Атмосферным аэрозолем называются твердые и жидкие частицы, взвешенные в воздухе. Атмосферные аэрозоли являются одним из важнейших климатообразующих параметров. Они оказывают влияние на такие атмосферные процессы как облако- и осадкообразование, радиационный теплообмен, видимость. Аэрозоли играют существенную роль в изменении климата, влияют на химию и физику атмосферы [1].В глобальном масштабе атмосферные аэрозоли являются главным после облаков, которые также являются аэродисперсными системами, регулятором потоков солнечной радиации в земной атмосфере. Также аэрозольные слои поглощают тепловое излучение атмосферы и подстилающей земной поверхности, оказывая дополнительное влияние на энергетический баланс климатической системы Земли.
Состав атмосферных аэрозолей очень разнообразен и имеет особенности, связанные с местностью, состоянием атмосферы, атмосферным слоем и т.д. Их свойства определяются спектром размеров, химическим составом, структурой и концентрацией частиц. Диапазон размеров атмосферного аэрозоля составляет примерно 5 порядков – 10-3 - 102 мкм[2]. Поэтому исследование влияния атмосферных аэрозолей на климат – достаточно сложная и, на данном этапе, еще нерешенная задача.
Многообразие аэрозолей указывает на различие их микрофизических и оптических свойств. Абсорбируя водяной пар, содержащейся в атмосфере, аэрозоли значительно увеличиваются в размерах. Важной особенностью является изменение оптических свойств аэрозолей посредством изменения влажности. Изза изменения микрофизических и оптических свойств аэрозолей, меняется их воздействие на радиационные потоки, что является причиной возникновения аэрозольного радиационного форсинга на верхней границе атмосферы. Под радиационным форсингом понимается изменение восходящего радиационного потока на верхней границе атмосферы, связанное с возмущением радиационноактивной компоненты (в случае аэрозольного радиационного форсинга радиационноактивной компонентой является аэрозоль) (1).
RF=(〖F_a^↑-F_0^↑)|〗_(верхн. граница), (1)
F_a^↑- восходящий радиационный поток в атмосфере, содержащей аэрозоль, F_0^↑- восходящий радиационный поток в чистой атмосфере.
Задачей данной работы является включение влияния гигроскопического роста аэрозолей в существующие модели радиационного переноса и оценка вклада гигроскопического роста аэрозолей в аэрозольный радиационный форсинг. Для решения поставленной задачи был использован поход, предложенный в [3], предполагающий использование трех различных моделей. Во-первых, в данном подходе предлагается смоделировать гигроскопический рост аэрозольных частиц в окружающей атмосфере, при помощи использования модели гигроскопического роста. Следующим этапом является исследование влияния этого гигроскопического роста на оптические свойства аэрозольных частиц при помощи модели рассеяния Ми. В заключении, предлагается использовать модель радиационного переноса, чтобы оценить влияние эффекта гигроскопичности на прямой радиационный эффект аэрозольных частиц. Эти три модели описаны более подробно в следующих разделах
В представленном исследовании была разработана методика для оценки влияния гигроскопического роста частиц атмосферного аэрозоля на аэрозольный радиационный форсинг. Предлагаемый подход представляет собой совместное использование трех независимых моделей: модели радиационного переноса излучения в атмосфере, алгоритмов теории рассеяния излучения на сферических частицах (теории Ми) и модели гироскопического роста аэрозольных частиц. Предполагается, что данную методику можно применять, используя различные виды этих моделей. Была проделана следующая работа:
Проведены расчеты аэрозольного радиационного форсинга для шести типов модельного аэрозоля. По полученным значениям можно сделать вывод, что аэрозоль заметно влияет на радиационные потоки. Минимальное значение аэрозольного радиационного форсинга было получена для модели чистого морского аэрозоля и составило 1,6 Вт/м2. Максимальное значение - 6,5 Вт/м2получено для модели пылевого аэрозоля.
Проведены расчеты для аэрозольной смеси, состоящей из 90% модельного загрязненного континентального аэрозоля и 10 % растворимой соли. Данные расчеты были проведены для двух солей - хлорида натрия (NaCl) и сульфата аммония (〖(NH_4)〗_2 SO_4). Получена оценка зависимости аэрозольного радиационного форсинга от относительной влажности внутри аэрозольного слоя для этих смесей.
Получены следующие результаты:
значение аэрозольного радиационного форсинга для аэрозольной смеси, содержащей NaCl, достигает 5,1±1,3 Вт/м2 при приближении относительной влажности воздуха внутри аэрозольного слоя к 96%, и составляет 2,6±0,9 Вт/м2 в случае сухого аэрозоля;
для ((NH_4 )_2 SO_4)- 3,7±1,1 Вт/м2при 96% влажности и 1,4±0,7 Вт/м2 в случае сухого аэрозоля.
Методика была опробована на реальном аэрозоле, пробы которого были взяты в Центральной Сибири на станции ZOTTO на высоте 300 м. При расчетах аэрозольного форсинга учитывалась модель гигроскопического роста растворимого органического аэрозоля WSOM. Получена следующая оценка зависимости аэрозольного радиационного форсинга от относительной влажности внутри аэрозольного слоя: значение аэрозольного радиационного форсинга достигает 6,2±1,8 Вт/м2 при приближении относительной влажности воздуха к 99%, и составляет 4,7±1,3 Вт/м2 в случае сухого аэрозоля.
Полученные результаты показывают, что гигроскопический рост отдельных фракций атмосферного аэрозоля приводит к заметному увеличению аэрозольного радиационного форсинга, что должно учитываться при оценке климатических эффектов атмосферных аэрозолей.
