Эмпирическая модель оптической толщины стратосферного аэрозоля по данным лидарных измерений в г. Обнинск с 2012 по 2023 гг

Основным источником серы в стратосфере являются вулканические выбросы SO₂. При извержениях взрывного типа они происходят непосредственно в стратосферу. Определенный вклад дают и другие источники антропогенного и природного происхождения, продукты которых поступают в стратосферу в результате вертикальной диффузии и тропосферно-стратосферного обмена. Конечным продуктом химической трансформации соединений серы является серная кислота, при конденсации которой в присутствии водяного пара образуется сернокислотный аэрозоль. 

В НПО «Тайфун» (г . Обнинск, 55.1º с.ш., 36.6º в.д) с 2012 г. проводятся лидарные измерения стратосферного аэрозоля. Средняя оптическая толщина стратосферного аэрозоля за период с 2012 по 2023 гг. в слое от 13 до 30 км составила 0.010 . В докладе проводится сопоставление лидарных измерений оптической толщины с имеющимся в литературе  данными о поступлении SO₂ (или серы) в стратосферу. Предварительный анализ показал, что наблюдается подобие временного хода среднегодовых значений τ_S(t_i) и содержания серы F(t_i) в стратосферном аэрозоле, связанного с извержениями вулканов взрывного типа (t_i - номер года). Для построения модели принимается, что величина F(t_i)= 0.46[Q_T (t_i -1) + Q_T (t_i -2)exp(-1) + Q_T (t_i -3)exp(-2) +… Q_C (t_i) + Q_C(t_i -1)exp(-1) + Q_C(t_i -2)exp(-2)+…], где Q_T, Q_C –тропические Q_T и среднеширотные Q_C среднегодовые эмиссии вулканов взрывного типа, взятые с временным сдвигом Δ=1 для извержений тропического пояса и Δ =0 для среднеширотных извержений. Данные по Q_T, Q_C взяты из работ [Carn et al., J. ofVolс. and Geoth. Res., 311, 99-134; Schallocket al., Atmos. Chem. Phys., 23, 1169–1207], а также с сайта НАСА [https://so2.gsfc.nasa.gov/measures.html]. Далее рассмотрено уравнение линейной регрессии τ_S (t_i) = K₁ F(t_i)+ K₂. При этом измерения 2012-2023 гг. дополнены данными ранних измерений на Обнинской лидарной станции после извержения вулкана Пинатубо в 1991 г. Средняя за 1992 г. величина τ_S составила 0.14 ± 0.01. Для Q_T на основе имеющихся литературных данных принята величина 21300 Кт. В результате получены значения коэффициентов К₁=1.38 x 10^-5 (Кт серы)^-1 и К₂ =0.0038. Величина К₂ представляет собой фоновое значение τ_S над г. Обнинск, не связанное с вулканическими извержениями взрывного типа. Соответственно, для средней величины τ_S, относящейся к взрывными вулканическим извержениям, получается значение 0.01-0.0038=0.0062.

Для интерпретации фонового значения τ_S проведен учет вклада альтернативных тропосферных источников в содержание серы в стратосферном аэрозоле, к числу которых относятся дегазирующие вулканы и иные природные и антропогенные источники. По данным [Brodowsky et al., Atm. Chem. Phys., 24, 5513–5548] ежегодный вклад этих источников в среднем за предыдущую декаду составил 156 Кт. При учете этой добавки в F(t_i) коэффициент K₁ не меняется, а коэффициент K₂ уменьшается на величину 1.38 x 10^-5 x156 = 0.0022. Величина 0.0022 относится к фоновому сернокислотному аэрозолю, не связанному с вулканическими извержениями взрывного типа. Остаточная разница 0.0038 - 0.0022=0.0016 соответствует аэрозолю не сернокислотного типа, присутствующему в стратосфере. Прежде всего, это аэрозоль природных пожаров и метеорный аэрозоль. Получено удовлетворительное соответствие предложенной модели с независимыми данными, что позволяет распространить полученные оценки в целом на широтную зону 50-60º с.ш.