Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Модель электронно-колебательной кинетики продуктов фотодиссоциации озона и молекулярного кислорода в задаче восстановления озона в мезосфере Земли

ВАК РФ 25.00.29, Физика атмосферы и гидросферы

Автореферат диссертации по теме "Модель электронно-колебательной кинетики продуктов фотодиссоциации озона и молекулярного кислорода в задаче восстановления озона в мезосфере Земли"

Санкт-Петербургский государственный университет

На правах рукописи

и Р

Кулешова Вероппка Александровна \ ^Зл^У^я""^

Модель электронно-колебательной кинетики продуктов фотодиссоциации озона и молекулярного кислорода в задаче восстановления озона в мезосфере Земли.

Специальность 25.00.29 - физика атмосферы и гидросферы

АВТОРЕФЕРАТ □□3479 144

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Санкт-Петербург 2009 год

003479144

Работа выполнена на кафедре физики атмосферы физического факультета Санкт-Петербургского государственного университета

Научный руководитель кандидат физико-математических наук

Япковский Валентин Андреевич

Официальные оппоненты профессор, доктор физико-математических наук

Смышляев Сергей Павлович

кандидат физико-математических наук Кириллов Андрей Серафимович

Ведущая организация Учреждение Российской академии наук

Институт Физики Атмосферы им. A.M. Обухова

Защита диссертации состоится «25» 2009 года в \"Ь часов на

заседании Совета Д 212.232.35 по защите докторских и кандидатских диссертаций при Санкт-Петербургском государственном университете по адресу: 199034, г. Санкт-Петербург, Университетская наб., д. 7/9

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке им. Горького СПбГУ Автореферат разослан «

40)» СЯиЗу''-^^^ 2009 года

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

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Диссертационная работа посвящена развитию одной из основных задач аэрономии - фотодиссоциации молекулярного кислорода и озона в мезосфере и средней атмосфере Земли. Эта задача в свою очередь включает в себя два важных направления. С одной стороны необходимо уметь рассчитывать вертикальные профили концентраций всех метастабилышх атомов и молекул, образующихся во время фотодиссоциации, с другой стороны - зная интенсивности излучения одних малых атмосферных составляющих, нужно уметь восстанавливать другие малые атмосферные составляющие (например, озон или атомарный кислород). Кинетические модели, позволяющие решать такие задачи разрабатываются с восьмидесятых годов прошлого века и традиционно включают в себя только электронное возбуждение молекулярного кислорода при фотодиссоциации озона и молекулярного кислорода, в то время, как уже более двадцати лет известно об электронно-колебательном возбуждении молекул кислорода как при фотодиссоциации, так и при передаче энергии от вышележащих в энергетическом плане атомов и молекул к нижележащим.

Таким образом, давно назрела необходимость в разработке самосогласованной модели электронно-колебательной кинетики продуктов фотодиссоциации озона и молекулярного кислорода, дополненной современными значениями констант скоростей и квантовых выходов реакций. В данной работе представлена такая модель и проведён подробный анализ её свойств, на основании которого предложены параметризации, позволяющие с минимальным объёмом вычислений оценивать вертикальные профили концентраций всех метастабильных атомов и молекул, образующихся во время фотодиссоциации, а также восстанавливать вертикальные профили малых атмосферных составляющих по измеренным интенсивностям других атмосферных составляющих.

Объект исследования и методы исследования. Объектом исследования является модель электронно-колебательной кинетики продуктов фото диссоциации озона и молекулярного кислорода, разработанной в лаборатории средних и верхних атмосфер планет кафедры физики атмосферы СПбГУ и получившая дальнейшее

развитие в диссертационной работе. Исследовались свойства модели, в том числе чувствительность ко всем входящим параметрам (концентрациям атмосферных компонент, интенсивностям фотопотоков в различных полосах и линиях, температуре газа, константам скоростей и квантовым выходам реакций). Исследования проводились как для прямой задачи расчета вертикальных профилей концентраций метастабильных атомов и молекул кислорода, так и для обратной задачи восстановления вертикального профиля озона из различных интенсивностей эмиссий молекулярного кислорода на массиве данных, полученных в спутниковом эксперименте TIMED-SABER. Для решения указанных задач применялись современные математические методы, в том числе разработанные на факультете ПМПУ СПбГУ.

Цели и задачи диссертации состоят, во-первых, в том, чтобы развить существующую модель электронно-колебательной кинетики продуктов фотодиссоциации озона и молекулярного кислорода, которая была бы лишена недостатков существующих моделей чисто электронной кинетики. В работе показано, что использование модели электронно-колебательной кинетики позволяет в значительной степени лучше описать фотохимические процессы, происходящие в атмосфере.

Во-вторых, целью проведённых исследований была демонстрация преимуществ использования модели электронно-колебательной кинетики для задачи восстановления вертикального профиля концентрации озона из измеренных интенсивностей эмиссий атмосферной и инфракрасной атмосферной полос молекулярного кислорода.

В-третьих, работа была направлена на получение аналитических выражений для задачи восстановления вертикального профиля озона согласно модели электронно-колебательной кинетики продуктов фотодиссоциации озона и молекулярного кислорода.

Научные положения, выносимые на защиту.

1. Аналитические формулы для описания квантовых выходов молекул Cb(alAg,v=0-5) в синглетном канале фотолиза озона в полосе Хартли в зависимости от длины фотолитического излучения.

2. Новый метод восстановления вертикального профиля концентрации озона из эмиссии молекул 02(b'y+gJ v=l) как дополнение к традиционным методам вос-

становления озона из эмиссий Ог в атмосферной и в инфракрасной атмосферной полосах.

3. Результаты анализа чувствительности модели УМ-2006 электронно-колебательной кинетики фотолиза О2 и 03 в мезосфсрс и нижней термосфере Земли в зависимости от вариаций всех входящих в модель параметров (концентраций атмосферных компонент, температуры газа, скоростей фотодиссоциации, констант скоростей реакций и квантовых выходов продуктов в этих реакциях) для прямой задачи расчёта вертикальных профилей концентраций молекул 02(Ь'Гг, \т=0-2), 02(а1Д§, \'=0-5) и обратной задачи восстаноатения вертикального профиля озона из интенсивностей эмиссий Атм (762 нм) и ИК Атм (1,27 мкм) полос молекулы Ог.

4. Четыре набора параметризаций - упрощенных аналитических формул (разной степени точности): для прямой задачи расчёта вертикальных профилей концентраций атомов 0(]В) и молекул СЫ'Ь'У4^ \'=0-2), 02(а]Дй, у=0-5) и для обратной задачи восстановления вертикального профиля Оз из интенсивностей эмиссий Атм (762 им) и ИК Атм (1Д7 мкм) полос молекулярного кислорода в рамках модели электронно-колебательной кинетики продуктов фотодиссоциации озона и молекулярного кислорода.

Научная новизна. Все положения, перечисленные в разделе «Научные положения, выносимые на защиту», а также основные выводы диссертации являются новыми, включая аналитические выражения для параметризации модели и восстановления вертикального профиля озона из интенсивности эмиссии Огф1^, у= 1).

Достоверность полученных результатов по расчёту квантовых выходов молекул ОгСа'ДдЛ') в синглетном канале фотолиза озона в полосе Хартли, расчёт вертикальных профилей концентраций молекул 02(Ь'Х+8, у=0) и 02(а'Дг, у=0) и вертикальных профилей концентрации озона, восстановленных из интенсивностей эмиссий атмосферной и инфракрасной атмосферной полос молекулы подтверждены сравнением с известными литературными данными.

Модель чисто электронной кинетики является частным случаем модели электронно-колебательной кинетики продуктов фотодиссоциации озона и молекулярного кислорода. Расчёты по заселёшюстям электронных уровней молекул Ог(Ь'Х^)

и 02(alAg), проведённые в рамках обеих моделей, совпадают. Расчёты заселённости колебательно-возбуждённых уровней молекул (^(b'^g, v>0) и 02(a'Ag, v>0) проведены впервые.

