Вестник КРАУНЦ. Физ.-мат. науки. 2019. Т. 29.№4. C. 208-217. ISSN 2079-6641

Содержание

DOI: 10.26117/2079-6641-2019-29-4-208-217

УДК 551.556.4

ПЕРЕНОС СТРАТОСФЕРНОГО АЭРОЗОЛЯ ВУЛКАНИЧЕСКОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ НАД ЗАПАДНОЙ СИБИРЬЮ В 2008-2017 ГОДАХ
СОГЛАСНО ДАННЫМ ТРАЕКТОРНОГО АНАЛИЗА И ЛИДАРНЫХ НАБЛЮДЕНИЙ

А. А. Черемисин¹, В. Н. Маричев², П. В. Новиков³, Д. А. Бочковский²

¹Институт химической кинетики и горения им. В.В.Воеводского СО РАН, 630090, г.Новосибирск, ул. Институтская, 3
²Институт оптики атмосферы им. В.Е.Зуева СО РАН, 634055, г. Томск, пл. Академика Зуева, 1.
³Красноярский институт железнодорожного транспорта, Красноярск, 660028, Россия, г.Красноярск, ул. Ладо Кецховели, 89

E-mail: aacheremisin@gmail.com, marichev@iao.ru, novikov-pv@yandex.ru, moto@iao.ru

В течение десятилетнего периода с 2008 по 2019 год проводились лидарные наблюдения стратосферного аэрозоля в Томске на станции высотного зондирования ИОА СО РАН. За этот период удалось зарегистрировать слои вулканического аэрозоля, возникшего в результате извержения целого ряда вулканов. Метод лагранжевых траекторий движения воздушных масс в атмосфере, построенных по данным спутниковых измерений скорости ветра в Северном полушарии, позволил связать между собой данные лидарных наземных наблюдений верхней тропосферы и стратосферы в Томске и Владивостоке, данные космического лидара CALIOP и спутниковую информация c прибора GOME-2 о распределении диоксида серы в атмосфере Северного полушария. В данной работе это показано на примере извержения вулканов Касаточи и Набро.

Ключевые слова: траектории воздушных масс, аэрозоль, вулканы, стратосфера, лидар

© Черемисин А. А. и др., 2019

Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РФФИ №19-45-700008 и гранта президента MK-4592.2018.8.

MSC 86A10

TRANSFER OF THE STRATOSPHERIC AEROSOL OF THE VOLCANIC ORIGIN OVER WESTERN SIBERIA IN 2008-2017 ACCORDING TO THE DATA OF TRAJECTORY ANALYSIS AND LIDAR OBSERVATIONS

A. A. Cheremisin¹, V. N. Marichev², P.V. Novikov³, D. A. Bochkovskiy²

¹Institute of Chemical Kinetics and Combustion SB RAS, 630090, Noviosibirsk, Instiutskaya st., 3
²V.E. Zuev Institute of Atmospheric Optics SB RAS, 634055, Tomsk, Academician Zuev square, 1
³Krasnoyarsk Institute of Railway Transport, 660028, Krasnoyarsk, Lado Ketskhoveli st., 89

E-mail: aacheremisin@gmail.com, marichev@iao.ru, novikov-pv@yandex.ru, moto@iao.ru

During the ten-year period from 2008 to 2019 lidar observations of the stratospheric aerosol in Tomsk were carried out at the high-altitude sounding station of the IOA SB RAS. During this period, it was possible to register layers of volcanic aerosol resulting from the eruption of a number of volcanoes. The method of Lagrangian trajectories of air mass movement in the atmosphere based on satellite measurements of wind speed in the Northern Hemisphere made it possible to relate data from lidar ground-based observations of the upper troposphere and stratosphere in Tomsk and Vladivostok, CALIOP space lidar data and satellite information from the GOME-2 instrument distribution of sulfur dioxide in the atmosphere of the Northern Hemisphere. In this work, this is shown by the example of the eruption of the Kasatochi and Nabro volcanoes.

Key words: air mass trajectories, aerosol, volcano, stratosphere, lidar

© Cheremisin A. A. et al., 2019

This work was financially supported by the RFBR grant No. 19-45-700008 and the grant of the president MK-4592.2018.8.

