WWW.DISS.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
(Авторефераты, диссертации, методички, учебные программы, монографии)

 

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

СЕМАКИН СЕРГЕЙ ГЕННАДЬЕВИЧ

ИССЛЕДОВАНИЕ ТОЧНОСТИ СПУТНИКОВОГО МЕТОДА

ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК СТРАТОСФЕРНОГО

АЭРОЗОЛЯ ПО ИЗМЕРЕНИЯМ РАССЕЯННОГО СОЛНЕЧНОГО

ИЗЛУЧЕНИЯ НА ГОРИЗОНТЕ ЗЕМЛИ

25.00.29 – физика атмосферы и гидросферы

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук

Санкт-Петербург – 2011

Работа выполнена на физическом факультете Санкт-Петербургского государственного университета и в Международном центре по окружающей среде и дистанционному зондированию им. Нансена (Санкт-Петербург).

Научный руководитель: доктор физико-математических наук, Тимофеев Юрий Михайлович

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, Успенский Александр Борисович (ГУ НИЦ “Планета”, Москва) кандидат физико-математических наук, Фролькис Виктор Абрамович (СПбГАСУ, Санкт-Петербург)

Ведущая организация: Главная геофизическая обсерватория им. А.И. Воейкова (ГГО), г. Санкт-Петербург

Защита состоится _ в часов на заседании совета Д 212.232.35 по защите докторских и кандидатских диссертаций при Санкт-Петербургском государственном университете по адресу: 199034, Санкт-Петербург, Университетская набережная, д. 7/

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СПбГУ.

Автореферат разослан “_” 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, к.ф.-м.н. А.Л. Котиков

Общая характеристика работы

Актуальность работы Аэрозольная компонента атмосферы играет существенную роль в разнообразных атмосферных процессах – переносе солнечного и теплового излучения, формировании радиационного баланса системы атмосфера– подстилающая поверхность, облакообразовании, фотохимии атмосферы и, как следствие, погоды и климата Земли. Во время и после мощных вулканических извержений он активно участвует в гетерогенных процессах, приводящих к разрушению озонного слоя, к нагреванию стратосферы и охлаждению тропосферы.




В фоновом состоянии стратосферный аэрозоль играет заметную роль в балансе ряда газов, в частности, семейства NOx. Анализ пространственно-временных вариаций стратосферного аэрозоля позволяет исследовать динамику атмосферы. До сих пор нет полной ясности в вопросе антропогенного влияния на стратосферный аэрозоль, что обусловлено относительно коротким периодом его исследований и их неполнотой. Таким образом, современные потребности научных исследований делают необходимыми долговременные измерения оптических (оптические толщи, вертикальные профили коэффициентов аэрозольного рассеяния и поглощения) и микрофизических характеристик (функция распределения частиц по размерам (ФРР), фазовое состояние, форма и структура аэрозольных частиц).

Дистанционные методы измерений (наземные и спутниковые) интенсивно используются в настоящее время для получения глобальной, периодической информации о многочисленных параметрах атмосферы и поверхности для решения задач численного прогноза погоды, исследований современных изменений климата Земли и т.д. Значительное количество информации о стратосферном аэрозоле было получено в последние десятилетия с помощью спутниковых методов, в частности, затменным методом измерений в последовательных спутниковых экспериментах с аппаратурой SAGE I, II и III.

Однако существенным недостатком этого метода является малое число измерений за сутки (28-29), что значительно затрудняет исследования пространственно-временных вариаций атмосферных параметров.

В последние годы существенно возрос интерес к использованию спутниковых измерений рассеянного солнечного излучения в УФ, видимой и ближней ИК областях спектра при касательной геометрии (излучения горизонта Земли). Этот спутниковый метод позволяет осуществлять практически глобальные измерения характеристик стратосферного аэрозоля с высокой периодичностью. В связи с этим были проведены и проводятся спутниковые эксперименты по измерениям рассеянного солнечного излучения в УФ, видимой и ближней ИК областях спектра (аппаратура LORA, SOLSE, OSIRIS, SAGE III, SCIAMACHY). В ближайшие годы планируется запуск в космос приборов для оперативного использования этого метода (прибор OMPS) для зондирования стратосферы. В указанных работах основное внимание уделялось анализу возможностей и примерам определения характеристик газового состава атмосферы, прежде всего содержания озона. При этом влияние аэрозольных характеристик либо исключалось при использовании дифференциального подхода, либо они предполагались известными (задавались или микрофизические, или оптические характеристики аэрозоля). Однако работ, посвящённых исследованию самого стратосферного аэрозоля с использованием измерений рассеянного в лимбе планеты солнечного излучения недостаточно. Причём исследования в этом направлении проводились в основном с использованием достаточно грубых приближений (например, приближения однократного рассеяния), до сих пор не исследована информативность метода, погрешности его применения в различных условиях, возможности получения информации об интегральных параметрах стратосферного аэрозоля.





