Український антарктичний журнал

№ 1(18) (2019): Український антарктичний журнал
Articles

Попередні порівняння прямого аерозольного радіаційного форсингу за даними станцій AERONET в Україні та Антарктиці

PDF (English)
  • Г. Міліневський,
  • Ю. Юхимчук,
  • А. Грицай,
  • В. Данилевський,
  • Ю. Ванг,
  • В. Чолій
Г. Міліневський
Національний антарктичний науковий центр МОН України, бульв. Тараса Шевченка, 16, м. Київ, 01601, Україна, Коледж фізики, Міжнародний центр науки майбутнього, Цзилінський університет, вул. Цянцин, 2699, м. Чанчунь, 130012, Китай, Київський національний університет імені Тараса Шевченка, вул. Володимирська, 64/13, м. Київ, 01601, Україна,Головна астрономічна обсерваторія НАН України, вул. Академіка Заболотного, 27, м. Київ, 03143, Україна
Ю. Юхимчук
Головна астрономічна обсерваторія НАН України, вул. Академіка Заболотного, 27, м. Київ, 03143, Україна, Інститут фізики НАН України, пр. Науки, 46, м. Київ, 02000, Україна
А. Грицай
Київський національний університет імені Тараса Шевченка, вул. Володимирська, 64/13, м. Київ, 01601, Україна
В. Данилевський
Київський національний університет імені Тараса Шевченка, вул. Володимирська, 64/13, м. Київ, 01601, Україна
Ю. Ванг
Коледж фізики, Міжнародний центр науки майбутнього, Цзилінський університет, вул. Цянцин, 2699, м. Чанчунь, 130012, Китай
В. Чолій
Київський національний університет імені Тараса Шевченка, вул. Володимирська, 64/13, м. Київ, 01601, Україна
DOI: https://doi.org/10.33275/1727-7485.1(18).2019.137
Опубліковано December 13, 2019
Ключові слова
  • аерозольна оптична товщина,
  • радіаційний форсинг,
  • AERONET,
  • алгоритм Глобальна атмосферна модель (GAME)
Як цитувати
Міліневський, Г., Юхимчук, Ю., Грицай, А., Данилевський, В., Ванг, Ю., & Чолій, В. (2019). Попередні порівняння прямого аерозольного радіаційного форсингу за даними станцій AERONET в Україні та Антарктиці. Український антарктичний журнал, (1(18), 128-138. https://doi.org/10.33275/1727-7485.1(18).2019.137
Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Анотація

Мета. Проаналізувати дані щодо аерозольної оптичної товщини (АОТ) в атмосфері на деяких пунктах мережі AERONET (AErosol RObotic NETwork) в Україні та Антарктиці. Для визначення та порівняння типових значень аерозольного прямого радіаційного форсингу (ПРФ) використати типові дані середньоширотної та двох антарктичних пунктів AERONET. Методи. Визначення та візуалізація даних AERONET щодо оптичної товщини аерозолю та радіаційний форсинг, проведення аналізу та інтерпретації цих даних. Обчислення радіаційного форсингу за допомогою алгоритму Глобальна атмосферна модель (Global Atmospheric ModEl, GAME). Результати. Розглянуто вимірювання аерозольної оптичної товщини за спостереженнями за допомогою аерозольних сонячних фотометрів мережі AERONET в Україні (пункт Київ) та у двох пунктах спостережень в Антарктиді (Гора Вечірня та АРМ_МакМердо (ARM_McMurdo)). Відповідно до вимірювань 2015–2018 рр. визначено, що за даними пунктів Гора Вечірня та АРМ_МакМердо значення AOT є невеликими і знаходяться в діапазоні 0.05–0.1 на довжині хвилі 340 нм. На відміну від вимірювань в Антарктиці, на пункті AERONET Київ відповідні значення AOT сягають понад 0.3–0.5. Використовуючи значення AOT з пункту Київ було оцінено прямий аерозольний радіаційний форсинг за допомогою алгоритму GAME. Розрахунки за GAME визначають аерозольний ПРФ на рівні –5.7 Вт м–2 над поверхнею з рослинністю, коли оптична товщина аерозолю дорівнює 0,1. Висновки. Оптична товщина аерозолю за даними AERONET в атмосфері над пунктом Київ має середнє значення AOT, що дорівнює 0.3 (340 нм), значення АОТ над двома антарктичними пунктами знаходяться в межах від 0.03 до 0.06. Оцінки з використанням чисельного коду (GAME) дають величини ПРФ від –6 Вт м–2 до –14 Вт м–2 над пунктом Київ. Значення, обчислені в рамках оперативного продукту AERONET за даними пункту Київ, становлять близько –20 Вт м–2 (нижня границя атмосфери) та близько –10 Вт м–2 (верхня границя атмосфери) протягом 2018 року.