Список литературы/References

  1. Черемисин А. А., Маричев В. Н., Новиков П. В., “Лидарные наблюдения вулканического аэрозоля в атмосфере над Томском”, Метеорология и гидрология, 2011, №9, 46—56. [Cheremisin A. A., Marichev V. N., Novikov P. V., “Lidarnyye nablyudeniya vulkanicheskogo aerozolya v atmosfere nad Tomskom”, Meteorologiya i gidrologiya, 2011, №9, 46—56, (in Russian)].
  2. Черемисин А. А., Маричев В. Н., Новиков П. В., Павлов А. Н., Шмирко К. А., Бочковский Д. А., “Оценка переноса вулканического аэрозоля в стратосфере над Томском и Владивостоком в 2011 году по данным лидарных наблюдений”, Метеорология и гидрология, 2019, №5, 50–62. [Cheremisin A. A., Marichev V. N., Novikov P. V., Pavlov A. N., Shmirko K. A., Bochkovskiy D. A., “Otsenka perenosa vulkanicheskogo aerozolya v stratosfere nad Tomskom i Vladivostokom v 2011 godu po dannym lidarnykh nablyudeniy”, Meteorologiya i gidrologiya, 2019, №5, 50–62, (in Russian)].
  3. Черемисин А. А., Маричев В. Н., Новиков П. В., “Перенос полярных стратосферных облаков из Арктики к Томску в январе 2010 г.”, Оптика атмосферы и океана, 26:2 (2013), 93–99. [Cheremisin A. A., Marichev V. N., Novikov P. V., “Perenos polyarnykh stratosfernykh oblakov iz Arktiki k Tomsku v yanvare 2010 g.”, Optika atmosfery i okeana, 26:2 (2013), 93–99, (in Russian)].
  4. Cheremisin A. A., Marichev V. N., Novikov P. V., Barashkov T. O., Bochkovsky D. A., “Analysis of polar stratospheric cloud observations at Tomsk in January 2016”, Proc. SPIE, 10035 (2016), 100355X-1-100355X-5.
  5. Иванов В. Н., Зубачев Д. С., Коршунов В. А. и др., “Лидарные наблюдения стратосферных аэрозольных следов от Челябинского метеорита”, Оптика атмосферы и океана, 27:2 (2014), 117–122. [Ivanov V. N., Zubachev D. S., Korshunov V. A. i dr., “Lidarnyye nablyudeniya stratosfernykh aerozol’nykh sledov ot Chelyabinskogo meteorita”, Optika atmosfery i okeana, 27:2 (2014), 117–122, (in Russian)].
  6. Eruption of the Kasatochi volcano on the Aleutian Islands, http://sacs.aeronomie.be/cases/kasatochi.php.
  7. Cheremisin A. A., Shnipov I. S., Horvath H., Rohatschek H., “The global picture of aerosol layers formation in the stratosphere and in the mesosphere under the influence of gravitophotophoretic and magneto-photophoretic forces”, Geophys. Res., 116 (2011), D19204.
  8. Kerminen V.-M., Niemi J. V., Timonen H. et al., “Characterization of a volcanic ash episode in southern Finland caused by the Grimsv¨otn eruption in Iceland in May 2011”, Atmos. Chem. Phys., 11 (2011), 12227–12239.
  9. Kvietkus K., ˇ Sakalys J., Didˇzbalis J. et al., “Atmospheric aerosol episodes over Lithuania after the May 2011 volcano eruption at Grimsv¨otn, Iceland”, Atmospheric Research, 122 (2013), 93–101.
  10. Bourassa A., Robock A., Randel W. et al., “Large Volcanic Aerosol Load in the Stratosphere Linked to Asian Monsoon Transport”, Science, 337 (2012), 78–81.
  11. CALIPSO Science Team, CALIPSO/CALIOP Level 1B, Lidar Profile Data, version 3.02, Hampton, VA, USA: NASA Atmospheric Science Data Center (ASDC), https://eosweb.larc.nasa.gov/project/calipso/cal_lid_l1-valstage1-v3-02_table.
  12. Fromm M., Nedoluha G., Charv´at Z., “Comment on “Large Volcanic Aerosol Load in the Stratosphere Linked to Asian Monsoon Transport””, Science, 339:6120 (2013), 647.
  13. Vernier J.-P., Thomason L. W., Fairlie T. D. et al., “Comment on “Large Volcanic Aerosol Load in the Stratosphere Linked to Asian Monsoon Transport””, Science, 339:6120 (2013), 647.
  14. Khaykin S. M., Godin-Beekmann S., Keckhut P. et al., “Variability and evolution of the midlatitude stratospheric aerosol budget from 22 years of ground-based lidar and satellite observations”, Atmos. Chem. Phys., 17 (2017), 1829–1845.
  15. Clarisse L., Coheur P.-F., Theys N. et al., “The 2011 Nabro eruption, a SO2 plume height analysis using IASI measurements”, Atmos. Chem. Phys., 14 (2014), 3095–3111.
  16. Sawamura P., Vernier J. P., Barnes J. E. et al., “Stratospheric AOD after the 2011 eruption of Nabro volcano measured by lidars over the Northern Hemisphere”, Environmental Res. Lett., 7 (2012), 034013.
  17. Fairlie T. D., Vernier J.-P., Natarajan M., Bedka K. M., “Dispersion of the Nabro volcanic plume and its relation to the Asian summer monsoon”, Atmos. Chem. Phys., 14 (2014), 7045–7057.
  18. Zhuang J., Yi F., “Nabro aerosol evolution observed jointly by lidars at a mid-latitude site and CALIPSO”, Atmospheric Environment, 140 (2016), 106–116.

