ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Спектральное распределение и пространственная структура коротковолновой радиации из "Атмосферный аэрозоль" Разработке моделей атмосферного аэрозоля в последние годы уделяется большое внимание [12, 16, 23, 234, 241, 271, 273—275, 286, 297]. [c.147] Как уже отмечалось, осуществленные сотрудниками университета штата Вайоминг аэрозольные зондирования в 11 точках земного шара (от Южного полюса до дрейфующей станции на широте 85° с. ш. в период с декабря 1971 г. по февраль 1974 г.) позволили получить обширные данные о вертикальных профилях концентрации и микроструктуре стратосферного аэрозоля. Анализ данных измерений показывает, что хотя в тропосфере отношение концентраций частиц диаметром больше 0,3 и 0,5 мкм изменяется от С2 до 40, в стратосфере оно почти не зависит ни от ВЫСОТЫ, ни от широты, т. е. микроструктура стратосферного аэрозоля (судя по рассматриваемой характеристике) является квазипостоянной. Лишь в слое 12—23 км отношение концентраций слабо уменьшается с высотой от среднего значения порядка 5 до 4 (причины небольшого укрупнения размеров частиц с высотой пока не ясны). Данные Ларами указывают на резкое уменьшение размеров частиц выше 23—25 км, но данные других станций не обнаруживают подобного возрастания доли малых частиц. [c.147] Рассматриваемые аналитические представления удовлетворительно согласуются для диапазона диаметров 0,25—0,5 мкм, где имеются данные измерений, но существенно расходятся за пределами этого диапазона. По-видимому, модели М и N2 можно считать адекватными для диапазона диаметров 0,02—5 мкм. [c.148] Использование приближенной методики оценки показателя преломления, для которой существенно предположение о сферичности частиц, привело к значениям показателя преломления в диапазоне 1,40—1,49. С учетом данных прямых измерений можно принять в качестве характерного значения показателя преломления в видимой области спектра 1,40—1,50 при показателе поглощения 0,05 (или меньше) и плотности материала аэрозоля около 1,5 г/см . [c.148] Химический анализ указывает на присутствие в составе стратосферного аэрозоля сульфата и персульфата аммония, а также серной кислоты, причем последняя преобладает в верхней стратосфере. [c.148] Сечение рассеяния назад на высоте максимума аэрозольного отношения смеси (18—20 км) варьирует на длине волны 0,6943 мкм (лазер на рубине) в пределах 9—17 % по отношению к рэлеевскому рассеянию на высоте 18 км. Это сечение довольно чувствительно к величине показателя преломления, но слабо зависит от микроструктуры (подобные выводы относятся, однако, лишь к случаю сферических частиц). Спектральная зависимость хорошо аппроксимируется как Х-К Сопоставление результатов вычислений сечения обратного рассеяния с данными измерений обнаружило удовлетворительное их согласие. [c.149] Рассмотрев результаты расчетов индикатрис рассеяния, иллюстрирующие зависимости от микроструктуры Л1 комплексного показателя преломления на обеих поляризациях, авторы [242 отметили, в частности, что рост показателя преломления усиливает рассеяние назад и практически не влияет на рассеяние вперед, как это следует из геометрической оптики. Увеличение показателя поглощения ослабляет рассеяние назад и также не влияет на рассеяние вперед. [c.149] Анализ данных расчетов рассеяния в заднюю полусферу, характеризующих зависимость вклада аэрозольного слоя в альбедо Земли от зенитного расстояния Солнца и комплексного показателя преломления, показал, что альбедо однородного глобального слоя стратосферного аэрозоля, содержащего 10 частиц диаметром 0,3 мкм/см (это соответствует массе аэрозоля 0,7 10 т), на длине волны 0,53 мкм составляет 0,002—0,003. [c.149] На основе обзора современного состояния исследований аэрозоля пустынь и характеристик молекулярного поглощения атмосферы С. Т. Шипли и др. [275] построили модель аэрозоля пустынь. Особое внимание к аэрозолю пустынь определяется его глобальным распространением и большим вкладом в поглощение солнечной радиации атмосферой. Пустыни, составляющие около 8 % поверхности земного шара и примерно Vs поверхности суши, являются наиболее мощным источником глобального аэрозоля. [c.149] По мнению авторов [275], можно считать типичной следующую модель состава аэрозоля, предложенную В. Лентцем и Г. Хоидале монтмориллонит — 35 %, каолинит — 20 %, иллит — 20%, кальцит—10%, соединения железа (лимонит) и органические компоненты — 5 кварц — 5 7о нитрат калия — 5 %. [c.149] Существенно, что частицы глин являются эффективными веществами с точки зрения воздействия на облака. Это может обусловливать их существенное влияние на облака и осадки, а также оптические свойства облаков. [c.149] Типичная микроструктура аэрозоля может быть описана бимодальным распределением с максимальными концентрациями в диапазоне радиусов частиц 1 —10 мкм и меньше 1 мкм. Перенос теплового излучения определяется главным образом влиянием крупнодисперсной