Интерпретация измерений рассеянного в лимбе солнечного излучения с целью получения информации об оптических и микрофизических характеристиках аэрозоля задача очень сложная. Это связано, по крайней мере, с двумя обстоятельствами:

– аэрозольное ослабление и рассеяние описывается более сложным образом, чем газовое поглощение – через интегральные соотношения для реального полидисперсного аэрозоля, а сами коэффициенты ослабления и рассеяния, индикатрисы рассеяния определяются функцией распределения частиц по размерам и комплексным показателем преломления, зависящим от природы аэрозольных частиц и состояния самой атмосферы, – формирование поля рассеянной солнечной радиации описывается с помощью интегро-дифференциального уравнения переноса излучения, учитывающего специфику сферической геометрии среды, процессы многократного рассеяния, рефракцию, отражение от подстилающей поверхности, молекулярное поглощение и т.д.

Представляет несомненный интерес задача определения потенциальных погрешностей восстановления оптических и микрофизических характеристик стратосферного аэрозоля при использовании адекватной радиационной модели, и реалистической модели случайных погрешностей измерений при различных условиях спутниковых измерений рассеянного солнечного излучения горизонта Земли. В представленной диссертационной работе это делается на основе численного моделирования лимбовых измерений в видимой и ближней инфракрасной (БИК) областях спектра. Данная диссертационная работа посвящена численному анализу информативности и точности определения характеристик фонового стратосферного аэрозоля по спутниковым измерениям рассеянного на горизонте планеты солнечного излучения, а также совершенствованию современной радиационной модели переноса излучения в спектральной области 0.3-1.5 мкм.

1. Совершенствование радиационной модели атмосферы в спектральной области 0.3-1.5 мкм, в частности, уточнение методики расчётов функций пропускания атмосферы на касательных трассах в полосе поглощения кислорода 0.76 мкм.

2. Моделирование спутникового эксперимента по измерению рассеянного на горизонте планеты солнечного излучения (на примере спутникового прибора типа SAGE III).

3. Оценка погрешностей определения оптических характеристик фонового стратосферного аэрозоля с помощью спутникового метода измерения рассеянного на горизонте планеты солнечного излучения.

4. Оценка погрешностей определения микрофизических характеристик (интегральные площади и объёмы частиц) фонового стратосферного аэрозоля с помощью спутникового метода измерения рассеянного на горизонте планеты солнечного излучения.

5. Выбор оптимальных условий проведения спутниковых измерений для повышения точности и информативности спутникового метода лимбового рассеяния относительно аэрозольной компоненты атмосферы.

В соответствии с поставленными целями были решены следующие основные задачи:

а) Создана методика расчёта функций пропускания атмосферы на касательных трассах в атмосфере в полосе поглощения кислорода 0.76 мкм при учёте сдвига центров линий от величины давления, континуального поглощения и интерференции спектральных линий и определены погрешности этой методики на основе сравнения со спутниковыми измерениями (затменный эксперимент SAGE III).

б) Проведён анализ влияния погрешностей исходных параметров на результаты расчётов функций пропускания на касательных трассах в полосе кислорода при 0.76 мкм при учёте всех основных процессов трансформации излучения в атмосфере.

в) Разработана на основе метода статистической регуляризации и имеющихся статистических моделей аэрозоля методика решения обратной задачи по определению вертикальных профилей коэффициента аэрозольного рассеяния КАР (однопараметрическая обратная задача).

г) Для проведения численных расчетов погрешностей спутникового метода осуществлена компиляция глобального массива реализаций вертикальных профилей температуры, давления, характеристик газового состава атмосферы, микрофизических и оптических характеристик аэрозолей, альбедо поверхностей и построены ковариационные и взаимоковариационные матрицы, описывающие естественные вариаций параметров атмосферы и поверхности.

д) Разработана на основе метода линейной множественной регрессии методика по восстановлению вертикальных профилей КАР и параметра асимметрии ПА индикатрисы рассеяния и интегральных параметров микрофизики стратосферного аэрозоля (площадь поверхности частиц S и объём частиц V в единице объёма) из данных спутниковых измерений рассеянного в лимбе солнечного излучения.

е) Исследована информативность и потенциальная точность определения как оптических, так и микрофизических параметров стратосферного аэрозоля по спутниковым измерениям рассеянного на горизонте Земли солнечного излучения.

ж) Проведено сравнение различных подходов решения обратных задач по определению параметров фонового стратосферного аэрозоля.

Научная новизна 1. Впервые реализована методика расчёта функций пропускания атмосферы на касательных трассах в полосе поглощения кислорода 0.76 мкм при учёте сдвига центров линий от величины давления, континуального поглощения и интерференции спектральных линий и определена её точность.

2. Проведён сравнительный численный анализ различных постановок обратной задачи определения оптических характеристик фонового стратосферного аэрозоля по измерениям рассеянного на горизонте Земли солнечного излучения.

3. Проведён анализ погрешностей спутникового метода измерений оптических и микрофизических характеристик фонового стратосферного аэрозоля при учёте вариаций всех важнейших атмосферных параметров и вариаций альбедо поверхности, влияющих на формирование рассеянного солнечного излучения лимба Земли.

4. Впервые исследована информативность спутникового многопараметрического метода определения оптических характеристик и микроструктуры стратосферного аэрозоля по лимбовым измерениям рассеянного солнечного излучения.