Список литературы (ГОСТ)

  1. Черемисин А. А., Маричев В. Н., Новиков П. В. Лидарные наблюдения вулканического аэрозоля в атмосфере над Томском // Метеорология и гидрология. 2011. №9. С. 46—56.
  2. Черемисин А. А., Маричев В. Н., Новиков П. В., Павлов А. Н., Шмирко К. А., Бочковский Д. А. Оценка переноса вулканического аэрозоля в стратосфере над Томском и Владивостоком в 2011 году по данным лидарных наблюдений // Метеорология и гидрология. 2019. №5. С. 50–62.
  3. Черемисин А. А., Маричев В. Н., Новиков П. В. Перенос полярных стратосферных облаков из Арктики к Томску в январе 2010 г. // Оптика атмосферы и океана. 2013. Т. 26. №2. С. 93–99.
  4. Cheremisin A. A., Marichev V. N., Novikov P. V., Barashkov T. O., Bochkovsky D. A. Analysis of polar stratospheric cloud observations at Tomsk in January 2016 // Proc. SPIE. 2016. vol. 10035. 100355X-1–100355X-5
  5. Иванов В. Н., Зубачев Д. С., Коршунов В. А. и др. Лидарные наблюдения стратосферных аэрозольных следов от Челябинского метеорита // Оптика атмосферы и океана. 2014. Т. 27. №2. С. 117–122.
  6. Eruption of the Kasatochi volcano on the Aleutian Islandshttp://sacs.aeronomie.be/cases/kasatochi.php.
  7. Cheremisin A. A., Shnipov I. S., Horvath H., Rohatschek H. The global picture of aerosol layers formation in the stratosphere and in the mesosphere under the influence of gravitophotophoretic and magneto-photophoretic forces // Geophys. Res. 2011. vol. 116. D19204.
  8. Kerminen V.-M., Niemi J. V., Timonen H. et al. Characterization of a volcanic ash episode in southern Finland caused by the Grimsv¨otn eruption in Iceland in May 2011 // Atmos. Chem. Phys. 2011. vol. 11. pp. 12227–12239.
  9. Kvietkus K., ˇ Sakalys J., Didˇzbalis J. et al. Atmospheric aerosol episodes over Lithuania after the May 2011 volcano eruption at Grimsv¨otn, Iceland // Atmospheric Research. 2013. vol. 122. pp. 93–101.
  10. Bourassa A., Robock A., Randel W. et al. Large Volcanic Aerosol Load in the Stratosphere Linked to Asian Monsoon Transport // Science. 2012. vol. 337. pp. 78–81.
  11. CALIPSO Science Team. CALIPSO/CALIOP Level 1B, Lidar Profile Data, version 3.02 Hampton, VA, USA: NASA Atmospheric Science Data Center (ASDC),https://eosweb.larc.nasa.gov/project/calipso/cal_lid_l1-valstage1-v3-02_table.
  12. Fromm M., Nedoluha G., Charv´at Z. Comment on “Large Volcanic Aerosol Load in the Stratosphere Linked to Asian Monsoon Transport” // Science. 2013. vol. 339. no. 6120.
  13. Vernier J.-P., Thomason L. W., Fairlie T. D. et al. Comment on “Large Volcanic Aerosol Load in the Stratosphere Linked to Asian Monsoon Transport” // Science. 2013. vol 339. no. 6120.
  14. Khaykin S. M., Godin-Beekmann S., Keckhut P. et al. Variability and evolution of the midlatitude stratospheric aerosol budget from 22 years of ground-based lidar and satellite observations // Atmos. Chem. Phys. 2017. vol. 17. pp. 1829–1845.
  15. Clarisse L., Coheur P.-F., Theys N. et al. The 2011 Nabro eruption, a SO2 plume height analysis using IASI measurements // Atmos. Chem. Phys. 2014. vol. 14. pp. 3095–3111.
  16. Sawamura P., Vernier J. P., Barnes J. E. et al. Stratospheric AOD after the 2011 eruption of Nabro volcano measured by lidars over the Northern Hemisphere // Environmental Res. Lett. 2012. vol. 7. 034013.
  17. Fairlie T. D., Vernier J.-P., Natarajan M., Bedka K. M. Dispersion of the Nabro volcanic plume and its relation to the Asian summer monsoon // Atmos. Chem. Phys. 2014. vol. 14. pp. 7045–7057.
  18. Zhuang J., Yi F. Nabro aerosol evolution observed jointly by lidars at a mid-latitude site and CALIPSO // Atmospheric Environment. 2016. vol. 140. pp. 106–116.

