Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Модель распределения взвешенных частиц в турбулентной атмосфере Северного полушария

ВАК РФ 11.00.09, Метеорология, климатология, агрометеорология

Автореферат диссертации по теме "Модель распределения взвешенных частиц в турбулентной атмосфере Северного полушария"

КАЗАНСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени В. И. УЛЬЯЮВА-ЛЕНИНА

На правах рукописи

МОРОЗОВА Любовь Васильевна

МОДЕЛЬ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ВЗВЕШЕННЫХ ЧАСТИЦ В ТУРБУЛЕНТНОЙ АТМОСФЕРЕ СЕВЕРНОГО ПОЛУШАРИЯ

11. 00. 09 - метеорология, климатология, агрометеорология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

КАЗАНЬ - 1992

Работа выполнена в Казанском государственном университете

Научный руководитель - доктор физико-математических

наук, профессор Г.М.Тептин

Официальные оппоненты - доктор физико-математических

наук Филиппов B.JI.

кандидат.reo графичес ких наук, доцент Наумов Э.П.

Ведущая организация - Институт физики атмосферы РАН

Защита состоится " 14 " января 1993 г. в 14 часов на заседании специализированного совета К 053.29.15 в Казанском государственном университете, по адресу: 420006, Казань, ул.Ленина, 18, корп.2, географический факультет.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Казанского университета. Отзывы и замечания, заверенные печатью, просим направлять по указанному адресу в 2 экз.

Автореферат разослан 1992 г.

Ученый секретарь с о вета, кан дидат доцент

специализированного географических наук,

47

И.В.Глейзер

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теш. 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

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- .частиц -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.

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 / Вороне к, 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 А. К /1975/, Тептчна Г. М./1976,1986/, значения атмосферных параметров стандг 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 (5óxl0ó), полученные осреднением за 0 и 121 ежедневных наблюдений за период 1931-1960 г. г. в ГМЦ СССР. Для расчетов полей концентрации аэрозоля в нижней термосфере, 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 /Fellous J. L. et. al. Tides and preval ing 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 "Аэроклиматичесюэм 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 нТ 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.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность темы работы, сформулированы цель и задачи исследования, рассмотрены научная новизна и практическая ценность работы.

В первой главе приведен краткий обзор аэрозольных моделей,

результатов и методов, применяющихся в настоящее время для исследования характеристик аэрозоля в атмосфере. Общий вывод по результатам экспериментальных исследований аэрозоля состоит в отсутствии глобальных сведений о распределении аэрозольных частиц и неопределенности их химического состава.

В параграфе 1 рассмотрены свойства атмосферного аэрозоля, его распределение и взаимосвази с различными физическими процессами в атмосфере, а также методы его исследования. Приведен обзор исследовательских работ последнего десятилетия, посвященных свойствам атмосферного аэрозоля, с целью произвести их сравнение и определить место стационарной модели в исследовании атмосферного аэрозоля. Отмечается, что разброс данных о количестве аэрозоля, отличающихся методом определения, временем и местом эксперимента составляет /2-6/ порядков. Сделан вывод о том, что стационарная модель распределения аэрозолей в северном полушарии восполняет пробел в знании планетарного распределения аэрозоля и может быть применена при исследовании климатических эффектов аэрозоля. Приводятся общие характеристики модели.

В параграфе- 2 в соответствии с выводами 1 параграфа рассмотрен механизм поглощения солнечной радиации аэрозолем и приведен обзор оптических моделей атмосферы. Произведен выбор модели для расчета ослабления солнечной радиации на аэрозольном блоке в атмосфере /Тарасова Т. А., 1986/.

В главе 2 представлена разработанная автором стационарная модель распределения аэрозоля в атмосфере северного полушария, основанная на теории оседания взвешенных частиц в температурно-неоднородной турбулентной атмосфере. В модели для стационарных условий получено соотношение между интенсивностью турбулентной энергии и концентрацией взвешенных частиц различных размеров, а также определены границы интервала размеров частиц, удерживаемых энергией турбулентных движений, и параметры логарифмически-нормального закона распределения частиц по размерам на разных высотных- уровнях; рассчитана концентрация взвешенных частиц различных размеров на высотах до 95 км.

