Влияние уровня температурной инверсии атмосферы на тепловой эффект пыльной мглы

ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН ________________________________________2010, том 53, №7_____________________________________

ФИЗИКА АТМОСФЕРЫ

УДК 551.576, 551.521.3

Б.И.Назаров, С.Ф.Абдуллаев, В.А.Маслов, Н.А.Абдурасулова, М.С.Абдуллаева ВЛИЯНИЕ УРОВНЯ ТЕМПЕРАТУРНОЙ ИНВЕРСИИ АТМОСФЕРЫ НА ТЕПЛОВОЙ ЭФФЕКТ ПЫЛЬНОЙ МГЛЫ

Физико-технический институт им.С.У.Умарова АН Республики Таджикистан

Изучены данные по температуре воздуха, полученные на метеорологических станциях Душанбе, Термез, Байрамали, Репетек и Курган-Тюбе. Установлено, что в зависимости от особенностей географического положения точки наблюдения пыльная мгла приводит к разным последствиям для температурного режима приземного слоя атмосферы. Величина температурного эффекта пыльной мглы связана с географической зоной и рельефом местности расположения точек. Эти результаты подтверждают предположения о стабилизирующей роли диффузионных слоев в запыленной атмосфере.

Ключевые слова: пылевая буря - пыльная мгла - температурный эффект.

Ранее нами изучалось влияние запыленности воздуха на температурный режим приземного слоя атмосферы [1-4]. Для выяснения закономерностей влияния пылевого аэрозоля на температурный режим приземного слоя, нами были изучены данные по температуре воздуха, полученные на метеорологических станциях Душанбе, Термеза, Байрамали, Репетека за период 2005-2009 гг. и для Курган-Тюбе за период 2008-2009 год.

В таблице прведены итоговые результаты обработки данных по тепловому эффекту, усредненные по каждому месяцу наблюдений. Можно сказать, что зависимости теплового эффекта для каждой географической точки также обладают свойством характеристичности, хотя и отличаются по амплитуде для того или иного года. Тепловой эффект для всех точек наблюдения, усредненный за год, приведен на рис.1. Эти зависимости соответствуют качественно данным по частоте и продолжительности пылевых бурь. Как положительный (потепление), так и отрицательный (похолодание) эффекты пылевых бурь встречаются с равной вероятностью.

Анализ показывает, что ранее мощные пылевые бури (20 сентября 1989 г. и 15 октября 1990 г.) приводили к резкому понижению дневной температуры воздуха и некоторому повышению ночной температуры. В целом этот процесс однозначно приводил к резкому снижению температуры в приземном слое воздуха. В последующие годы пыльная мгла в атмосфере в зависимости от ее мощности приводила к разным последствиям для температурного режима приземного слоя атмосферы. Обнаруженный нами двоякий эффект пыльной мглы отвергает представление о том, что пыльная мгла всегда приводит к снижению температуры в приземном слое. Доказательством этому является прове-

Адрес для корреспонденции: Абдуллаев Сабур Фузайлович. 734063, Республика Таджикистан, г.Душанбе, ул.Айни, 299/1, Физико-технический институт АН РТ. E-mail: sabur.f.abdullaev@gmail.com

денный нами анализ температурных данных для летне-осеннего периода в перечисленных выше географических точках (рис.1).

Таблица 1

Изменение среднедневного значения температурного эффекта для Душанбе, Курган-Тюбе, Байрамали,

