Определение газового состава атмосферы и характеристик аэрозоля затменным методом

Поляков, Александр Викторович

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Определение газового состава атмосферы и характеристик аэрозоля затменным методом
ВАК РФ 25.00.29, Физика атмосферы и гидросферы

Автореферат диссертации по теме "Определение газового состава атмосферы и характеристик аэрозоля затменным методом"

Санкт-Петербургский государственный университет

Поляков Александр Викторович

Определение газового состава атмосферы и характеристик аэрозоля затменным методом

25.00.29 - Физика атмосферы и гидросферы

диссертации на соискание ученой степени доктора физ.-мат. наук

На правах рукописи

□03053 Ю2

АВТОРЕФЕРАТ

Санкт-Петербург 2007

003053102

Работа выполнена в Научно-Исследовательском Институте Физики им. В.А.Фока Санкт-Петербургского государственного университета

Научный консультант Доктор физ.-мат. наук, профессор

Тимофеев Юрий Михайлович

Официальные оппоненты Доктор физ.-мат. наук, профессор

Успенский Александр Борисович Доктор физ.-мат. наук, профессор Король Игорь Леонидович Доктор физ.-мат. наук Смышляев Сергей Павлович

Ведущая организация Центральная Аэрологическая

Обсерватория (ЦАО) Роскомгидромета

Защита состоится 2 (.0^.0^- в /( 6 ° на заседании диссертационного совета Д 212.232.35 по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора физико-математических наук при Санкт-Петербургском государственном университете по адресу: 199164, Санкт-Петербург, Университетская наб., 7/9.

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке имени М. Горького Санкт-Петербургского государственного университета

Автореферат разослан "Й_" 2007 г.

Ученый секретарь диссертационного совета ¿/Ъ=у С.Л. Котиков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Атмосфера Земли является естественной средой обитания человечества и всей биосферы Земли. По этой причине стабильность ее состава представляет собой необходимое условие выживания и качества жизни человечества. Кроме этого очевидного соображения, состав атмосферы влияет на радиационный баланс всей планеты и ее поверхности, на уровень и спектральный состав ультрафиолетового облучения, на климат и погоду. В большинстве развитых стран эти Идеи попали в фокус внимания общества приблизительно в середине прошлого столетия, когда стало заметным антропогенное влияние на окружающую среду и, в частности, на атмосферу.

В последние годы чрезвычайно большое значение придается проблемам изменения климата Земли и разрушения озонного слоя нашей планеты. Важность экологических проблем признается в настоящее время многими странами, принимаются различные меры для минимизации отрицательных последствий современного развития человеческого общества, его индустрии, сельского хозяйства и т. д. Вследствие этого, исследования характеристик газового и аэрозольного состава атмосферы являются одной из центральных задач современной физики и химии атмосферы. Эти исследования вызваны как необходимостью детального изучения естественного состояния атмосферы для целей климатологии и метеорологии, так и необходимостью контроля антропогенных воздействий на климат Земли и озонный слой нашей планеты.

Все более актуальной становится проблема изучения долговременных трендов различных характеристик атмосферы и анализ причин этих трендов. Важной научной задачей в настоящее время является изучение глобальной картины уменьшения общего содержания озона и выявление вкладов антропогенных и естественных факторов, определяющих это явление. Изучение пространственно-временной изменчивости озона в атмосфере представляет собой актуальную задачу в связи с влиянием озона на климат (уровень

УФ радиации), а также с его токсичностью и высокими окислительными способностями в тропосфере. Экспериментальные исследования озона осуществляются с помощью наземных и спутниковых методов измерений. Они стали особенно актуальными в связи с уменьшением содержания озона над Антарктидой («озонная дыра») и в северном полушарии.

С 60-х годов прошлого столетия существует сеть измерений общего содержания озона (ОСО). Однако, для определения вертикальной зависимости временных трендов в содержании озона необходимы космические измерения вертикальных профилей содержания на долговременной основе. Таким образом, современной научной задачей является достоверное установление пространственного (трехмерного) распределения содержания озона на высотах от поверхности Земли до 70-80 км, особенно в связи со значительными изменениями состояния атмосферы в тропосфере и верхней атмосфере, наблюдаемыми в последние десятилетия.

Атмосферные аэрозоли оказывают существенное влияние на климат Земли как прямым, так и косвенным образом. Суммарное влияние аэрозолей, по современным представлениям, приводит к охлаждению и может оказывать компенсирующее действие на процессы потепления, вызываемые антропогенными парниковыми газами. 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). Аэрозольная оптическая толща — важнейший параметр, который существенно определяет радиационные эффекты аэрозолей, — должна измеряться с высокой точностью и хорошей периодичностью.

