Личный кабинет

Научно-исследовательская работа и публикации

  1. Данные наземных фотометрических измерений AERONET (2022-2023 гг.)
  2. События аномальных выносов аэрозольного загрязнения
  3. Предсейсмические возмущения метеопараметров в нижней атмосфере по данным спутниковых измерений
  4. Идентификация волновых возмущений в нижней атмосфере
  5. Научные публикации

1. Данные наземных фотометрических измерений AERONET (2022-2023 гг.)

Таблица 1. Количество измерительных дней (N days) и точек данных (N points) на станции IAOCA-KRSU в 2022-2023 гг. (Level 1.0) и число дней, идентифицированных как случаи выноса Азиатской (A_Dust) и Ближневосточной (M-E_Dust) пыли (Dusty days) и дыма (Smoky days)

Year

2022

2023

Total

Month

Sep

Oct

Nov

Dec

Jan

Feb

Mar

Apr

May

Jun

Jul

Aug

N days

25

20

19

18

25

13

26

22

22

23

26

24

263

N points

708

402

165

269

369

219

740

564

510

597

446

623

5612

Dusty days

8

5

2

0

2

2

10

10

9

6

3

6

63

Smoky days

2

0

0

0

0

0

0

0

4

4

1

1

12

Изменчивость среднесуточных значений AOD440 иАE440-870 на станции IAOCA-KRSU (a) и соответствующая зависимость AOD440 от АE440-870 (b)

Интегральные распределения повторяемости и гистограммы измеренных значений AOD440 (a) и AE440-870 (b)

Изменчивость среднемесячных значений AOD440, деполяризационного отношения DR1020 и количества пылевых дней (N_Dusty Days) (a), а также AOD поглощения и показателя Ангстрема AE440-870 (b) в 2022-2023 гг.

Как показали исследования, данные радиометрических измерений отражают изменения эмиссии пыли, продуктов сгорания биомассы и антропогенного аэрозоля из источников Ближневосточного направления, в Европе, России, бассейне Аральского моря, пустынях северо-западного Китая в зависимости от сезона. Наиболее высокие уровни аэрозольной нагрузки атмосферы (AOD440≥0.3) являлись следствием выносов крупных частиц минеральной пыли, преобладающих весной и осенью (АE440-870 ≤0.5).

Сопоставление оптической толщины AOD440 (a) иразличия между альбедо однократного рассеяния SSA440 и SSA1020 (DSSA) (b) от параметра Ангстрема AE440-870


2. События аномальных выносов аэрозольного загрязнения

Подавляющая часть атмосферного аэрозоля в регионе поставляется природными источниками, что обусловлено географическим расположением относительно т.н. «пояса пыли», который простирается от западного побережья Северной Африки, охватывая Сахару, пустыни Аравийского полуострова, Ирана и северного Пакистана, Аральского бассейна до пустынь Такла-Макан и Гоби.

События, идентифицированные как выносы Азиатской пыли из пустынь в северо-западном Китае, превалируют над всеми другими регионами эмиссии и в пограничном слое, и в свободной тропосфере. Перенос пыли и антропогенного аэрозоля из источников Ближневосточного направления осуществляется преимущественно в средней и верхней тропосфере и не оказывает непосредственного влияния на уровни приземной массовой концентрации взвешенных в воздухе частиц (PM).

Сезонные вариации основных компонентов PM2.5 в Центральной Азии

Временной ход АОТ-Total, АОТ-Fine и АОТ-Coarse (Level 1.5) на длине волны 1020 нм («IAOCA-KRSU», AERONET) в период 19–31 апреля 2023 г. (a) и высотно-временные изменения R1064(h) по данным лидарного зондирования с 09:00 до 21:00 (Local Time) 27 апреля 2023 г. (b)

Трансформация вертикальных профилей отношения рассеяния (R) на длине волны 1064 нм полученные наземным лидаром в период с 09:00 до 21:00 (LT) 27 апреля 2023 г.

Карта распределения аэрозольного индекса атмосферы (AI) по данным спутника Aura (OMI) во время события Азиатской пыли 27 апреля 2023 г. (a).  Частотное распределение 24-h обратных траекторий, проходящих над обсерваторией (42.46° N; 78.53° E) на высоте 2000 м над поверхностью (AGL) в период с 24 апреля (12:00 UTC) по 27 апреля (18:00 UTC) 2023 г. (b)

Результаты анализа проб РМ во время аномальных событий показали, что в исследуемом регионе углеродсодержащие компоненты (ОС и EC) вносят значительный вклад в массовую концентрацию частиц с аэродинамическим диаметром менее 2.5 mm (PM2.5). Установлены источники органического углерода (ОС), элементарного углерода (ЕС) и водорастворимого органического углерода (WSOC) в условиях регионального и трансконтинентального переноса частиц атмосферного аэрозоля.

Смоделированный состав PM2.5 на площадке ПЭБ (LST) по видам (a) (mg m-3) и по регионам источникам (b) мелкодисперсной пыли (mg m-3)

Получены эмпирические отношения между аэрозольной оптической толщей AOD и массовой концентрацией PM2.5, которые позволяют производить оценку приземных значений PM2.5, основанных на данных оптических измерений.