5. Исследована зависимость погрешностей определения характеристик стратосферного аэрозоля от геометрии положения Солнца и условий наблюдения и даны рекомендации по оптимальным условиям проведения спутниковых измерений рассеянного солнечного излучения на горизонте планеты для повышения точности определения параметров стратосферного аэрозоля.

Основные положения, выносимые на защиту – методика расчёта функций пропускания атмосферы на касательных трассах в полосе поглощения кислорода 0.76 мкм, учитывающая сдвиг, интерференцию спектральных линий и континуальное поглощение, позволяет повысить точность расчёта почти в 2 раза для некоторых спектральных каналов прибора SAGE III;

– учёт многократного рассеяния необходим при моделировании измерений рассеянного на горизонте планеты уходящего солнечного излучения;

– при учёте вариаций всех основных параметров атмосферы и подстилающей поверхности потенциальные погрешности восстановления характеристик аэрозоля по лимбовым измерениям рассеянного солнечного излучения составляют 10-30% для КАР и 5-25% для ПА, соответственно, на высотах 12-45 км в спектральном диапазоне 380-1020 нм;

– погрешности восстановления интегральных площадей S и объёмов V частиц составляют на высотах 12-45 км 28-33% и 33-40%, соответственно, для высотного шага восстановления 1 км и 18-20% для высотного шага 5 км;

неопределённости) спутникового эксперимента с прибором SAGE III по восстановлению КАР высока и составляет 75-85% для высот стратосферы, для ПА информативность метода невелика (20-30%);

– информативность спутникового метода по восстановлению S и V составляет 60-70% и 65-75%, соответственно, для высот стратосферы;

– вертикальное разрешение рассматриваемого метода измерений в средней атмосфере составляет 4-6 км;

– наилучшая точность измерения характеристик стратосферного аэрозоля достигается при малых азимутальных углах наблюдения и больших зенитных углах Солнца (т.е. при малых углах рассеяния).

Практическая ценность работы обусловлена 1. реализацией методики расчёта функций пропускания атмосферы в полосе 0.76 мкм повышенной точности, учитывающей сдвиг, интерференцию спектральных линий и континуальное поглощение, которая может использоваться для решения различных прямых и обратных задач атмосферной оптики, в том числе и для улучшения высотной привязки спутниковых лимбовых измерений;

2. получением новых данных об информативности и точности спутникового метода измерений оптических характеристик фонового стратосферного аэрозоля;

3. оценками погрешностей определения микрофизических параметров стратосферного аэрозоля, а также рекомендациями по условиям проведения эксперимента, которые могут быть использованы при разработке сценариев будущих спутниковых лимбовых измерений;

4. численным анализом различных подходов к формулировке обратной задачи по восстановлению оптических параметров стратосферного аэрозоля;

5. реализованным в компьютерном коде алгоритмом решения обратной задачи и построенным в работе регрессионным оператором, который можно применить для интерпретации спутниковых измерений рассеянного в лимбе солнечного излучения в спектральных каналах, аналогичных каналам прибора SAGE III.

Достоверность полученных результатов обеспечена использованием:

– последних лабораторных данных о количественных характеристик молекулярного поглощения в полосе кислорода при 0.76 мкм, – радиационных кодов для расчёта рассеянного солнечного излучения горизонта Земли, прошедших международное тестирование, – современных данных о естественных вариациях основных параметров атмосферы и поверхности, – статистических моделей атмосферного аэрозоля, построенных на основе большого объема эмпирических данных, – теоретически обоснованных и апробированных ранее численных методик решения обратных задач атмосферной оптики (регуляризованный регрессионный подход и метод статистической регуляризации), – реальных моделей погрешностей измерений спутникового прибора SAGE III, – данных спутниковых измерений с объективными оценками погрешностей измерений.

Апробация работы Результаты, представленные в диссертации, докладывались на ряде международных и всероссийских конференций: Международный симпозиум стран СНГ “Атмосферная радиация” МСАР–2006 (Санкт-Петербург), XI всероссийская школа-конференция молодых учёных МАПАТЭ-2007 (Нижний Новгород), Молодёжная научная конференция «Физика и прогресс»– (Санкт-Петербург), 6-я открытая всероссийская конференция «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса» ИКИ РАН (Москва), Международный симпозиум стран СНГ “Атмосферная радиация и динамика” МСАРД–2009 (Санкт-Петербург). Результаты также докладывались на семинарах кафедры физики атмосферы физического факультета СанктПетербургского Государственного Университета, Международного центра по окружающей среде и дистанционному зондированию им. Нансена и в Главной геофизической обсерватории им. А.И. Воейкова (ГГО), Санкт-Петербург.

Личный вклад автора Все результаты, представленные в диссертационной работе, были получены автором самостоятельно или при его непосредственном участии.

