Stability of the Vertical Distribution of Dust Aerosol in Light and Moderate Winds

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The profiles of dust aerosol mass concentration obtained with multilevel (0.2, 0.4, 0.8, 1.6, and 3.2 m) daytime measurements in arid conditions in 2020–2022 show a power dependence on height. We distinguish three main types of changes in concentration with height: a) in low wind (degrees are close to –0.5); b) spike changes in concentration when wind increases (degrees reach and exceed –1); c) inversions (concentration increases with height at two or three lower levels of measurements): weak – about –20 mkg/cm3, significant – more than 50 mkg/cm3. The power dependence of –0.5 is explained by the collective effect of the rise of the ensemble of closely located bubbles of air warmed around the dust particles. In weak and moderate winds, this mode is more common. Burst changes in concentration are associated with the emergence of turbulent structures.

About the authors

Е. A. Malinovskaya

Obukhov Institute of Atmospheric Physics, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: elen_am@inbox.ru
Russia, 119017, Moscow, Pyzhevsky lane, 3

O. G. Chkhetiani

Obukhov Institute of Atmospheric Physics, Russian Academy of Sciences

Email: elen_am@inbox.ru
Russia, 119017, Moscow, Pyzhevsky lane, 3

G. S. Golitsyn

Obukhov Institute of Atmospheric Physics, Russian Academy of Sciences

Email: elen_am@inbox.ru
Russia, 119017, Moscow, Pyzhevsky lane, 3

V. A. Lebedev

Obukhov Institute of Atmospheric Physics, Russian Academy of Sciences

Email: elen_am@inbox.ru
Russia, 119017, Moscow, Pyzhevsky lane, 3

References

  1. Баренблатт Г.И., Голицын Г.С. Локальная структура развитых пыльных бурь. М.: МГУ. 1973. 44 с.
  2. Бютнер Э.К. Динамика приповерхностного слоя воздуха. Л.: Гидрометиздат, 1978. 156 с.
  3. Васильченко И.В. Приближенный термодинамический анализ локальных восходящих токов в атмосфере // Тр. ГГО. Вып. 72. 1957. С. 3–18.
  4. Вульфсон Н.И. Исследование конвективных движений в свободной атмосфере. М.: Акад. наук СССР, 1961. 522 с.
  5. Зельдович Я.Б. Предельные законы свободно–восходящих конвективных потоков // ЖЭТФ. 1937. Т. 7. В. 12. С. 1463–1465.
  6. Ингель Л.Х. О предельных законах свободновосходящих конвективных струй и термиков от локальных источников тепловыделяющей примеси // Инженерно-физический журн. 2019. Т. 92. № 6. С. 2526–2534.
  7. Малиновская Е.А., Чхетиани О.Г., Максименков Л.О. Влияние направления ветра на распределение эоловых микрочастиц по размерам // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2021. Т. 57(5). С. 539–554.
  8. Малиновская Е.А., Чхетиани О.Г., Голицын Г.С., Лебедев В.А. О вертикальном распределении пылевого аэрозоля в условиях слабых и умеренных ветров // Доклады Российской академии наук. Науки о Земле. 2023. Т. 509(2). С. 109–117.
  9. Монин А.С., Яглом А.М. Статистическая гидромеханика. Теория турбулентности. Часть 1. СПб.: Гидрометеоиздат, 1992. 694 с.
  10. Семенов О.Е. Введение в экспериментальную метеорологию и климатологию песчаных бурь. М.: Физматкнига, 2020. 448 с.
  11. Чхетиани О.Г., Голицын Г.С. Обнаружение и распространение диффузионных пятен примеси и время их жизни // ДАН. 2014. Т. 455. № 5. С. 550–553.
  12. Alfaro S.C., Gaudichet A., Gomes L., Maillé M. Modeling the size distribution of a soil aerosol produced by sandblasting // J. Geophysical Research: Atmospheres. 1997. V. 102, D10. P. 11239–11249.
  13. Batchelor G.K. Heat convection and buoyancy effects in fluids // Quart. J. R. Met. Soc. 1954. V. 80. Iss. 345. P. 339–358.
  14. Chkhetiani O.G., Gledzer E.B., Artamonova M.S., Iordanskii M.A. Dust resuspension under weak wind conditions: direct observations and model // Atmospheric Chemistry and Physics. 2012. V. 12(11). P. 5147–5162.
