Izvestiya, Atmospheric and Oceanic PhysicsIzvestiya, Atmospheric and Oceanic PhysicsИзвестия РАН. Физика атмосферы и океана0002-35153034-6487The Russian Academy of Sciences68174710.31857/S0002351524060071HUTNLNArticlesСтатьиResearch ArticleAerosol time variations at middle atmosphere over Obninsk from data of lidar measurementsВременные вариации аэрозольного содержания средней атмосферы по данным лидарных измерений в г. ОбнинскKorshunovV. A.КоршуновВ. А.
Russian Federation
korshunov@rpatyphoon.ruResearch and Production Association “Typhoon”Научно-производственное объединение «Тайфун»,ru03122024202460695996731052025Received:31052025Published:03122024Copyright ©; 2024, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2024, Российская академия наук2024Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0https://journals.eco-vector.com/0002-3515/article/view/681747

Results of lidar observations of middle atmosphere aerosol at 13–65 km altitude range over Obninsk city (55.1° N. 36.6° E) in 2014–2023 are presented. Season and yearly variations of aerosol are considered in dependence on layer altitude. Volcano eruptions mainly influence on yearly aerosol variations at lower 13–18 km layer. The role of photochemical processes increases at 24–30 km layer – summer maximum arises in season variations and yearly variations are observed in phase with the level of solar activity. At 45–65 km range aerosol origin is meteor one. Season variations change to inverse type – winter maximum and summer minimum arise. Yearly variations are observed in antiphase to the level of solar activity. The role of variety of factors influencing aerosol formation and conversion at 45–65 km layer is discussed.

Представлены результаты лидарных наблюдений аэрозоля средней атмосферы в интервале высот от 13 до 65 км над г. Обнинск (55.1º с.ш., 36.6º в.д.) с 2014 по 2023 г. Рассмотрены сезонные и межгодовые вариации аэрозоля в зависимости от высоты слоя. В нижнем слое 13–24 км основное влияние на межгодовые вариации аэрозоля оказывают вулканические извержения. В слое 24–40 км возрастает роль фотохимических процессов – в сезонном ходе аэрозоля образуется летний максимум, а межгодовые изменения происходят в фазе с уровнем солнечной активности. В интервале высот 45–65 км аэрозоль имеет метеорное происхождение. Сезонный ход меняется на обратный – образуется зимний максимум и летний минимум. Межгодовые изменения происходят в противофазе с солнечной активностью. Обсуждается роль различных факторов, влияющих на образование и трансформацию аэрозоля в слое 45–65 км.

stratospheric aerosollidaraerosol variationssolar activitymeteor aerosolстратосферный аэрозольлидарвариации аэрозолясолнечная активностьметеорный аэрозольФедеральная служба по гидрометеорологии и мониторингу окружающей средыFederal Service for Hydrometeorology and Environmental MonitoringГребенников В.С., Зубачев Д.С., Коршунов В.А., Сахибгареев Д.Г., Черных И.А. Наблюдения стратосферного аэрозоля на лидарных станциях Росгидромета после извержения вулкана Райкоке в июне 2019 года // Оптика атмосферы и океана. 2020. Т. 33. № 4. С. 272–276.Иванов В.Н., Зубачев Д.С., Коршунов В.А., Сахибгареев Д.Г. Сетевой лидар АК-3 для зондирования средней атмосферы: устройство, методы измерений, результаты // Труды ГГО. 2020. Вып. 598. С. 155–187.Иванов В.Н., Гребенников В.С., Коршунов В.А., Сахибгареев Д.Г. Наблюдения страто-сферного аэрозоля на лидарных станциях Росгидромета в 2022 г. после извержения подводного вулкана Хунга–Тонга в январе 2022 г. // Оптика атмосферы и океана. 2023. Т. 36. № 05. С. 366–370. DOI: 10.15372/AOO20230505.Коршунов В.А., Зубачев Д.С., Мерзляков Е.