Введение к работе
Актуальность темы. Аэрозоли играют весьма важную роль в природе. Они оказывают большое влияние на различные физические процессы, происходящие в атмосфере. С ними связаны , в частности, проблемы загрязнения атмосферы, переноса радиоактивности, изменения климата. В связи с бурно нарастающим антропогенным загрязнением атмосферы особую актуальность приобретают оценки возможных экологических последствий этого воздействия и нарушение климатических условий за счет содержания аэрозолей в атмосфере и изменения ее газового состава.
Представленное в работе исследование глобального распределения атмосферного аэрозоля в большом диапазоне высот (до 95 км) может быть использовано для учета, прогноза и регулирования принимающих планетарные масштабы воздействий общества на географическую оболочку.
Для решения' проблем экологии атмосферы существенным является факт накопления атмосферой мелкодисперсных аэрозолей. Для оценки масштаба возможного загрязнения атмосферы в предлагаемой модели приводятся значения максимальной концентрации аэрозолей, которые могут быть удержаны турбулентной атмосферой. В связи с тем, что аэрозоль является одним из главных климатообразующих факторов и существенно влияет на. перенос солнечного и теплового излучения в атмосфере, в работе произведены расчеты изменения потоков солнечной радиации в аэрозольной атмосфере для рассчитанных по модели величин концентраций.
Для анализа метеорологических и климатических последствий естественного и антропогенного воздействия на атмосферу в настоящей работе рассмотрены возможные климатические последствия при антропогенном образовании аэрозольных слоев в стратосфере, что позволяет сравнить это воздействие с другими антропогенными ( пожары, ядерные катастрофы ) и естественными воздействиями ( извержения вулканов) и показано, что возможное загрязнение может быть сравнимо с указанными антропогенными
- 4 -воздействиями.
Разработанная нами нестационарная модель распределения примеси в атмосфере позволяет решать вопросы, связанные с их глобальным распространением от источников загрязнения, находящихся в различных атмосферных слоях.
Цель работы состоит в построении модели распределения аэрозолей в атмосфере с учетом взвешивания аэрозольных- .чарт-иц -энергией турбулентных движений, исследовании особенностей географического распределения концентрации аэрозоля на различных уровнях и ее изменения с высотой, и, в качестве приложения, оценке ослабления солнечной радиации на аэрозольном блоке атмосферы для полученных величин концентраций аэрозоля.
Научная новизна и основные результаты работы состоят ь следующем:
- в настоящее время это единственная глобальная модель распределения аэрозоля в . атмосфере, модель позволяет рассчитывать среднемесячные, среднесуточные, мгновенные значения концентрации аэрозоля,
в модели впервые учтено взвешивание аэрозольных частиц за счет энергии турбулентных движений,
построены стационарная и нестационарная модели распределения аэрозоля в нижней и средней атмосфере северного полушария с учетом турбулентности,
произведены расчеты максимально возможного содержания аэрозоля в атмосфере северного полушария с использованием климатических средних месячных параметров атмосферы,
проведены модельные исследования высотных, сезонных и географических закономерностей планетарного распределения концентрации аэрозоля,
с использованием стационарной модели аэрозоля произведена оценка ослабления солнечной радиации на атмосферном аэрозоле,
получены оценки воздействия на климат при образовании антропогенных аэрозольных слоев в атмосфере с максимально возможными концентрациями.
Практическая ценность. Модель распределения аэрозолей в Северном полушарии восполняет пробел в знании планетарного распределения аэрозолей, связанного также с недостаточностью экспериментальных данных и эпизодичностью измерений.
- 5 -Проведенное исследование географического распределения атмосферного аэрозоля может быть использовано в моделях строения и состава атмосферы, атмосферной оптики, теории климата.
Сделанные с использованием модели оценки максимального содержания аэрозоля в различных слоях атмосферы при различных ее состояниях могут быть использованы для решения проблем экологии атмосферы.
Приведенные оценки возможного изменения климата при антропогенном загрязнении до величин возможных максимальных концентраций аэрозоля показывают, что оно сравнимо с прогнозируемыми последствиями "ядерной зимы". Полученные радиационные и климатические эффекты аэрозоля могут быть учтены в более общих моделях, естественного и антропогенного воздействия на радиационный режим и климат планеты. При наличии прогноза термодинамических параметров атмосферы и циркуляции по модели может быть рассчитано распределение аэрозоля в любом слое атмосферы ( до высот 95 км), в том числе и от точечного источника.
Апробация результатов. Основные результаты работы
докладывались на Всесоюзных конференциях "Метеорные тела в окрестности Земли" / Душанбе,1984/, "Оптика моря и атмосферы" /Затуми,1984/, на Пятом Всесоюзном совещании по применению статистических методов в метеорологии" / Казань,1985/, на X Пленуме Рабочей группы по оптике океана Комиссии по проблемам Мирового океана АН СССР / Воронеж, 1988/, на Всесоюзном симпозиуме по результатам исследования средней атмосферы /Звенигород, 1986/, Втором международном симпозиуме ГЛОБМЕТ /Казань, 1988/, на международной конференции "Видимость и тонкие частицы" / Вена, 1992/, а также на ежегодных итоговых научных конференциях в Казанском университете, начиная с 1976 года.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 работ. Исходный материал и методика расчетов. В качестве исходного материала для расчетов величины максимальной концентрации, удерживаемой турбулентной атмосферой, использовались данные о характеристиках турбулентности, полученные в работах Тептина Г. М. , ' Фахрутдиновой A.R /1975/, Тептчна Г. М./1976,1986/, значения атмосферных параметров станде ной модели атмосферы СССР
1964 г. и методика их расчета, приведенные в справочнике Глаголева Ю, А. /1970/. При расчетах полей концентрации аэрозоля в атмосфере северного полушария на главных изобарических поверхностях от 850 до 30 гПа использовались данные о многолетних средних месячных значениях температуры, заданных в узлах регулярной географической сетки (56x106), полученные осреднением за 0 и 12Г ежедневных наблюдений за период 1931-1960 г. г. в ГЩ СССР. Для расчетов полей концентрации аэрозоля в нижней термосфэре, мезосфере и верхней стратосфере была использована модель атмосферы NASA ( Justus С. 6. et. al. Four-D global reference atmosphere uses manual and programmes manual//NASA TM X-64872,1974&-Pt. 1,2), в которой приведены данные о многолетних средних месячных значениях температуры, давления, плотности на высотных уровнях от 30 до 90 км.
При разработке динамической модели распределения были
использованы результаты непрерывных наблюдений ветра
радиолокационным /Fellousj.Let.al. Tides and prevalіng wind
measured at Garshy //Note technique EST/RSR/75, Julliet, 1973/
и ракетным /Бюллетени результатов ракетного зондирования
атмосферы. -М.: Гидрометеоиздат,1980-1983/ зондированием
атмосферы, а также статистические характеристики ветра, опубликованные в "Аэроклиматическом справочнике характеристик ветра в узлах координатной сетки Северного полушария на изобарических поверхностях. Характеристики максимального ветра над СССР. т. 2,1966".
Расчеты концентрации аэрозолей проводились по разработанной автором методике и выполнены с помощью ЭВМ ЕС-1033, СМ-4, PC кТ 286; расчеты радиационных характеристик проводились на ЭВМ PC AT 286, ЕС-1066 по методике, разработанной в ИФА АН СССР.
Структура и объем работы, диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложения. Объем диссертации составляет 130 страниц, включая список литературы из 101 названия, 46 рисунков.