PDF (English)

Посилання

  1. Andreae, M. O. 2019. Emission of trace gases and aerosols from biomass burning - an updated assessment, Atmos. Chem. Phys., 19, 8523-8546. https://doi.org/10.5194/acp-19-8523-2019
  2. Bassani, C., Cavalli, R.M., Antonelli, P. 2012. Influence of aerosol and surface reflectance variability on hyperspectral observed radiance. Atmos. Meas. Tech., 5, 1193-1203. https://doi.org/10.5194/amt-5-1193-2012
  3. Boucher, O., Randall, D., Artaxo, P., Bretherton, C., Feingold, G., Forster, P., Kerminen, V.-M., Kondo, Y., Liao, H., Lohmann, U., Rasch P., Satheesh, S.K., Sherwood, S., Stevens, B., Zhang, X.Y. 2013. Clouds and Aerosols. In Stocker, T.F. et al. (eds.). Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA.
  4. Bovchaliuk, V., Milinevsky, G., Danylevsky, V., Goloub, Ph., Sosonkin, M., Yukhimchuk, Yu., Podvin, T. 2017. Aerosol properties in atmosphere over Kyiv using lidar and sun-photometer observations. Space Sci. Technol., 23(6), 34-45. https://doi.org/10.15407/knit2017.06.034
  5. Brasseur, G.P., Solomon, S. (eds.). 2005. Aeronomy of the Middle Atmosphere: Chemistry and Physics of the Stratosphere and Mesosphere. Third Edition. Springer. 644. https://doi.org/10.1007/1-4020-3824-0
  6. Chubarova, N., Nezval', Ye., Sviridenkov, I., Smirnov, A., and Slutsker, I. 2012. Smoke aerosol and its radiative effects during extreme fire event over Central Russia in summer 2010. Atmos. Meas. Tech., 5, 557-568. https://doi.org/10.5194/amt-5-557-2012
  7. Committee on Radiative Forcing Effects on Climate, Climate Research Committee, Board on Atmospheric Sciences and Climate, Division on Earth and Life Studies. 2005. Radiative Forcingof Climate Change: Expanding the Concept and Addressing Uncertainties. The National Academies Press, Washington. 224.
  8. Derimian, Y., Dubovik, O., Tanre, D., Goloub, P., Lapyonok, T., &Mortier, A. 2012. Optical properties and radiative forcing of the Eyjafjallajökull volcanic ash layer observed over Lille, France, in 2010. J. Geophys. Res: Atmospheres, 117(D20). https://doi.org/10.1029/2011JD016815
  9. Derimian, Y., Dubovik, O., Huang, X., Lapyonok, T., Litvinov, P., Kostinski, A. B., Dubuisson, P., and Ducos, F. 2016. Comprehensive tool for calculation of radiative fluxes: illustration of shortwave aerosol radiative effect sensitivities to the details in aerosol and underlying surface characteristics. Atmos. Chem. Phys., 16, 5763-5780. https://doi.org/10.5194/acp-16-5763-2016
  10. Dubovik, O. and King, M.D. 2000. A flexible inversion algorithm for retrieval of aerosol optical properties from Sun and sky radiance measurements. Journal of Geophysical Research, 105, 20673-20696. https://doi.org/10.1029/2000JD900282
  11. Dubuisson, P., Buriez, J.C., Fouquart, Y. 1996. High spectral resolution solar radiative transfer in absorbing and scattering media application to the satellite simulation. Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer, 55(1), 103-126. https://doi.org/10.1016/0022-4073(95)00134-4
  12. Dubuisson, P., Roger, J.-C., Mallet, M., Dubovik, O. 2006. A code to compute the direct solar radiative forcing: application to anthropogenic aerosols during the ESCOMPTE experiment. In: Fisher, S., Sohn, B.-J. (eds). IRS2004: Current problems in atmospheric radiation, 127-130.