Г., Jacobi Ch. Результаты определения аэрозольных характеристик средней атмосферы методом двухволнового лидарного зондирования и их сопоставление с измерениями метеорного радиоэхо // Оптика атмосферы и океана. 2014. Т. 27. № 10. C. 862–868.Коршунов В.А., Зубачев Д.С. Характеристики стратосферного аэрозоля по данным лидарных измерений над г. Обнинск в 2012–2015 гг. // Оптика атмосферы и океана. 2016. Т. 29. № 12. С. 1034–1042.Коршунов В.А., Мерзляков Е.Г., Юдаков А.А. Наблюдения метеорного аэрозоля в верхней стратосфере-нижней мезосфере методом двухволнового лидарного зондирования. // Оптика атмосферы и океана. 2018. Т. 31. № 10. С. 805–814.Коршунов В.А., Зубачев Д.С. Увеличение аэрозольного обратного рассеяния в нижней мезосфере в 2019–2021 гг. и его влияние на измерения температуры рэлеевскимметодом // Оптика атмосферы и океана. 2022. Т. 35. № 1. С. 32-36. DOI: 10.15372/AOO20220105.Криволуцкий А.А., Вьюшкова Т.Ю., Банин М.В. Глобальная трехмерная численная фотохимическая модель CHARM. Москва. ГЕОС. 2021 – 135 с.Лукьянова Р.Ю. Cтратосферный аэрозоль над регионом Казахстана по данным спутника Suomi NPP // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2023. Т. 20. № 2. С. 229–237.Маричев В.Н., Бочковский Д.А., Бычков В.В. Лидарные исследования динамики вертикально-временной структуры стратосферного аэрозоля над Томском в 2016–19 гг // Вест-ник КРАУНЦ. Физ.-мат. науки. 2020. Т. 33. № 4. C. 224–230. DOI: 10.26117/2079-6641-2020-33-4-224-230.Черемисин А.А., Новиков П.В., Шнипов И.С., Бычков В.В., Шевцов Б.М. Лидарные наблюдения и механизм формирования структуры аэрозольных слоев в стратосфере и мезосфере над Камчаткой // Геомагнетизм и аэрономия. 2012. Т. 52. № 5. С. 690–700.Черемисин А.А., Маричев В.Н., Бочковский Д.А., Новиков П.В., Романченко И.И. Стратосферный аэрозоль сибирских лесных пожаров по данным лидарных наблюдений в Томске в августе 2019 г. // Оптика атмосферы и океана. 2021. Т. 34. № 11. С. 898–905. DOI: 10.15372/AOO20211110.Bardeen C.G., Toon O.B., Jensen E.J., Marsh D.R., Harvey V.L. Numerical simulations of the three-dimensional distribution of meteoric dust in the mesosphere and upper stratosphere // J. Geophys. Res. 2008. V. 113. D17202, doi:10.1029/2007JD009515.Carrillo-Sánchez J.D., Gómez-Martín J.C., Bones D.L., Nesvorný D., Pokorný P., Benna M., Flynn G.J., Plane J.M.C. Cosmic dust fluxes in the atmospheres of Earth, Mars, and Venus // Icarus. 2020. V. 335. P. 113395.Cheremisin A.A. Photophoresis of aerosol particles with nonuniform gas–surface accommodation in the free molecular regime // J. Aerosol Sci. 2019. V. 136. P. 15–35.English J.M., Toon O.B., Mills M.J., Yu F. Microphysical simulations of new particle formation in the upper troposphere and lower stratosphere // Atmos. Chem. Phys. 2011. V. 11. P. 9303–9322. doi:10.5194/acp-11-9303-2011.Frankland V.L., James A.D., Feng W., Plane J.M.C. The uptake of HNO3 on meteoric smoke analogues // Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics. 2015. V. 127. P. 150–160.Genge M.J. Micrometeorites and their implications for meteors // Earth Moon Planets. 2008. V. 102(1–4). P. 525–535. doi:10.1007/s11038-007-9185-z.Gryazin V.I., Beresnev S.A. Influence of vertical wind on stratospheric aerosol transport // Meteorol. Atmos. Phys. 2011. P. 110:151–162. DOI 10.1007/s00703-010-011.Haarig M., Ansmann A., Baars H., Jimenez C., Veselovskii I., Engelmann R., Althausen D. De-polarization and lidar ratios at 355, 532, and 1064 nm and microphysical properties of aged tropospheric and stratospheric Canadian wildfire smoke // Atmos. Chem. Phys. 2018. V. 18, P. 11847–11861. doi.org/10.5194/acp-18-11847-2018.Harrison R.G., Carslaw K.S. Ion-aerosol-cloud processes in the lower atmosphere // Reviews of Geophysics. 