Автором усовершенствована методика расчёта функций пропускания в полосе кислорода 0.76 мкм, разработанная сотрудником кафедры физики атмосферы физического факультета СПбГУ доктором ф.-м. наук А. В. Поляковым. Учёт спектроскопических эффектов смещения центров линий, интерференции и континуального поглощения в А-полосе кислорода производился на основе параметризации лабораторных измерений, осуществленных сотрудниками XII Парижского университета. Автором проведён анализ влияния неопределённостей модельных данных на результаты расчёта функций пропускания в полосе кислорода 0.76 мкм, а также анализ рассогласований между модельными расчётами функций пропускания и экспериментальными данными затменных измерений прибора SAGE III в этой полосе. Также автором реализована методика решения обратной задачи определения характеристик стратосферного аэрозоля по измерениям рассеянного на горизонте Земли солнечного излучения; проведён анализ информативности и точности определения оптических и микрофизических характеристик фонового стратосферного аэрозоля по результатам лимбовых измерений. Расчёт интенсивности рассеянного на горизонте Земли солнечного излучения производился с помощью радиационного кода SCIATRAN, разработанного доктором А. В. Розановым (Бременский университет, Германия), с использованием компиляции модели атмосферного аэрозоля и модели состояния атмосферы, выполненной сотрудницей кафедры физики атмосферы физического факультета СПбГУ канд. физ.-мат. наук Я. А. Виролайнен.

Автором даны рекомендации по оптимальным условиям лимбовых измерений для повышения точности определения параметров стратосферного аэрозоля.

Методики решения обратной задачи определения параметров стратосферного аэрозоля по лимбовым измерениям и оценки точности восстановления методами статистической регуляризации и множественной линейной регрессии реализованы автором лично.

Диссертационная работа состоит из оглавления, перечня используемых в работе аббревиатур, введения, четырёх глав и заключения. В конце представлен список цитируемой литературы из 175 наименований. Общий объём работы составляет 119 страниц, она содержит 27 иллюстраций и 7 таблиц.

Во введении указаны актуальность и цель работы, перечислены основные поставленные задачи, отмечены научная новизна, практическая ценность и достоверность полученных в работе результатов, сформулированы основные положения, выносимые на защиту, приведены публикации по теме диссертации, а также личный вклад автора, описана общая структура работы.

Первая глава диссертации – вводная – посвящена общему рассмотрению важности изучения стратосферного аэрозоля, его влиянию на климат, радиационный баланс и химический состав атмосферы, его источникам и характеристикам, высотному и широтному распределению. Подробно рассмотрены различные методы изучения стратосферного аэрозоля, приведён перечень известных спутниковых приборов по исследованию аэрозоля. Особое внимание уделено дистанционным спутниковым методам зондирования – затменным (по измерениям ослабления солнечного излучения на касательных трассах) и лимбовым (по измерениям спектров рассеяния солнечного излучения горизонта Земли) экспериментам. В этой главе представлена общая схема дистанционных методов зондирования атмосферы, а также современные проблемы зондирования стратосферного аэрозоля. В конце главы делается заключение о необходимости сочетания в современных системах наблюдения различных спутниковых и наземных методов.

Вторая глава диссертации посвящена совершенствованию современной радиационной модели переноса излучения в атмосфере, в частности – в полосе поглощения кислорода при 0.76 мкм. Описаны общие механизмы ослабления и рассеяния излучения в спектральной области 0.3-1.5 мкм: релеевское и аэрозольное рассеяние, молекулярное поглощения газами, атмосферная рефракция. Актуальность исследования А-полосы поглощения кислорода 0. мкм обусловлена её использованием в задачах дистанционного термического зондирования атмосферы и в высотной привязке спутниковых измерений.

Представлена традиционная модель расчёта поглощения в А-полосе кислорода и её улучшенный вариант, учитывающий интерференцию и смещение спектральных линий, а также континуальное поглощение.

Произведено сравнение двух методик на примере расчёта функций пропускания в полосе кислорода в затменном эксперименте. Проведены массовые сравнения высококачественных экспериментальных (затменный эксперимент со спутниковой аппаратурой SAGE III) и расчётных функций пропускания, и показано, что новая методика существенно (почти в 2 раза в центре полосы) улучшила рассогласования расчётных и экспериментальных данных. В этой главе также осуществлён анализ влияния неточностей задания исходной информации о состоянии атмосферы и параметров тонкой структуры спектральных линий кислорода на погрешности расчёта функций пропускания в затменном эксперименте. Сделан вывод о том, что характеристики ослабления солнечного излучения в полосе поглощения кислорода при 0. мкм требуют уточнения при использовании экспериментальных данных в этой области для осуществления температурного зондирования атмосферы и осуществления высотной привязки лимбовых измерений.

Третья глава работы посвящена постановке и описанию дистанционного спутникового метода зондирования оптических характеристик стратосферного аэрозоля по измерениям рассеянного на горизонте планеты солнечного излучения. Представлена физико-математическая модель лимбового зондирования атмосферы, реализованная в виде радиационного кода SCIATRAN. Здесь исследована роль многократного рассеяния в формировании уходящего рассеянного излучения. Подробно описана статистическая модель аэрозоля, используемая в качестве априорной информации в прямой задаче расчёта рассеянного в лимбе излучения; приведены величины априорной изменчивости модельных оптических и микрофизических параметров стратосферного аэрозоля. Представлена модель погрешности измерения интенсивности рассеянного в лимбе излучения на примере эксперимента с аппаратурой SAGE III, в дальнейшем используемая для моделирования спутникового эксперимента. Проанализированы весовые функции интенсивности рассеянного на горизонте планеты излучения относительно вариаций коэффициента аэрозольного рассеяния для набора длин волн и положений Солнца. Вертикальное разрешение дистанционного метода определения оптических характеристик стратосферного аэрозоля составило ~ 4км.

