Г.В. СИМОНОВА1, А.Н. МАРКЕЛОВА1, П.М. НАГОРСКИЙ1, К.Н. ПУСТОВАЛОВ1,2, М.В. ОГЛЕЗНЕВА1, А.Е. ДАВЫДКИНА1,3 1Институт мониторинга климатических и экологических систем СО РАН, Томск, Россия galina_simonova@inbox.ru 2Национальный исследовательский Томский государственный университет, Томск, Россия const.pv@yandex.ru 3Национальный исследовательский Томский политехнический университет, Томск, Россия meartelbeck@mail.ru
Ключевые слова: атмосферные осадки, мезомасштабные конвективные системы, стабильные изотопы водорода и кислорода, dD, d18O
Страницы: 729-735
Изотопный состав атмосферных осадков является гидрологическим индикатором конвективных процессов и часто используется для реконструкции палеоклимата. Интересным представляется рассмотреть, как изменяется изотопный состав атмосферных осадков при прохождении мезомасштабных конвективных систем (МКС). В работе представлены результаты исследования изменений значений изотопного состава кислорода (δ18О) и водорода (δD) в атмосферных осадках, выпавших в г. Томске в период прохождения МКС в 2016-2021 гг. Установлено, что в осадках МКС значения δ18О варьировались в диапазоне от -14,98 до +0,03‰ со средним значением -9,9 ± 3,2‰; δD изменялось от -99,2 до -16,71‰ со средним значением -65,1 ± 22,3‰. Связь между δ18О и δD в осадках МКС описывается уравнением δD = 5,45δ18O - 11 ( R 2 = 0,62), коэффициенты регрессии позволяют сделать вывод о преобладающем влиянии испарительного фракционирования на формирование изотопного состава осадков. Выявлено, что относительно высокие значения δ18О и δD соответствовали неорганизованной конвекции, а с увеличением площади МКС изотопный состав характеризовался более низкими отношениями изотопов. На основе анализа обратных траекторий движения воздушных масс, по данным индексов конвективной неустойчивости, спутникового зондирования, грозопеленгационной сети World Wide Lightning Location Network (WWLLN) выявлены регионы - источники влаги формирующие осадки МКС - это подстилающая поверхность и мелководные водоемы степной зоны юга Западной Сибири и Северного Казахстана. Результаты исследования могут быть полезны при моделировании конвекции в климатических моделях и лучшего понимания вариаций изотопов в различных палеоархивах для регионов с конвективной активностью.
Б.Г. АГЕЕВ1, В.А. САПОЖНИКОВА1, А.Н. ГРУЗДЕВ2, Д.А. САВЧУК3 1Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева СО РАН, Томск, Россия ageev@iao.ru 2Институт физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН, Москва, Россия a.n.gruzdev@mail.ru 3Институт мониторинга климатических и экологических систем СО РАН, Томск, Россия savchuk@imces.ru
Ключевые слова: Североатлантическое колебание, СО2, (СО2 + Н2О), годичные кольца, цикличность
Страницы: 754-759
Реакция лесных экосистем на меняющиеся климатические условия является темой многих исследований. В настоящей работе через климатические параметры выяснялось влияние Североатлантического колебания (САК) на некоторые виды деревьев, произрастающие в районе г. Томска (юго-восток Западной Сибири). С использованием лазерного оптико-акустического газоанализатора получены хронологии газовых проб СО2, (СО2 + Н2О), извлеченных под вакуумом из колец спилов ряда хвойных и лиственных деревьев. Анализ хронологии САК, полученных газовых хронологий и климатических параметров показал следующее: 1) температура воздуха в районе г. Томска значимо коррелирует с индексом САК; 2) кросс-спектральный анализ хронологий газовых составляющих спилов лиственных деревьев с температурой воздуха за вегетационный период указывает на наличие когерентных колебаний в области четырехлетнего цикла; 3) обнаружено непосредственное влияние САК на параметры деревьев: найдены коэффициенты корреляции индекса САК с хронологиями СО2, (СО2 + Н2О) и шириной колец шести спилов деревьев (из восьми). Сделан вывод, что САК может влиять на жизнедеятельность некоторых видов деревьев лесов Сибири (на четырехлетнем временном масштабе). Результаты работы могут быть использованы при изучении биосферно-атмосферных процессов для учета влияния на лесные экосистемы удаленных источников вариации атмосферного давления.