фракции. Субмикронный аэрозоль доминирует как фактор поглощения коротковолновой радиации. Пока еще нет достаточных данных для суждения об изменении микроструктуры аэрозоля с высотой. Оценки массовой концентрации аэрозоля вблизи подстилающей поверхности, приводят к интервалу 30—3000 мкг/м . В работе [275] предлагается считать значение 300 мкг/м нормальным и принять его за единицу (р77г= 1). В таком случае рт=0,1 и рт= 10 соответствуют случаям слабой и сильной запыленности атмосферы. [c.150] Для пограничного слоя (О—2 км) предложены 10 вариантов типичных вертикальных про( )илей коэффициента ослабления, характеризующих условия чистой и загрязненной (городской) атмосферы и атмосферы над морем при диапазоне значений горизонтальной дальности видимости 2—50 км (цифры в нижней части рис. 4.1 характеризуют эти значения). Чистый аэрозоль представляет собой комбинацию пылевых и растворимых в воде частиц (аммиак, сульфат кальция и органические соединения), микроструктура которых аппроксимируется суммой двух логарифмически-нормальных распределений таким образом, чтобы счетная концентрация определялась законом а объемная была бимодальной при широких максимумах в диапазоне радиусов 0,1 — 1 и 5—100 мкм. Городской аэрозоль состоит из сельского (65 7о) и углеродного антропогенного (35%) аэрозоля. Морской аэрозоль составляют частицы морских солей, возникшие в результате испарения брызг, и частицы континентального аэрозоля (мелкодисперсная компонента фонового аэрозоля). [c.151] Аэрозоль верхней тропосферы характеризуется двумя моделями, соответствующими условиям весны—лета и осени—зимы, причем в обоих случаях микроструктура соответствует континентальному комцоненту морского аэрозоля. [c.151] В работе [273 приведены некоторые результаты расчетов по формулам Ми оптических характеристик для описанных моделей аэрозоля (коэффициенты ослабления, рассеяния и поглощения, индикатрисы яркости и поляризации и др.) в диапазоне длин волн 0,2—40 мкм. Отмечено удивительно малое различие спектрального хода экстинкции сельского и городского аэрозоля (зависимости коэффициентов рассеяния и поглощения от длины волны оказываются, однако, существенно различными). Рассмотрены примеры, иллюстрирующие влияние аэрозоля на спектральный ход ослабления радиации. Показано, например, что влияние аэрозоля на ослабление радиации на горизонтальной приземной трассе длиной 1 км при длине волны 10,591 мкм становится существенным лишь при дальности видимости меньше 10 км. Обсуждено влияние аэрозольного ослабления на передачу контрастов яркости. [c.153] Тун и Д. В. Поллак [286] предложили среднюю глобальную модель микроструктуры, химического состава и оптической толщины аэрозоля (на длине волны 0,55 мкм) в стратосфере и тропосфере, предназначенную для расчетов переноса излучения, характеризующих среднеглобальные условия. Полученные данные относятся к трехслойной атмосфере О—3, 3—12 и 12—45 км, но вертикальный профиль аэрозольной оптической толщины задан с большей детальностью на основе использования модели Л. Элтермана. [c.153] Краткая характеристика модели аэрозоля содержится в табл. 4.2 (распределение концентрации частиц N по радиусу частиц характеризует микроструктуру аэрозоля). Предложенная модель исходит из того, что глобальное осреднение характеристик аэрозоля имеет смысл. Считается, что частицы стратосферного аэрозоля представляют собой капли жидкости. Изменения с высотой концентрации серной кислоты в каплях, а также возможное присутствие сульфата аммония, азотистой кислоты, метеорной пыли, вулканического пепла и других веществ не учитываются. [c.153] В дальнейшем следует принять во внимание присутствие и изменчивость микроструктуры пылевого аэрозоля. Хорошо известно, например, что после вулканических извержений сильно возрастает концентрация силикатных частиц. Существенными компонентами стратосферного аэрозоля являются сульфат и персульфат аммония. Таким образом, стратосферный аэрозоль состоит из различных компонентов. В частности, капли раствора серной кислоты могут содержать твердые включения из сульфата аммония. По-видимому, отношение содержаний серной кислоты и сульфата аммония уменьшается с ростом размера частиц. [c.153] Ввиду сильной изменчивости тропосферного аэрозоля можно подвергнуть сомнению правомерность глобального нростран-ственно-временнбго осреднения характеристик тропосферного аэрозоля. Хорошо известно, что состав тропосферного аэрозоля сложен и изменчив, что связано с разнообразием источников аэрозоля естественного и антропогенного происхождения. Предлагаемая модель состава глобального тропосферного аэрозоля исходит из анализа данных о таких его наиболее вероятных компонентах, как органические соединения, морская соль, сульфаты и частицы грунта. Многие наблюдения указывают на то, что концентрация органики по массе не превосходит 10 %, и поэтому органические соединения не учитываются в рассматриваемой модели. [c.155] Вернуться к основной статье