С использованием климатической среднемесячной модели метеопараметров были произведены расчеты максимально возможного содержания аэрозоля в атмосфере северного

полушария в узлах стандартной географической сетки на различных поверхностных уровнях и построены карты концентрации.

Отметим, что вследствие возможности накопления атмосферой мелкодисперсных аэрозолей эта оценка имеет значение для изучения естественных и антропогенных воздействий на атмосферу планеты.

На основании полученных в расчетах величин проведен анализ высотных, сезонных, географических закономерностей в распределении концентрации частиц примеси на различных поверхностных уровнях в атмосфере.

В параграфе 1 рассмотрена теория оседания взвешенных частиц в турбулентной атмосфере.

Основой для решения задачи движения взвешенных частиц в турбулентном потоке' несжимаемой жидкости служат работы Колмогорова А. Н./1942/, Голицына Г.С./1973/, Баренблатта Г. И./1953,1955, 1973/, Гептина Г. М. /1975/.

Из уравнения движения в температурно-неоднородной жидкости и уравнения сохранения массы было получено уравнение баланса турбулентной энергии, из которого в стационарном случае получено уравнение для работы, затрачиваемой энергией турбулентности на удержание взвешенных частиц

и уравнение для расчета относительного объема взвешенных частиц

Концентрация частиц связана с относительным объемом частиц соотношением

В параграфе 2 в качестве приложения теории оседания взвешенных частиц в турбулентной атмосфере рассмотрена область свободной атмосферы до высоты 95 км и условия оседания частиц1 на этих высотах, а также определены условия стационарности.

- Гu(duf

Гт riduf ¿T„ .

JV -- S/( % Я r5J.

Получены формулы для расчета концентрации аэрозольных частиц в нижней и средней атмосфере.

Для численного решения задачи определения концентрации частиц из уравнения баланса турбулентной энергии необходимы следующие данные. Формула для концентрации частиц, приведенная выше, может быть использована для случая, когда все частицы имеют одинаковый размер, но поскольку в атмосфере имеются частицы различных размеров, то необходимо учесть их распределение по размерам. Далее, в случае различных размеров частиц, общая энергия турбулентности затрачивается на удержание частиц в некотором интервале размеров, следовательно необходимо определить границы интервала. Еще одной характеристикой аэрозолей, входящей в уравнение, является плотность частиц. Кроме того, необходимо знать старость седиментации частиц. Остальные характеристики составляют параметры атмосферы и турбулентности. Все перечисленные характеристики откосятся к входным параметрам модели стационарного распределения аэрозольных частиц.

В результате анализа этих параметров и процесса взвешивания частиц, которые оказались различными для средней (от 30 до 90 км) и нижней (до 25-30 км) атмосферы, были получены формулы для расчетов концентраций примеси.

В нижней атмосфере общая концентрация частиц в слое рассчитывается по формуле

Ж = 0 [ к, ехр (5( + 2.56*)) (Фш;) - 9^] ^

где фЬу, - интеграл Лапласа-Гаусса,

Х0 , 6 - параметры распределения частиц по размерам, О , К£ - зависят от указанных выше параметров атмосферы.

В средней атмосфере меняются характеристики турбулентности, плотность воздуха, длина свободного пробега, которая на высотах выше 30 юл значительно превышает размеры частиц,и они оседают быстрее. Расчеты общей концентрации аэрозолей производятся по формуле

м = о

к5 ьхр

Концентрация в интервале размеров от г1 до г2

где р плотность вероятности функции распределения по размерам

Параграф 3 содержит результаты расчетов концентрации аэрозолей в атмосфере северного полушария и анализ закономерностей ее распределения. Для иллюстрации результатов расчетов в диссертации приведены карты полей концентрации примеси в атмосфере северного полушария на различных стандартных изобарических поверхностях и высотных уровнях.