Основные результаты модели были использованы сотрудниками NASA (А.А. Кутепов и А.Г. Феофилов) для уточнения методики восстановления вертикального профиля озона и водяного пара из данных, полученных в спутниковом эксперименте TIMED-SABER.

Практическая ценность и область применения результатов. Научная и практическая ценность данной работы состоит, прежде всего, в том, что на основании проведённого комплексного исследования свойств модели электронно-колебательной кинетики продуктов фотодиссоциации озона и молекулярного кислорода были получены аналитические выражения для прямой задачи расчёта вертикальных профилей концентраций молекул 02(b'X+g, v=0-2), ОгСа'Д^ v=0-5) и обратной задачи восстановления вертикального профиля озона из интенсивностей эмиссий атмосферной и инфракрасной атмосферной полос молекулы 02, которые позволяют свести объём вычислений к минимуму и оценить диапазон неопределённости данной величины.

Разработанные аналитические формулы для расчётов квантовых выходов молекул 02(alAg,v) в синглетном канале фотолиза озона в полосе Хартли в зависимости от длины волны фотолигического излучения позволяют существенно уточнить предыдущие расчёты вертикальных профилей концентраций молекул 02(a'Ag,v).

Кроме этого, новый метод восстановления вертикального профиля озона из интенсивности эмиссии молекул 02(b'V+g, v=l) является альтернативой традиционных методов восстановления вертикальных профилей озона из измерений интенсивностей эмиссий молекул 02(blZ+g. v=0) в атмосферной полосе и 02(а' Ag, v=0) в инфракрасной атмосферной полосе.

Работа над диссертацией была поддержана Работа поддержана РФФИ (гранты № 05-05-65318, № 09-05-00694-а).

Апробация работы. Теме диссертации посвящено 17 публикации, включая 3 статьи в реферируемых журналах. Список публикаций приведен ниже. Результа-

ты работы докладывались на международном симпозиуме стран СНГ "Атмосферная Радиация и Динамика" (Санкт-Петербург, 2009), молодёжной конференции "Физика и прогресс" (Санкт-Петербург, 2008), всероссийской конференции "Развитие системы мониторинга состава атмосферы" (Москва, 2007), тринадцатом международном семинаре "Динамика и оптимизация пучков" (Санкт-Петербург, 2006), международном симпозиуме стран СНГ "Атмосферная Радиация" (Санкт-Петербург, 2006), XIII международном симпозиуме "Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы" (Томск, 2006), 10-ой научной ассамблее международной ассоциации геомагнетизма и аэрономии (Тулуза, 2005), международном симпозиуме стран СНГ "Атмосферная Радиация" (Санкт-Петербург, 2004), XI международном симпозиуме "Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы" (Томск, 2004). По результатам работ получена стипендия НИЕНШАНЦ в 2004 году, стипендия Леонарда Эйлера от DAAD (немецкая служба академических обменов) в 2004 - 2005 годах, от правительства Санкт-Петербурга получен грант для молодых учёных в 2006 году, получен грант от DAAD на прохождение годовой стажировки в университете г. Лейпциг в 2007 - 2008 годах.

Личный вклад автора. Модель электронно-колебательной кинетики продуктов фотодиссоциации озона и молекулярного кислорода в используемой в диссертации форме была разработана В.А. Янковским и P.O. Мануйловой. Аналитические формулы для квантовых выходов молекул 02(a'Ag,v) в синглетном канале фотолиза озона в полосе Хартли были разработаны автором диссертации совместно с В.А. Янковским. Анализ чувствительности модели электронно-колебательной кинетики продуктов фотодиссоциации озона и молекулярного кислорода для прямой задачи расчёта вертикальных профилей концентраций молекул 02(b'X+g, v=0-2), Oafa'Ag, v=0-5) и обратной задачи восстановления вертикального профиля озона из интенсивностей эмиссий атмосферной и инфракрасной атмосферной полос молекулы 02, параметризация модели электронно-колебательной кинетики продуктов фотодиссоциации озона и молекулярного кислорода и аналитические формулы для восстановления вертикального профиля озона из интенсивности эмиссии молекул 02(b4+g, v=l) получены лично автором диссертации.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трёх глав и двух приложений. Полный объём диссертации составляет 142 страницы, включая 31 рисунок, 24 таблицы и список литературы из 68 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении дается краткая характеристика основной задачи диссертации -фотодиссоциации молекулярного кислорода и озона в мезосфере Земли. Эта задача в свою очередь включает в себя два важных направления: прямую задачу (расчёт вертикальных профилей концентраций всех метастабильных атомов и молекул, образующихся во время фотодиссоциации) и обратную задачу (восстановление озона по шггенсивностям излучения молекулярного кислорода).

В обзоре литературы приводится предыстория создания современной модели электронно-колебательной кинетики продуктов фотодиссоциации озона и молекулярного кислорода и краткое описание предыдущих моделей чисто электронной кинетики и их свойств. В обзоре литературы также приведены основные методы анализа чувствительности сложных моделей и расчёта эффективности термализа-ции продуктов фотолиза озона и молекулярного кислорода.

Глава 1 посвящена современной самосогласованной модели электронно-колебательной кинетики продуктов фотодиссоциации озона и молекулярного кислорода. Подробно представлены основные кинетические блоки модели для атомов О('О) и молекул 02(Ь%+, у>0), 02(а'Ай, \'>0) и вся модель в целом.

На рисунке 1 представлена блок-схема модели электронно-колебательной кинетики продуктов фото диссоциации озона и молекулярного кислорода, показана общая схема фотолиза озона и молекулярного кислорода, а также пути переноса энергии между продуктами фотолиза за счёт неупругих столкновений с молекулами Ы2,02,0(3Р), С02 и процессы радиационного тушения этих продуктов.

Рисунок 1. Блок - схема процессов фотодиссоциации Ог и Оз в мезосфсрс Земли согласно модели электронно-колебательной кинетики.

В диссертации подробно представлены решения прямой задачи (рассчитаны вертикальные профили концентраций атомов О('О) и молекул ОгСЬ'Е^, у<2), 02(а'де, \'<5) в мезосфере и нижней термосфере Земли), а также решения обратной задачи (восстановлены высотные профили концентрации озона из измеренных ин-тенсивностей эмиссий молекул О^Ь'Г^) и 02(а'Дг)).

В первой главе диссертации также предложены аналитические формулы для описания квантовых выходов молекул О2(а1Дв,\'=0-5) в синглетном канале фотолиза озона в полосе Хартли в зависимости от длины фотолшического излучения (рисунок 2).

0.9

0.8

0.7

& 0.6 I

£ ол

3

| 0.4 ¡3 0.3 0.2 0.1 о

Я, нм

240 260 280 300

Рисунок 2. Квантовые выходы молекул 02(а1Д& у=0-5), рассчитанные по аппрок-симационным формулам, полученным в данной работе. Символы - экспериментальные данные: треугольники (у=0), круги (у=1 ), ромбы (\'~2), квадраты (у-З), перевёрнутые треуголышки (у=4), крестики (у=5), кривые с соответствующими символами - аппроксимационные формулы.

Рассчитаны параметры RQO (Resulting Quantum Output - результирующий квантовый выход) для атомов O('D) и молекул 02(Ь'1+г, v=0-2), 02(а'дг, v=0-5), определяющие итоговую эффективность образования квантов соответствующей возбуждённой атмосферной компоненты в результате фотодиссоциации озона в полосе Хартли и молекулярного кислорода в континууме Шумана-Рунге и линии Лай-ман-а водорода. Детальное рассмотрение всех процессов, входящих в модель, позволило определить эффективность термализации как для отдельно взятых уровней атомарного и молекулярного кислорода, так и для всей модели в целом. Предложен новый метод восстановления вертикального профиля концентрации озона из эмиссии молекул 02(b'X+g, v=l) как дополнение к традиционным методам восстановления озона из эмиссий 02 в атмосферной и в инфракрасной атмосферной полосах.