  13. Fountoulakis, I., Natsis, A., Siomos, N., Drosoglou, T., Bais, A.F. 2019. Deriving Aerosol Absorption Properties from Solar Ultraviolet Radiation Spectral Measurements at Thessaloniki, Greece. Remote Sens., 11, 2179. https://doi.org/10.3390/rs11182179
  14. Galytska, E., Danylevsky, V., Hommel, R., Burrows, J.P. 2018. Increased aerosols content in the atmosphere over Ukraine during summer 2010. Atmos. Meas. Tech., 11, 2101-2118. https://doi.org/10.5194/amt-11-2101-2018
  15. Garcia, O. E., Diaz, J. P., Exposito, F. J., Diaz, A. M., Dubovik, O., Derimian, Y., Dubuisson, P., Roger, J.-C. 2012. Shortwave radiative forcing and efficiency of key aerosol types using AERONET data. Atmos. Chem. Phys., 12, 5129-5145. https://doi.org/10.5194/acp-12-5129-2012
  16. Giles, David M., Sinyuk, Alexander, Sorokin, Mikhail G., Joel S. Schafer, Alexander Smirnov, Ilya Slutsker, Thomas F. Eck, Brent N. Holben, Jasper R. Lewis, James R. Campbell, Ellsworth J. Welton, Sergey V. Korkin, and Alexei I. Lyapustin. 2019. Advancements in the Aerosol Robotic Network (AERONET) Version 3 database - automated near-real-time quality control algorithm with improved cloud screening for Sun photometer aerosol optical depth (AOD) measurements. Atmospheric Measurement Techniques, 12 (1), 169-209. https://doi.org/10.5194/amt-12-169-2019
  17. Halthore, R.N., Crisp, D., Schwartz, S.E., Anderson, G.P., Berk, A., Bonnel, B., Boucher, O., Chang, F.-L., Chou, M.-D., Clothiaux, E.E., Dubuisson, P., Fomin, B., Fouquart, Y., Freidenreich, S., Gautier, C., Kato, S., Laszlo, I., Li, Z., Mather J.H., Plana-Fattori, A., Ramaswamy, V., Ricchiazzi, P., Shiren, Y., Trishchenko, A., Wiscombe, W. 2005. Intercomparison of shortwave radiative transfer codes and measurements. J. Geophys. Res., 110, D11206. https://doi.org/10.1029/2004JD005293
  18. Hansen, J., Sato, M., Ruedy, R., Nazarenko, L., Lacis, A., Schmidt, G. A., Russell, G., Aleinov, I., Bauer, M., Bauer, S., Bell, N., Cairns, B., Canuto, V., Chandler, M., Cheng, Y., Del Genio, A., Faluvegi, G., Fleming, E., Friend, A., Hall, T., Jackman, C., Kelley, M., Kiang, N., Koch, D., Lean, J., Lerner, J., Lo, K., Menon, S., Miller, R., Minnis, P., Novakov, T., Oinas, V., Perlwitz, Ja., Perlwitz, Ju., Rind, D., Romanou, A., Shindell, D., Stone, P., Sun, S., Tausnev, N., Thresher, D., Wielicki, B., Wong, T., Yao, M., and Zhang, S. 2005. Efficacy of climate forcings. J. Geophys. Res., 110, D18104. https://doi.org/10.1029/2005JD005776
  19. Holben, B.N., Eck, T.F., Slutsker, I., Tanré, D., Buis, J.P., Setzer, A., Vermote, E., Reagan, J.A., Kaufman, Y.J., Nakajima, T., Lavenu, F., Jankowiak, I., Smirnov, A. 1998. AERONET - A federated instrument network and data archive for aerosol characterization. Rem. Sens. Env., 66(1), 1-16. https://doi.org/10.1016/S0034-4257(98)00031-5
  20. IPCC, 2019: IPCC Special Report on the Ocean and Cryosphere in a Changing Climate. [H.-O. Pörtner, D.C. Roberts, V. Masson-Delmotte, P. Zhai, M. Tignor, E. Poloczanska, K. Mintenbeck, M. Nicolai, A. Okem, J. Petzold, B. Rama, N. Weyer (eds.)]. https://www.ipcc.ch/site/assets/uploads/sites/3/2019/11/SROCC_FinalDraft_FullReport.pdf (accessed: 12.09.2019).
