Vertical turbulent fluxes of aerosol and heat in a desertified area during intermittent emission of dust aerosol

封面

如何引用文章

全文:

开放存取 开放存取
受限制的访问 ##reader.subscriptionAccessGranted##
受限制的访问 订阅存取

详细

According to measurements in September 2021 in a desertefied area in the Astrakhan region components of wind speed, air temperature and concentration of aerosol particles in the surface layer of the atmosphere, vertical heat turbulent fluxes and dust aerosol were determined. A statistical analysis of variations in meteorological parameters and aerosol particle concentrations was performed. The temporal variability of the horizontal and vertical components of wind speed, air temperature and aerosol particle concentration was analyzed using spectral analysis. A comparison has been made of the empirical distribution functions of heat flux density and the temporal variability of the rate of heat removal from the underlying surface according to synchronous measurements using acoustic weather stations Meteo-2 and Metek. Significant differences in the spatiotemporal variability of the vertical turbulent transfer of heat and dust aerosol in a desertified area were revealed. The 30-minute average values of the friction velocity, the Monin-Obukhov scale, turbulent heat fluxes (90–160 W/m2) and dust aerosol (7.2–27.5 cm–2 s–1), as well as the heat removal rate (14–21 cm/s) and dust aerosol (10–16 cm/s) from the underlying surface. It is shown that the temporal variability of the dust aerosol flux density is caused by a superposition of convective “low-frequency” movements with a scale of approximately 3–15 minutes and “high-frequency variations with a duration of less than approximately 10 s.”

全文:

受限制的访问

作者简介

G. Gorchakov

Obukhov Institute of Atmospheric Physics RAS

编辑信件的主要联系方式.
Email: gengor@ifaran.ru
俄罗斯联邦, Pyzhevsky per., 3, bld. 1, Moscow, 119017

