Fractionation of ground-level aerosol from IR radiation of snow surface: observations in the Tomsk region
- 作者: Tentyukov M.P.1,2, Timushev D.A.3, Simonenkov D.V.1, Belan B.D.1, Shukurov K.A.4, Kozlov A.V.1, Yazikov E.G.5, Buchelnikov V.S.5, Yakovlev A.A.2
-
隶属关系:
- V.E. Zuev Institute of Atmospheric Optics SB RAS
- Pitirim Sorokin Syktyvkar State University
- Physics and Mathematics Institute, FRC Komi SС UВ RAS
- A.M. Obukhov Institute of Atmospheric Physics RAS
- National Research Tomsk Polytechnic University
- 期: 卷 65, 编号 2 (2025)
- 页面: 234-254
- 栏目: Snow cover and avalanches
- URL: https://journals.rcsi.science/2076-6734/article/view/324827
- DOI: https://doi.org/10.31857/S2076673425020048
- EDN: https://elibrary.ru/fppxlm
- ID: 324827
如何引用文章
详细
The article analyzes the results of measurements of the aerosol count concentration in the surface air in the range from 0.3 to 20.0 μm in 15 intervals. The measurements were carried out using a Grimm 1.108 aerosol spectrometer installed at the Fonovaya observatory (IAO SB RAS, Tomsk). The calculation of the statistical parameters of the distribution of surface aerosol fractions was carried out using a sample compiled on the basis of a continuous series of measurements within the time interval from 11/17/2022 to 01/30/2023. The sample size was 1799 hourly observations. A service program was written to work with the sample, as well as to visualize the calculations. The features of the effect of photophoretic forces on the average daily dynamics of the fractional distribution of aerosol particles in the surface layer were assessed in conjunction with the analysis of reverse trajectories of transport of moisture-bearing air masses and taking into account the time intervals of snow accumulation at the Fonovaya observatory in the first half of winter 2022/23. A certain relationship was established between the increase in the number concentration of particles in the range of 0.3–2.0 μm and the effect of photophoretic forces in different phases of snow cover growth associated with the fall of stratigraphically significant snowfalls. It is postulated and proven that the cause of this phenomenon is the levitation of particles in the field of infrared radiation leaving the surface of the snow, caused by the action of “snow” photophoresis. Obviously, this circumstance should be taken into account when constructing transport models of vertical transport of aerosols in the lower troposphere. In addition, “snow” photophoresis during breaks between snowfalls and during anticyclonic weather conditions can be considered as one of the potentially significant mechanisms for increasing the concentration of pollutants on the snow surface and in the ground air.
作者简介
M. Tentyukov
V.E. Zuev Institute of Atmospheric Optics SB RAS; Pitirim Sorokin Syktyvkar State University
Email: tentukov@yandex.ru
Tomsk, Russia; Syktyvkar, Russia
D. Timushev
Physics and Mathematics Institute, FRC Komi SС UВ RAS
Email: tentukov@yandex.ru
Syktyvkar, Russia
D. Simonenkov
V.E. Zuev Institute of Atmospheric Optics SB RAS
Email: tentukov@yandex.ru
Tomsk, Russia
B. Belan
V.E. Zuev Institute of Atmospheric Optics SB RAS
Email: tentukov@yandex.ru
Tomsk, Russia
K. Shukurov
A.M. Obukhov Institute of Atmospheric Physics RAS
Email: tentukov@yandex.ru
Moscow, Russia
A. Kozlov
V.E. Zuev Institute of Atmospheric Optics SB RAS
Email: tentukov@yandex.ru
Tomsk, Russia
E. Yazikov
National Research Tomsk Polytechnic University
Email: tentukov@yandex.ru
Tomsk, Russia
V. Buchelnikov
National Research Tomsk Polytechnic University
Email: tentukov@yandex.ru
Tomsk, Russia
A. Yakovlev
Pitirim Sorokin Syktyvkar State University
编辑信件的主要联系方式.
Email: tentukov@yandex.ru
Syktyvkar, Russia
参考
- Береснев С.А., Кочнева Л.Б., Суетин П.Е., Захаров В.И., Грибанов К.Г. Фотофорез атмосферных аэрозолей в поле теплового излучения Земли // Оптика атмосферы и океана. 2003. Т. 16. № 5–6. С. 470–477.
- Борен К., Хафмен Д. Поглощение и рассеяние света малыми частицами. М.: Мир, 1986. 664 с.
- Горчаков Г.И., Копров Б.М., Шукуров К.А. Исследование выноса субмикронного аэрозоля с подстилающей поверхности // Оптика атмосферы и океана, 2000. Т. 13. № 2. С. 166–169.
- Зуев В.Е., Кузиковский A.B., Погодаев В.А., Чистякова Л.К. Тепловое действие оптического излучения на водные капли малого размера // Докл. АН СССР. 1972. Т. 205. № 5. С. 1069–1072.
- Ковалев Ф.Д. Экспериментальное исследование фотофореза в газах. Автореф. дисc. … канд. физ.-мат. наук. Екатеринбург: Уральский гос. ун-т им. А.М. Горького, 2003. 24 с.
- Кожевников В.Н. Возмущения атмосферы при обтекании гор. М.: Научный мир, 1999. 160 с.
- Кочнева Л.Б. Микрофизические оптические характеристики и фотофорез атмосферных аэрозолей. Автореф. дис. на соиск. уч. степ. канд. физ.-мат. наук. Екатеринбург: Уральский гос. ун-т им. А.М. Горького 2007. 24 с.
