ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Замкнутое моделирование оптических характеристик атмосферного аэрозоля с учетом его многокомпонентного состава из "Атмосферный аэрозоль" Выше уже отмечалось, что тропосферный аэрозоль над морскими акваториями и океанами формируется следующими основными фракциями солевой, сульфатами и минеральной составляющей. Во влажной атмосфере образуются солевые растворы и растворы сульфатов. Солевая фракция является преобладающей на высотах до 1,5—2 км, в то время как на больших высотах сульфаты доминируют над солевой фракцией. Пылевая фракция аэрозолей над морскими акваториями сильно зависит от метеоусловий в регионах пылевого выноса и поэтому является весьма изменчивым во времени и пространстве компонентом. В прибрежном поясе на оптические свойства атмосферного аэрозоля сильное влияние оказывает аэрозоль антропогенного происхождения. [c.104] Оптические свойства пылевого аэрозоля были рассмотрены в предшествующем разделе. Далее обсудим оптические свойства морского аэрозоля и сульфатов. [c.104] Микроэлементный состав морского аэрозоля довольно сложен, хотя основными его компонентами являются ЫаС1, (ЫН4)2804. В табл. 2.11 представлены химические соединения, присутствующие в морском аэрозоле, и даны значения их показателей преломления для К = 0,55 мкм. [c.104] Микроструктура морского аэрозоля, особенно в пограничном слое атмосферы, сильно зависит от окружающих условий, таких. [c.105] На длине волны . 0,44 мкм действительная часть показателя преломления имеет провал, где пх принимает минимальное значение. Последнее обстоятельство приводит к снижению коэффициента ослабления в окрестности a 0,44 mkm [83]. Снижение коэффициента ослабления при A0,44 мкм может достигать 20—30 %. Глубина провала сильно зависит от спектрального разрешения, с которым измерены спектры ослабления излучения. Следует заметить, что на длинах волн, для которых действительная часть показателя преломления принимает значение, равное единице, аэрозоль не рассеивает излучение, а ослабляет его только за счет механизма поглощения излучения. [c.108] Сульфатный аэрозоль является вторым по значимости компонентом аэрозоля над морскими акваториями (в условиях отсутствия пылевого выноса). Его концентрация особенно велика в средних и верхних слоях тропосферы, где сульфаты составляют основную фракцию аэрозолей и оказывает определяющее влияние на его оптические свойства [124]. [c.108] Оптические характеристики аэрозоля в промышленно развитых зонах существенно отличаются от оптических характеристик в зонах, где аэрозоль формируется преимущественно в процессе естественных фазовых, химических и механических превращений. Отличительной особенностью аэрозоля над промышленно развитыми зонами является его высокая поглощательная способность. По данным [254], для всех промышленно развитых районов характерно увеличение мнимой части показателя преломления с увеличением длины волны от ультрафиолетовой до ближней инфракрасной области спектра, в то время как для минеральной пыли в области 0,5—1,2 мкм мнимая часть комплексного показателя преломления от длины волны практически не зависит. Вторая особенность промышленного аэрозоля заключается в высокой концентрации тонкодисперсной фракции аэрозоля, обладающей и более высокой поглощательной способностью. [c.110] Выполненные нами расчеты [34—43] показали, что в индустриально развитых районах на длине волны 0,55 мкм альбедо однократного рассеяния (о изменяется от 0,5 до 0,65, а в окрестности источников промышленного аэрозоля вероятность выживания кванта уменьшается по мере удаления от источника до значений 0,89—0,94 (над континентами), отвечающих различным моделям аэрозолей свободной от антропогенного влияния атмосферы. [c.110] Основными компонентами промышленного аэрозоля являются сульфаты, углерод (частицы сажи, образовавшиеся в процессе полимеризации из газовой фазы), континентальная пыль, обогаш ен-ная углеродом, растворы серной кислоты. Все вышеперечисленные компоненты имеют действительную часть комплексного показателя преломления, близкую к значению 1,5 для всей области спектра, от 0,3 до 1,7 мкм. [c.111] На рис. 2.7 представлены зависимости отношения спектральных коэффициентов поглощения излучения аэрозолями фракции 3 от мнимой части комплексного показателя преломления для четырех длин волн (0,3 0,69 1,06 и 1,7 мкм), позволяющие охарактеризовать спектральный ход вероятности выживания кванта (альбедо однократного рассеяния). Обращает внимание нелинейная зависимость от X. Этот факт важно учитывать при определении мнимой части комплексного показателя преломления из измерений поглощения