Обзор существующих методов для интерпретации данных измерений

Измерения, численное моделирование и анализ полей концентраций содержащихся в атмосфере компонентов – важные этапы в решении самых разнообразных задач физики атмосферы. Для оценки пространственной структуры атмосферных примесей наибольшее распространение получили методы, в основе которых лежат численные модели гидротермодинамики атмосферы и уравнения переноса [1, 2]. В качестве исходной информации в классической постановке задач для расчета полей примесей используются данные об инвентаризации выбросов загрязняющих компонентов в атмосферу и поля метеорологических величин (давление, температура, скорость ветра и т. д.). В некоторых случаях поля метеорологических параметров находятся одновременно с решением задач переноса.

Другой подход к построению полей загрязнения атмосферы основывается на использовании результатов измерений в большом количестве точек мониторинга, распределенных в пространстве, с привлечением интерполяционных методов и/или результатов моделирования. С помощью таких методов возможно построение пространственного распределения примесей регионального масштаба, но только в областях с густой сетью стационарных измерительных станций.

Пространственная структура атмосферных примесей может быть также исследована с привлечением инструментов дистанционного зондирования. Для анализа пространственного распределения аэрозоля регионального и глобального масштабов широко применяются методы спутникового дистанционного зондирования Земли из космоса [3].

Принципиально другой подход к оценке полей концентраций примесей используется в методах статистики обратных траекторий (СОТ), в основе которых лежит совместный анализ результатов измерений в одном или нескольких пунктах мониторинга и информации о динамике атмосферы [4–6]. В настоящей работе описан метод флюид-локации атмосферы (ФЛА), который является модификацией методов СОТ. В отличие от классических методов СОТ метод ФЛА основан на решении уравнения сохранения вещества в представлениях Эйлера и Лагранжа, что позволяет развить методику в направлении учета реальных физико-химических процессов, которым подвержена примесь в атмосфере.

Метод ФЛА позволяет без привлечения данных инвентаризации источников выбросов аэрозоля в атмосферу получать оценки пространственных квазидвумерных и трехмерных средних полей концентраций атмосферного аэрозоля регионального и глобального масштабов, используя в качестве исходных данных результаты приборных измерений в одной или нескольких точках мониторинга и информацию о движении воздушных потоков.

В данной работе анализировалось содержание аэрозоля в атмосфере. Атмосферный аэрозоль обладает высокой временной и пространственной изменчивостью, при этом является одним из ключевых компонентов в атмосфере, оказывающих большое влияние на радиационный баланс Земли. Кроме того, разнообразие источников поступления аэрозоля в атмосферу, а также влияние некоторых аэрозолей на здоровье людей, делают исследование пространственных полей аэрозольного загрязнения сложной, но тем не менее важной задачей. Наиболее известной научно-прикладной системой глобального аэрозольного мониторинга является система AERONET (AErosol RObotic NETwork, http://aeronet.gsfc.nasa.gov), в рамках которой проводятся спектральные фотометрические измерения оптических характеристик атмосферы по всему земному шару. Однако построение и анализ пространственных полей аэрозольного загрязнения атмосферы исключительно по данным наблюдений (без использования моделирования) возможно в регионах с достаточно густой сетью станций мониторинга (например, в Европе и США). Для российского сегмента сети мониторинга AERONET расстояния между станциями измеряются тысячами километров, поэтому восстановление пространственной структуры полей аэрозоля требует привлечения специальных методов, например, метода ФЛА.