Обнаружение с помощью космических и наземных лидарных наблюдений загрязнения воздуха

Сильное загрязнение воздуха представляет собой серьезную угрозу для здоровья населения. Эпизод с аэрозольным загрязнением в западной части дельты реки Янцзы (Китай) рассмотрен с помощью совместной инверсии CALIPSO и наземного лидара в городе Хэфэе в период 17–22 января 2019 г. Из данных за последние два года для сравнительной проверки выбраны четыре типичных погодных случая: хорошая погода (меньше облачности, хороший воздух); пасмурная (хороший воздух, отсутствие дымки); умеренная загрязненная (умеренная дымка, без облачности); погода с сильным загрязнением (сильная дымка, облачность). Вертикальный профиль обратного рассеяния аэрозоля получен по данным спутникового лидара CALIOP (CALIPSO) при прохождении спутника над городом Хэфэй, которые сравнивались с вертикальным распределением скорректированного по дальности сигнала наземного лидара. Показано, что комбинацию спутникового и наземного лидаров можно использовать для эффективного наблюдения за влиянием аэрозольных изменений на погоду. Последующие эксперименты отслеживали погодные явления с сильным загрязнением. Получены данные о пограничном слое аэрозоля, который представляет собой серьезное трансграничное загрязнение воздуха. Период серьезного загрязнения — с 22:00 до 04:00 19–20 января 2019 г., когда граничный слой аэрозоля находится на самом низком (<0.5 км) уровне, в другие периоды высота пограничного слоя 0.5—2.2 км. С учетом приповерхностных данных проанализированы изменения пограничного слоя в процессе загрязнения и их возможные причины. Cделан вывод о том, что во время загрязнения высота пограничного слоя аэрозоля в районе Хэфэя имеет очевидную отрицательную корреляцию с концентрацией PM2.5. Согласно результатам HYSPLIT, основной источник загрязнения — аэрозольные частицы, уносимые с севера. Результаты дают основу для использования совместных спутниковых и наземных лидарных наблюдений при изучении изменения погоды в городах и предотвращения загрязнения атмосферы. 

1. T. L. Anderson, R. J. Charlson, S. E. Schwartz, et al., Science, 300 (5622) 1103–1104 (2003).

2. J. M. Ge, J. Su, T. P. Ackerman, Q. Fu, et al., J. Geophys. Res., 115, D00K12 (2010).

3. U. Burkhardt, B. Karcher, U. Schumann, Bull. Am. Meteorol. Soc., 91, No. 4, 479 (2010).

4. Y. Yang, Z. Zheng, S. H. L. Yim, M. Roth, G. Ren, Z. Gao, T. Wang, Q. Li, C. Shi, G. Ning, Y. B. Li, Geophys. Res. Lett., 47, No. 1 (2020), doi:10.1029/2019gl084288.

5. J. H. Seinfeld, S. N. Pandis, Environment, 52, 6 (1998).

6. E. Saikawa, V. Naik, L.W. Horowitz, J. Liu, D. L. Mauzerall, Atm. Environ., 43, 2814–2822 (2009).

7. C. Lin, Y. Li, A. K. Lau, X. Deng, T. K. Tse, J. C. Fung, C. Li, Z. Li, X. Lu, X. Zhang, et al., Remote Sens. Environ., 179, 13–22 (2016).

8. X.-W. Zeng, E. Vivian, K. A. Mohammed, S. Jakhar, M. Vaughn, J. Huang, A. Zelicoff, P. Xaverius, Z. Bai, S. Lin, et al., Atm. Environ., 138, 144–151 (2016).

9. M. Zhong, F. Chen, E. Saikawa, Environ. Int., 123, 256–264 (2019).

10. J. Guo, X. Zhang, C. Cao, et al., Intern. J. Remote Sens., 31, No. 17-18, 4743–4755 (2010).

11. Weifeng Wang, Jie Yu, Yang Cui; Jun He; Peng Xue, Wan Cao, Hongmei Ying, Wenkang Gao, Yingchao Yan, Bo Hu, Jinyuan Xin, Lili Wang, Zirui Liu, Yang Sun, Dongsheng Ji, Yuesi Wang, Atm. Res., 105–117 (2018).