  15. Fernandes R., Dupont S., Lamaud E. Investigating the role of deposition on the size distribution of near-surface dust flux during erosion events // Aeolian Research. 2019. V. 37. P. 32–43.
  16. Gillette D.A., Fryrear D.W., Gill T.E., Ley T., Cahill T.A., Gearhart E.A. Relation of vertical flux of particles smaller than 10 μm to total aeolian horizontal mass flux at Owens Lake // J. Geophysical Research: Atmospheres. 1997. V. 102, D22. P. 26009–26015.
  17. Gillies J.A., Berkofsky L. Eolian suspension above the saltation layer, The Concentration Profile // J. Sedimentary Research. 2004. V. 74. № 2. P. 176–183.
  18. Houser C.A., Nickling W.G. The emission and vertical flux of particulate matter <10 μm from a disturbed clay-crusted surface // Sedimentology. 2001. V. 48. № 2. P. 255–267.
  19. Ishizuka M., Mikami M., Leys J., Yamada Y., Heidenreich S., Shao Y., McTainsh G.H. Effects of soil moisture and dried raindroplet crust on saltation and dust emission // J. Geophysical Research: Atmospheres. 2008. V. 113. P. D24.
  20. Ishizuka M., Mikami M., Leys J.F., Shao Y., Yamada Y., Heidenreich S. Power law relation between size-resolved vertical dust flux and friction velocity measured in a fallow wheat field // Aeolian Research. 2014. V. 12. P. 87–99.
  21. Ju T., Li X., Zhang H., Cai X., Song Y. Parameterization of dust flux emitted by convective turbulent dust emission (CTDE) over the Horqin Sandy Land area // Atmospheric Environment. 2018. V. 187. P. 62–69.
  22. Khalfallah B., Bouet C., Labiadh M.T., Alfaro S.C., Bergametti G., Marticorena B., Rajot J.L. Influence of atmospheric stability on the size distribution of the vertical dust flux measured in eroding conditions over a flat bare sandy field // J. Geophysical Research: Atmospheres. 2020. V. 125. № 4. P. e2019JD031185.
  23. Klose M., Shao Y. Stochastic parameterization of dust emission and application to convective atmospheric conditions // Atmospheric Chemistry and Physics. 2012. V. 12(16). P. 7309–7320.
  24. Klose M., Shao Y. Large-eddy simulation of turbulent dust emission // Aeolian Research. 2013. V. 8. P. 49–58.
  25. Lanigan D., Stout J., Anderson W. Atmospheric stability and diurnal patterns of aeolian saltation on the Llano Estacado // Aeolian Research. 2016. V. 21. P. 131–137.
  26. Li X.L., Klose M., Shao Y., Zhang H.S. Convective turbulent dust emission (CTDE) observed over Horqin Sandy Land area and validation of a CTDE scheme // J. Geophysical Research: Atmospheres. 2014. V. 119. № 16. P. 9980–9992.
  27. Macpherson T., Nickling W.G., Gillies J.A., Etyemezian V. Dust emissions from undisturbed and disturbed supply-limited desert surfaces // J. Geophysical Research: Earth Surface. 2008. 113, F2.
  28. Maher B.A., Prospero J.M., Mackie D., Gaiero D., Hesse P.P., Balkanski Y. Global Connections between aeolian dust, climate and ocean biogeochemistry at the present day and at the Last Glacial Maximum // Earth–Science Reviews. 2010. V. 99. № 1–2. P. 61–97.
  29. Neuman C.M.K., Boulton J.W., Sanderson S. Wind tunnel simulation of environmental controls on fugitive dust emissions from mine tailings // Atmospheric Environment. 2009. V. 43. № 3. P .520–529.
  30. Shao Y. A model for mineral dust emission // J. Geophysical Research: Atmospheres. 2001. V. 106. D17. P. 20 239–20 254.
  31. Shao Y. Physics and Modeling of Wind Erosion. Springer, 2008. 452 c.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2.

Download (1MB)
3.

Download (1MB)
4.

Download (897KB)
5.

Download (480KB)
6.

Download (425KB)
7.

Download (1018KB)
8.

Download (2MB)
9.

Download (1MB)


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».