  21. Kudo, R., Nishizawa, T., Aoyagi, T. 2016. Vertical profiles of aerosol optical properties and the solar heating rate estimated by combining skyradiometer and lidar measurements. Atmos. Meas. Tech., 9, 3223-3243. https://doi.org/10.5194/amt-9-3223-2016
  22. Laing, J.R., Jaffe, D.A., Hee, J.R. 2016. Physical and optical properties of aged biomass burning aerosol from wildfires in Siberia and the Western USA at the Mt. Bachelor Observatory. Atmos. Chem. Phys., 16, 15185-15197. https://doi.org/10.5194/acp-16-15185-2016
  23. Larsen, J.N., Anisimov, O.A., Constable, A., Hollowed, A.B., Maynard, N., Prestrud, P., Prowse, T.D., and Stone, J.M.R. 2014. Polar regions. In: Climate Change 2014: Impacts, Adaptation, and Vulnerability. Part B: Regional Aspects. Contribution of Working Group II to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Barros, V.R., C.B. Field, D.J. Dokken, M.D. Mastrandrea, K.J. Mach, T.E. Bilir, M. Chatterjee, K.L. Ebi, Y.O. Estrada, R.C. Genova, B. Girma, E.S. Kissel, A.N. Levy, S. MacCracken, P.R. Mastrandrea, and L.L. White (eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA, 1567-1612.
  24. Liao, H., Seinfeld, J. H., Adams, P. J., Mickley, L. J. 2004. Global radiative forcing of coupled tropospheric ozone and aerosols in a unified general circulation model. J. Geophys. Res., 109, D16207. https://doi.org/10.1029/2004JD005476
  25. Menut, L., Siour, G., Mailler, S., Couvidat, F., Bessagnet, B. 2016. Observations and regional modeling of aerosol speciation and size distribution over Africa and Europe. Atmos. Chem. Phys., 16, 12961-12982. https://doi.org/10.5194/acp-16-12961-2016
  26. Milinevsky, G., Danylevsky, V., Bovchaliuk, V., Bovchaliuk, A., Goloub, Ph., Dubovik, O., Kabashnikov, V., Chaikovsky, A., Miatselskaya, N., Mishchenko, M., and Sosonkin, M. 2014. Aerosol seasonal variations over urban-industrial regions in Ukraine according to AERONET and POLDER measurements. Atmos. Meas. Tech., 7, 1459-1474. https://doi.org/10.5194/amt-7-1459-2014
  27. Milinevsky, G., Danylevsky, V. 2018. Atmospheric Aerosol Over Ukraine Region: Current Status of Knowledge and Research Efforts. Front. Environ. Sci., 6, 59. https://doi.org/10.3389/fenvs.2018.00059
  28. Myhre, G., Aas, W., Cherian, R., Collins, W., Faluvegi, G., Flanner, M., Forster, P., Hodnebrog, Ø., Klimont, Z., Lund, M. T., Mülmenstädt, J., Lund Myhre, C., Olivié, D., Prather, M., Quaas, J., Samset, B. H., Schnell, J. L., Schulz, M., Shindell, D., Skeie, R. B., Takemura, T., and Tsyro, S. 2017. Multi-model simulations of aerosol and ozone radiative forcing due to anthropogenic emission changes during the period 1990-2015. Atmos. Chem. Phys., 17, 2709-2720. https://doi.org/10.5194/acp-17-2709-2017
  29. Pere, J. C., Bessagnet, B., Mallet, M., Waquet, F., Chiapello, I., Minvielle, F., Pont, V., Menut, L. 2014. Direct radiative effect of the Russian wildfires and its impact on air temperature and atmospheric dynamics during August 2010. Atmos. Chem. Phys., 14. 1999 -2013. https://doi.org/10.5194/acp-14-1999-2014