излучения аэрозолями с помощью спектрофона. [c.111] Для районов сельской местности и субаридных зон наблюдается уменьшение х с увеличением длины волны [254]. При этом альбедо однократного рассеяния увеличивается с длиной волны (несколько медленнее для м=1,65, чем для п—1,5). Добавка фракции 1 тонкодисперсного аэрозоля приведет к уменьшению альбедо однократного рассеяния как для аэрозоля промышленных зон, так и для аэрозоля над аридными и субаридными зонами. [c.112] На рис. 2.8 представлены индикатрисы рассеяния для аэрозоля над Манчестером (кривая /), Реннэ (кривая 2) и субаридной зоной Уайт-Сэндс (кривые 3 и 4, соответствующие значениям действительной части комплексного показателя преломления 1,5 и 1,65 соответственно). [c.112] Вытянутость индикатрисы рассеяния водяных капель уменьшается с увеличением длины волны, как и для других типов аэрозольных образований. По мере увеличения фракции крупных водяных капель спектральный ход коэффициентов ослабления, рассеяния и поглощения сглаживается. Сведения по оптическим характеристикам водного аэрозоля для трех гамма-распределений (дымки Я, , М) затабулированы в книге Д. Дейрменджана [8. [c.114] В табл. 2.19 приведены коэффициенты ослабления, рассеяния, поглощения для водного раствора сульфатного аэрозоля над континентами для микроструктуры 2 (см. табл. 2.6) с параметрами гамма-распределения а = 0,2, 6=6, с = 0,5. Концентрированный раствор сульфатов для заданной микроструктуры в видимой области спектра имеет слабую спектральную зависимость и лишь в области A 1,2 мкм спектральные коэффициенты рассеяния быстро уменьшаются. Слабое спектральное поглощение в видимом диапазоне спектра скорее обусловлено фоновым загрязнением атмосферы, в то время как поглощение в инфракрасной области спектра является характерным для сульфатов с проявлением всех его полос поглощения. В участках спектра с сильным аэрозольным поглощением излучения коэффициенты рассеяния а невелики. [c.114] Сульфат аммония в свободной атмосфере является одним из основных компонентов аэрозоля. Значительную часть промышленного аэрозоля представляют собой частицы сульфата, которые при влажности 80 % растворяются и превращаются в жидкие капли. При ВЫСОКОЙ влажности в атмосфере концентрация сульфатов в капельно-жидком растворе уменьшается и его оптические свойства становятся близкими к водным аэрозольным образованиям. [c.114] Аэрозоль высококонцентрированных растворов Н2504 обладает довольно сильным поглощением в области спектра X 2,7 мкм. Коэффициенты поглощения излучения аэрозолем принимают максимальные значения на длинах волн 3,0 8,55 11,24 мкм. [c.121] Для решения задач переноса коротковолновой и длинноволновой радиации в атмосфере и лучистого теплообмена необходимы знания пространственной структуры аэрозольных образований и его временных вариаций. В связи с многообразием погодных условий и разнообразием процессов генерации частиц поле аэрозоля претерпевает значительные временные вариации как суточные, так и сезонные. Основные механизмы генерации аэрозоля рассмотрены в главе 1. Было показано, что в атмосфере существуют процессы генерации аэрозоля, которые в первом приближении можно считать независимыми, например процессы образования почвенно-эрозионного, морского аэрозолей и аэрозолей газохимического происхождения. Каждый процесс генерирует частицы определенного химического состава и в определенных границах распределения частиц по размерам. Под воздействием процессов диффузии, коагуляции и седиментации образующиеся аэрозоли имеют распределение по размерам, которые можно отнести к трем модам ядерной моде, аккумуляционной моде и моде крупных частиц (грубодисперсная фракция аэрозолей). [c.121] По мерс движения воздушная масса обедняется одними типами аэрозолей и обогащается другими типами вследствие воздействия местных источников аэрозоля и их стоков. Естественно ожидать, что характер циркуляции атмосферы существенно влияет не только на химический состав и плотность аэрозоля в воздушном потоке, но и на его вертикальную структуру. В условиях смешанных воздушных масс атмосферный аэрозоль может иметь сильно выраженную слоистую структуру с вариациями плотности и химического состава аэрозолей. В отдельных случаях поле концентрации аэрозоля может иметь клочковатую структуру, связанную с характером вертикальных турбулентных движений и особенностями конденсационных процессов в атмосфере [82]. [c.122] Далее остановимся на основных особенностях вертикальных профилей концентрации и оптической плотности атмосферного аэрозоля в зависимости от метеоусловий для основных регионов и зон Земли. [c.122] Вернуться к основной статье