В этой главе приведён анализ информативности и точности дистанционного метода относительно оптических характеристик стратосферного аэрозоля. Оценки потенциальной точности и информативности рассматриваемого метода измерений осуществлялись с использованием метода статистической регуляризации.

Рис. 1. Коэффициент восстановления профиля аэрозольного рассеяния для набора длин волн в аэрозольных каналах приборов SAGE III, зенитный угол Солнца 54°, азимут 51°, погрешность измерения интенсивности прибора SAGE III.

В главе представлен анализ влияния условий и геометрии измерений на точности зондирования оптических характеристик стратосферного аэрозоля.

Показано, что максимальная точность восстановления характеристик стратосферного аэрозоля достигается при малых углах рассеяния излучения.

Относительная погрешность восстановления коэффициента аэрозольного рассеяния КАР для высот стратосферы растёт с длиной волны в спектральном диапазоне 380-1020 нм. Информативность дистанционного метода определения КАР во всей рассматриваемой спектральной области (384-1022 нм) высока и составляет 75-95% в зависимости от условий спутникового эксперимента, высоты в атмосфере и длины волны (рис. 1).

Исследовано влияние наличия метеорной пыли в атмосфере на погрешности определения КАР стратосферы. Анализ показал, что в исследуемом спектральном диапазоне для любого положения Солнца погрешность восстановления КАР на высотах стратосферы при добавлении фоновой метеорной пыли не меняется значительно (изменения не превышают 1%). Тем не менее, для экстремального случая наличия метеорной пыли (метеорные потоки) происходит увеличение погрешности восстановления КАР на 1-4% и на 2-10% для крайних каналов 384 нм и 1022 нм, соответственно, на высотах 25-45 км.

Полученные в этой главе погрешности дистанционного метода следует рассматривать как потенциальные (минимально возможные), так как рассматривалась традиционная упрощённая постановка обратной задачи – восстановление одного параметра стратосферного аэрозоля – коэффициента рассеяния и было изучено влияние лишь одного фактора, определяющего точности восстановления КАР – случайных ошибок измерений.

В четвёртой главе рассмотрена более реалистичная постановка обратной задачи определения оптических и микрофизических параметров стратосферного фонового аэрозоля – одновременное восстановление коэффициента аэрозольного рассеяния и параметра асимметрии (КАР и ПА), интегральных площадей и объёмов аэрозольных частиц (S и V) при учёте вариаций всех основных параметров атмосферы и поверхности – профилей температуры и давления, содержания атмосферных газов и альбедо поверхности. Для проведения этих исследований использовалась компиляция глобального массива реализаций вертикальных профилей температуры, давления, характеристик газового состава атмосферы, микрофизических и оптических характеристик аэрозолей, альбедо поверхностей и рассчитанные ковариационные и взаимоковариационные матрицы, описывающие естественные вариации параметров атмосферы и поверхности.

Проведены численные эксперименты по восстановлению профилей КАР и ПА, S и V по замкнутой схеме на представительном ансамбле состояний атмосферы (1200 реализаций) для различных длин волн и условий освещения атмосферы. Оценка погрешностей определения характеристик стратосферного аэрозоля при решении обратной задачи осуществлялась с использованием метода множественной линейной регрессии.

Представлено сравнение результатов численного анализа восстановления характеристик стратосферного аэрозоля в рамках многопараметрического подхода к решению обратной задачи с упрощённым подходом, используемым в большинстве исследований. Сделан вывод, что оценки погрешностей восстановления оптических параметров стратосферного аэрозоля, осуществлённые в ряде работ представляются, вероятно, существенно заниженными.

Рис. 2. Относительные погрешности восстановления высотных профилей КАР для разных длин волн. Кривые 1–3 – неопределённости по результатам восстановления для длин волн 384, 755, 1022 нм, соответственно, кривые 4–6 – их априорные неопределённости для тех же длин волн. Зенитный угол Солнца 54°, азимут 51°.

Погрешности (рис. 2) восстановления КАР и ПА при интерпретации численных экспериментов по измерению рассеянного солнечного излучения лимба Земли для различных условий спутниковых экспериментов составляют на высотах 12-45 км 10-30% и 5-25%, соответственно, в спектральном диапазоне 384-1022 нм. При этом происходит уменьшение априорной неопределённости КАР в 4-5 раза (с 90-200% до 10-30%) и примерно в два раза для ПА (с 5-35% до 10-25% на крайних длинах волн). Информативность спутникового эксперимента с прибором SAGE III по восстановлению КАР высока и составляет 75-85% для высот стратосферы. Для ПА информативность метода невелика (20-30%).

Погрешности восстановления S и V с помощью интерпретации спектральных измерений рассеянного солнечного излучения в видимой и ближней ИК областей спектра лимба Земли при различных условиях спутниковых экспериментов составляют на высотах 12-45 км 28-33% и 33-40%, соответственно, для высотного шага восстановления на сетке высот через 1 км.