A. Karpov

Obukhov Institute of Atmospheric Physics RAS

Email: gengor@ifaran.ru
俄罗斯联邦, Pyzhevsky per., 3, bld. 1, Moscow, 119017

R. Gushchin

Obukhov Institute of Atmospheric Physics RAS

Email: gengor@ifaran.ru
俄罗斯联邦, Pyzhevsky per., 3, bld. 1, Moscow, 119017

O. Datsenko

Obukhov Institute of Atmospheric Physics RAS

Email: gengor@ifaran.ru
俄罗斯联邦, Pyzhevsky per., 3, bld. 1, Moscow, 119017

G. Kurbatov

Obukhov Institute of Atmospheric Physics RAS

Email: gengor@ifaran.ru
俄罗斯联邦, Pyzhevsky per., 3, bld. 1, Moscow, 119017

参考

  1. Алоян А.Е. Моделирование динамики и кинетики газовых примесей и аэрозолей в атмосфере // М.: Наука, 2008. 416 с.
  2. Белоцерковский О.М., Андрущенко В.А., Шевелев Ю.Д. Динамика пространственных вихревых течений в неоднородной атмосфере. М.: Янус-К, 2000. 456 с.
  3. Берлянд М.Е. Современные проблемы атмосферной диффузии и загрязнения воздуха. Л.: Гидрометео-издат, 1975. 448 с.
  4. Бызова Н.Л., Иванов В.И., Гаргер Е.К. Турбулентность в пограничном слое атмосферы. Л.: Гидрометео-издат, 1989. 263 с.
  5. Вазаева Н.В., Чхетиани О.Г., Максименков Л.О. Организованная валиковая циркуляция и перенос минеральных аэрозолей в атмосферном пограничном слое // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2019. Т. 55, № 2. С. 17–31.
  6. Горчаков Г.И., Карпов А.В., Гущин Р.А. Турбулентные потоки пылевого аэрозоля на опустыненной территории // Доклады РАН. Науки о Земле, 2020, Т. 494. № 2. С. 53–57.
  7. Горчаков Г.И., Чхетиани О.Г., Карпов А.В., Гущин Р.А., Даценко О.И. Квазипериодическая эмиссия пылевого аэрозоля на опустыненной территории // Метеорология и гидрология. 2023. №8. С. 62–73.
  8. Карпов А.В., Горчаков Г.И., Гущин Р.А., Даценко О.И. Вертикальные турбулентные потоки пылевого аэрозоля // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2021. Т. 57. № 5. С. 565–574.
  9. Обухов А.М. Турбулентность и динамика атмосферы. Л.: Гидрометеоидат, 1998. 914 с.
  10. Alfaro S.C., Gaudichet A., Gomes L., Maille M. Modeling the size distribution of a soil aerosol produced by sandblasting // J. Geophys. Res. 1997. V. 102. P. 11239–11249.
  11. Bagnold R.A. The Physics of Blown Sand and Desert Dunes. London: Methuen, 1941. 265 р.
  12. Brunekreef B., Holgate S.T. Air pollution and health. Lancet. 2002. V.360. P.1233–1242.
  13. Gorchakov G.I., Koprov B.M., Shukurov K.A. Vertical turbulent aerosol fluxes over desertized areas // Izvestiya. Atmospheric and Oceanic Physics. 2002. V. 38. Suppl. 1. P. S138–S147.
  14. Gryanik V.M., Hartmann J. A Turbulence Closure for the Convective Boundary Layer based on a two-scale mass-flux approach // J. Atm. Sci. 2002. V. 59. № 18. P. 2729–2744.
  15. Kader B.A., Yaglom A.M. Mean fields and fluctuation moments in unstably stratified turbulent boundary layers // J. Fluid Mech. 1990. V. 212. P. 637–662.
  16. Kaimal J.C., Wyngaard J.C., Haugen D.A., Cote O.R., Izumi Y., Caughey S.J. Readings C.J. Turbulence Structure in the Convective Boundary Layer // J. Atm. Sci. 1976. V. 33. № 11. P. 2152–2169.
  17. Krishnamurthy A., Moore J.K., Mahowald N., Luo C., Zender C.S. Impacts of atmospheric nutrient inputs on marine biogeochemistry // J. Geophys. Res. 2010. 115. No G1, G01006.
  18. Li X.Y., 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. Geophys Res. V. 119. P. 9980–9992.
  19. Maher B.A., Prospero J.D., Mackie D. Global connections between aeolian dust, climate and ocean biogeochemistry at the present day and at the last glacial maximum // Earth Sci. Rev. 2010. V. 99. P. 61–97.
  20. Mahowald N., Albani S., Kok J.F., Engelstalder S., Scara R., Ward D.S., Flanner M.C. The size distribution of desert dust aerosols and its impact on the Earth system // Aeolian Research. 2014. V. 15. P. 53–71.
  21. Miller R.L. Tegen I. Climate Response to Soil Dust Aerosols // J. Climate.1998. V. 11. P. 3247–3267.
  22. Stout J.E., Zobec T.M. Intermittent saltation // Sedimentology. 1997. V. 44. P. 959–970.
  23. Vulfson A.N., Nikolaev P.V. Classical and local similarity in problems of turbulent convection: Extension of Prandtl semi-empirical theory for horizontal layers of water and air mediums // Physics of Fluids. 2024. V. 36. P. 026612.

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
下载
2. Fig. 1. Temporal variability on 09.09.2021 (a) of the horizontal (1) and vertical (2) components of wind speed, dispersion (3) of the vertical component of wind speed, dynamic speed (4), (b) air temperature (5), dust aerosol particle concentration (6), Monin-Obukhov scale (7) and air temperature dispersion (8). Designations: 9 – background aerosol particle concentration, 10 and 11 – piecewise linear approximation of the temperature trend, 12 – inflection point on the approximating curve

下载 (1MB)
索引源数据
3. Fig. 2. Empirical distribution functions of the horizontal (a) and vertical (b) components of wind speed, air temperature fluctuations (c) and concentration of dust aerosol particles (d)

下载 (214KB)
索引源数据
4. Fig. 3. Spectra of fluctuations of the vertical component of wind speed (1), air temperature (2) and horizontal component of wind speed (3). Designations: 4, 5, 6 – fragments of piecewise-power approximation of spectra

下载 (98KB)
索引源数据
5. Fig. 4. Temporal variability of (a) the flux density (1) and the removal rate (2) of aerosol and (b) the heat flux density (3) and the removal rate of heat (4) from the underlying surface

下载 (129KB)
索引源数据
6. Fig. 5. Aerosol flux density during burst emission in the period from 14:20 to 15:20

下载 (102KB)
索引源数据
7. Fig. 6. Empirical distribution functions of temperature flux density based on measurement data in 2021 with a time resolution of 0.09 s (a) and in 2010 with a time resolution of 0.02 s (b)

下载 (131KB)
索引源数据
8. Fig. 7. Temporal variability of turbulent temperature flux on 17.08.2010 based on synchronous measurements using acoustic weather stations Meteo-2 (1 and 2) and weather station Metek (3)

下载 (127KB)
索引源数据


Creative Commons License
此作品已接受知识共享署名-非商业性使用-禁止演绎 4.0国际许可协议的许可。

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».