Наиболее существенные особенности географического распределения концентрации в тропосфере и нижней стратосфере следующие.

В пределах тропосферы сезонные, долготные и широтные изменения среднемесячных значений концентрации аэрозоля сопоставимы по величине и не превышают 30 % от осредненной по полушарию.

Начиная с нижней стратосферы и выше картина распределения изолиний концентрации становится более упорядоченной, при этом сезонные, широтные и долготные изменения величин концентраций увеличиваются (вплоть до 70-80 км).

Сезонные изменения преобладают за полярным кругом, плавно уменьшаясь к тропикам, на экваторе они незначительны. Концентрации минимальны е июле, максимальны в январе в умеренных и северных широтах. Во все сезоны в высоких широтах тропосферы концентрация больше, чем в низких.

Анализ карт показал, что на уровне 100 гПа отмечается отличие в сезонном ходе. Концентрации аэрозоля больше в низких широтах во все сезоны с максимумом в марте ( табл.1). Повышение концентрации в низких широтах может быть связано с наличием приэкваториальной области холода в верхней тропосфере и нижней

рассчитывается из уравнения

р(*. = —=Г~— ехР~

^ 12П 0 Ъ

у

( 2ег !

стратосфере, и поэтому интенсивного конвективного и турбулентного переноса примесей в эту область вследствие термодинамической неустойчивости атмосферы.

Таблица 2.1

Изменение с сезоном среднеширотных значений концентрации на уровне 100 гПа ( N * 10~чч/см3 )

1 | широта 1 |январь 1 1 | март 1 1 | июль 1 1 1 I октябрь | 1 1

| 90 18 15 12 14 |

| 60 15 14 13 14 |

| 30 18 18, 19 19 |

1 о 1 ■ 25 26 23 24 | 1

В зимнее время в нижней тропосфере особенно заметно повышение концентрации вдоль широтного круга от западного побережья Северной Америки к восточному, и от Сибири до Дальнего Востока ( 850 гПа, январь). Можно отметить близкое соответствие изменениям'температуры. Зимой интенсивные ложбины холода располагаются над наиболее выхоложенными восточными частями континентов Европы и Северной Америки, примерно вдоль меридианов 130е в. д. и 80° з. д.

Таким образом, в холодных массах с пониженным по отношению к окружающим областям давлением на высотах существуют условия для аккомуляции частиц примеси. В районах, где статистически преобладают высокие или высотные циклоны, создаются условия для повышенного содержания примеси в атмосфере.

В качестве оценки реальности полученных в климатической среднемесячной модели закономерностей приводятся результаты измерений.

Данные по наблюдениям за прямой солнечной радиацией на территории СССР показывают, что наибольшие величины аэрозольного ослабления отмечаются в зимнее время /Кравчук Е. Г. ,1988/. Интересно также сопоставить полученные распределения концентрации с наблюдениями аномалий солнечной радиации после извержения вулкана Эль-Чичон. Отмечается, что ослабление вулканическим аэрозолем было больше в высоких широтах, особенно зимой, и на территории Сибири и Дальнего

Востока во все сезоны больше, чем на ЕТС. Также отмечалось уменьшение амплитуды вариаций солнечной радиации в летние месяцы. В работе Кондратьева К. Я./1981/, касающейся измерений атмосферного аэрозоля полярных районов отмечается, что в Арктике концентрация аэрозолей зимой выше, чем летом. Такое повышение может объясняться тем, что зимой циркумполярный циклон более интенсивен и способствует переносу примеси в высокие широты в своей системе циркуляции.

Наиболее существенные особенности распределения концентрации в верхней стратосфере, мезосфере и нижней термосфере следующие.

Изменения концентрации с сезоном, так же как и в рассмотренных ранее областях атмосферы, наиболее значительны для северных широт, но можно отметить отличие в сезонном ходе, которое заключается в том, что концентрации максимальны летом, минимальны зимой. Из экспериментальных данных хорошо известно, что эти области атмосферы характеризуются такими яркими явлениями, как внезапные стратосферные потепления и эффект более теплой зимней мезосферы, чем летней.

