Исследование механизмов выноса тонкодисперсного аридного аэрозоля в

Исследование механизмов выноса тонкодисперсного аридного аэрозоля в
пустынях Калмыкии в 2002-2007 годах
И. Г. Гранберг, Г. С. Голицын, А. В. Андронова, А. С. Емиленко,
Б. В. Зудин, М. А. Иорданский, Е. Н. Кадыгров,
Ф. А. Погарский, В. М. Пономарёв, О. Г. Чхетиани
Исследование процессов эмиссии тонкодисперсных аэрозолей из песчаного
грунта при его нагреве солнечным излучением имеет большую научную и
практическую ценность в связи с проблемой опустынивания территорий, а также
в связи с изучением гетерогенных процессов в атмосфере. В аридных
ландшафтах ночью из-за высокой влажности происходит слипание более крупных
частиц с мелкими и образование агрегатных частиц размером 80-150 мкм, днем
же при высоких температурах воздуха поверхность земли нагревается, в
приземном слое образуется значительный температурный градиент. При этом
происходит дегидратация агрегатных частиц с выделением тонкодисперсных
частиц (0.01-0.5 мкм). Анализ полученных данных показывает, что интенсивность
выноса почвенных частиц в атмосферу прямо зависит от погодных условий. Как
только устанавливается жаркая погодная ситуация даже на короткий срок
(несколько десятков минут) начинается вынос тонкодисперсного аэрозоля. При
этом возникают микроинверсионные слои, и концентрация частиц под ними
начинает расти с высотой. Однако, при изменении этой ситуации вследствие
появления облачности или других явлений, снижающих нагрев почвы, вынос
резко уменьшается.
На основании результатов экспедиционных и лабораторных исследований 1991, 1992, 1998 – 2007 гг. в пустынях
Калмыкии и Приаралья определены основные механизмы выноса в атмосферу тонкодисперсного(< 5 мкм)
пустынного аэрозоля. Установлены причины и определены условия образования «неподвижных» вертикальных
термиков («колонн»), выносящих горячий аэрозоль( 1-5 мкм). Выявлено и проанализировано явление выноса в
маловетреную жаркую погоду субмикронной фракции (< 500 нм) агрегатных аэрозольных частиц, особенно опасных
для здоровья населения окружающих регионов. Развита модель отрыва тонкодисперсных (менее 0,4 мкм)
аэрозольных частиц и предложена формула оценки зависимости концентрации выносимых частиц от температуры
поверхности при скоростях ветра менее 3 м/с на высоте 0,5 - 1 м.
Полученная формула может быть включена в модели влияния пустынь на атмосферу, т.к. такие модели до сего
момента учитывают только пыльные бури как фактор воздействия пустынь на атмосферу.
Вынос тонкодисперсного аридного аэрозоля растёт пропорционально росту температуры поверхности, и
уменьшается с увеличением скорости ветра:
C = k * T* + k1,
где С – концентрация тонкодисперсного аэрозоля, T* - температура поверхности, k и k1 – коэффициенты. Когда
температура поверхности превышает 40 градусов, зависимость концентрации аэрозоля от температуры поверхности
усиливается.
Анализ полученных характеристик пограничного слоя с использованием формул для турбулентного потока тепла q и
коэффициента обмена K (А.Б.Казанский, А.С.Монин, 1958)
q = 0,14 H1/2 |ΔT|3/2 кал/см2 мин, K (H) = 0,13 H3/2 |ΔT|1/2 м2 /с
позволяет выдвинуть гипотезу о выносе тонкодисперсного аэрозоля термоконвективными процессами при
следующей параметризации потока выноса этими процессами из аридных регионов:
1
2
dC
F  k0 (T )
dz
при φ0 < 0,3 и   2, где
F – поток выноса тонкодисперсного аэрозоля, k0 = 0,0325 м2/(K1/2*c), φ0 – относительная
влажность воздуха на высоте 1,5 м в долях от 1, T – температура воздуха (на 0,5 и 2 м), С –
концентрация аэрозоля <2 мкм (на высотах 0,5 и 2,5 м),  - облачность в баллах.