Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2023. Т. 20. № 2. С. 273-280
Аэрозольное загрязнение атмосферы по данным лидарного комплекса и солнечного фотометра
Д.А. Самуленков
1 , М.В. Сапунов
1 , А.Ю. Лянгузов
1 1 Санкт-Петербургский государственный университет, Санкт-Петербург, Россия
Одобрена к печати: 05.04.2023
DOI: 10.21046/2070-7401-2023-20-2-273-280
В Санкт-Петербурге с 2014 г. по настоящее время проводятся исследования загрязнения атмосферы аэрозольными частицами с применением аэрозольного лазера Nd:YAG стационарного лидарного комплекса Ресурсного центра «Обсерватория экологической безопасности» Научного парка Санкт-Петербургского государственного университета. Исследования носят важный прикладной характер, так как позволяют отслеживать изменение содержания аэрозольных загрязнителей над мегаполисом, которые оказывают прямое воздействие на здоровье, влияют на качество жизни проживающего на исследуемой территории населения. В настоящей работе авторами проведено сравнение аэрозольной оптической толщины, измеряемой стационарным лидарным комплексом и солнечным фотометром, с целью оценки сходств и различий в тенденциях данных, полученных лидаром и фотометром в разные сезоны в Санкт-Петербурге и Петергофе. Приборы расположены на удалении в 25,8 км. Исследование оптической толщины аэрозоля в столбе воздуха от нижней точки измерений до верхней части тропосферы проведено с 2014 до 2021 г., сравнивались данные измерений, полученные приборами в один и тот же день. Выполнено сравнение 56 измерений лидара и фотометра для канала 532 нм и 52 измерения для канала 355 нм. Аэрозольная толщина, измеряемая лидаром и фотометром, выше в весенние и летние дни. На длине волны 355 нм она составляет для спектрофотометра и лидара: весной — 0,15 и 0,12, летом — 0,26 и 0,16, осенью — 0,12 и 0,10, зимой — 0,12 и 0,08 соответственно. На длине волны 532 нм: весной — 0,09 и 0,05, летом — 0,14 и 0,06, осенью — 0,08 и 0,02, зимой — 0,08 и 0,02. Повышенное содержание аэрозолей весной и летом можно объяснить подъёмом аэрозольных частиц вместе с конвекционными потоками при прогревании планетарного пограничного слоя. Данные оптической толщины лидара и фотометра имеют удовлетворительную корреляцию.
Ключевые слова: лидар, аэрозоль, оптическая толщина, фотометр
Полный текстСписок литературы:
- Волков Н. Н. Многоволновая лидарная система для определения физических параметров тропосферного аэрозоля: методика расчета параметров и анализа данных: дис. … канд. техн. наук. М.: МИИГАиК, 2013. 135 с.
- Волкова К. А., Поберовский А. В., Тимофеев Ю. М., Ионов Д. В., Holben B. N., Smirnov A., Slutsker I. Аэрозольные оптические характеристики по данным измерений солнечного фотометра CIMEL (AERONET) вблизи Санкт-Петербурга // Оптика атмосферы и океана. 2018. Т. 31. № 6. С. 425–431. DOI: 10.15372/AOO20180601.
- Ивлев Л. С. Химический состав и структура атмосферных аэрозолей. Л.: Изд-во Ленинградского ун-та, 1982. 366 с.
- Althausen D., Müller D., Ansmann A., Wandinger U., Hube H., Clauder E., Zoerner S. Scanning 6-wave length 11-channel aerosol lidar // J. Atmospheric and Oceanic Technology. 2000. No. 17. P. 1469–1482. DOI: 10.1175/1520-0426(2000)017<1469:SWCAL>2.0.CO;2.
- Calinoiu D. G., Trif-tordai G., Ionel I., Cioabla A. E. Sun Photometer — Remote Sensing For Aerosol assessment // J. Environmental Protection and Ecology. 2018. V. 19. Iss. 2. P. 462–470.
