Фракционирование приземного аэрозоля от ИК-излучения снежной поверхности: наблюдения в Томском регионе

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Исследованы особенности динамики фракционного состава приземного аэрозоля с учётом выпадения стратиграфически значимых снегопадов. Обнаружено парадоксальное увеличение счётной концентрации частиц в интервале размера диаметра 0.3…2.0 мкм. Показано, что причиной данного явления является левитация аэрозолей в поле инфракрасного излучения, обусловленная действием “снегового” фотофореза. Обсуждается механизм данного феномена.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

М. П. Тентюков

Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева СО РАН; Сыктывкарский государственный университет им. Питирима Сорокина

Автор, ответственный за переписку.
Email: tentukov@yandex.ru
Россия, Томск; Сыктывкар

Д. А. Тимушев

ФИЦ Коми НЦ УрО РАН

Email: tentukov@yandex.ru

Физико-математический институт 

Россия, Сыктывкар

Д. В. Симоненков

Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева СО РАН

Email: tentukov@yandex.ru
Россия, Томск

Б. Д. Белан

Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева СО РАН

Email: tentukov@yandex.ru
Россия, Томск

К. А. Шукуров

Институт физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН

Email: tentukov@yandex.ru
Россия, Москва

А. В. Козлов

Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева СО РАН

Email: tentukov@yandex.ru
Россия, Томск

Е. Г. Язиков

Национальный исследовательский Томский политехнический университет

Email: tentukov@yandex.ru
Россия, Томск

В. С. Бучельников

Национальный исследовательский Томский политехнический университет

Email: tentukov@yandex.ru
Россия, Томск

А. А. Яковлев

Сыктывкарский государственный университет им. Питирима Сорокина

Email: tentukov@yandex.ru
Россия, Сыктывкар

Список литературы

  1. Береснев С.А., Кочнева Л.Б., Суетин П.Е., Захаров В.И., Грибанов К.Г. Фотофорез атмосферных аэрозолей в поле теплового излучения Земли // Оптика атмосферы и океана. 2003. Т. 16. № 5–6. С. 470–477.
  2. Борен К., Хафмен Д. Поглощение и рассеяние света малыми частицами. М.: Мир, 1986. 664 с.
  3. Горчаков Г.И., Копров Б.М., Шукуров К.А. Исследование выноса субмикронного аэрозоля с подстилающей поверхности // Оптика атмосферы и океана, 2000. Т. 13. № 2. С. 166–169.
  4. Зуев В.Е., Кузиковский A.B., Погодаев В.А., Чистякова Л.К. Тепловое действие оптического излучения на водные капли малого размера // Докл. АН СССР. 1972. Т. 205. № 5. С. 1069–1072.
  5. Ковалев Ф.Д. Экспериментальное исследование фотофореза в газах. Автореф. дисc. … канд. физ.-мат. наук. Екатеринбург: Уральский гос. ун-т им. А.М. Горького, 2003. 24 с.
  6. Кожевников В.Н. Возмущения атмосферы при обтекании гор. М.: Научный мир, 1999. 160 с.
  7. Кочнева Л.Б. Микрофизические оптические характеристики и фотофорез атмосферных аэрозолей. Автореф. дис. на соиск. уч. степ. канд. физ.-мат. наук. Екатеринбург: Уральский гос. ун-т им. А.М. Горького 2007. 24 с.
  8. Кушнаренко А.В. Разработка модели и алгоритмов расчёта фотофоретического взаимодействия аэрозольных частиц и кластеров в разреженной газовой среде на основе метода Монте-Карло. Дисc. на соиск. уч. степ. канд. физ.-мат. наук. Красноярск: ФГАОУВО «Сибирский федеральный университет», 2019. 103 с.
  9. Марков М.Г. Теоретическое исследование влияния термодиффузиофореза и фотофореза на эволюцию атмосферного аэрозоля. Диcс. на соиск. уч. степ. канд. физ.-мат. наук. Обнинск: Физ.-энерг. ин-т, 1985. 179 с.
  10. Пришивалко А.П. Оптические и тепловые поля внутри светорассеивающих частиц. Минск: Наука и техника, 1983. 190 с.
  11. Симонова Г.В., Калашникова Д.А., Маркелова А.Н., Бондаренко А.С., Давыдкина А.Е. Вариации изотопного состава кислорода и водорода в атмосферных осадках в г. Томске (2016–2020 гг.) // Оптика атмосферы и океана. 2023. Т. 36. № 7. С. 595–601. https://doi.org/10.15372/AOO20230709
