаю техникаи ба номи С.У. Умарови Академияи илм^ои Цумхурии Тоцикистон
Дар маколаи мазкур натичахои тахлили омории конуниятхои (миёнаи хармоха, мавсимй ва шабонарузй) тагйироти умумии озон, оксиди нитроген ва буги об дар атмосфера, ки хангоми андозагири дар истгохи AERONET ба даст оварда шудааст, пешниход гардидааст. Тадкикоти раванди газхои гармхонагй ба шароити пайдоиш ва гардиши онхо, аз чумла, аз омилхои обу хаво ва инсонй вобаста аст.
Калима^ои калидй: AERONET, буги об, оксиди нитроген, озон, губори хоки.
ди нитр ди нитр
S.F.Abdullaev, V.A.Maslov, B.I.N
RIANTS OF GREENHOUSE GA! ________b
azarov, R.A.Karieva, A.M.Djuraev
GAS CONTENT IN THE ATMOSPHERE
YAERONET DATA
7. Umarov Physical-Technical Institute, Academy of Sciences of the Republic of Tajikistan
The article presents the results of analysis of statistical regularities (mean monthly, average seasonal and diurnal variations) of the changes in the total ozone, nitrogen oxide and water vapor in the atmosphere, which were obtained during measurements at the AERONET station. It is shown that the dynamics of the investigated greenhouse gases strongly depends on the conditions of their generation and runoff, including from meteorological and anthropogenic factors. Key words: AERONET, water vapor, nitric oxide, ozone, dust haze.