В главе 2 проведён анализ чувствительности модели электронно-колебательной кинетики фотолиза 02 и 03 в мезосфере и нижней термосфере Земли в зависимости от вариаций всех входящих в модель параметров (концентраций атмосферных компонент, температуры газа, скоростей фотодиссоциации, констант скоростей реакций и квантовых выходов продуктов в этих реакциях) для прямой задачи расчёта вертикальных профилей концентраций молекул 02(b'V+g) v=0-2), 02(a'Ag, v=0-5) и обратной задачи восстановления вертикального профиля озона из интенсивностей эмиссий Атм (762 нм) и ИК Атм (1,27 мкм) полос молекулы 02.

В результате проведенного анализа чувствительности модели выявлены атмосферные компоненты и реакции, оказывающие наибольшее влияние на расчёты в прямой и обратной задачах. Обнаружена и исследована существешия роль реакции тушения молекул Огф1^, v=0) молекулярным азотом на точность восстановления вертикального профиля концентрации Оз из интенсивности эмиссии Атм полосы 02. Оценена различными методами максимальная неопределённость результатов расчётов в рамках модели YM-2006 электронно-колебательной кинетики продуктов фотодиссоциации молекулярного кислорода и озона к неопределённостям задания входных параметров модели для прямой и обратной задач. Проведён статистический анализ погрешности кинетической модели элегаронно-колебательной кинетики продуктов фо для прямой задачи расчёта вертикальных профилей концентраций атомов O('D) и молекул 02(blX+g, v=0-2), 02(a'Ag, v=0-5).

Таблица 1

Н, км Максимальная неопределенность, %

02(Ь'У+е, 1) 02(Ь'ГЕ,0) 03> Атм (0-0) 02(а'Дв, 0) 03, ИК Атм (0-0)

100 18,1 9,0 48,3

95 9,7 14,9 11,5 30,1 20,6

90 3,0 16,7 9,3 30,1 15,0

85 8,4 7,0 5,7 30,0 19,3

80 9,2 2,9 3,9 25,2 13,8

75 4,1 3,2 5,3 17,7 3,6

70 1,7 3,6 5,8 10,5 7,4

65 1,0 6,6 3,4 5,5 14,2

60 4,0 11,5 2,9

В таблице 1 приведены численные значения оценки модуля максимальной неопределённости концентраций молекул Огф'Х"^, \=0, 1), 02(а'Д8, у=0), а также озона, восстановленного из атмосферной и инфракрасной атмосферной полос молекулярного кислорода в рамках модели электронно-колебательной кинетики продуктов фотодиссоциации молекулярного кислорода и озона в средней атмосфере Земли.

В главе 3 на основании результатов анализа чувствительности главы 2 получены четыре набора параметризаций - упрощенных аналитических формул: для прямой задачи расчёта вертикальных профилей концентраций атомов О('Г)) и молекул 02(Ь'Х+г, у=0-2), ОгСа'Дд, \-0-5) и для обратной задачи восстановления вертикального профиля Оэ из интенсивностей эмиссий Атм (762 нм) и ИС Атм (1,27 мкм) полос молекулярного кислорода в рамках модели электронно-колебательной кинетики продуктов фото диссоциации озона и молекулярного кислорода.

Получена параметризация (I) максимально приближенная к реальной модели с исключенными процессами, в которых в рамках прямой и обратной задач в одних и тех же процессах наблюдается очень низкая чувствительность (|£|<0,01). Эта параметризация даёт отклонение от полной модели для любого рассматриваемого параметра не более 1% (прямая задача), 2% (обратная задача).

Получена параметризация (П) с исключенными процессами, в которых в рамках прямой и обратной задач в одних и тех же процессах наблюдается низкая чувствительность (|£|<0,1). Эта параметризация даёт отклонение от полной модели

для любого рассматриваемого параметра не более 5% (прямая задача), 0,5 - 32 % (обратная задача) в зависимости от высоты.

Получена параметризация (Ш), которую можно использовать только для расчётов вертикальных профилей концентраций атомов О('Б) и молекул 02(Ь'Х+е, \'=0-2), 02(а1Лг, у=0-5), т.е. только в прямой задаче. Данная параметризация даёт отклонение от расчётов полной модели в пределах 0-15 %.

Получена параметризация (IV) для восстановления вертикального профиля 03 го интенсивностей эмиссий Атм (0-0) (762 им) и ИК Атм (0-0) (1,27 мкм) полос молекулярного кислорода, т.е. только для обратной задачи. Отклонение от полной модели в интервале высот 60 - 95 км составляет не более 3 %.

Также получены точные аналитические выражения для восстановления вертикального профиля озона из измеренных интенсивностей эмиссий молекулярного кислорода в Атм и ИК Атм полосах молекулярного кислорода в рамках модели чисто электронной кинетики.

Заключение. В диссертационной работе подробно рассмотрена модель электронно-колебательной кинетики продуктов фотодиссоциации озона и молекулярного кислорода, позволяющая рассчитать населённости возбуждённых атомов 0('Е>) и электронно-колебательно возбуждённых молекул кислорода Огф1!^, у=0-2) и 02(а1Д6, у=0-5), а также позволяющая восстанавливать вертикальный профиль концентрации озона из интенсивностей эмиссий различных полос молекул кислорода.

В работе получены следующие результаты: 1. Проведён анализ чувствительности модели электронно-колебательной кинетики фотолиза 02 и Ог в мезосфере и нижней термосфере Земли в зависимости от вариаций всех входящих в модель параметров (концентраций атмосферных компонент, температуры газа, скоростей фотодиссоциации, констант скоростей реакций и квантовых выходов продуктов в этих реакциях) для прямой задачи расчёта вертикальных профилей концентраций молекул 02(Ь1Х+в, у=0-2), 02(а'ЛЕ, у=0-5) и обратной задачи восстановления вертикального профиля озона из интенсивностей эмиссий Атм (762 нм) и ИК Атм (1,27 мкм) полос молекулы 02.

2. В результате проведенного анализа чувствительности модели YM-2006 выявлены атмосферные компоненты и реакции, оказывающие наибольшее влияние на расчёты в прямой и обратной задачах.

3. Оценена различными методами максимальная неопределённость результатов расчётов в рамках модели электронно-колебательной кинетики продуктов фотодиссоциации молекулярного кислорода и озона к неопределённостям задания входных параметров модели для прямой и обратной задач.

4. На основании результатов анализа чувствительности получены четыре набора параметризаций - упрощенных аналигоческих формул (разной степени точности): для прямой задачи расчёта вертикальных профилей концентраций атомов O('D) и молекул O^b'j^g, v=0-2), O/ji'Ag, v=0-5) и для обратной задачи восстановления вертикального профиля Оз из интенсивностей эмиссий Атм (762 нм) и ИК Атм (1,27 мкм) полос молекулярного кислорода в рамках модели электронно-колебательной кинетики продуктов фотодиссоциации озона и молекулярного кислорода.

5. Предложены аналитические формулы для описания квантовых выходов молекул 02(a1Ag,v=0-5) в синглетном канале фотолиза озона в полосе Хартли в зависимости от длины фотолитического излучения.

6. Предложен новый метод восстановления вертикального профиля концентрации озона из эмиссии молекул 02(b'y+g, v=l) как дополнение к традиционным методам восстановления озона из эмиссий 02 в атмосферной и в инфракрасной атмосферной полосах.

БЛАГОДАРНОСТИ

Хочется выразил, искреннюю признательность и благодарность своему научному руководителю Валентину Андреевичу Янковскому, а также Раде Олеговне Мануйловой и всем сотрудникам кафедры физики атмосферы СПбГУ за создание творческой атмосферы.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Кулешова В.А., Янковский В.А. Восстановление озона из эмиссии ОгСЬ'У ^, v=l) // Международный симпозиум стран СНГ "Атмосферная радиация и динамика". Сборник тезисов. - Санкт-Петербург. - 2009. - С. 172.

2. Kuleshova V.A., Yankovsky V.A., Manuilova R.O., Jacobi Ch. Parameterization of the model of electronic-vibrational kinetics of the excited products of 02 and O3 photolysis in the middle atmosphere of the Earth // EGU General Assembly 2008, Geophysical Research Abstracts. - Vienna. - 2008. - Vol. 10, EGU2008-A-12504, SRef-ID: 1607-7962/grayEGU2008-A-12504.