2003. V. 41, N. 3. P. 1012 2003. doi:10.1029/2002RG000114.Hervig M.E., Brooke J.S.A., Feng W., Bardeen C.G., Plane J.M.C. Constraints on meteoric smoke composition and meteoric influx using SOFIE observations with models // Journal of Geophysical Research: Atmospheres. 2017. V. 122. P. 13, 495–13, 505. https://doi.org/10.1002/2017JD02765.Hervig M.E., Plane J.M.C., Siskind D.E., Feng W., Bardeen C.G., Bailey S.M. New global meteoric smoke observations from SOFIE: Insight regarding chemical composition, meteoric influx, and hemispheric asymmetry // Journal of Geophysical Research: Atmospheres. 2021. V. 126. e2021JD035007. https://doi.org/10.1029/2021JD035007.Hervig M.E., Malaspina D., Sterken V., Wilson III L.B., Hunziker S., Bailey S.M. Decadal and annual variations in meteoric flux from Ulysses, Wind, and SOFIE observations //Journal of Geophysical Research: Space Physics. 2022. V. 127. e2022JA030749. https://doi.org/10.1029/2022JA030749.Hu Q., Goloub P., Veselovskii I., Bravo-Aranda J-A., Popovici I.E., Podvin T., Haeffelin M., Lopatin A., Dubovik O., Pietras C., Huang X., Torres B., Chen C. Long-range-transported Ca-nadian smoke plumes in the lower stratosphere over northern France // Atmos. Chem. Phys. 2019. V. 19, P. 1173–1193. doi.org/10.5194/acp-19-1173-2019.James A.D., Moon D.R., Feng W., Lakey P.S.J., Frankland V.L., Heard D.E., Plane J.M.C. The uptake of HO2 on meteoric smoke analogues // J. Geophys. Res. Atmos. 2017. V. 122. P. 554–565. doi:10.1002/2016JD025882.Khaykin S.M., Godin-Beekmann S., Keckhut P., Hauchecorne A., Jumelet J., Vernier J-P., Bourassa A., Degenstein D.A., Rieger L.A., Bingen C., Vanhellemont F., Robert C., DeLand M., P.K., Bhartia P.K. Variability and evolution of the midlatitude stratospheric aerosol budget from 22 years of ground-based lidar and satellite observations // Atmos. Chem. Phys. 2017. V. 17, P. 1829–1845. www.atmos-chem-phys.net/17/1829/2017// doi:10.5194/acp-17-1829-2017.Nesvorný D., Janches D., Vokrouhlický D., Pokorný P., Bottke W.F., Jenniskens P. Dynamical model for the zodiacal cloud and sporadic meteors // Astrophys. J. 2011. V. 743. P. 129–144. doi.org/10.1088/0004-637X/743/2/129.Plane J.M.C., Gumbel J., Kalogerakis K.S., Marsh D.R., von Savigny C. Opinion: Recent devel-opments and future directions in studying the chemistry of the mesosphere and lower thermo-sphere // Egusphere. Preprint depository. 2023. https://doi.org/10.5194/ egusphere-2023-680Rietmeijer F.J.M. Interrelationships among meteoric metals, meteors, interplanetary dust, mi-crometeorites, and meteorites // Meteoritics and Planetary Science. 2000. V. 35, Iss. 5. P. 1025–1041.Saunders R.W., Dhomse S., Tian W.S., Chipperfield M.P., Plane J.M.C. Interactions of meteoric smoke particles with sulphuric acid in the Earth’stratosphere // Atmos. Chem. Phys. – 2012. V. 12. P. 4387–4398. doi:10.5194/acp-12-4387-2012.Stratosphere-troposphere Processes and their Role in Climate (SPARC) (2006), Assessment of Stratospheric Aerosol Properties (ASAP), WCRP-124, WMO/TD No. 1295, SPARC Rep. 4, 348 pp.Strelnikova I., Rapp M., Strelnikov B., Baumgarten G., Brattli A., Svenes K., Hoppe U-P., Frie-drich M., Gumbel J., Williams B.P. Measurements of meteor smoke particles during the ECOMA-2006 campaign: 2. Results // Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics. 2009. V. 71. P. 486–496.Zuev V.V., Burlakov V.D., Nevzorov A.V., Pravdin V.L., Savelieva E.S., Gerasimov V.V. 30-year lidar observations of the stratospheric aerosol layer state over Tomsk (Western Siberia, Russia) // Atmos. Chem. Phys. 2017. V. 17. P. 3067–3081. www.atmos-chem-phys.net/17/3067/2017/ doi:10.5194/acp-17-3067-2017.