Для цитирования: Черемисин А. А., Маричев В. Н., Новиков П. В., Бочковский Д. А. Перенос стратосферного аэрозоля вулканического происхождения на Западной Сибирью в 2008-2017 годах согласно данным траекторного анализа и лидарных наблюдений // Вестник КРАУНЦ. Физ.-мат. науки. 2019. Т. 29. № 4. C. 208-217. DOI: 10.26117/2079-6641-2019-29-4-208-217
For citation: Cheremisin A. A., Marichev V. N., Novikov P.V., Bochkovskiy D. A. Transfer of the stratospheric aerosol of the volcanic origin over Western Siberia in 2008-2017 according to the data of trajectory analysis and lidar observations, Vestnik KRAUNC. Fiz.-mat. nauki. 2019, 29: 4, 208-217. DOI: 10.26117/2079-6641-2019-29-4-208-217

Поступила в редакцию / Original article submitted: 18.10.2019

Черемисин Александр Алексеевич – доктор физико-математических наук, профессор, заведующий лабораторией «Дисперсные системы, Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химической кинетики и горения им. В.В. Воеводского отделения Российской академии наук, г. Новосибирск, Россия, ORCID: 0000-0001-9801-0810.
Cheremisin Aleksandr Alexeevich – Dr. Sci. (Phys. & Math.), Professor, Head of Laboratory of Disperse System, Voevodsky Institute of Chemical Kinetics and Combustion Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, Novosibirsk, Russia, ORCID: 0000-0001-9801-0810.

Маричев Валерий Николаевич – доктор физико-математических наук, профессор, главный научный сотрудник, Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева Сибирского отделения Российской академии наук (ИОА СО РАН), г. Томск, Россия.
Marichev Valeriy Nikolaevich – Dr. Sci. (Phys & Math), professor, main staff scientist, V.E. Zuev Institute of Atmospheric Optics SB RAS, Tomsk, Russia.

Новиков Павел Вадимович – кандидат физико-математических наук, доцент, Красноярский институт железно-дорожного транспорта – филиал Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Иркутского государственного университета путей сообщения г. Красноярск, Россия, ORCID: 0000-0003-1900-5859.
Novikov Pavel Vadimovich – Ph.D. (Phys. & Math.), docent, Krasnoyarsk Institute of Railway Transport, Krasnoyarsk, Russia, Russia, ORCID: 0000-0003-1900-5859.

Бочковский Дмитрий Андреевич – кандидат технических наук, младший научный сотрудник, Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева Сибирского отделения Российской академии наук, г. Томск, Россия.
Bochkovskiy Dmitriy Andreevich – Ph.D. (Tech), junior staff scientist, V.E. Zuev Institute of Atmospheric Optics SB RAS, Tomsk, Russia.