Изменение концентрации аэрозольных частиц в мезосфере от сезона к сезону, а также по широте и долготе наиболее выражено на высоте 80 км. Сезонные вариации наиболее ярко проявляются в северных широтах. В южных широтах сезонные изменения невелики и сравнимы с изменениями по долготе. В среднем для высот 50, 70, 80 км в северных широтах летом концентрация в два раза выше, чем в областях близких к экватору. Годовой максимум концентрации частиц на всех высотных уровнях наблюдается согласно расчетам летом в северных и средних широтах.

На высотах от 30 до 80 км наблюдается рост концентрации от низких широт к высоким летом, зимой широтный градиент концентрации имеет противоположный знак. Градиент концентрации по широте максимален на высоте 80 км . На высоте 90 км, так же как и на уровне 100 гПа, градиент концентрации направлен от высоких широт к низким во все сезоны. Изменения концентрации вдоль широты ' в основном плавные, хотя в отдельные месяцы на высотах 70 и 80 км отклонения изолиний по широте достигают 34°. На всех исследуемых высотах на составленных картах в отдельные месяцы наблюдаются обширные как по долготе, так и по широте области одинаковой концентрации.

Распределение максимальной концентрации аэрозоля по высоте, рассчитанное для среднегодовых значений параметров атмосферы показывает, что с высотой концентрация почти равномерно уменьшается.

В главе 3 рассмотрено распределение аэрозолей в атмосфере при учете турбулентности и нарушении условия стационарности. В параграфе 1 приведен анализ условий нестационарности на разных высотах в атмосфере и определены периоды существования стационарного и нестационарного режима.

При определении периодов продолжительности стационарного и нестационарного режимов использовались результаты ракетного и радиолокационного зондирования атмосферы. Выяснилось, что смена режимов происходит в течение суток. Время существования стационарного режима меняется от 10 до 70 % времени одних суток ( при этом учитывались суточная и полусуточная гармоники приливов).

В параграфе 2 приведены результаты расчетов концентрации аэрозольных частиц при нестационарном режиме и исследовано,в каких пределах может изменяться концентрация частиц в реальной атмосфере при изменении условий.

Проведенные расчеты изменения концентраций аэрозоля в различных диапазонах размеров показывают, что при быстрой, в течение нескольких часов, смене стационарного и нестационарного ре'жимов, распределение концентрации аэрозольных частиц будет представлять из себя суперпозицию нескольких логнормальных распределений.

В параграфе 3 приводятся результаты расчетов по разработанной методике распространения аэрозольных частиц от точечного источника в свободной атмосфере с учетом процесса взвешивания частиц турбулентностью.

Оценки интервалов рассеяния следующие. Зональное рассеяние значительно, составляет несколько десятков километров за несколько суток. Частицы размером до субмикронных распространяются практически единым облаком. Частицы более крупные могут смещаться по долготе, широте и высоте до десятков км от основного облака.

Таким образом, при наличии прогноза метеорологических полей и мезо-или макромасштабной циркуляции по нестационарной модели

- 14 - •

могут быть получены распределение аэрозоля в атмосфере и траектории его рассеяния от источника, а также приток на поверхность.

Глава 4 посвящена изучению радиационных эффектов аэрозоля и оценкам антропогенных изменений климата при образовании аэрозольных слоев с максимально возможными концентрациями в стратосфере и тропосфере. С этой целью подобранная в главе 1 методика расчета ослабления солнечной радиации применяется к стационарной модели -аэрозоля, в которой основными расчетными характеристиками аэрозоля является общее количество частиц в слое,- параметры распределения ( дисперсия и медианный радиус). В начале методом двухпотоковых приближений рассчитываются потоки солнечного излучения в атмосфере с аэрозольными слоями. Полученные величины потоков используются для оценки скорости изменения температуры воздуха, как одной из важнейших характеристик изменения климата.