Современные изменения глобального климата сопровождаются ростом температуры воздуха и почвы. Как они отражаются на почвенном дыхании и следует ли ожидать изменение эмиссии парниковых газов? На эти вопросы невозможно ответить без исследования газообмена почвы и атмосферы. В настоящей работе приводятся результаты анализа удельных потоков парниковых газов на границе раздела «почва - атмосфера», измеренных в обсерватории «Фоновая» в 2023 г. Для измерения потоков были использованы три статические камеры: прозрачная и непрозрачная - на участках почвы с растительностью, и еще одна прозрачная - на участке почвы без растительности. Для СО2 и СН4 был зафиксирован устойчивый сток в течение всего вегетационного сезона, для N2O, наоборот, - слабая положительная эмиссия. Устойчивый сток углекислого газа из атмосферы наблюдался в период с мая до середины августа, его величина достигала -600 мг × м-2 × ч-1 в июне и июле, а величина стока метана составляла -0,08 мг × м-2 × ч-1. Поток закиси азота колебался вблизи нуля, а его среднесуточные вариации почти укладывались в коридор ± 0,02 мг × м-2 × ч-1. Установлена нелинейная положительная зависимость увеличения интенсивности дыхания экосистемы, т.е. эмиссии СО2, от температуры почвы. Для метана получены линейные отрицательные зависимости во всех трех камерах - рост температуры почвы усиливает его поглощение. У N2O очень слабые положительные зависимости в обеих прозрачных камерах (с растительностью и без нее). Оценки вклада эмиссии CO2 из почвы показали, что в ночное время микробное дыхание может вносить вклад в общее дыхание экосистемы от 46,7 до 77,9%. В среднем за сутки доля поглощения метана почвой, обусловленного диффузией и свободной метанотрофией, изменяется от 5,3 до 48,3%. Меньше она становится в дневное время и увеличивается в ночное. Вклад почвы без растительности в общую эмиссию N2O может составлять до 92,3%. Полученные результаты должны расширить сведения о газообмене «почва - атмосфера» в условиях меняющегося климата.
Интерес к исследованиям аэрозоля в Арктике обусловлен большой динамикой климатических процессов и активным экономическим освоением этого региона. Имеющихся в настоящее время полярных станций недостаточно для определения пространственного распределения аэрозоля над территорией Северного Ледовитого океана (СЛО). В настоящей работе на основе результатов многолетних исследований в Евразийском секторе СЛО (19 судовых экспедиций в 2007-2023 гг.) выполнено статистическое обобщение объемных концентраций мелко- и грубодисперсного аэрозоля ( Vf , Vс ) в приводном слое и аэрозольной оптической толщи (АОТ) атмосферы. Среднее значение АОТ (0,5 мкм) составило 0,061 при показателе Ангстрема 0,9; концентраций мелко- и грубодисперсного аэрозоля - 0,35 и 2,5 мкм3/см3 соответственно. Самое большое содержание мелкодисперсного аэрозоля в атмосфере над Норвежским и Баренцевым морями. Пространственное распределение характеризуется спадом концентраций в северном и восточном направлениях: от Баренцева моря до Чукотского средние значения Vf уменьшаются в 1,7 раза (от 0,43 до 0,26 мкм3/см3). В пространственном распределении грубодисперсного аэрозоля отмечены очень высокие концентрации в юго-западной части Карского моря: среднее значение Vс составляет 4,18 мкм3/см3. Содержание грубодисперсного аэрозоля в Карском море уменьшается в восточном и западном направлениях в несколько раз. Представленные результаты могут быть использованы при планировании экономического развития Арктического региона и для совершенствования климатических моделей.
