Пыльные сезоны над Ла-Пальмой: тридцать лет наблюдений ✎

Оригинал: "Saharan mineral dust outbreaks observed over the North Atlantic island of La Palma in summertime between 1984 and 2012"
arXiv:1306.3755 · 2013-06-17 · arXiv non-exclusive · собственный разбор · 3 мин
Астрономический телескоп, сам того не желая, тридцать лет записывал приходы сахарской пыли.

Контекст

Работа стоит на отшибе среди исследований астрофизических объектов и событий: рядом лежат разборы вспышек чёрных дыр, гибели планет и космической пыли. Но здесь телескоп используется не для изучения далёких галактик, а как чуткий датчик земной атмосферы. Долгие ряды атмосферного ослабления света с обсерваторий редко анализируют для климатологии пыли, хотя именно они дают непрерывную картину за десятилетия. Это отличает данную работу от соседних: она превращает побочный продукт астрономических наблюдений в самостоятельный климатический архив.

Методы

Каждую фотометрическую ночь телескоп Carlsberg Meridian Telescope измерял, насколько ослабляется свет стандартных звёзд в оптическом диапазоне. До 1998 года использовался фильтр V (551 нм) и сканирующий щелевой микрометр, после 1999 года — фильтр r' (625 нм) и ПЗС-камера. Чтобы выделить именно пылевые события, из ночных значений вычитали 100-дневное скользящее медианное значение, убирая медленные изменения, например вулканический аэрозоль после извержения Пинатубо. Порог для пылевого события определяли отдельно для каждого периода: значения выше 99,9-го процентиля нормального распределения считали пылью. Частоту рассчитывали как долю ночей с превышением порога среди всех ясных ночей. Для поиска связей с климатическими индексами применяли корреляционный анализ с лагами от -12 до +12 трёхмесячных интервалов, оценивая значимость методом Монте-Карло.

Результаты

В летние месяцы с июля по сентябрь частота сахарских пылевых событий над Ла-Пальмой составляет 28±6%, тогда как в остальное время года лишь 10±4%. С 1984 по 1997 год частота снизилась с 0,47±0,11 до 0,10±0,07, после чего частично восстановилась и до 2012 года держалась около 0,26±0,09. Интенсивность пылевых эпизодов, оценённая по средней величине ослабления света, следовала за частотой, но из-за смены инструментов в 1999 году абсолютные значения сравнивать нельзя. Корреляционный анализ выявил, что 55±4% межгодовых вариаций частоты пыли в июле-сентябре объясняется индексом Североатлантического колебания (NAO) за предшествующие октябрь-декабрь, а 45±4% — отрицательной корреляцией с индексом осадков в Сахеле (SRI) за февраль-апрель. Связи с Эль-Ниньо (индекс MEI) оказались статистически неустойчивыми.

Значение

В отличие от соседних работ, которые изучают отдельные астрофизические объекты или разовые события, здесь анализируется тридцатилетний ряд атмосферных измерений как климатический индикатор. Это первая попытка использовать данные Carlsberg Meridian Telescope для долговременной статистики сахарской пыли именно в летний сезон. Работа показывает, что астрономические архивы могут служить источником климатической информации там, где специализированные сети наблюдений появились позже или имеют пробелы. Найденные лаговые связи позволяют говорить о потенциальной предсказуемости пыльных сезонов за несколько месяцев.

Развитие

Тема может развиваться в сторону объединения данных с разных обсерваторий Канарских островов и сравнения с современными спутниковыми и наземными лидарными наблюдениями. Возможно построение статистических моделей прогноза пыльных сезонов на основе зимних индексов NAO и SRI. Отдельный интерес представляет использование более длинных рядов атмосферного ослабления света для реконструкции пылевой активности до начала спутниковой эры.

Влияние

Результаты могут быть полезны для планирования астрономических наблюдений на Канарских островах, а также для валидации моделей переноса минеральной пыли в атмосфере.

Следующие шаги

Следующим шагом может стать калибровка данных разных инструментов для получения непрерывного ряда интенсивности пыли за весь период. Также стоит проверить найденные корреляции на независимых данных с других станций.

Ключевые проблемы

Работа касается давней проблемы астрономической климатологии: как отделить влияние локальных атмосферных условий от глобальных климатических сигналов в длительных рядах наблюдений. Неопределённость порогов пылевых событий и смена инструментов остаются главными ограничениями для климатических выводов.

Телескоп, предназначенный для измерения положений звёзд, оказался чувствительным детектором пыли из Сахары: в самые пыльные ночи ослабление света достигало 0,3 звёздной величины, что сравнимо с потерей трети яркости звезды.

Ключевые числа

  • частота пылевых событий в июле-сентябре: 28±6%
  • снижение частоты с 1984 по 1997: с 0,47 до 0,10
  • объяснённая дисперсия NAO: 55±4%
  • объяснённая дисперсия SRI: 45±4%
  • длина ряда наблюдений: около 30 лет
Понятия
вспышка западных ветров ла-нинья океанический индекс нино тихоокеанская декадная осцилляция энсо южная осцилляция эль-ниньо многомерный индекс ЭНСО солнечный цикл осцилляция маддена-джулиана