  30. Pey, J., Querol, X., Alastuey, A., Forastiere, F., and Stafoggia, M. 2013. African dust outbreaks over the Mediterranean Basin during 2001-2011: PM10 concentrations, phenomenology and trends, and its relation with synoptic and mesoscale meteorology. Atmos. Chem. Phys., 13, 1395-1410. https://doi.org/10.5194/acp-13-1395-2013
  31. Ridley, D.A., Heald, C.L., Kok, J.F., Zhao, Ch. 2016. An observationally-constrained estimate of global dust aerosol optical depth. Atmos. Chem. Phys., 16, 15097-15117. https://doi.org/10.5194/acp-16-15097-2016
  32. Salvador, P., Alonso-Pérez, S., Pey, J., Artíñano, B., de Bustos, J. J., Alastuey, A., and Querol, X. 2014. African dust outbreaks over the western Mediterranean Basin: 11-year characterization of atmospheric circulation patterns and dust source areas. Atmos. Chem. Phys., 14, 6759-6775. https://doi.org/10.5194/acp-14-6759-2014
  33. Tomasi, C., Vitale, V., Lupi, A., Di Carmine, C., Campanelli, M., Herber, A., Treffeisen, R., Stone, R. S., Andrews, E., Sharma, S., Radionov, V., von Hoyningen-Huene, W., Stebel, K., Hansen, G. H., Myhre, C. L., Wehrli, C., Aaltonen, V., Lihavainen, H., Virkkula, A., Hi llamo, R., Strom, J., Toledano, C., Cachorro, V. E., Ortiz, P., de Frutos, A. M., Blindheim, S., Frioud, M., Gausa, M., Zielinski, T., Petelski, T., and Yamanouchi, T. 2007. Aerosols in polar regions: A historical overview based on optical depth and in situ observations. J. Geophys. Res., 112, D16205. https://doi.org/10.1029/2007JD008432
  34. Tomasi, C., Lupi, A., Mazzola, M., Stone, R. S., Dutton, E. G., Herber, A., Radionov, V. F., Holben, B. N., Sorokin, M. G., Sakerin, S. M., Terpugova, S. A., Sobolewski, P. S., Lanconelli,C., Petkov, B. H., Busetto, M., and Vitale, V. 2012. An update on polar aerosol optical properties using POLAR-AOD and other measurements performed during the International Polar Year. Atmospheric Environment, 52, 29-47. https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2012.02.055
  35. Vakkari, V., Kerminen, V.-M., Beukes, J.P., Tiitta, P., van Zyl, P.G., Josipovic, M., Venter, A.D., Jaars, K., Worsnop, D.R., Kulmala, M., Laakso, L. 2014. Rapid changes in biomass burning aerosols by atmospheric oxidation. Geophys. Res. Lett., 41(7), 2644-2651. https://doi.org/10.1002/2014GL059396
  36. Waquet, F., Peers, F., Goloub, P., Ducos, F., Thieuleux, F., Derimian, Y., Riedi, J., Chami, M., and Tanré, D. 2014. Retrieval of the Eyjafjallajökull volcanic aerosol optical and microphysical properties from POLDER/PARASOL measurements. Atmos. Chem. Phys., 14, 1755-1768. https://doi.org/10.5194/acp-14-1755-2014
  37. Wu, J., Kong, S., Wu, F., Cheng, Y., Zheng, S., Yan, Q., Zheng, H., Yang, G., Zheng, M., Liu, D., Zhao, D., and Qi, S. 2018. Estimating the open biomass burning emissions in central and eastern China from 2003 to 2015 based on satellite observation. Atmos. Chem. Phys., 18, 11623-11646. https://doi.org/10.5194/acp-18-11623-2018