О.П. ОСИПОВА1,2, Э.Ю. ОСИПОВ2 1Институт географии им. В.Б. Сочавы СО РАН, Иркутск, Россия olga@irigs.irk.ru 2Лимнологический институт СО РАН, Иркутск, Россия eduard@lin.irk.ru
Ключевые слова: хребет Кодар, атмосферная циркуляция, таяние ледников, классификация Дженкинсона и Коллисона
Страницы: 779-784
Представлены результаты исследования влияния атмосферной циркуляции на динамику абляции Сыгыктинского ледника (хребет Кодар). Проанализировано воздействие синоптических условий на уровне изобарической поверхности 700 гПа на метеорологический режим и таяние ледника в сезон абляции 2021 г. Всего методом Дженкинсона и Коллисона классифицировано 15 типов погоды. Выяснено, что наиболее повторяющимися типами являются циклоны (24%) и антициклоны (20%). Выявлена зависимость метеорологических условий на леднике от типов погоды. Антициклонические типы характеризуются высокими температурами, низкой относительной влажностью и облачностью. При циклонических типах наблюдаются обратные соотношения. Выяснено, что радиационный режим на леднике и скорость его таяния зависят от синоптических условий. Наибольший вклад в таяние вносят антициклонические типы погоды (44% суммарной абляции), а наименьший - циклонические (26%). Радиационный баланс ледника в антициклонах больше, чем в циклонах, в 2-2,5 раза, а скорость абляции - в 1,6-1,8 раза. Резкие различия между потоками энергии, расходуемой на таяние ледника при разных синоптических ситуациях, объясняются влиянием облачности. Соотношение режимов атмосферной циркуляции над Кодаром существенно влияло на скорость дегляциации кодарских ледников в последние десятилетия. Результаты работы помогут в решении проблемы прогнозирования будущих климатических изменений горных ледников.
А.В. КОНОШОНКИН1,2, Н.В. КУСТОВА1, В.А. ШИШКО1,2, Д.Н. ТИМОФЕЕВ1, И.В. ТКАЧЕВ1, Е. БАКУТЕ2, А.Е. БАБИНОВИЧ2, X. ZHU3, Z. WANG3 1Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева СО РАН, Томск, Россия sasha_tvo@iao.ru 2Национальный исследовательский Томский государственный университет, Томск, Россия sva@iao.ru 3Key Laboratory of Atmospheric Optics, Anhui Institute of Optics and Fine Mechanics, Hefei Institutes of Physical Science, Chinese Academy of Sciences, Hefei, China
Ключевые слова: рассеяние света, метод физической оптики, атмосферные ледяные кристаллы, перистые облака, оптическая модель, полый столбики
Страницы: 785-793
Отсутствие в настоящее время адекватной оптической модели перистых облаков значительно затрудняет интерпретацию данных наземных и космических лидаров и, как следствие, создает недостаток актуальной информации для задач моделирования климата и ежедневного прогноза погоды. Существующие оптические модели, как правило, разработаны в предположении, что ледяные кристаллы в перистых облаках имеют идеальную форму, но это в большинстве случаев не соответствует действительности. В настоящей статье предложена оптическая модель облака, состоящего из наиболее распространенных частиц неправильной формы - полых гексагональных столбиков. Модель построена для реального распределения частиц в облаке по глубине полости и размерам. Также рассмотрен случай смеси в облаке идеальных и полых гексагональных столбиков, что существенно улучшает достоверность модели. Полученная оптическая модель имеет важное прикладное значение для задач лазерного зондирования атмосферы.