3. Кулешова B.A., Янковский B.A. Модель электронно-колебательной кинетики фотолиза 02 и 03 в средней атмосфере Земли: анализ чувствительности // Оптика Атмосферы и Океана. - 2007. - Т. 20, № 7. - С. 599-609.

4. Янковский В.Л., Кулешова В.А., Мануйлова P.O. О необходимости использования модели электронно-колебательной гашетки продуктов фотолиза 03 и

02 для интерпретации спутниковых наблюдений эмиссий кислорода // Физика атмосферы: Наука и образование. Юбилейный сборник. Санкт-Петербургский государственный университет, Физический факультет. - Санкт-Петербург. -2007. - С. 57-65.

5. Янковский В.А., Кулешова В.А., Мануйлова P.O., Семенов А.О. Восстановление содержания озона в мезосфере на основе новой модели электронно-колебательной кинетики продуктов фотолиза 03 и 02 // Известия АН СССР, Физика атмосферы и океана. - 2007. - Т. 43, № 4. - С. 557-569.

6. Янковский В.А., Мануйлова P.O., Кулешова В.А., Семенов А.О., Кутепов А.А., Феофилов А.Г. Модель электронно-колебательной кинетики продуктов фотолиза озона и кислорода. Восстановление содержания озона на примере данных TIMED-SABER // Международный симпозиум "Физика атмосферы: наука и образование". Сборник тезисов. - Санкт-Петербург. - 2007. - С. 153156.

7. Янковский В.А., Мануйлова P.O., Кулешова В.А., Семенов А.О., Олемской И.В. Мониторинг вертикального профиля озона в средней атмосфере с помощью модели электронно-колебательной кинетики продуктов фото диссоциации

03 и 02 // Всероссийская конференция "Развитие системы мониторинга состава атмосферы (РСМСА)". Тезисы докладов. - Москва - 2007, - С. 97.

8. Янковский В.А., Кулегаопа В.А., Виташевская И.С., Олемской И.В. Новая модель фотодиссоциации озона и молекулярного кислорода в атмосфере Земли: метод решения системы кинетических уравнений в стационарном случае // Материалы тринадцатого международного семинара "Динамика и оптимизация пучков". Сборник тезисов. - Санкт-Петербург. - 2006. - С. 58.

9. Янковский В.А., Мануйлова P.O., Кулешова В.А., Семенов А. О., Олемской И.В., Романов К.Ю. Восстановление высотного профиля концентрации озона из измерений интенсивности эмиссий 02 на 762 нм и 1,27 мкм в рамках модели электронно-колебательной кинетики фотолиза Оэ и 02 // Материалы Международного Симпозиума Стран СНГ "Атмосферная Радиация". Сборник тезисов. - Санкт-Петербург. - 2006. - С.77-80.

10. Кулешова В.А., Янковский В.А. Фотодиссоциация озона в полосе Хартли: Аналитическое описание квантовых выходов электронно-колебательно возбужденных молекул OjCa'Ag, v=0-5) // Материалы Международного Симпозиума Стран СНГ "Атмосферная Радиация". Сборник тезисов. - Санкт-Петербург. - 2006. - С. 17.

11. Kuleshova V.A., Yankovsky V.A. Sensitivity analysis of retrieval of Оз vertical profiles using modern E-V kinetics model in the middle atmosphere // XIII-th International Symposium " Atmospheric and Ocean Optics. Atmospheric Physics". Сборник тезисов. - Tomsk. - 2006. - P. 62.

12. Янковский B.A., Кулешова B.A. Фото диссоциация озона в полосе Хартли. Аналитическое описание квантовых выходов 02(a'Ag, v=0-3) в зависимости от длины волны // Оптика Атмосферы и Океана. - 2006. - Т. 19. №7. - С. 576-580.

13. Кулешова В.А., Янковский В.А. Модель электронно-колебательной кинетики фотолиза 02 и Оэ в средней атмосфере Земли: анализ чувствительности // Оптика Атмосферы и Океана. - 2006. - Т.20. №7. С.599-608.

14. Kuleshova V.A., V.A. Yankovsky, R.O. Manuilova, Ch. Jacobi and К. Frohlich Channels of thermalization of the products of the 02 and 03 photodissociation in the middle atmosphere // 10th Scientific Assembly of the International Association of Geomagnetism and Aeronomy. Abstracts CD. - Toulouse. - 2005. - Abstract IAGA2005-A-01070.

15. Янковский В.А., Кулешова В.А. Каналы термализации продуктов фотодиссо-' циации 02 и 03 в средней атмосфере // Материалы Международного Симпозиума Стран СНГ "Атмосферная Радиация". Сборник тезисов. - Санкт-Петербург. - 2004. - С. 17.

16. Yankovsky V.A., Manuilova R.O., Kuleshova V.A. Heating of the middle atmosphere as a result of quenching of the products of 02 and 03 photodissociation // XI-th International Symposium "Atmospheric and Ocean Optics. Atmospheric Physics". Сборник тезисов. - Tomsk. - 2004. - С. 56-57.

17. Yankovsky V.A., Manuilova R.O., Kuleshova V.A. Heating of the middle atmosphere as a result of quenching of the products of 02 and 03 photodissociation // SPIE Proc. - Int. Soc. Opt. Eng. (USA). - 2004. - V. 5743. - P. 34-40.

Отпечатано копировально-множительным участком отдела обслуживания учебного процесса физического факультета СПбГУ. Приказ № 571/1 от 14.05.03. Подписано в печать 17.09.09 с оригинал-макета заказчика. Ф-т30x42/4, Усл. печ. л. 1. Тираж 100 экз., Заказ № 1002/с 198504, СПб, Ст. Петергоф, ул. Ульяновская, д. 3, тел. 929-43-00.

Содержание диссертации, кандидата физико-математических наук, Кулешова, Вероника Александровна

Список использованных обозначений

Введение

Обзор литературы

1. Модель дневных эмиссий молекул 02(a1Ag, v=0-5) и ОгСЬ1!^, v=0-2) в мезосфере и нижней термосфере Земли

1.1. Кинетика заселения атомов 0(!D).

1.2. Кинетика заселения молекул О^Ь1!^"1", v).

1.3. Кинетика заселения молекул ОгСа'д^, v>0).

1.4. Полная схема фотодиссоциации молекул 02 и Оэ в рамках модели электронно-колебательной кинетики YM-2006.

1.5. Расчёт скоростей фото диссоциации 02 и 03.

1.6. Использование модели электронно-колебательной кинетики продуктов фото диссоциации 02 и 03 для решения прикладных задач

1.6.1. Прямая задача.

1.6.2. Обратная задача.

1.7. Выводы по главе.

2. Анализ чувствительности модели электронно-колебательной кинетики продуктов фотодиссоциации 02 и Оэ

2.1. Постановка задачи.

2.2. Результаты анализа чувствительности.

2.3. Реакция столкновения атомов O^D) с молекулами 02 и квантовые выходы её продуктов.

2.4. Зависимость вертикального профиля Оэ, восстановленного из интенсивности эмиссии атмосферной полосы, от квантовых выходов продуктов реакции ОгСЬ'г^, v=0) + N

2.5. Оценка максимальной неопределённости расчётов в рамках прямой и обратной задач модели электронно-колебательной кинетики-YM-2006.

2.6. Статистический анализ максимальной неопределённости прямой задачи модели электронно-колебательной кинетики продуктов фотодиссоциации

02 и 03.

2.7. Выводы по главе.

3. Параметризация модели электронно-колебательной кинетики продуктов фотодиссоциации 02 и

3.1. Аналитические формулы для восстановления вертикального профиля концентрации озона в рамках модели электронной кинетики продуктов фотодиссоциации 02 и Оэ.

3.2. Параметрические формулы для прямой и обратной задач в рамках модели электронно-колебательной кинетики продуктов фотодиссоциации 02 и 03.