Таким образом, важнейшая задача исследований состояния атмосферы и трендов атмосферных параметров — постоянный мониторинг:

а) изменчивости в трендах газов — источников естественного и антропогенного происхождения, которые высвобождают свободные радикалы и поэтому определяют содержание стратосферного озона. Примерами таких газов являются СРСэ, Ы20, СН4;

б) содержания и распределения стратосферных аэрозолей и полярных стратосферных облаков.

Для такого мониторинга необходима глобальная система наблюдений за составом атмосферы. Важной ее составной частью является глобальная космическая система наблюдений, бурное развитие которой наблюдается последние два-три десятилетия. Спутниковые методы измерений интенсивно используются для изучения характеристик газового состава атмосферы и, прежде всего, для исследований пространственно-временных вариаций и трендов в содержании озона. Огромное количество информации, как о содержании озона, так и о других атмосферных параметрах получено с помощью различных спутниковых методов измерений.

Одним из них является затменный метод, основанный на измерении поглощения атмосферой солнечного излучения на касательных трассах при восходе и заходе Солнца за горизонт планеты. Этот метод характеризуется высокой потенциальной точностью, хорошим высотным разрешением, отсутствием необходимости абсолютной калибровки прибора для получения функций пропускания. С применением этого метода проводился целый ряд спутниковых экспериментов. В частности, первый многоспектральный спутниковый эксперимент был проведен с помощью аппаратуры «Озон-Мир» в 1996-1997 гг. С марта 2002 по июнь 2006 г. на борту российского спутника «Метеор-ЗМ №1» оперативно функционировал прибор SAGE III.

Развитию, совершенствованию и применению этого метода при исследованиях атмосферы посвящена данная диссертационная работа.

Непосредственные измерения прибором — лишь начальный этап дистанционных измерений. Решение задачи определения параметров среды осуществляется в алгоритме обработки данных измерений (алгоритме интерпретации). Поэтому, помимо специализированной аппаратуры, существенной составляющей методов дистанционного зондирования атмосферы являются также физико-математическая модель переноса излучения и алгоритмы интерпретации измерений. Следующий не менее существенный этап — ассимиляция полученных результатов дистанционного зондирования в системы прогноза погоды, климатические модели и т. д.

Растущие современные требования кточности дистанционных измерений делают необходимым постоянное развитие и совершенствование физико-математических моделей спутниковых экспериментов и алгоритмов обращения измерений. Существенной спецификой последних является некорректность решаемых обратных задач, которая ведет к неустойчивости решения и высокой чувствительности получаемых результатов к погрешностям измерений, физико-математической модели эксперимента и используемого метода обращения измерений.

Наша работа посвящена этапу интерпретации результатов дистанционных измерений, т. е. получению из значений прозрачности атмосферы, измеренных с помощью затменного метода, данных о составе последней. После рассмотрения ряда общих и методологических вопросов изложены результаты обработки информации, поступившей от спектрометра «Озон-Мир» в космических экспериментах. Анализируются результаты восстановления вертикальных профилей содержания озона для отдельных районов измерений. Вследствие ограниченного объема измерений эксперименты на ДОС «Мир» не позволили изучать пространственно-временные вариации в содержании озона, но представляли несомненный интерес и благодаря им в России был получен опыт дистанционного измерения озона методом затменного зондирования с помощью многоканального спектрометра.

Основная часть работы посвящена интерпретации данных затменных измерений аппаратурой SAGE III. Оперативная методика обработки измере-

ний прибора SAGE III, используемая в NASA для интерпретации измерений прозрачности, основана на ряде приближений. В частности, вместо функций пропускания используются оптические толщины (предполагается справедливость монохроматического приближения, что позволяет перейти к оптическим плотностям и решению линейной обратной задачи); спектральное и высотное интегрирования выполняются приближенно; при восстановлении профилей газов аэрозольное ослабление не учитывается, а исключается с использованием упрощающих предположений и т. д. В данной работе мы предлагаем и используем независимую методику, свободную от перечисленных приближений, и анализируем вертикальные профили содержания озона, двуокиси азота и спектрального коэффициента аэрозольного ослабления, полученные по измерениям прозрачности атмосферы аппаратурой SAGE III (данные уровня 1Ь) с помощью разработанной нами методики.