При этом происходит уменьшение априорной неопределённости S в ~2 раза (с 60-90% до 28-33%) и в ~3 раза для V (с 80-140% до 33-40%). Информативность спутникового эксперимента с прибором SAGE III по восстановлению S и V составляет 60-70% и 65-75% соответственно для высот стратосферы.

Рис. 3. Сравнение профилей погрешностей восстановления S и V для стандартного высотного шага 1 км (чёрная сплошная) и для осреднённых профилей по слоям толщиной 5 км (серая сплошная), а также их априорная неопределённость (пунктир).

Для подавления случайных ошибок и более достоверного анализа малых естественных вариаций S и V, характерных для фонового аэрозоля, предложено использовать высотное усреднение полученных результатов в слоях толщиной 5 км, соответствующих реальному вертикальному разрешению дистанционного метода (рис. 3). Погрешности определения S и V в этих слоях существенно уменьшились и, в подавляющем большинстве случаев, составили 18-20% для высот стратосферы.

Завершает диссертацию заключение, в котором сформулированы основные полученные результаты и выводы:

спектральной области 0.3-1.5 мкм, в частности, уточнена методика расчёта функций пропускания (ФП) атмосферы на касательных трассах в полосе поглощения кислорода при 0.76 мкм. Традиционная методика расчёта поглощения в А-полосе кислорода дополнена учётом эффектов сдвига и интерференции спектральных линий, а также континуальным поглощением.

Улучшенная методика расчёта поглощения в полосе кислорода существенно (~ в 2 раза) уменьшает рассогласования радиационной модели с экспериментом для большинства каналов спутникового прибора SAGE III.

Реализована методика решения обратной задачи по восстановлению оптических и интегральных параметров микрофизики стратосферного аэрозоля аэрозольного рассеяния КАР, параметр асимметрии ПА, (коэффициент площадь поверхности частиц S и объём частиц V в единице объёма) по данным спутниковых измерений рассеянного в лимбе солнечного излучения.

Погрешности определения КАР, ПА, S и V заметно зависят от условий освещения атмосферы и условий проведения спутникового эксперимента. Повышение точности определения характеристик стратосферного аэрозоля наблюдается при малых углах рассеяния солнечного излучения, что обусловлено спецификой аэрозольной индикатрисы рассеяния.

Учёт многократного рассеяния необходим при моделировании измерений рассеянного на горизонте планеты уходящего солнечного излучения.

Полученные результаты исследований погрешностей спутникового метода при различных условиях освещения и геометрии измерений позволяют осуществлять оптимальное планирование спутникового эксперимента по определению оптических и микрофизических характеристик стратосферного аэрозоля.

микрофизических параметров стратосферного аэрозоля могут быть применены для интерпретации реальных спутниковых измерений рассеянного в лимбе солнечного излучения, в частности, таких приборов как SAGE III, SCIAMACHY и нового прибора OMPS (Ozone Mapping and Profiler Suite).

Далее следует раздел благодарностей и список использованной литературы.

1. Семакин С.Г., Поляков А.В., Тимофеев Ю.М., Сравнение измеренных и рассчитанных функций пропускания в А-полосе кислорода при 0.76 мкм // Исследование Земли из космоса, с. 37-43, Россия, 2008, №1.

2. Семакин С.Г., Тимофеев Ю.М., Поляков А.В., Виролайнен Я.А., Потенциальные точности восстановления коэффициента рассеяния стратосферного аэрозоля по лимбовым измерениям рассеянного солнечного излучения // Исследование Земли из космоса, с.54-63, Россия, 2009, №4.

3. Семакин С.Г., Тимофеев Ю.М., Поляков А.В., Виролайнен Я.А., Анализ погрешностей определения оптических характеристик стратосферного аэрозоля спутниковым методом лимбового рассеяния // Исследование Земли из космоса, Россия, 2010, №3, с.71-76.

4. Семакин С.Г., Тимофеев Ю.М., Поляков А.В., Виролайнен Я.А., Об определении микроструктуры стратосферного аэрозоля по измерениям рассеянного солнечного излучения горизонта Земли // Оптика атмосферы и океана, Россия, 2010, т.23, №4, с.334-338.

5. Семакин С.Г., Поляков А.В., Тимофеев Ю.М., Сравнение рассчитанных и измеренных функций пропускания в А-полосе кислорода при 0.76 мкм // Международный симпозиум стран СНГ “Атмосферная радиация” МСАР– 2006, сборник тезисов. – Санкт-Петербург. – 2006. – С.79-80.

6. Семакин С.Г., Анализ возможностей восстановления оптических характеристик стратосферного аэрозоля по измерениям уходящего рассеянного солнечного излучения горизонта Земли // Физика атмосферы:

наука и образование, юбилейный сборник, стр. 96-100, СПб, Россия, 2007.

7. Семакин С.Г., Потенциальные погрешности определения оптических параметров стратосферного аэрозоля спутниковым методом лимбового зондирования // Молодёжная научная конференция «Физика и прогресс»– 2008. Сборник тезисов. – Санкт-Петербург. – 2008. – С. 15.

