К.т.н. Невзоров А.В., Усольцев Я.В.

Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева СО РАН, г. Томск

Лидарные наблюдения аэрозольных возмущений стратосферы над Томском (56,5°с.ш.; 85,0°в.д.) в период активности вулканов тихоокеанского «огненного кольца» 2006-2009 гг.

Обобщаются и анализируются результаты лидарных измерений (Томск: 56,5⁰с.ш.; 85,0⁰в.д.) оптических и микроструктурных характеристик стратосферного аэрозольного слоя (САС) в период активности вулканов 2006-2010 гг. Фоновое состояние САС с минимальным аэрозольным содержанием, наблюдаемое с 1997 г. в условиях длительного вулканически спокойного периода, было прервано в октябре 2006 г. серией взрывных извержений вулканов Тихоокеанского «огненного кольца»: Рабаул (октябрь 2006 г., Новая Гвинея); Окмок и Касаточи (июль-август 2008 г., Алеутские острова); Редоубт (март-апрель 2009 г., Аляска); Пик Сарычева (июнь 2009 г., Курильские острова). Кратковременное незначительное возмущение нижней стратосферы наблюдалось также в апреле 2010 г. после извержения исландского вулкана Эйяфьятлайокудль. С использованием разработанной региональной эмпирической модели вертикального распределения оптических характеристик фонового САС выделены периоды повышенного содержания стратосферного аэрозоля после каждого из вулканических извержений. Рассматриваются также тренды изменений общего содержания озона.

С 1997 г., когда произошла релаксация аэрозольного возмущения стратосферы продуктами извержения вулкана Пинатубо, в глобальной стратосфере, в том числе над Томском, наблюдалось фоновое состояние стратосферного аэрозольного слоя (САС) в условиях длительного вулканически спокойного периода с практически нулевым трендом изменений содержания СА за 10 лет вплоть до октября 2006 г. [1,2]. По данным непрерывного ряда лидарных измерений на длине волны зондирования 532 нм в 2000-2006 гг. были построены статистические сезонные модели вертикального распределения оптических характеристик САС для фонового состояния стратосферы. Результаты измерений представлены на рис. 1 в виде высотных профилей отношения рассеяния R(H) – отношение суммы коэффициентов обратного аэрозольного и молекулярного рассеяния к последнему.

Летне-осенние профили в основном характеризуются равномерным по высоте содержанием аэрозолей и определяются минимальными значениями R(H)~1,05-1,1. Для зимне-весеннего периода в нижней части стратосферы, до высот ~ 20 км, наблюдается некоторое увеличение аэрозольного содержания по сравнению с летне-осеннем периодом с ростом R(H) до значений 1,15-1,2, что объясняется особенностями общей стратосферной циркуляцией [3]. На основе фоновой модели СА определялись периоды повышенного содержания СА после вулканических извержений.

Хронология извержений вулканов в 2006-2010 гг., после которых над Томском регистрировалось повышенное содержание СА, представлена в таблице. Характерно, что первые пять вулканов из перечисленных в таблице относятся к поясу вулканической активности, расположенному вдоль границ Тихоокеанской литосферной плиты, так называемое Тихоокеанское «огненное кольцо». Вероятно, что тектонические процессы одной природы вызвали вулканические извержения «огненного кольца» в 2006-2009 гг. и стали причиной трагического землетрясения и цунами на Тихоокеанском побережье Японии в марте 2011 г.

Таблица – Период вулканической активности 2006-2010 гг.

Вулкан	Широта, град.	Долгота, град.	Дата	Период аэрозольного возмущения стратосферы
Рабаул (Папуа–Новая Гвинея)	4,3 ю.ш.	152,2 в.д.	6 октября 2006 г.	конец октября 2006 – весна 2007 г.
Окмок (Алеутские острова)	53,4 с.ш.	168,1 з.д.	12 июля 2008 г.	конец июля – осень 2008 г.
Касаточи (Алеутские острова)	52,2 с.ш.	175,5 з.д.	6-8 августа 2008 г.
Редоубт (Аляска)	60,5 с.ш.	152,7 з.д.	18 марта – 4 апреля 2009 г.	апрель – май 2009 г.
Пик Сарычев (Курильские острова)	48,1 с.ш.	153,2 в.д.	14-16 июня 2009 г.	июль – декабрь 2009г.
Эйяфьятлайокудль (Исландия)	63,6 с.ш.	19,6 з.д.	14 апреля 2010 г.	Незначительное возмущение нижней стратосферы в конце апреля 2010 г.

Временной ход интегрального коэффициента обратного аэрозольного рассеяния, определенный по данным зондирования на длине волны 532 нм, показан на рис. 2. Здесь каждая точка представляет усредненные данные за 10 дней измерений. Наблюдаются периодические всплески увеличения аэрозольного содержания после очередного вулканического извержения, тренд увеличения содержания СА за период вулканической активности 2006-2009 гг. и уменьшение тренда роста за период 2006-2010 гг.

Рис. 1. Усредненные сезонные профили отношения рассеяния за 2000-2006 гг. Горизонтальными линиями показаны коридоры СКО

Рис. 2. Динамика изменений интегрального коэффициента обратного аэрозольного рассеяния в высотном диапазоне 15-30 км над Томском в 2006-2010 гг.