В параграфе 1 приведены оценки изменения радиационных процессов за счет аэрозоля. Приводится описание используемого метода и приведены уравнения для потоков. Приведены вычисленные значения оптических толщин для различных параметров аэрозолей и величин их концентрации, а также величины потоков излучения для однослойной и многослойной атмосферы.

Из проведенных расчетов можно сделать заключение . о возможности образования антропогенных аэрозольных слоев с оптическими толщинами, достигающими нескольких единиц.

В параграфе 2 для анализа метеорологических и климатических последствий естественного и антропогенного воздействия на атмосферу рассмотрены возможные климатические последствия при формировании аэрозольных слоев в стратосфере и тропосфере с полученными в расчетах максимальными значениями концентраций.

Оценки скорости изменения температуры воздуха рассчитывались по формуле

N ■у

Ср A zJ)(z) ^ t(Z)- = - л F(Z).

Для расчета величины притока к слою в правой части уравнения использовались результаты, полученные в первом параграфе. Так для различных случаев (однослойная модель, многослойная модель атмосферы ) скорости изменения температуры

воздуха составляют единицы и десятки град/сутки, что примерно на два порядка превышает естественные изменения климата (например, вулканические извержения) и больше других антропогенных флуктуация климата, обусловленных ' изменением аэрозольного состава атмосферы. Проведенные модельные оценки можно считать верхней возможной границей, т. к. расчеты были проведены без учета взаимодействия радиационных, фотохимических, динамических факторов и других данных о состоянии среды. При использовании полученных результатов следует учесть, что оценка- влияния лучистого притока тепла на тепловой режим атмосферы планеты может быть сделана лишь на основе численного моделирования общей циркуляции атмосферы. Проведенные модельные расчеты актуальны тем, что рассмотрено измение климата при формировании мощных аэрозольных слоев в стратосфере, где несущественны процессы вымывания и учтено турбулентное взвешивание аэрозольных частиц. Так в работе Кравчук Е. Г. /1988/ отмечается, что глобальное влияние на изменения солнечной радиации оказывают не все вулканические извержения, а только извержения взрывного типа, когда газопирокластическая струя проникает в стратосферу.

Таким образом, полученные оценки могут быть использованы в более общих моделях.

В заклтент сформулированы основные выводы и результаты работы:

1. Разработана методика расчета концентрации аэрозольных частиц различных размеров в атмосфере, основанная на теории оседания взвешенных частиц в температурно-неоднородной турбулентной атмосфере. Проведены оценки максимального содержания аэрозоля, который может быть удержан во .взвешенном состоянии в турбулентной атмосфере при различных состояниях среды.

2. Построены стационарная и нестационарная модели распределения аэрозоля в широком диапазоне высот ( включающем тропосферу, стратосферу, мезосферу и нижнюю термосферу) для северного полушария с учетом турбулентности.

3.Построенные модели распределения аэрозолей позволяют: Оценить максимально возможное содержание аэрозоля в любом слое атмосферы в зависимости от времени и микрофизических свойств

аэрозоля. Получить планетарное распределение аэрозоля при заданных микрофизических свойствах взвешенных частиц и наличии данных о циркуляции и полях метеовеличин. Прогнозировать распределение аэрозоля при наличии метода прогноза циркуляции и метеовеличин.

4. Анализ особенностей географического распределения аэрозольных частиц в атмосфере северного полушария на основании модельных расчетов позволил выявить следующие основные закономерности :

В пределах тропосферы и нижней половины стратосферы изменения в годовом ходе среднемесячных значений концентраций аэрозолей меньше, чем в слоях выше 30 км. Сезонные изменения преобладают за полярным кругом, плавно уменьшаясь к тропикам, на экваторе они незначительны для всех рассмотренных слоев атмосферы. Концентрации минимальны в июле, максимальны в январе в нижней атмосфере; в средней атмосфере закономерность обратная - концентрация летом в среднем в два раза выше, чем зимой. Концентрация аэрозоля почти равномерно уменьшается с высотой.