Репетека, Термеза

Байрамали Месяцы 2005 2006 2007 2008 2009

V 0.58 -1.35 -0.26 -1.81 -1.55

VI -2.72 0.44 -1.21 -1.65 1.06

VII -0.88 2.33 -0.38 0.16 1.3

VIII -1.61 0.53 -0.11 -0.33 0.38

IX 0.96 2.061 -0.149 -0.14 0.11

X 2.43 -0.07 -1.54 -3.36 0.76

XI -1.65 -0.62 -2.54 -2.2 0.59

Термез V 0.71 -0.36 0.76 -0.33 -0.73

VI -0.43 -1.49 -0.08 -1.87 0.02

VII 0.87 1.65 0.62 0.6 -0.02

VIII 1.03 1.13 -0.39 0.01 0.05

IX -0.83 -1.67 -0.07 -1.83 -0.35

X -0.98 -0.85 -1.62 -1.09 -1.45

XI -1.31 0.98 -0.68 0.42 1.46

Репетек V 1.98 0.07 4.02 1.84 -1.97

VI 1.17 -1.05 1.01 -0.52 1.14

VII 0.64 1.32 -1 -0.44 0.48

VIII -0.18 0.43 -1.07 -0.84 0.01

IX 1.04 1.29 -1.62 -1.01 0.44

X 0.32 -0.13 0.68 -3.99 -2.26

XI -3.08 -0.47 0.78 -0.147 0.89

Курган-Тюбе V 3.01 -0.36

VI 3.92 0.06

VII 0.12 2.24

VIII 4.43 0.32

IX 0.68 0.33

X 0.71 -0.27

XI 0.98 0.25

Душанбе V -2.09 -1.8 -1.23 -0.909 -0.839

VI -0.47 -0.54 -2.57 -0.187 -0.643

VII 1.56 1.56 1.78 0.859 0.05

VIII 1.05 1.05 0.54 0.238 -0.061

IX 1.21 0.51 -0.84 0.836 -0.949

X -1.23 1.266 -1.04 3.4 -1.15

XI -2.64 -0.278 -0.946 -1.92 0.892

Сопоставляя установленный тепловой эффект запыленности атмосферы в городах, расположенных в очень узкой области юго-восточной части Центральной Азии, мы обнаружили интересную закономерность. Если для Душанбе, Термеза, Байрамали и Репетека положительный тепловой эффект наблюдался в 45% от общего числа месяцев, в которые проводилось наблюдение, то в Курган-Тюбе за последние два года положительный эффект наблюдался в 85% от числа месяцев. Среднемесячная величина теплового эффекта, характеризующая среднее изменение температуры, связанное с запыленностью воздуха, составляет: Душанбе - (-0.15°С), Термез - (-0.23°С), Байрамали - (-0.35°С), Репе-тек - (-0.0065°С), Курган-Тюбе - (+0.35°С).

4

-10 ->

Годы

Рис.1. Изменение величины среднесезонного температурного эффекта для всех точек : 1 - Байрамали,

2 - Термез, 3 - Репетек, 4 - Душанбе.

Для выяснения причин различного теплового эффекта запыленности воздуха нами проанализированы географические и физические особенности точек наблюдения. Однако Репетек (38°34' с.ш., 63°11' в.д., высота 185 м над ур. м., Байрамали (37°36' с.ш., 62°11' в.д., 241 м над ур.м.) и Термез (37°14' с.ш., 67°16' в.д., 302 м над ур.м.) находятся в аридной зоне на открытой местности. Изменения климата легко передаются по местности при масштабных изменениях давления и температуры воздуха.

Душанбе (38°33' с.ш., 68°47' в.д., 803 м над ур.м.) и Курган-Тюбе (37°50' с.ш., 68°47' в.д., 430 м над ур.м.) находятся в более гористой местности, причем движению ветра препятствуют горы, окружающие долины, где расположены эти города. Такое положение приводит к более статичной ситуации, когда поднявшаяся в воздух пыль долгое время не оседает и при этом стабилизирует состояние запыленности. Стабилизация происходит за счет усиления инверсионных слоев, которые сдерживают распространение пыли по вертикали и приводят к равномерному ее перемешиванию [5]. Образование диффузионных слоев с различной концентрацией пыли было зафиксировано в 1989 г. путем самолетных измерений над Душанбе и Курган-Тюбе [6] (рис.2.1-2.2). В этих экспериментах измерялось высотное изменение температуры (Т) и коэффициента рассеяния света с, пропорционального концентрации аэрозоля. По изменению коэффициента рассеяния с высотой можно судить о наличии над различными точками города (а,Ь,с) нескольких диффузионных слоев с различным перепадом концентрации аэрозоля. Резкие изменения концентрации аэрозоля соответствуют перепадам температуры этих слоев.

1

_1_____________I____________Цу___________I____________I_____________1_

10 20 30 10 20 30

ГС

0.01 0.1 1 <7,

Рис. 2. Вертикальные профили коэффициента аэрозольного рассеяния в чистой атмосфере (1) и во время

пыльной бури (2): 1 - Курган-Тюбе, 2 - Душанбе.

Бо время пыльной бури в приземном слое атмосферы общее содержание аэрозоля возрастает более чем на порядок. На рис.2 представлены типичные профили коэффициента рассеяния, полученные в Душанбе (2.2) и Курган-Тюбе (2.1) [6]. Быше слоя инверсии коэффициент рассеяния примерно в 10 раз меньше, чем под инверсионным слоем. рассеяния (семейство кривых 2 на рис.2.2). Б этом слое абсолютные значения возрастают по сравнению с чистой атмосферой в среднем на порядок (в зависимости от мощности пылевого выноса).