8. Семакин С.Г., Тимофеев Ю.М., Поляков А.В., Виролайнен Я.А., Рассеянное солнечное излучение лимба как источник информации о стратосферном аэрозоле // Международный симпозиум стран СНГ “Атмосферная радиация и динамика” МСАРД–2009. Сборник тезисов. – Санкт-Петербург. – 2009. – С.31.



 
Похожие работы:

«КОРОБКИНА Елена Александровна ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ КОЛЕБАНИЙ ГОДОВОГО СТОКА РЕК НА ТЕРРИТОРИИ СИБИРИ И ДАЛЬНЕГО ВОСТОКА Специальность 25.00.27 Гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Барнаул – 2012 Работа выполнена в Новосибирском филиале Федерального государственного бюджетного учреждения науки Институт водных и экологических проблем Сибирского отделения Российской академии...»

«ЯИЦКАЯ Наталья Александровна ТЕРМОХАЛИННЫЙ РЕЖИМ КАСПИЙСКОГО МОРЯ ПРИ ИЗМЕНЕНИИ УРОВНЯ 25.00.28 – Океанология АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук Мурманск 2012 Работа выполнена в отделе информационных технологий и математического моделирования Института аридных зон Южного научного центра РАН, г. Ростов-на-Дону и Мурманском морском биологическом институте Кольского научного центра РАН, г. Мурманск Научный руководитель : Бердников...»

«Родионов Максим Анатольевич ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ЛИДАРНОЙ ДИАГНОСТИКИ ГИДРОФИЗИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ НА ОСНОВЕ ГИДРОЛОГИЧЕСКИХ И ГИДРООПТИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ В СЕВЕРНЫХ МОРЯХ РОССИИ Специальность 25.00.28 – Океанология Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Санкт-Петербург - 2012 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте океанологии им. П.П. Ширшова РАН (Санкт-Петербургский филиал) Научный...»

«БАЗЫКИНА ЛЮДМИЛА РАДИКОВНА ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ СОЗДАНИЯ И ВЕДЕНИЯ МАРКШЕЙДЕРСКОЙ ГОРНО-ГРАФИЧЕСКОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ В ЦИФРОВОМ ВИДЕ Специальность 25.00.16 –Горнопромышленная и нефтегазопромысловая геология, геофизика, маркшейдерское дело и геометрия недр Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Санкт-Петербург – 2013 1 Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования...»

«Назаров Андрей Владимирович РАЗВИТИЕ МЕТОДОВ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И АНАЛИЗА РАЗРАБОТКИ НЕФТЕГАЗОКОНДЕНСАТНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ Специальность 25.00.17 Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Ухта 2012 Работа выполнена в филиале общества с ограниченной ответственностью Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий ООО Газпром ВНИИГАЗ в...»

«КЛЕМИН ДЕНИС ВЛАДИМИРОВИЧ ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛОМАССООБМЕНА ПРИ РАЗРАБОТКЕ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ТЯЖЕЛЫХ НЕФТЕЙ МЕТОДОМ ПАРОГРАВИТАЦИОННОГО ДРЕНАЖА Специальность 25.00.10 – геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Москва – Работа выполнена в Российском государственном...»

«МНАЦАКАНОВ ВАДИМ АЛЕКСАНДРОВИЧ Исследование и разработка технологии строительства газовых скважин с субгоризонтальным окончанием в сложных геолого-технических условиях Специальность 25.00.15 – Технология бурения и освоения скважин Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Тюмень – 2004 Работа выполнена в дочернем обществе с ограниченной ответственностью Бургаз (ДООО Бургаз) Открытого акционерного общества Газпром (ОАО Газпром) Научный...»

«ЛЕБЕДЕВА Наталья Владимировна МОЛЛЮСКИ ГОЛОЦЕНА ЮЖНО-МИНУСИНСКОЙ КОТЛОВИНЫ Специальность 25.00.02 – палеонтология и стратиграфия Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук Томск - 2011 Работа выполнена на кафедре Эволюционного ландшафтоведения и исторической экологии и Экологии и природопользования ФГАОУ ВПО Сибирский федеральный университет Научный руководитель : доктор географических наук, профессор Ямских Галина Юрьевна...»

«Павлов Алексей Кириллович ФОРМИРОВАНИЕ ТЕРМИЧЕСКОГО РЕЖИМА ВОД ЗАЛИВОВ ЗАПАДНОГО ШПИЦБЕРГЕНА Специальность 25.00.28 – океанология Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук Санкт-Петербург – 2011 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении Арктический и антарктический научно-исследовательский институт Научный руководитель : кандидат географических наук...»

«ПЕРЕТЯЖКО Игорь Сергеевич ПРОЦЕССЫ ОБРАЗОВАНИЯ МИАРОЛОВЫХ ГРАНИТНЫХ ПЕГМАТИТОВ Специальность 25.00.04 – петрология, вулканология АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора геолого-минералогических наук Иркутск – 2010 Работа выполнена в Институте геохимии им.А.П.Виноградова Сибирского отделения Российской Академии Наук. Официальные оппоненты : доктор химических наук, Таусон Владимир Львович доктор геол.-мин. наук, Кривовичев Владимир Герасимович доктор...»