3. Предсейсмические возмущения метеопараметров в нижней атмосфере по данным спутниковых измерений

Проанализированы вариации метеопараметров в верхней тропосфере и нижней стратосфере (UTLS) с целью выделения возмущений, которые могут быть связаны с землетрясениями магнитудой M≥ 7,0, произошедшими в регионах Евразии в 2023–2024 гг., что важно для подтверждения ранее выявленных предсейсмических атмосферных эффектов и проверки эффективности применяемых алгоритмов обработки данных спутникового дистанционного зондирования.

Высотно-временные изменения температуры атмосферы над эпицентральной зоной землетрясения M=7,8 в Турции и соответствующая динамика сейсмической активности в октябре 2022-мае 2023 г. (а, в) и в январе-феврале 2023 г. (б, г)

Динамика пространственного распределения интегрального параметра dTC перед землетрясениями M>7,0 в Турции с 27 января по 01 февраля 2023 г.

Вариации температуры (а, б), коэффициента корреляции (r) (в, г) и интегрального параметра dTC (д, е) в октябре 2023 г. – феврале 2024 г. над эпицентром землетрясения M=7,5 в Японии (01.01.2024; 07:10:09 UTC) и в январе – мае 2024 г. над эпицентром землетрясения M=7,4 на Тайване (02.04.2024; 23:58:12 UTC)

Пространственное распределение параметра dTC перед землетрясениями M≥7,0 в Японии 30-31 марта 2024 г. (а, б, в) и на Тайване 02-03 апреля 2024 г. (г, д, е)

4. Идентификация волновых возмущений в нижней атмосфере

Одна из особенностей вертикальной структуры верхней тропосферы и нижней стратосферы (UTLS) заключается в изменениях профилей коэффициента линейной регрессии между высотой и температурой тропопаузы, которые имеют типичную S-образную форму с отрицательными коэффициентами корреляции выше тропопаузы (~100 гПа) и положительными значениями в верхней тропосфере (~300 гПа). Наблюдения за изменениями температуры на этих двух уровнях UTLS лежали в основе разработанного алгоритма обработки спутниковых данных. Интенсивность вариаций температуры оценивалась путем сравнения скользящих дисперсий VAR в коротком STA (Short Time Averaging) и длинном LTA (Long Time Averaging) временных окнах: R = VARSTA / VARLTA с последующим вычислением интегральных параметров dTC (dT). Дисперсия температуры рассматривалась как мера активности различных возмущающих факторов, в том числе гравитационных волн, генерация которых может быть связана с сейсмической активностью. Возмущенному состоянию верхней тропосферы (Upper Troposphere, UT) и нижней стратосферы (Lower Stratosphere, LS) соответствовали флуктуации температуры, удовлетворяющие условиям: RUT>1,0 и RLS>1,0, соответственно, а значения параметра dTC > 1,5 считались аномальными. Использование двухуровневого подхода повысило вероятность обнаружения тепловых аномалий, предшествующих землетрясениям, что подтверждается примерами анализа вариаций температуры в сейсмически активных регионах Европы и Азии. Кроме того, позволило снизить количество ложноположительных тепловых аномалий (т.е., не сопровождающихся землетрясениями).

Идентификация предсейсмических аномалий температуры в UTLS основывалась на трех известных положениях критерия DTS-T (Deviation-Time-Space-Thermal): 1) значительное отклонение наблюдаемого параметра от своих фоновых значений; 2) квазисинхронное поведение аномалий во времени; 3) устойчивые в пространстве аномалии располагаются вблизи эпицентральных областей. Пространственные характеристики возмущений температуры определялись с помощью программного приложения IPPLA (Identification of Preseismic Perturbations in the Lower Atmosphere).

Применение разработанного алгоритма позволило установить, что аномалии сейсмогенного происхождения, характеризующиеся высокими значениями параметра аномальности dTC (≥2,0), проявлялись в виде хорошо выраженных мезомасштабных (300-800 км), относительно долгоживущих (от 18 до 36 часов) возмущенных областей, локализованных вблизи эпицентров. Максимумы dTC наблюдались в пределах нескольких сотен километров от эпицентров и за 1-5 суток до сильных землетрясений.

Повторяемость полученных результатов практически не оставляет сомнений в том, что сейсмическая активность является одним из источников изменчивости параметров атмосферы. Что касается вопроса о возможном механизме образования возмущений, предваряющих крупные землетрясения, можно предположить, что в зависимости от условий разные механизмы взаимодействия литосферы и атмосферы (геохимический, акустико-гравитационный и электромагнитный) сосуществуют и вносят свой вклад в формирование возмущений.

Результаты анализа дают основания предполагать вероятную связь аномальных изменений метеопараметров в верхней тропосфере и нижней стратосфере с сейсмической активностью. Во всех исследуемых случаях вблизи эпицентров формировались мезомасштабные области аномальных возмущений температуры. Это может означать, что возникающие на поверхности Земли предсейсмические эффекты приводят к изменению параметров атмосферы.

Динамика изменения параметров dT и dTC (а, б, д, е) и последовательности магнитуд и числа землетрясений (N) (в, г, ж, з) в сейсмоактивные периоды в Китае (2008 г.), Иране, Пакистане (2013 г.) и Непале (2015 г.)

Пространственное распределение возмущений температуры, выраженных значениями интегрального параметра аномальных вариаций DCORR, в периоды подготовки землетрясений с магнитудами M³ 5.0, произошедших на территории и вблизи границ КР