3.3. Выводы по главе.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Модель электронно-колебательной кинетики продуктов фотодиссоциации озона и молекулярного кислорода в задаче восстановления озона в мезосфере Земли"

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ.

Диссертационная работа посвящена развитию одной из основных задач аэрономии - фотодиссоциации молекулярного кислорода и озона в мезосфере и средней атмосфере Земли. Эта задача в свою очередь включает в себя? два важных направления. С одной стороны необходимо уметь рассчитывать вертикальные профили концентраций всех метастабильных атомов и молекул, образующихся во время фотодиссоциации, с другой стороны - зная интенсивности' излучения одних малых атмосферных составляющих, нужно уметь восстанавливать другие малые атмосферные составляющие (например, 03 или О). Кинетические модели, позволяющие решать такие задачи разрабатываются с восьмидесятых годов прошлого^ века и традиционно включают в себя только электронное возбуждение 02 при фотодиссоциации озона и молекулярного кислорода, в то время, как уже более двадцати лет известно об электронно-колебательном возбуждении молекул 02 как при фотодиссоциации, так и при передаче энергии от вышележащих в энергетическом плане атомови молекул к нижележащим.

Таким образом, давно назрела необходимость в. разработке самосогласованной модели электронно-колебательной . кинетики продуктов фото диссоциации* озона и- молекулярного кислорода, дополненной современными значениями констант скоростей и квантовых выходов реакций. В данной работе представлена такая модель и проведён' подробный анализ её свойств, на основании которого предложены параметризации, позволяющие с минимальным объёмом вычислений оценивать вертикальные профили концентраций всех метастабильных атомов и молекул, образующихся во время фотодиссоциации, а также восстанавливать вертикальные профили малых атмосферных составляющих по измеренным интенсивно стям других атмосферных составляющих.

ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

Объектом исследования является модель электронно-колебательной кинетики продуктов фотодиссоциации озона и молекулярного кислорода, разработанной в лаборатории средних и верхних атмосфер планет кафедры физики атмосферы СПбГУ и получившая дальнейшее развитие в диссертационной работе. Исследовались свойства модели, в том числе чувствительность ко всем входящим параметрам (концентрациям атмосферных компонент, интенсивностям фотопотоков в различных полосах и линиях, температуре газа, константам скоростей и квантовым выходам реакций). Исследования проводились как для прямой задачи расчёта вертикальных профилей концентраций метастабильных атомов и молекул кислорода, так и для обратной задачи восстановления вертикального профиля озона из различных интенсивностей эмиссий молекулярного кислорода. Для решения указанных задач применялись современные математические методы, в том числе разработанные на факультете ПМПУ СПбГУ.

ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИССЕРТАЦИИ.

Цели и задачи диссертации состоят, во-первых, в том, чтобы развить существующую модель электронно-колебательной кинетики продуктов фотодиссоциации озона и молекулярного кислорода, которая была бы лишена недостатков существующих моделей чисто электронной кинетики. В работе показано, что использование модели электронно-колебательной кинетики позволяет в значительной степени лучше описать фотохимические процессы, происходящие в атмосфере.

Во-вторых, целью проведённых исследований была демонстрация преимуществ использования модели электронно-колебательной кинетики для задачи восстановления вертикального профиля концентрации озона из измеренных интенсивностей эмиссий атмосферной и инфракрасной атмосферной полос молекулярного кислорода.

В-третьих, работа была направлена на получение аналитических выражений для задачи восстановления вертикального профиля озона согласно модели электронно-колебательной кинетики продуктов фотодиссоциации озона и молекулярного кислорода.

НАУЧНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Аналитические формулы для описания квантовых выходов молекул ОгСа^^О-б) в синглетном канале фотолиза озона в полосе Хартли в зависимости от длины фотолитического излучения.

2. Новый метод восстановления вертикального профиля концентрации озона из эмиссии молекул 02(Ь'Х+§, v=l) как дополнение к традиционным методам восстановления озона из эмиссий 02 в атмосферной и в инфракрасной атмосферной полосах.

3. Результаты анализа чувствительности модели YM-2006 электронно-колебательной кинетики фотолиза 02 и- 03 В' мезосфере и: нижней термосфере Земли в зависимости от вариаций всех входящих в модель параметров (концентраций- атмосферных компонент, температуры газа, скоростей фотодиссоциации, констант скоростей реакций и квантовых выходов продуктов в этих реакциях) для прямой задачи расчёта вертикальных профилей концентраций молекул О^Ь1^"^, v=0-2), 02(aIAg, v=0-5) и обратной задачи восстановления вертикального профиля озона из интенсивностей эмиссий Атм (762 нм) и ИК Атм (1,27 мкм) полос молекулы 02.

4. Четыре набора параметризаций - упрощенных аналитических формул (разной степени точности): для прямой задачи расчёта вертикальных профилей концентраций атомов O('D) и молекул 02(b'X+g, v=0-2), 02(a1Ag, v=0-5) и для обратной задачи восстановления вертикального профиля 03 из интенсивностей эмиссий Атм (762 нм) и ИК Атм (1,27 мкм) полос молекулярного кислорода в рамках модели электронно-колебательной кинетики продуктов фотодиссоциации озона и молекулярного кислорода.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА.

Все положения, перечисленные в разделе «Научные положения, выносимые на защиту», а таюке основные выводы диссертации являются новыми, включая аналитические выражения для параметризации модели и восстановления вертикального профиля озона из интенсивности эмиссии 02(ЬЁГв, v=l).

ДОСТОВЕРНОСТЬ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ.

Достоверность полученных результатов по расчёту квантовых выходов молекул 02(a'Ag,v) в синглетном канале фотолиза озона в полосе Хартли, расчёт вертикальных профилей концентраций молекул 02(b'£+g, v=0) и 02(a'Ag, v=0) и вертикальных профилей концентрации озона, восстановленных из интенсивностей эмиссий атмосферной и инфракрасной атмосферной полос молекулы 02 подтверждены сравнением с известными литературными данными.

Расчёты заселённости колебательно-возбуждённых уровней молекул 02(bTg) и 02(a1Ag) проведены впервые.

Кроме того, основные результаты модели были использованы сотрудниками NASA (А.А. Кутепов и А.Г. Феофилов) для уточнения методики восстановления вертикального профиля озона и4 водяного пара из данных, полученных в спутниковом эксперименте TIMED-SABER.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ.

Научная и практическая ценность данной работы состоит, прежде всего, в том, что на основании проведённого комплексного исследования свойств модели электронно-колебательной кинетики продуктов фотодиссоциации озона и молекулярного кислорода были получены аналитические выражения для прямой задачи расчёта вертикальных профилей концентраций молекул (^(b'X^g, v=0-2), 02(a1Ag, v=0-5) и обратной задачи восстановления вертикального профиля озона из интенсивностей эмиссий атмосферной и инфракрасной атмосферной полос молекулы 02, которые позволяют свести объём вычислений к минимуму и оценить диапазон неопределённости данной величины.

Разработанные аналитические формулы для расчётов квантовых выходов молекул 02(a1Ag,v) в синглетном канале фотолиза озона в полосе Хартли в зависимости от длины волны фотолитического излучения позволяют существенно уточнить предыдущие расчёты вертикальных профилей концентраций молекул 02(a1Ag,v).

Кроме этого, новый метод восстановления вертикального профиля озона из интенсивности эмиссии молекул 02(b'£+g, v=l) является альтернативой традиционных методов восстановления вертикальных профилей озона из измерений-, интенсивностей эмиссий молекул O^b'Z^, v=0) в атмосферной полосе и 02(a1Ag, v=0) в инфракрасной атмосферной полосе.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ

Результаты работы докладывались на международном симпозиуме стран СНГ "Атмосферная Радиация и Динамика" (Санкт-Петербург, 2009), молодёжной конференции "Физика и прогресс" (Санкт-Петербург, 2008), всероссийской конференции "Развитие системы мониторинга состава атмосферы" (Москва, 2007), тринадцатом международном семинаре "Динамика и оптимизация пучков" (Санкт-Петербург, 2006), международном'симпозиуме стран СНГ "Атмосферная Радиация" (Санкт-Петербург, 2006), XIII международном симпозиуме "Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы" (Томск, 2006), 10-ой научной ассамблее международной ассоциации геомагнетизма и аэрономии (Тулуза, 2005), международном симпозиуме стран СНГ "Атмосферная Радиация" (Санкт-Петербург, 2004), XI международном симпозиуме "Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы" (Томск, 2004).

