Список используемых сокращений 3
Введение 4
Глава 1.- Загрязнения Атмосферного воздуха в Санкт-Петербурге и Ленинградской области. 6
1.1.-Атмосферные аэрозоли 7
1.2- Процессы формирования аэрозольных частиц 8
1.3- Влияние аэрозоля на формирование и изменение глобального климата 14
1.4- Воздействие аэрозолей на метеорологические процессы (облако- и осадкообразования) 14
1.5.- Атмосферные эффекты от воздействия крупных аэрозольных выбросов 19
1.6.- Влияние синоптической ситуации на уровень аэрозольного загрязнения атмосферы.... 20
1.7.- Анализ изменений аэрозольной оптической толщины атмосферы в зависимости от синоптических условий. 23
Глава 2.- Расчет оптических характеристик атмосферного аэрозоля. 25
2.1.- Взаимодействие излучения с аэрозольной частицей 25
2.2.- Ансамбли аэрозольных частиц 27
2.3.- Расчет оптических характеристик ансамблей аэрозольных частиц 28
Глава 3. - Расчет характеристик солнечной радиации в атмосфере с применением метода Эддингтона 30
3.1.- Приближенное решение уравнения переноса по методу Эддингтона
3.2.- Расчет отраженного и пропущенного потоков солнечной радиации в слое однородной атмосферы
3.3. - Оптическая модель атмосферы 39
3.4. - Отраженный поток солнечной радиации. 41
3.5.- Поток солнечной радиации, пропущенной атмосферой 43
3.6.- Радиационный форсинг. 46
4.-Заключение 48
5.-Литература. 49
Актуальность темы исследования. В настоящее время концентрация антропогенного аэрозоля в атмосфере возрастает, что связано с увеличением промышленных выбросов в результате активной хозяйственной деятельности человека. Это обстоятельство делает необходимым учет влияния аэрозоля на климат.
Атмосферные аэрозоли являются неотъемлемой частью воздушной среды и играют важную роль во многих природных процессах, а также в формировании среды обитания человека. При этом химический состав, происхождение и поведение в атмосфере (дальность переноса, степень воздействия на человека и природу и др.) существенным образом связаны с размерами аэрозольных частиц. (Rudell et all 1994, 1996, Nordenhall et all 2001, Исидоров, 2001, Прохоров, 2001)
Результаты влияния аэрозолей на различные процессы (переноса излучения) зависят, как правило, от химических и физических процессов, в зависимости от состава и размера частиц, что почти всегда играют существенную роль. Таким образом, адекватное описание свойств реальных аэрозолей возможно только на основании результатов комплексной оценки их характеристик. Оценка массовой концентрации, является одной из наиболее распространенных видов аэрозольных измерений, но именно эта характеристика, является наименее информативной, так как она ничего не говорит об источниках, составе и возможных воздействиях
Целью данной работы было оценить вклад аэрозоля в ослабление потока прямой солнечной радиации, а также исследование зависимостей характеристик солнечной радиации от синоптических условий.
Для достижения поставленной цели решались следующие основные задачи
1.Определить, изменения аэрозольной оптической толщины атмосферы в зависимости от синоптических условий
2.Выяснить как влияет направление переноса на количество аэрозолей в атмосфере.
3.Оценить зависимость потоков отраженной и пропущенной солнечной радиации от аэрозольной оптической толщины атмосферы
4.Произвести расчет характеристик солнечной радиации в атмосфере
5.Оцененить вклад аэрозоля в ослабление потока прямой солнечной радиации
Для расчетов характеристик солнечной радиации в атмосфере отраженного и пропущенного потоков радиации, лучистого притока тепла, радиационного форсинга была построена оптическая модель атмосферы на основе результатов измерений оптической толщины атмосферы с помощью лидарного комплекса Ресурсного Центра «Обсерватории экологической безопасности» Научного парка СПбГУ в городе Санкт-Петербург.
Моделирование отраженной и пропущенной радиации на сегодняшний день требуются во многих задачах дистанционного зондирования Земли из космоса.
В данной работе представлены значения потоков отраженной и пропущенной атмосферой солнечной радиации и лучистого притока тепла на основе простых оптических моделей безоблачной атмосферы. Расчеты радиационных характеристик произведены с применением методов теории переноса излучения для построенных оптических моделей атмосферы
В результате проведенной работы поставленные цели достигнуты, задачи выполнены и получены следующие выводы:
1. На основе данных наблюдений оптической толщины атмосферы, полученных с помощью лидарного комплекса Ресурсного Центра «Обсерватории экологической безопасности» Научного парка СПбГУ в городе Санкт-Петербург была построена оптическая модель, рассчитаны характеристики солнечной радиации в атмосфере, отраженного и пропущенного потоков излучения, лучистого притока тепла и мгновенного локального форсинга. Модельные расчеты дают хорошее совпадение с измерениями приходящей коротковолновой радиации, полученных при синхронных актинометрических наблюдениях.
2. Оценка зависимости потоков отраженной и пропущенной радиации от аэрозольной оптической толщины показала, что существенное снижение пропущенной радиации наблюдается при значениях оптической толщины атмосферы 0,6), малые значения 0,4) оптической толщины атмосферы незначительно влияют на зависимость отражения системой поверхность-атмосфера. В то же время, явной зависимости увеличения или уменьшения потока радиации от изменения значений альбедо подстилающей поверхности, примененных в расчетах данной работы (A=0.6 и 0.7) не прослеживается.
3. Проведен анализ влияния направлений переноса на аэрозольную оптическую толщину атмосферы. В ходе, которого установлено, что увеличение концентрации аэрозольных образований, как в грубодисперсной, так и в мелкодисперсной фракциях, над Санкт-Петербургом связано с переносом воздушных масс с юго-западного направления, на котором расположены промышленные предприятия, такие как промзона «Низино», промзона «Разбегаево», промзона «Новоселье».