- Chaikovsky A., Ivanov A., Balin Yu., Elnikov A., Tulinov G., Plusnin I., Bukin O., Chen B. Lidar network CIS-LiNet for monitoring aerosol and ozone in CIS regions // Proc. SPIE — The Intern. Society for Optical Engineering. 2006. V. 6160. Art. No. 616035. DOI: 10.1117/12.675920.
- Hoff R. M., McCann K. J., Demoz B., Reichard J., Whiteman D. N., McGee T., McCormick M. P., Philbrick C. R., Strawbridge K., Moshary F., Gross B., Ahmed S., Venable D., Joseph E. Regional East Atmospheric Lidar Mesonet: REALM / ILRC, European Space Agency. 2002. P. 1–4.
- Khor W. Y., Hee W. Sh., Tan F., Lim H. S., Jafri M. Z. M., Holben B. Comparison of Aerosol optical depth (AOD) derived from AERONET sunphotometer and Lidar system // IOP Conf. Ser.: Earth and Environmental Science. 2014. V. 20. Art. No. 012058. DOI: 10.1088/1755-1315/20/1/012058.
- Klett J. D. Lidar inversion with variable backscatter/extinction ratios // Applied Optics. 1985. V. 24. P. 1638–1643. https://doi.org/10.1364/AO.24.001638.
- Nishizawa T., Sugimoto N., Matsui I., Shimizu A., Higurashi A., Jin Y. The Asian Dust and Aerosol Lidar Observation Network (AD-NET): Strategy and Progress // EPJ Web Conf. 2016. V. 119. Art. No. 19001. DOI: 10.1051/epjconf/201611919001.
- Silva R. A., Adelman Z., Fry M. M., West J. J. The impact of individual anthropogenic emissions sectors on the global burden of human mortality due to ambient air pollution // Environmental Health Perspectives. 2016. V. 124. P. 1776–1784. DOI: 10.1289/EHP177.
- Sinyuk A., Holben B. N., Eck T. F., Giles D. M., Slutsker I., Korkin S., Schafer J. S., Smirnov A., Sorokin M., Lyapustin A. The AERONET Version 3 aerosol retrieval algorithm, associated uncertainties and comparisons to Version 2 // Atmospheric Measurement Techniques. 2020. V. 13. Iss. 6. P. 3375–3411. DOI: 10.5194/amt-13-3375-2020.
- Sugimoto N., Nishizawa T., Shimizu A., Matsui I. Aerosol characterization with lidar methods // Proc. SPIE — The Intern. Society for Optical Engineering. 2014. V. 9232. P. 117–122. DOI: 10.1117/12.2064957.
- Wang L., Macak M. B., Stanic S., Bergant K., Gregoric A., Drinovec L., Mocnik G., Yin Z., Yi Y., Müller D., Wang X. Investigation of Aerosol Types and Vertical Distributions Using Polarization Raman Lidar over Vipava Valley // Remote Sensing. 2022. V. 14. Iss. 14. Art. No. 3482. DOI: 10.3390/rs14143482.
- Welton E., Stewart S., Lewis J., Belcher L., Campbell J., Lolli S. Status of the NASA Micro Pulse Lidar Network (MPLNET): overview of the network and future plans, new version 3 data products, and the polarized MPL // EPJ Web Conf. 2018. V. 176. Art. No. 09003. DOI: 10.1051/epjconf/201817609003.
- Xun L., Lu H., Qian C., Zhang Y., Lyu S., Li X. Analysis of Aerosol Optical Depth from Sun Photometer at Shouxian, China // Atmosphere. 2021. V. 12. Iss. 9. Art. No. 1226. DOI: 10.3390/atmos12091226.
- Zhang W., Gu X., Xu H., Yu T., Zheng F. Assessment of OMI near-UV aerosol optical depth over Central and East Asia // J. Geophysical Research: Atmospheres. 2016. V. 121. P. 382–398. DOI: 10.1002/2015JD024103.