  12. Сократов С.А., Трошкина Е.С. Развитие структурно-стратиграфических исследований снежного покрова // Материалы гляциол. исследований. 2009. Вып. 107. С. 103–109.
  13. Сурдин В.Г. Фотометрический парадокс Ольберса // Электронный ресурс. URL: https://www.krugosvet.ru/enc/nauka_i_tehnika/astronomiya/FOTOMETRICHESKI_PARADOKS_OLBERSA.html (Дата обращения: 13.08.2021).
  14. Тентюков М.П., Белан Б.Д., Симоненков Д.В., Михайлов В.И. Формирование вторичных органических аэрозолей на поверхности хвои и их поступление в полог зимнего леса под воздействием радиометрического фотофореза // Оптика атмосферы и океана. 2022. Т. 35. № 5. С. 916–923. https://ao-pv.iao.ru/ru/content/text?vol=35&issue=05&num=4
  15. Хорват Л. Кислотный дождь / Пер. с венгер., под ред. Ю.Н. Михайловского. М.: Стройиздат, 1990. 80 с.
  16. Фирц Ш., Армстронг Р.Л., Дюран И., Этхеви П., Грин И., МакКланг Д.М., Нишимура К., Сатьявали П.К., Сократов С.А. Международная классификация для сезонно-выпадающего снега (руководство к описанию снежной толщи и снежного покрова) // Материалы гляциол. исследований. 2012–2. 80 c.
  17. Юфа Б.А., Гурвич Ю.М. Применение медианы и квартилей для оценки нормальных и аномальных значений геохимического поля // Геохимия. 1964. № 8. С. 817–824.
  18. Яламов Ю.И., Хасанов А.С. Фотофорез гетерогенных по теплопроводности крупных аэрозольных частиц // Журнал технической физики. 1998. Т. 68. № 4. С. 1–6.
  19. Berne B.J., Pecora R. Dynamic Light Scattering. John Wiley and Sons Ltd. 1976. 376 p. https://doi.org/10.1002/bbpc.19770810123 (Дата обращения: 13.08.2021).
  20. Brock J.R. On radiometer forces // Journ. of Colloid and Interface Science. 1967. V. 25 (4). P. 564–567.
  21. Chernyak V., Beresnev S. Photophoresis of aerosol particles // Journ. of Aerosol. Science. 1993. V. 24 (7). P. 857–866.
  22. Ehrenhaft F. Die Photophorese // Annalen der Physik. 1918. V. 361 (10). P. 81–132 (First published: 1918). https://doi.org/10.1002/andp.19183611002 (Дата обращения: 13.08.2021).
  23. Haywood J., Boucher O. Estimates of direct and indirect radiative forcing due to tropospheric aerosols: a review // Review of Geophysics. 2000. V. 38 (4). P. 513–543.
  24. Preining O. Photophoresis. In: Aerosol Science. Ed. C.N. Davies. New York: Acad. Press, 1966. P. 111–135.
  25. Rohatschek H. Direction, magnitude and causes of photophoretic force // Journ. of Aerosol Science. 1985. V. 16 (1). P. 29–42.
  26. Rosen M.H., Orr C.J. The photophoretic force // Journ. of Colloid Science. 1964. V. 19 (1). P. 50–60.
  27. rp5.ru // Электронный ресурс. URL: https://rp5.ru/Погода_в_Кожевниково,_Томская_область. (Дата обращения: 12.01.2025).
  28. Shukurov K.A., Simonenkov D.V., Nevzorov A.V., Rashki A., Hamzeh N.H., Abdullaev S.F., Shukurova L.M., Chkhetiani O.C. CALIOP-Based Evaluation of Dust Emissions and Long-Range Transport of the Dust from the Aral−Caspian Arid Region by 3D-Source Potential Impact (3D-SPI) Method // Remote Sensing. 2023. V. 15 (5). 2819 p. https://doi.org/10.3390/rs15112819
  29. Stössel F., Guala M., Fierz C., Manes C., Lehning M. Micrometeorological and morphological observations of surface hoar dynamics on a mountain snow cover // Water Resources Research. 2010. V. 46 (4). W04511. https://doi.org/10.1029/2009WR008198 (Дата обращения: 13.08.2021).
  30. Thoré M. Le radiomètre d’absorption // Les Mondes. 1877. V. 42. P. 585–586.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Внутрисуточная динамика счётной концентрации приземного аэрозоля (красным выделены утренние значения, совпадающие с началом восхода Солнца) над обсерваторией “Фоновая”, где: 7 – июль 2022 г., 8 – август 2022 г., 9 – сентябрь 2022 г., 10 – октябрь 2022 г., 11 – ноябрь 2022 г., 12 – декабрь 2022, 1 – январь 2023 г., 2 – февраль 2023 г., 3 – март 2023 г., 4 – апрель 2023 г., 5 – май 2023 г., 6 – июнь 2023 г.