Вскрыты связи пространственного распределения концентрации аэрозоля и метеовеличин, способствующие аккомуляции частиц примеси в отдельных районах.

5. На базе стационарной модели аэрозоля проведена оценка потерь радиации методом двухпотоковых приближений. Установлено, что максимальные аэрозольные оптические толщины в стратосфере и тропосфере могут достигать нескольких единиц. Оценки возможного изменения климата при наличии аэрозольных слоев с рассчитанными оптическими величинами показали, что скорость изменения температуры воздуха может составлять от единиц до десятков град, /сутки, что примерно на два порядка превышает естественные изменения климата ( например, при вулканических извержениях) и больше других антропогенных флуктуаций климата.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1 Тептин Г. М., Морозова Л. В. О распределении взвешенныэ частиц в устойчиво-стратифицированной верхней атмосфере// Изв. АН СССР, сер. ФАО, 1982.-М 7.- С. 439-441.

2 Тептин Г. М. ,Морозова Л. В. Вертикальное и широтно*

распределение взвешенных частиц над океанами// Гез. докл. Всесоюзной кснф. "Оптика моря и атмосферы". -JL , 1984. -0. 307.

3 Тептин Г. М. .Морозова JL Е Нестационарная модель распределения пылевых частиц в верхней атмосфере //Тез. докл. Всесоюзной конференции "Метеорные тела в окрестности Земли",- Душанбе, 1984. -С. 52. '

4 Морозова Л. В. , Микулинский И. А., Тептин Г. М. Учет планетарного динамического распределения аэрозолей в схеме долгосрочного гидродинамико-статистического метода прогноза температуры// Тез. докл. 5 Всесоюзного совещания по применению статистических методов в метеорологии. - Казань: Изд. КГУ, 1985. -С. 25.

5 Тептин Г. М. ,Морозова Л. В. Распределение аэрозолей в верхней атмосфере для Северного полушария// Гез. докл. Всесоюзного симпозиума по результатам исследования средней атмосферы. - М., 1986. - С. 112-113.

6 Тептин Г. М. ,Морозова \7L Е Поглощение прямой солнечной радиации . на ■ аэрозольном блоке в атмосфере над океаном//Тез. докл. 10 Пленума рабочей группы по оптике океана Комиссии по проблемам Мирового океана АН СССР.-JL ,1988.

7 Тептин Г. М. ,Морозова JI В. Нестационарная модель распределения аэрозолей в верхней атмосфере// Изв. АН СССР, сер. ФАО, 1988.-N 1. С. 92-95.

8 Teptin G. М.', Morozova L. V. Dynamical model of suspended particles in the meteoric zone of atmosphere // Abstracts of the Second SLOBMET symposium. Kazan, USSR, july 11-16, 1988.-№. 1988. Р714,-

9 Teptin G. M. , Morozova L. V. Dynamical model of suspended particles in the meteoric zone of atmosphere // Transactions of the Second GLOBMET symposium. Kazan, USSR, july 11-16, .1988.-New-York, 1990.

10 Тептин Г. M., Морозова JLB. Стационарная модель планетарного распределения аэрозольных частиц в верхней атмосфере// Изв. АН ХСР, сер. ФАО, 1989.- N 5. -С. 439-441.

11 Тептин Г. М., Морозова JL R Стационарная модель »определения аэрозолей в низшей атмосфере// Материалы итоговой '■аучной конференции КГУ за 1988 г. Точные

науки. -Казань,Изд. КГУ, 1990. • • 12 Teptin Q. М., Morozova aerosols in the turbulent conference on Vizibility and 18, 1992.

C. 34-37.

L.V. Light scattering by the atmosphere // Abstracts of the fine particles. Vienna,sept.15 to

Сдано в набор 7.12.92 г. Подписано в печать 8.12.92 г. Форм.бум. 60 х 84 1/16. Печ.л.1. Тираж 100. Заказ 682.

Лаборатория оперативной полиграфии КГУ 420008 Казань, Ленина, 4/5