«МАРИНИН Михаил Анатольевич ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ОТВАЛОВ НА ГОРНОТЕХНИЧЕСКОМ ЭТАПЕ РЕКУЛЬТИВАЦИИ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ОТКРЫТОЙ РАЗРАБОТКИ КРУТОПАДАЮЩИХ РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ Специальность 25.00.21 – Теоретические основы проектирования горнотехнических систем Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Санкт-Петербург – 2014 Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования...»

«Белуженко Евгений Васильевич Континентальные и субконтинентальные отложения верхнего миоцена – эоплейстоцена Западного Предкавказья Специальность 25.00.01- общая и региональная геология Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук Москва 2006 Работа выполнена в Федеральном государственном унитарном геологическом предприятии Кавказгеолсъемка (г. Ессентуки) и на кафедре региональной геологии и истории Земли геологического...»

«Мансуров Ринат Халитович ГЕОЛОГО-СТРУКТУРНЫЕ УСЛОВИЯ ЛОКАЛИЗАЦИИ ПЕТРОПАВЛОВСКОГО ЗОЛОТОРУДНОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ (ПОЛЯРНЫЙ УРАЛ) Специальность 25.00.11 – Геология, поиски и разведка твердых полезных ископаемых, минерагения АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук Москва 2013 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования “Российский университет дружбы...»

«ГОРНОВА Марина Аркадьевна ГЕОХИМИЯ И ПЕТРОЛОГИЯ НАДСУБДУКЦИОННЫХ ПЕРИДОТИТОВ Специальность 25.00.09 - геохимия, геохимические методы поисков полезных ископаемых АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени доктора геолого-минералогических наук Иркутск - 2011 Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте геохимии им. А.П. Виноградова Сибирского отделения РАН (ИГХ СО РАН) Официальные оппоненты : Доктор геолого-минералогических наук, профессор Савельева...»

«УДК: 502. 62 Никитин Михаил Юрьевич ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ТРАВЕРТИНООБРАЗОВАНИЯ НА ТЕРРИТОРИИ ИЖОРСКОГО ПЛАТО Специальность: 25.00.36 – геоэкология (наук и о Земле) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук Санкт-Петербург 2014 1 Работа выполнена на кафедре геологии и геоэкологии федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования Российский государственный педагогический...»

«ЩЕРБАКОВА Татьяна Анатольевна УСЛОВИЯ И ЗАКОНОМЕРНОСТИ МАГНЕЗИТОНАКОПЛЕНИЯ В ТЕРРИГЕННО-КАРБОНАТНЫХ КАЙНОЗОЙСКИХ КОМПЛЕКСАХ 25.00.06 – Литология АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук КАЗАНЬ - 2008 Работа выполнена в Федеральном государственном унитарном предприятии Центральный научно-исследовательский институт геологии нерудных полезных ископаемых (ФГУП ЦНИИгеолнеруд) Научный руководитель : доктор геолого-минералогических...»

«ЗАБОРЦЕВА Татьяна Ивановна СРЕДОЗАЩИТНАЯ ИНФРАСТРУКТУРА В ТЕРРИТОРИАЛЬНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ БАЙКАЛЬСКОГО РЕГИОНА Специальность 25.00.24 – Экономическая, социальная, политическая и рекреационная география АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора географических наук Иркутск 2011 Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институт географии им. В.Б. Сочавы Сибирского отделения РАН Научный консультант : доктор географических наук, профессор Михайлов Юрий...»

«Гарипова Лилия Ильясовна УЧЕТ НЕРАВНОВЕСНЫХ ПРОЦЕССОВ ФИЛЬТРАЦИИ ЖИДКОСТИ ПРИ ИНТЕРПРЕТАЦИИ РЕЗУЛЬТАТОВ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ Специальность 25.00.17 – Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Бугульма 2011 Работа выполнена в Татарском научно-исследовательском и проектном институте нефти (ТатНИПИнефть) ОАО Татнефть им.В.Д.Шашина и Альметьевском государственном нефтяном...»

«САМБУУ ГАНТОМОР ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА УРБАНИЗИРОВАННОЙ ТЕРРИТОРИИ НА ОСНОВЕ ЛАНДШАФТНО-ГЕОХИМИЧЕСКОГО ПОДХОДА (на примере г. Улан-Батора) 25.00.36 – геоэкология (наук и о Земле) Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук Хабаровск – 2013 Работа выполнена на кафедре обогащения полезных ископаемых и инженерной экологии Института недропользования ФГБОУ ВПО Иркутский государственный технический университет Научный руководитель доктор...»

«Кальная Ольга Ивановна ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ И ОСОБЕННОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ШАГОНАРСКОГО ПЛЁСА САЯНО-ШУШЕНСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА Специальность 25.00.36 – Геоэкология (наук и о Земле) Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата географических наук Барнаул – 2013 1 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Тувинский институт комплексного освоения природных ресурсов Сибирского отделения Российской академии наук. Научный...»








 
© 2013 www.diss.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты, Диссертации, Монографии, Методички, учебные программы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.