На рис. 3 показаны примеры высотных профилей отношения рассеяния R(H), которые зарегистрированы после извержений вулканов Рабаул, Окмок, Касаточи. Профили отражают относительное содержание аэрозолей и их высотную стратификацию. После извержений вулканов Окмок и Касаточи на сети лидарных станций стран СНГ (CIS-LiNet) аэрозольное возмущение стратосферы наблюдалось в пунктах наблюдений Минск (53,9⁰ с.ш.; 27,4⁰в.д.), Томск и Владивосток (43,0⁰ с.ш.; 131,9⁰в.д.) до конца 2008 г [4].

Весной 2009 г. в стратосфере над Томском вновь наблюдались аэрозольные слои (рис. 4) после серии извержений вулкана Редоубт. Для траекторного анализа переноса воздушных масс в стратосфере применялся метод построения прямых и обратных траекторий с использованием модели NOAA HYSPLIT MODEL, которая представлена на сайте http://www.ready.noaa.gov.

Рис. 3. Примеры высотных профилей R(H) в стратосфере над Томском после извержений вулканов Рабаул, Окмок и Касаточи.

На рис. 5 приведен пример обратной траектории, который показывает, что воздушные массы пришли в Томск из региона Аляски, где расположен вулкан Редоубт.

Рис. 4. Высотные профили R(H) над Томском в мае 2009 г.

Рис. 5. Обратные траектории движения воздушных масс от Томска на высотах 14-16,5 км на момент 0700 UTC от 07 мая 2009 г.

Фоновое состояние, характеризуемое значениями R~1,1, вновь наблюдается в июне 2009 г. В дальнейшем происходит формирование выраженных аэрозольных слоев (рис. 6), которые мы связываем с извержением вулкана пик Сарычев на Курилах.

В конце апреля 2010 г. в атмосфере над Томском наблюдались аномальные аэрозольные образования, связанные с переносом продуктов извержения вулкана Эйяфьятлайокудль (Исландия, 14 апреля 2010 г.). В целом вулканогенный аэрозоль находился в тропосфере около 10 дней, в стратосферу проник незначительно, заметных долговременных радиационно-температурных эффектов оказать не мог.

На рис. 7 представлено поведение временного ряда ОСО над Томском за период 1979 – 2010 гг. Для этого использовались заново обработанные (reprocessed) данные спутников Nimbus 7 (1979 – 1992 гг., доступны на сайте http://avdc.gsfc.nasa.gov/index.php?site=296832442&id=66&go=list&path=/N7TO3), Meteor (1993 г.) и данные озонометра M-124 (1994 -2010 гг.). Тренды строились отдельно для периодов 1979 – 1995 гг., 1996 – 2006 гг., и 1996 – 2010 гг. Перед нахождением трендов, из годового ряда удалялась сезонная зависимость и прибавлялось среднее значение за год. При построении временной ряд сглаживался по 365-и точкам.

		Рис. 6. Высотные профили R(H) над Томском в июле-ноябре 2009 г.
	Рис. 7. Временной ряд общего содержания озона для Томска (56.48°с.ш.; 85.05°в.д.), построенный с использованием спутниковых данных (до 1993 г.) и данных озонометра М-124 (с 1994 г.). Линейные тренды для периодов: 1979 – 1995 гг. (пунктирная линия), 1996 - 2006 гг. (сплошная линия), 1996 – 2010 гг. (пунктирная линия). При построении временной ряд сглаживался по 365-и точкам.

Наблюдается положительный тренд, составляющий 1,24 е.Д. в год, для периода 1996 -2006 гг. Тренд для периода 1996 - 2010 гг. также положителен и составляет 1,09 е.Д. в год. Уменьшение тренда роста ОСО за период 1996 – 2010 гг. по сравнению с трендом роста за период 1996 – 2006 гг. может быть связано с влиянием повышенного содержания вулканогенного стратосферного аэрозоля (СА) на деструкцию озона.

Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки РФ (Госконтракты № 02.740.11.0674, № 14.740.11.0204 и № 16.518.11.7067) и проекта Президиума СО РАН № 2.

Литература

1. Deshler T., Anderson-Spreher R., Jäger H., Barnes J., Hofmann D.J., Clemensha B., Simonich D., Osborn M., Grainger R.G., Godin-Beekmann S. Trends in the nonvolcanic component of stratospheric aerosol over period 1971-2004 // J. Gephys. Res. 2006. V. 111. №D01201. doi: 10.1029/2005JD006086.

2. Зуев В.В., Баженов О.Е., Бурлаков В.Д., Невзоров А.В. Долговременные тренды, сезонные и аномальные кратковременные изменения фонового стратосферного аэрозоля // Оптика атмосферы и океана. 2008. Т.21. №1. С.42-47.

3. Hitchman M.H., McKay M., Trepte C.R. A climatology of stratospheric aerosol // J. Geophys. Res. 1994. V. 99. № D 10. P. 20689-20700.

4. Зуев В.В., Балин Ю.С., Букин О.А., Бурлаков В.Д., Долгий С.И., Кабашников В.П., Невзоров А.В., Осипенко Ф.П., Павлов А.Н., Пеннер Н.Э., Самойлова С.В., Столярчук С.Ю., Чайковский А.П., Шмирко К.А. Результаты совместных лидарных наблюдений аэрозольных возмущений стратосферы на станциях сети CIS-LiNet в 2008 г. // Оптика атмосферы и океана. 2009. Т. 22. № 5. С. 450-456.