Температурная инверсия (температура над инверсионным слоем выше на 1 -І.5 градусов) на высоте 3400 м (над Душанбе) становится более ярко выраженной и оказывает запирающее действие на распространение аэрозоля вверх. Над слоем инверсии коэффициенты рассеяния лишь в три раза превышают значения для чистой атмосферы. Бысота уровня температурной инверсии для Курган-Тюбе повышается более существенно, чем в Душанбе, причем перемешивание по высоте оказывается более равномерным в случае чистой атмосферы. Кроме того, концентрация аэрозоля над инверсионным слоем в чистой атмосфере значительно выше, она не опускается до близких к нулю значений, как в Душанбе.

Бо время пыльных бурь развитый турбулентный режим обеспечивает ниже уровня температурной инверсии хорошее перемешивание аэрозоля в горизонтальном направлении. На высоте Н=1400 м, значительно ниже инверсионного слоя, коэффициенты рассеяния практически постоянны [6]. Образование диффузионных слоев характерно для пылевой дымки, часто наблюдаемой в условиях аридной зоны Средней Азии. Медленно распространяющийся пылевой слой содержит мелкодисперсные частицы, удерживаемые в воздушном потоке силами вязкого трения. Пылевая дымка оказывает сильное влияние на климат местности, определяя величину и знак температурного эффекта пылевых бурь.

Работа выполнена при поддержке Международного научно-технического центра, проект Т-1688.

Поступило 26.03.2010 г.

ЛИТЕPАТУPА

1. Golitsyn G.S. Shukurov A.Kh. et al. - In Joint Soviet-American experiment on arid aerosol. -

St.Petersburg.: Hydrometeoizdat, І993, рр. 67-78.

2. Назаров Б.И, Голицын Г.С. и др. - ДАН PТ 1999, т.42, №10, с.59-63.

3. Назаров Б.И, Абдуллаев С.Ф. - ДАН PТ 2007 ,т.50, №4, с.340-344.

4. Назаров Б.И, Абдуллаев С.Ф. - Изв.АН PX Отд. физ.-мат., хим., геол. и техн. наук, 2009, № 2(135),

с.56-62 .

5. Назаров Б.И., Абдуллаев С.Ф. и др. - ДАН PX, 2007, т.50, №3, с.24І-247.

6. Panchenko M.V, Bodhaine B.A. et al. - Atmosph.Environ., 1993, v.27A, №16, рр.2503-2508.

Б.И.Назаров, С.ФАбдуллаев, B.A-Маслов, Н.A.Aбдyрасyлова, М.С.Aбдyллаева

РОЧ,ЕЪ БA ЭФФЕКТИ ^APGPATHH AБРИ 4AHrH

Институти физикаю техникаи ба номи С.У.Умарови Академияи илм^ои Цумхурии Тоцикистон

Маълумотхоро оиди харорат дар стансияхои обухавосанчии Дyшанбе, Термез, Байрамали, Репетек ва ^ургонтеппа омухта шyдааст. Мукаррар карда шyдааст, ки вобаста аз минтакаи географии махал чангу гу6ор ба окибатхои гуногуни тагйирёбии харорат дар сатхи замин меоварад. Бузургии падидаи харорати аз минтакаи географи ва релефи махал вобаста аст. Ин натичахо он акидаро тасдик менамоянд, ки сохахои дифузиони дар мавриди чангу губори мухит роли танзимкунанадро мебозанд.

Калима^ои калиди: буурони чанги - абри чангу губор - падидаи харорати - гармшавй.

B.I.Nazarov, S.F.Abdullaev, V.A.Maslov, N.A.Abdurasulova, M.S.Abdullaeva EFFECT OF TEMPERATURE INVERSION ATMOSPHERE FOR THERMAL

EFFECT OF DUSTY HAZE

S.U. Umarov Physical-Technical Institute, Academy of Sciences of the Republic of Tajikistan Studied data on air temperature, obtained at meteorological stations in Dushanbe, Termez, Bayrama-li, Repеtek and Kurgan-Tube. Found that, depending on the particular geographical situation of the observation point dusty haze leads to different consequences for the temperature of the surface layer of the atmosphere. The contribution of the temperature effect of the dusty haze associated with a geographical area and the terrain location points. These results confirm the assumption that the stabilizing role of diffusion layers in a dusty atmosphere.

Key words: dust storm - dust haze - temperature effect - warming.

52І