По результатам работ получена стипендия НИЕНШАНЦ в 2004 году, стипендия Леонарда Эйлера от DAAD (немецкая служба академических обменов) в 2004 - 2005 годах, от правительства1 Санкт-Петербурга получен грант для молодых учёных в 2006 году, получен грант от DAAD на прохождение годовой стажировки в университете г. Лейпциг в 2007 - 2008 годах.

ПУБЛИКАЦИИ.

Теме диссертации посвящено 17 публикаций, включая 3 статьи в реферируемых журналах. Список приведён ниже.

ЛИЧНЫЙ ВКЛАД АВТОРА.

Модель электронно-колебательной кинетики продуктов фотодиссоциации озона и. молекулярного кислорода в используемой в диссертации форме была разработана В.А. Янковским и P.O.- Мануйловой.* Аналитические формулы для квантовых выходов молекул 02(a'Ag,v) в синглетном канале фотолиза озона в полосе Хартли были разработаны автором диссертации совместно с В.А. Янковским. Анализ чувствительности модели электронно-колебательной кинетики продуктов фотодиссоциации озона и молекулярного кислорода для прямой задачи расчёта вертикальных профилей концентраций молекул 02(Ь'Г£, v=0-2), 02(a'Ag, v=0-5) и обратной задачи1 восстановления вертикального профиля озона из интенсивностей эмиссий атмосферной и инфракрасной атмосферной полос молекулы 02, параметризация модели электронно-колебательной кинетики продуктов фотодиссоциации озона и молекулярного кислорода и аналитические формулы для восстановления вертикального профиля озона из интенсивности эмиссии молекул ОчОэ'Х"^, v=l) получены лично автором диссертации.

СТРУКТУРА И ОБЪЁМ ДИССЕРТАЦИИ.

Диссертация состоит из введения, трёх глав и двух приложений.

Заключение Диссертация по теме "Физика атмосферы и гидросферы", Кулешова, Вероника Александровна

3.3. Выводы по главе

• На основании результатов анализа чувствительности главы 2 получены четыре набора параметризаций - упрощенных аналитических формул: для прямой задачи расчёта вертикальных профилей концентраций атомов O('D) и молекул ОгОэ'Х"^, v=0-2), 02(a1Ag, v=0-5) и для обратной задачи восстановления вертикального профиля Оз из интенсивностей эмиссий Атм (762 нм) и ИК Атм (1,27 мкм) полос молекулярного кислорода в рамках модели электронно-колебательной кинетики продуктов фотодиссоциации озона и молекулярного кислорода.

• Получена параметризация (I) максимально приближенная к реальной модели с исключенными процессами, в которых в рамках прямой и обратной задач в одних и тех же процессах наблюдается очень низкая чувствительность (151<0,01). Эта параметризация даёт отклонение от полной модели для любого рассматриваемого параметра не более 1% (прямая задача), 2% (обратная задача).

Получена параметризация (II) с исключенными процессами, в которых в рамках прямой и обратной задач в одних и тех же процессах наблюдается низкая чувствительность (151<0,1). Эта параметризация даёт отклонение от полной модели для любого рассматриваемого параметра не более 5% (прямая задача), 0,5 - 32 % (обратная задача) в зависимости от высоты. Получена параметризация (III), которую можно использовать только для расчётов вертикальных профилей концентраций атомов 0(!D) и молекул 02(b'Z+g, v=0-2), 02(a'Ag, v=0-5), т.е. только в прямой задаче. Данная параметризация даёт отклонение от расчётов полной модели в пределах 0 - 15 %.

Получена параметризация (IV) для восстановления вертикального профиля Оз из интенсивностей эмиссий Атм (0-0) (762 нм) и ИК Атм (00) (1,27 мкм) полос молекулярного кислорода, т.е. только для обратной задачи. Отклонение от полной модели в интервале высот 60 - 95 км составляет не более 3 %.

Получены точные аналитические выражения для восстановления вертикального профиля озона из измеренных интенсивностей эмиссий молекулярного кислорода в Атм и ИК Атм полосах молекулярного кислорода в рамках модели чисто электронной кинетики.

Заключение

В диссертационной работе подробно рассмотрена модель электронно-колебательной кинетики продуктов фотодиссоциации озона и молекулярного кислорода YM-2006 - наиболее полная на данный' момент модель фото диссоциации 03 и 02 в мезосфере и нижней термосфере Земли. Она позволила рассчитать населённости не только возбуждённых' атомов O('D) и электронно возбуждённых молекул кислорода O^b1!^, v=0) и 02(a!Ag, v=0), но также и населённости электронно-колебательно возбуждённых уровней молекул кислорода 02(blL+g, v=l, 2) и 02(a'Ag, v=l-5). Используя модель YM-2006, также можно рассчитывать интенсивности эмиссий в полосах молекул кислорода, образованных как переходами из состояний, невозбужденных по колебательным степеням свободы 02(a'Ag, v=0) (ИК Атм полоса, 1,27 мкм) и 02(b1L+gJ v=0) (Атм полоса, 762 нм), так и переходами из электронно-колебательно возбуждённых состояний 02(a'Ag, v=l-5) и 02(b'Z+g, v=l, 2).

В работе получены следующие результаты:

1. Предложены! аналитические формулы* для описания квантовых выходов молекул 02(a?Ag,v=0-5) в синглетном канале фотолиза озона в полосе Хартли в зависимости от длины фотолитического излучения.

2. Детальное рассмотрение всех процессов, входящих в модель YM-2006, позволило определить эффективность термализации. как для отдельно взятых уровней атомарного и молекулярного кислорода, так и для всей модели в целом.

3. Модель YM-20061 электронно-колебательной» кинетики продуктов фотодиссоциации озона и молекулярного кислорода применена для решения обратных задач — восстановления вертикального профиля озона из интенсивностей эмиссий Атм и ИК Атм полос молекулярного кислорода.

4. Предложен- новый метод восстановления вертикального профиля концентрации озона из эмиссии молекул Огф1]^, v=l) как дополнение к традиционным методам восстановления озона из эмиссий 02 в атмосферной и в инфракрасной атмосферной полосах.

5. Проведён анализ чувствительности модели YM-2006 электронно-колебательной кинетики фотолиза 02 и Оэ в мезосфере и нижней термосфере Земли в зависимости от вариаций всех входящих в модель параметров (концентраций атмосферных компонент, температуры газа, скоростей фотодиссоциации, констант, скоростей реакций и квантовых выходов, продуктов в этих реакциях) для прямой задачи, расчёта вертикальных профилей концентраций-молекул 02(b'X+g, v=0-2), 02(a'Ag, v=0-5) и обратной задачи восстановления < вертикального профиля озона из интенсивностей эмиссий Атм (762 нм) и ИК Атм (1,27 мкм) полос молекулы 02.

6. В результате проведенного анализа чувствительности,модели YM-2006. выявлены атмосферные компоненты и реакции, оказывающие наибольшее влияние на расчёты в прямой и обратной задачах.

7. Обнаружена и исследована существенная роль реакции тушения молекул 02(Ь'Ге, v=0) молекулярным азотом на точность восстановления вертикального-профиля концентрации-Оэ из'интенсивности (эмиссии Атм! полосы 02.

8. Оценена различными методами максимальная неопределённость результатов расчётов в , рамках модели YM-2006 электронно-колебательной- кинетики продуктов фотодиссоциации молекулярного кислорода и озона к неопределённостям задания» входных параметров модели для прямой и обратной задач.