Скачать (647KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Метеорологические характеристики, хронологически согласованные с датами выпадения стратиграфически значимых снегопадов и с периодами преимущественного осаждения сухих аэрозолей на обсерватории “Фоновая” (по данным м/с “Кожевниково”). (а) SumRR интегральная кривая нарастания снежной толщи в водном эквиваленте (мм), с отметками этапов снегонакопления (t-периоды): I – 17.11– 05.12.22; II – 05.12–14.12.22; III – 14.12–19.12.22; IV – 19.12 – 27.12.22; V – 27.12.22–09.12.23; VI – 09.12–17.12.23; VII – 17.01–24.01.23; VIII – 24.01–30.01.23, которые сопряжены со структурно-текстурной характеристикой снежного профиля (врезка на рис. 1, а), где: Н, см – высота снежного покрова, E, мм – размер и F – форма снежных зерен: 1 – свежевыпавший снег; 2 – недавно отложенный снег с округлыми зёрнами; 3 – мелкозернистый снег с округлыми зёрнами; 4 – округлые снежные зёрна и зёрна с огранкой; 5 – оледенелый слой; 6 –зёрна с огранкой; 7 – глубинная изморозь, 8 – шкала послойного пробоотбора. Условные обозначения соответствуют (Фирц и др., 2012); (б) интенсивность снегопадов (R, мм, в мм водного эквивалента)

Скачать (387KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Суточная динамика распределения счетной концентрации частиц в аэрозольном поле над обсерваторией “Фоновая” зимой 2022/23 г. в t-периоды: I – 17.11– 05.12.22; II – 05.12–14.12.22; III – 14.12–19.12.22; IV – 19.12–27.12.22; V – 27.12.22–09.12.23; VI – 09.12–17.12.23; VII – 17.01–24.01.23; VIII – 24.01–30.01.23

Скачать (895KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Послойные парные диаграммы вероятности переноса воздушных масс (P, %) на 20 уровнях, приходящие в слой 100–2100 м (левые части сдвоенных диаграмм) и только по участкам траекторий, попадавшим в атмосферный пограничный слой (правые части сдвоенных диаграмм) как над обсерваторией “Фоновая”, так и на всём протяжении траекторий, хронологически привязанные к t-периодам: I – 17.11– 05.12.22; II – 05.12–14.12.22; III – 14.12–19.12.22; IV – 19.12 – 27.12.22; V – 27.12.22–09.12.23; VI – 09.12–17.12.23; VII – 17.01–24.01.23; VIII – 24.01–30.01.23

Скачать (953KB)
Метаданные
6. Рис. 4. Продолжение

Скачать (1MB)
Метаданные


Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.