- Кушнаренко А.В. Разработка модели и алгоритмов расчёта фотофоретического взаимодействия аэрозольных частиц и кластеров в разреженной газовой среде на основе метода Монте-Карло. Дисc. на соиск. уч. степ. канд. физ.-мат. наук. Красноярск: ФГАОУВО «Сибирский федеральный университет», 2019. 103 с.
- Марков М.Г. Теоретическое исследование влияния термодиффузиофореза и фотофореза на эволюцию атмосферного аэрозоля. Диcс. на соиск. уч. степ. канд. физ.-мат. наук. Обнинск: Физ.-энерг. ин-т, 1985. 179 с.
- Пришивалко А.П. Оптические и тепловые поля внутри светорассеивающих частиц. Минск: Наука и техника, 1983. 190 с.
- Симонова Г.В., Калашникова Д.А., Маркелова А.Н., Бондаренко А.С., Давыдкина А.Е. Вариации изотопного состава кислорода и водорода в атмосферных осадках в г. Томске (2016–2020 гг.) // Оптика атмосферы и океана. 2023. Т. 36. № 7. С. 595–601. https://doi.org/10.15372/AOO20230709
- Сократов С.А., Трошкина Е.С. Развитие структурно-стратиграфических исследований снежного покрова // Материалы гляциол. исследований. 2009. Вып. 107. С. 103–109.
- Сурдин В.Г. Фотометрический парадокс Ольберса // Электронный ресурс. URL: https://www.krugosvet.ru/enc/nauka_i_tehnika/astronomiya/FOTOMETRICHESKI_PARADOKS_OLBERSA.html (Дата обращения: 13.08.2021).
- Тентюков М.П., Белан Б.Д., Симоненков Д.В., Михайлов В.И. Формирование вторичных органических аэрозолей на поверхности хвои и их поступление в полог зимнего леса под воздействием радиометрического фотофореза // Оптика атмосферы и океана. 2022. Т. 35. № 5. С. 916–923. https://ao-pv.iao.ru/ru/content/text?vol=35&issue=05&num=4
- Хорват Л. Кислотный дождь / Пер. с венгер., под ред. Ю.Н. Михайловского. М.: Стройиздат, 1990. 80 с.
- Фирц Ш., Армстронг Р.Л., Дюран И., Этхеви П., Грин И., МакКланг Д.М., Нишимура К., Сатьявали П.К., Сократов С.А. Международная классификация для сезонно-выпадающего снега (руководство к описанию снежной толщи и снежного покрова) // Материалы гляциол. исследований. 2012–2. 80 c.
- Юфа Б.А., Гурвич Ю.М. Применение медианы и квартилей для оценки нормальных и аномальных значений геохимического поля // Геохимия. 1964. № 8. С. 817–824.
- Яламов Ю.И., Хасанов А.С. Фотофорез гетерогенных по теплопроводности крупных аэрозольных частиц // Журнал технической физики. 1998. Т. 68. № 4. С. 1–6.
- Berne B.J., Pecora R. Dynamic Light Scattering. John Wiley and Sons Ltd. 1976. 376 p. https://doi.org/10.1002/bbpc.19770810123 (Дата обращения: 13.08.2021).
- Brock J.R. On radiometer forces // Journ. of Colloid and Interface Science. 1967. V. 25 (4). P. 564–567.
- Chernyak V., Beresnev S. Photophoresis of aerosol particles // Journ. of Aerosol. Science. 1993. V. 24 (7). P. 857–866.
- Ehrenhaft F. Die Photophorese // Annalen der Physik. 1918. V. 361 (10). P. 81–132 (First published: 1918). https://doi.org/10.1002/andp.19183611002 (Дата обращения: 13.08.2021).
- Haywood J., Boucher O. Estimates of direct and indirect radiative forcing due to tropospheric aerosols: a review // Review of Geophysics. 2000. V. 38 (4). P. 513–543.
- Preining O. Photophoresis. In: Aerosol Science. Ed. C.N. Davies. New York: Acad. Press, 1966. P. 111–135.
- Rohatschek H. Direction, magnitude and causes of photophoretic force // Journ. of Aerosol Science. 1985. V. 16 (1). P. 29–42.
- Rosen M.H., Orr C.J. The photophoretic force // Journ. of Colloid Science. 1964. V. 19 (1). P. 50–60.
- rp5.ru // Электронный ресурс. URL: https://rp5.ru/Погода_в_Кожевниково,_Томская_область. (Дата обращения: 12.01.2025).
- Shukurov K.A., Simonenkov D.V., Nevzorov A.V., Rashki A., Hamzeh N.H., Abdullaev S.F., Shukurova L.M., Chkhetiani O.C. CALIOP-Based Evaluation of Dust Emissions and Long-Range Transport of the Dust from the Aral−Caspian Arid Region by 3D-Source Potential Impact (3D-SPI) Method // Remote Sensing. 2023. V. 15 (5). 2819 p. https://doi.org/10.3390/rs15112819
- Stössel F., Guala M., Fierz C., Manes C., Lehning M. Micrometeorological and morphological observations of surface hoar dynamics on a mountain snow cover // Water Resources Research. 2010. V. 46 (4). W04511. https://doi.org/10.1029/2009WR008198 (Дата обращения: 13.08.2021).
- Thoré M. Le radiomètre d’absorption // Les Mondes. 1877. V. 42. P. 585–586.
补充文件