9. Проведён статистический анализ погрешности кинетической модели YM-2006 для прямой задачи расчёта вертикальных профилей концентраций атомов 0(!D) и молекул O^b'X^, v=0-2), 02(a'Ag, v=0-5). lO.Ha основании результатов анализа чувствительности получены четыре набора параметризаций - упрощенных аналитических формул (разной степени точности): для прямой задачи расчёта вертикальных профилей концентраций атомов (X'D) и молекул 02(Ь!Х+§, v=0-2), 02(a1Ag, v=0-5) и для обратной задачи восстановления вертикального профиля 03 из интенсивностей эмиссий Атм (762 нм) и ИК Атм (1,27 мкм) полос молекулярного кислорода в рамках модели электронно-колебательной кинетики продуктов фотодиссоциации озона и молекулярного кислорода.

Благодарности.

Хочется выразить искреннюю признательность и благодарность своему научному руководителю Валентину Андреевичу Янковскому, а также Раде Олеговне Мануйловой за чуткость и поддержку во всех нелёгких ситуациях, а также за помощь при написании диссертации. Хочется также поблагодарить Семёнова Алексея Олеговича за помощь в расчётах и всех сотрудников лаборатории средних и верхних атмосфер планет и кафедру физики атмосферы СПбГУ за создание творческой атмосферы.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата физико-математических наук, Кулешова, Вероника Александровна, Санкт-Петербург

1. Yankovsky Y.A., Manuilova R.O. Model of daytime emissions of electronically-vibrationally excited products of 03 and 02 photolysis: Application to ozone retrieval // Ann. Geophys. 2006. - V. 24. № 11. - P. 2823-2839.

2. Хворостовская Л.Э., Янковский В.А. О механизме образования озона в тлеющем разряде в молекулярном кислороде // Оптика и Спектроскопия. -1974. Т. 37. № 1. - С. 26-30.

3. Королева Е.А., Хворостовская Л.Э. Коэффициенты дезактивации метастабильных атомов O^D) и O^S) в тлеющем разряде в кислороде// Оптика и Спектроскопия. 1973. - Т. 35. № 1. - С. 19-23.

4. Хворостовская Л.Э., Янковский В.А. Исследование отрицательных ионов в тлеющем разряде в кислороде // Хим. Физика. 1983. - Т. 2. № 7. - С. 910916.

5. Хворостовская Л.Э., Янковский В.А. Экспериментальное исследование процессов с участием метастабильных атомов и молекул в тлеющем разряде в кислороде // Хим. Физика. 1984. - Т. 3. № И. - С. 1561-1572.

6. Khvorostovskaya L.E., Yankovsky Y.A. Negative ions, ozone and metastable components in DC oxygen glow discharge // Contr. Plasm. Phys. 1991. -Y.31. № 1.-P. 71-88.

7. Янковский В.А. Электронно-колебательная релаксация молекул 02(b'Z+g, v=l, 2) в столкновениях с озоном, молекулами и атомами кислорода // Хим. Физика. 1991. - Т. 10. № 3. - С. 291-306.

8. Slanger T.G. and Copeland R.A. Energetic oxygen in the upper atmosphere andthe laboratory // Chem. Rev. 2003. - V. 103. - P. 4731-4765.

9. Pejakovic D.A., Wouters E.R., Phillips K.E., Slanger T.G., Copeland R.A. and Kalogerakis K.S. Collisional removal of by 02 at thermospheric temperatures // J. Geophys. Res. A. 2005. - V. 110. 03308. doi:10.1029/2004JA010860.

10. Thomas R.J., Barth C.A., Rusch D.W., Sanders R.W. Solar mesosphere explorer near-infrared spectrometer: Measurements of 1.27-pm radiances and the interference of mesospheric ozone // J. Geoph. Res. 1984. - V 89. № D6. - P. 9569-9580.

11. Bucholtz A., Skinner W.R., Abreu V.J., Hays P.B. The dayglow of the 02 atmospheric band system // Planet. Spa. Sci. 1986. - V. 34. № 11. - P. 10311035.

12. Mlynczak M.G., Solomon S.C. and Zaras D.S. An updated model for 02(a'Ag) concentrations in the mesosphere and lower mesosphere and implications for remote sensing of ozone at 1.27 pm // J. Geophys. Res. D. 1993. - V. 98. № 10.-P. 18639-18648.

13. Mlynczak M.G., Marshall B.T. A reexamination of the role of solar heating in the 02 atmospheric and infrared atmospheric bands // Geoph. Res. Let. 1996. -V. 23. №6.-P. 657-660.

14. Данилов А.Д., Власов M.H. Фотохимия ионизованных и возбуждённых частиц в нижней ионосфере // Гидрометеоиздат. — Ленинград. 1973. — С. 190.

15. Mlynczak M.G., Morgan F., Yee J.-H., Espy P., Murtagh D., Marshall B.T., Schmidlin F. Simultaneous measurements of the 02(a'Ag) and O^b'l^g) airglows and ozone in the daytime mesosphere // Geoph. Res. Let. 2001. - V. 28. №6. -P. 999-1002.

16. Kalogerakis K.S., Copeland R.A., Slanger T.G. Collisional removal of ОгСЬ1^, v=2, 3) // J. Chem. Ph. 2002. - V. 116. № 12. - P. 4877-4885.

17. Pejakovic D.A., Wouters E.R., Phillips K.E., Slanger T.G., Copeland R.A. and Kalogerakis K.S. Collisional removal of by 02 at thermospheric temperatures // J. Geophys. Res. A. -2005. -V. 110. 03308. doi:10.1029/2004JA010860.

18. Chen L., Rabitz H., Considine D.B., Jackman C.H., Shorter J.A. Chemical reaction rate sensitivity and uncertainty in a two-dimensional middle Atmospheric model // J. Geophys. Res., 1997 V. 102. № 13. - P. 1620116214.

19. Lamago D., Dameris M., Schnadt C., Eyring V., Bruhl C. Impact of large solar zenith, angles on lower stratospheric dynamical and chemical processes in a coupled chemistry-climate' model // Atmos. Chem. Phys. 2003 V. 3. - P. 1981-1990.

20. Loughman R.P., Flittner D.E., Herman B.M. et al. Description and sensitivity analyses of a limb scattering ozone retrieval algorithm // J. Geophys. Res. D -2005. V. 110, D19, D19301, doi:10.1029/2004JD005429.

21. Marsh D.R., Smith A.K., Noble E. Mesospheric ozone response to changes in water vapor // J. Geophys. Res. D. 2003. - V. 108. - D3, 4109, doi: 10.1029/2002JD002705.

22. McCormack J. P., Eckermann S. D., Siskind D: E., McGee T. J. CHEM2D-OPP: A new linearized gas-phase ozone photochemistry parameterization- for high-altitude NWP and climate models // Atmos. Chem. Phys. 2006. - V. 6: - P.4943^972.

23. Plot M., von Glasow R. The chemistry influencing ODEs in the Polar Boundary Layer in spring: a model study // Atmos. Chem. Phys. Discuss. 2008'. - V. 8. -P.' 7391-7453.

24. Chem. Phys. 2008. - V. 8. - P. 2509-2517.

25. Sica R.J. Inferring middle-atmospheric ozone bright profiles from ground-based measurements of molecular oxygen emissions rates. I. Model description and sensitivity to inputs // Can. J. Phys. 1991 V. 69. N. 8/9. - P. 1069-1075.

26. Taniguchi N., Hayshida S., Takahashi K., Matsumi Y. Sensitivity studies of the recent new data on 0(!D) quantum yields in 03 Hartley band photolysis in the stratosphere // Atm. Chem. Phys. 2003. - V. 3. - P. 1293-1300.

27. Zhang Y., Bischof C.H., Easter R.c., Wu Po-Ting Sensitivity analysis of a mixed-phase chemical mechanism using automatic differentiation // J. Geophys. Res. 1998. - V. 103. № 15. - P. 18953-18979.

28. Melendez-Alvira D.J., Torr D.G., Richards P.G., Swift W.R., Torr M.R., Baldridge Т., Rassoul H. Sensitivity of the 6300A twilight airglow to neutral composition // J. Geophys. Res. 1995. - V. 100. № 5. - P. 7839-7853.