Б.Д. БЕЛАН, И.А. РАЗЕНКОВ, К.А. РЫНКОВ
Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева СО РАН, Томск, Россия bbd@iao.ru
Ключевые слова: турбулентный лидар, эффект увеличения обратного рассеяния, турбулентность в ясном небе, авиационная безопасность
Страницы: 794-800
Создание средств дистанционного обнаружения турбулентности в ясном небе (ТЯН) для заблаговременного оповещения экипажа воздушного судна об опасности сегодня представляется особенно актуальным. В настоящей работе описаны конструктивные и технические особенности турбулентного лидара УОР-6, предназначенного для экспериментальной проверки метода зондирования ТЯН. Описана процедура юстировки лидара. Качество сборки и юстировки проверялось сопоставлением теоретического расчета с реальными эхосигналами. Проведено тестирование системы на термомеханическую устойчивость. В перспективе совершенствование турбулентного лидара позволит заблаговременно обнаруживать ТЯН с борта воздушного судна и дистанционно с земли контролировать интенсивность турбулентности в пограничном слое атмосферы, например, на глиссаде в аэропортах.
Озон является сильнейшим окислителем, поэтому контроль состояния озоносферы - одна из важнейших задач обеспечения безопасности жизни и здоровья человека. Для исследования озона существует ряд методов, среди которых особое место занимает лидарный метод дистанционного обнаружения и идентификации с использованием селективного поглощения лазерного излучения, обладающий максимальной чувствительностью. В ИОА СО РАН решили задачу контроля всей озоносферы над Томском с помощью объединения действующих лидарных систем - трех лидарных систем Сибирской лидарной станции и мобильного озонового лидара - в новый лидарный комплекс для зондирования озона в расширенном диапазоне высот от 0,1 до 45 км. Комплекс позволяет исследовать озоносферу методом дифференциального поглощения и рассеяния, а также аэрозольные поля методом однократного упругого рассеяния. В лидарном комплексе используются Nd:YAG-лазеры фирм SOLAR и LOTIS TII, XeCl-лазер фирмы Lambda Physik, а также приемные телескопы системы Кассегрена диаметром 0,35 м и Ньютона диаметром 0,5 м. Лидары работают в режиме счета фотонов и регистрируют сигналы с пространственным разрешением от 1,5 до 160 м на длинах волн зондирования 299/341 нм на высотах ~ 0,1-12 и ~ 5-20 км, а также на длинах волн 308/353 нм в диапазоне высот ~ 15-45 км. В статье представлены результаты восстановления вертикального профиля концентрации озона. Впервые в России выполнены измерения озона от приземного слоя до 45 км на базе нового лидарного комплекса, сформированного из трех лидаров. Результаты работы лидарного комплекса могут быть использованы для корректировки квазитрехлетней модели вертикального распределения концентрации озона и аэрозоля, для сопоставления лидарных и спутниковых данных, оценки влияния климатообразующих факторов на атмосферу Западной Сибири.
Изучение пространственно-временной структуры оптической турбулентности и развитие методов определения ее характеристик на разных высотах в атмосфере имеют большое значение для астрономической адаптивной оптики. Схема системы адаптивной оптики и технические характеристики ее компонент в значительной степени определяются оптической турбулентностью по лучу зрения телескопа. В настоящей работе модифицирован метод определения вертикальных профилей структурной характеристики турбулентных флуктуаций показателя преломления воздуха. На основе данных реанализа атмосферы ERA5 с помощью данного метода получены статистически репрезентативные вертикальные профили структурной постоянной турбулентных флуктуаций показателя преломления воздуха и внешнего масштаба турбулентности для места расположения Большого солнечного вакуумного телескопа (БСВТ). Обсуждается проблема определения профилей внешних масштабов турбулентности с учетом данных приземных мачтовых микрометеорологических и оптических измерений на БСВТ. Полученные результаты являются основой для построения многозеркальной системы адаптивной оптики на БСВТ, в частности профили важны для дальнейшего уточнения высот оптического сопряжения. Предлагаемые подходы могут быть использованы при описании оптической турбулентности и над другими солнечными телескопами наземного базирования.
Настоящий тематический выпуск журнала “Химия в интересах устойчивого развития” посвящен 80-летнему юбилею Института химии твердого тела и механохимии Сибирского отделения Российской академии наук.