12. Qun Wang, Nan Jiang, Shasha Yin, Xiao Li, Fei Yu, Yue Guo, Ruiqin Zhang, Atm. Res., 1–11 (2017).

13. Y. Hua, Z. Cheng, S. Wang, J. Jiang, D. Chen, S. Cai, X. Fu, Q. Fu, C. Chen, B. Xu, et al., Atm. Environ., 123, 380–391 (2015).

14. J. P. Guo, X. Y. Zhang, Y. R. Wu, Y. Z. Zhaxi, H. Z. Che, B. La, W. Wang, X.W. Li, Atm. Environ., 45 (37), 6802–6811 (2011).

15. J. P. Guo, J. He, H. L. Liu, Y. C. Miao, H. Liu, P. M. Zhai, Atm. Environ., 140, 311–319 (2016).

16. Y. Yang, X. Zheng, Z. Gao, H. Wang, T. Wang, Y. Li, G. N. C. Lau, S. H. L. Yim, J. Geophys. Res. Atm., 123, 10–991 (2018).

17. J. Wang, G. De Leeuw, S. Niu, H. Kang, Remote Sens., 11, 1696 (2019).

18. C. Xing, C. Liu, S. Wang, K. L. Chan, Y. Gao, X. Huang, W. Su, C. Zhang, Y. Dong, G. Fan, et al., Atm. Chem. Phys. Discuss., 17, 14275–14289 (2017).

19. C. Shi, R. Yuan, B. Wu, Y. Meng, H. Zhang, Z. Gong, Sci. Total Environ., 642, 1221–1232 (2018).

20. H. Kang, B. Zhu, J. Gao, Y. He, H. Wang, J. Su, C. Pan, T. Zhu, B. Yu, Atm. Chem. Phys., 19, 3673–3685 (2019), doi: 10.5194/acp-19-3673-2019.

21. Y. Yang, S. Yim, J. Haywood, M. Osborne, J. Chan, Z. Zeng, J. Cheng, J. Geophys. Res. Atm., 124, No. 16, 9609–9623 (2019), doi: 10.1029/2019JD031140

22. S. Lolli, L. P. D’Adderio, J. R. Campbell, M. Sicard, E. J. Welton, A. Binci, J. M. Baldasano, Remote Sens., 10, No. 7, 1102 (2018).

23. S. Lolli, W. Y. Khor, M. Z. Matjafri, H. S. Lim, Remote Sens., 11, 2660 (2019).

24. G. Pappalardo, U. Wandinger, L. Mona, et al., J. Geophys. Res. Atm., 115 (2010).

25. D. Wu, Z. Wang, B. Wang, et al., Appl. Phys. B - Lasers and Optics, 102, No. 1, 185–195 (2011).

26. R. R. Rogers, C. A. Hostetler, J. W. Hair, et al., Atm. Chem. Phys., 11, No. 3, 1295–1311 (2011).

27. J. F. Barlow, T. M. Dunbar, E. G. Nemitz, et al., Atm. Chem. Phys., 11, 2111–2125 (2011).

28. D. L. Hlavka, J. E. Yorks, S. A. Young, et al., J. Geophys. Res. Atm., 117(D09207) (2012).

29. J. Guo, M. Lou, Y. Miao, et al., Environ. Poll., 230, 1030–1039 (2017).

30. K. Qin, L. Wu, M. S. Wong, et al., Atm. Environ., 141, 20–29 (2016).

31. T. Su, J. Li, C. Li, P. Xiang, K. H. Lau, J. Guo, et al., J. Geophys. Res.: Atmospheres, 122, No. 7, 3929–3943 (2017).

32. T. N. Su, Z. Q. Li, R. Kahn, Atm. Chem. Phys., 18, No. 21, 15921–15935 (2018).

33. C. Shi, I. C. Nduka, Y. Yang, Y. Huang, R. Yao, H. Zhang, B. He, C. Xie, Z. Wang, S. H. L. Yim, Atm. Environ., 223, 117239 (2020).

34. D. Liu, Y. Yang, Z. Cheng, H. Huang, B. Zhang, T. Ling, Y. Shen, Opt. Express, 21, 13084–13093 (2013).

35. Songlin Fu, Chenbo Xie, Peng Zhuang, et al., Atmosphere, 10, 656 (2019).