29. Кулешова B.A., Янковский B.A. Модель электронно-колебательной кинетики фотолиза 02 и в средней атмосфере Земли: анализ чувствительности // Оптика Атмосферы и Океана. 2007. - Т. 20. № 7. - С. 599-609.

30. Matsumi Y., Chowdhury A.M.S. Translational relaxation and electronic quenching of hot 0(!D) by collisions with N2 // J. Chem. Ph. 1996. - V. 104. №18.-P. 7036-7044.

31. Torr M.T., Torr D.G. and P.G.Richards, The solar ultraviolet heating efficiency of the mid latitude thermosphere // Geoph. Res. Let. 1980. - V. 7. - P. 373376.

32. Park J.H., London J. Ozone photochemistry and radiative heating of the middle atmosphere//J. Atmos. Sci. 1974. -V. 31. - P. 1898-1916.

33. Harris R.D., Adams G.W. Where does the 0(!D) energy go? // J. Geoph. Res. A 1983.-V. 88 №A6.-P. 4918-4928.

34. Mlynczak M.G., Solomon S.C. On the efficiency of Solar heating in the middle atmosphere// Geoph. Res. Let. 1991. - V.18. № 7. - P. 1201-1204.

35. Yankovsky V.A., Manuilova R.O., Kuleshova V.A. Heating of the middle atmosphere as a result of quenching of the products of 02 and 03 photodissociation // SPIE Proc. Int. Soc. Opt. Eng. (USA). - 2004. - V. 5743.- P. 34-40.

36. Rodrigo R., Lopez-Moreno J.J., Lopez-Puertas M., Moreno F., Molina A. Neutral atmospheric composition between 60 and 220 km: a theoretical model for mid-latitudes // Planet. Spa. Sci. 1986. - V.34. № 8. - P. 723-743.

37. Dylewski S. M., Geiser J. D., and Houston P. L. The energy distribution, angular distribution, and alignment of the O('D) fragment from the photodissociation of ozone between 235 and 305 nm // J. Chem. Phys 2001. - V. 115. - P. 74607473.

38. DeMoore W.B., Golden D.M., Hampson R.F., Howard C.J., Kolb C.E., Molina M.J. Chemical kinetics and photochemical data for use in stratospheric modeling // JPL Publication. 1997. - V. 97-4. Evaluation Number 12. - P. 1-128.

39. Yee J. H., Guberman S. L., Dalgarno A. Collisional quenching of 0(!D) by 0(3P) // Planet. Space Sci. 1990. - V. 38. - P. 647-652.

40. Green J. G, Shi J., and Barker J. R. Photochemical kinetics of vibrationally excited ozone produced in the 248 nm photolysis of О2/О3 mixtures // J. Phys. Chem. A. 2000. - V.104. - P. 6218-6226.

41. Yankovsky V. A. Electronic-vibrational relaxation of O^b1!!"^, v=l,2) at collisions with ozone and molecular and atomic oxygen // Khim. Fiz. — 1991. — V. 10.-P. 291-306.

42. Hwang E. S., Bergman A., Copeland R. A., and Slanger T. G. Temperature dependence of the collisional removal of 02(b' S+g, v=l & 2) at 110-260 K, and atmospheric applications // J. Chem. Phys. 1999. - V. 110. - P. 18-24.

43. Krupenie P. H.: The spectrum of Molecular Oxygen // J. Phys. Chem. Ref. Data.- 1972. V. 1,-P. 423-521.

44. Atkinson R., Baulch D. L., Cox R. A., Hampson R. F. Jr., Kerr J. A. (Chairman) and Troe J. Evaluated kinetic and photochemical data for atmospheric chemistry supplement VI. IUPAC Subcommittee on Gas Kinetic Data Evaluation for

45. Atmospheric Chemistry // J. Phys. Chem. Ref. Data. 1997. - V. 26. - P. 13291497.

46. Hady-Ziane S., Held В., Pignolet P., Peyrous R. and Coste C. Ozone generation in an oxygen-fed wire-to-cylinder ozonizer at atmospheric pressure // J. Phys. -1992.-V. D25.-P. 677-685.

47. Klingshirn H. and Maier M. Quenching of the 02(a'Ag) state in liquid isotopes // J. Chem. Phys. 1985. - V. 82. - P. 714-719.

48. Yankovsky V.A. and Kuleshova V.A. Photodissociation of ozone in Hartley band. Analytical description of quantum yields of 02(a'Ag, v=0-3) depending on wave length // Atmospheric and Oceanic Optics. 2006. - V. 19. - P. 576-580.

49. Braithwaite M., Davidson J. A. and Ogryzlo E. A. 02(b'2+g) relaxation in collisions. I. The influence of long range forces in the quenching by diatomic molecules // J. Chem. Phys. 1976. - V. 65. № 2. - P. 771-778.

50. Lopez-Gonzalez M. J., Lopez-Moreno J. J1., and Rodrigo R. The altitude profile of the infrared atmospheric system of* 02 in twilight and early night: derivation of ozone abundance's // Planet. Space Sci. 1992. - V. 40. - P. 1391-1397.

51. Klais O., Laufer A. H., and Kurylo M. J. Atmospheric quenching of vibrational^ excited 02(a'Ag) // J. Chem. Phys. 1980. - V. 73. - P. 2696-2699.

52. Tobiska W.K, Woods Т., Eparvier F., Viereck R., Floyd L., Bouwer D., Rottman G., White 0:R. The SOLAR2000 empirical solar irradiance model and forecast tool // J. Atm. Solar Terr. Phys. 2000. - V. 62. № 14. - P. 1233-1250.

53. Tobiska W.K., Bouwer S. D. New developments in SOLAR2000 for space research and operations // Adv. Space Res. 2006. - V. 37. № 2. - P. 347-358.

54. Yoshino K., Parkinson W.H., Itob K, Matsuib T. Absolute absorption cross-section measurements of Schumann-Runge continuum of 02 at 90 and 295 К // J. Molec. Spectrosc. 2004. - V. 229. № 2. - P. 238-243. doi: 10.1016/j.jms.2004.08.020.

55. Reddmann Т., Uhl R. The H Lyman-a actinic flux in the middle atmosphere // Atmos. Chem. Phys. 2003. - V. 3. № 1. - P. 225-231.

56. Kockarts G. Penetration of solar radiation in the Schumann-Runge bands of molecular oxygen: a robust approximation // Ann. Geophys. 1994. - V. 12. № 12.-P. 1207-1217.

57. Олемской И. В. Модификация алгоритма выделения структурных особенностей //Вестник СПбГУ. Серия 10 2003. - выпуск 2. - С. 46-55.

58. Олемской И. В. Алгоритм выделения структурных особенностей // Николай Ефимович Кирин: Сб. стат. 2003. - С. 234-251.

59. Воеводин В. В., Кузнецов Ю. А. Матрицы и вычисления. // М. Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1984.

60. Tansock J.J., Hansen S., Paskett К., Shumway A., Peterson J., Stauder J., Gordley L.L., Wang Y., Melbert M., Russell III J.M., Mlynczak M.G. SABER ground calibration. // J. Remote Sensing. 2003. - V. 24. № 2. - P. 403-420.

61. Фролькис В.А., Кароль И.JI., Киселёв А.А., Озолин Ю.Э., Зубов В.А. Статистический анализ фотохимической модели глобальной атмосферы // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2007. - Т. 43 № 4. - С. 18-27.

62. Valentini J.J., Gerrity D.P., Phillips D.L., Nieh J.-C., Tabor K.D. CARS spectroscopy of 02(a'Ag) from the Hartley band photodissociation of 03: Dynamics of the dissociation // J. Chem. Phys. 1987. - V. 86. № 12. - P. 6745-6756.

63. Thelen M.-A., Gejo Т., Harrison J.A., Huber J.R., Photodissociation of ozone in the Hartley band: Fluctuation of the vibrational state distribution in the ОгСа'А^ v) fragment // J. Chem. Ph. 1995. - V. 103. № 18. - P. 7946-7955.