Один из существенных недостатков затменного метода при измерениях по Солнцу — малое количество измерений в течение суток. Избежать этого недостатка позволяет измерение прозрачности по звездам. В нашей работе мы также рассматриваем этот подход и исследуем потенциальные возможности затменного метода при использовании излучения звезд.

Цель работы

Таким образом, целью работы является как развитие и совершенствование спутникового затменного метода определения атмосферных параметров, так и получение и анализ данных о составе атмосферы по измерениям прозрачности атмосферы этим методом.

Для достижения этой цели необходимо предварительно решить основные задачи: построить модель (математико-алгоритмическую) эксперимента, т. е. ослабления излучения атмосферой на касательных трассах, и построить алгоритм решения обратной задачи. Каждая из этих задач, в свою очередь, распадается на частные задачи:

1) построение физико-математической и алгоритмической модели расчета функций пропускания атмосферы в спутниковых измерениях прозрачности;

2) разработка методики и алгоритма расчета траектории распространения солнечного излучения (с учетом рефракции) в спутниковом затменном эксперименте;

3) разработка и программная реализация алгоритма решения нелинейной обратной задачи;

4) интерпретация измерений аппаратурой «Озон-Мир» и сопоставление результатов с независимыми спутниковыми данными;

5) интерпретация измерений аппаратурой SAGE III и сопоставление полученных результатов с независимыми спутниковыми и наземными измерениями;

6) массовая интерпретация измерений аппаратуры SAGE III и получение пространственно-временных полей атмосферных параметров;

7) анализ полученных пространственно-временных распределений атмосферных параметров;

Как известно, одним из наиболее существенных недостатков затменного метода является малое количество измерений в течение суток и ограниченные широты измерений. Чтобы избежать указанных ограничений, можно использовать в качестве источника излучения звезды, что и реализуется в некоторых проектах (GOMOS, MSX). Использование удаленного точечного источника излучения приводит к появлению специфических эффектов — мерцания, рефракционного ослабления, квантового шума. Поэтому мы также поставили и выполнили задачу

8) оценка перспектив использования затменных измерений звезд для зондирования состава атмосферы.

Научная новизна

Разработана оригинальная методика и алгоритмы интерпретации затменных спутниковых измерений прозрачности, основанные на решении нелинейной обратной задачи методом статистической регуляризации и оптимальной параметризации спектрального хода коэффициента аэрозольного ослабления (КАО).

Разработана оригинальная методика расчета траектории луча в атмосфере с учетом рефракции.

Проведена интерпретация данных затменных измерений аппаратурой «Озон-Мир», результаты сопоставлены с независимыми спутниковыми измерениями.

Проведена интерпретация данных затменных измерений аппаратурой SAGE III, результаты сопоставлены с независимыми спутниковыми и наземными измерениями и с данными оперативной обработки измерений SAGE III (NASA).

Проведена массовая обработка измерений аппаратурой SAGE III по оригинальной методике.

Построены и проанализированы пространственно-временные поля атмосферных параметров, восстановленных из измерений аппаратурой SAGE III.

Разработана методика оценки погрешности восстановления атмосферных параметров в затменных измерениях по звездам.

Впервые, на основе численных экспериментов, оценены погрешности определения атмосферных параметров в затменных измерениях по звездам, проведено исследование их зависимостей от условий измерения.

На защиту выносятся следующие основные положения:

Физико-математическая модель спутникового затменного эксперимента.

Методы и алгоритмы прямого расчета функций пропускания и излучения в колебательно-вращательных полосах поглощения атмосферных газов.

Метод и алгоритмы интерпретации спутниковых измерений прозрачности затменным методом, основанные на решении нелинейной обратной задачи методом статистической регуляризации и оптимальной параметризации спектрального хода КАО.

Результаты интерпретации измерений аппаратурой «Озон-Мир» и их сопоставление с независимыми спутниковыми данными.

Результаты интерпретации измерений аппаратурой SAGE III и их сопоставление с независимыми данными спутниковых и наземных измерений.

Результаты массовой интерпретации измерений аппаратурой SAGE III — пространственно-временные поля атмосферных параметров.

Методика оценивания погрешностей определения содержания атмосферных газов в затменных измерениях по звездам и результаты ее использования.

Практическая значимость

работы состоит в разработке методов и алгоритмов интерпретации затменных измерений прозрачности, в получении опыта интерпретации измерений аппаратурой «Озон-Мир» и SAGE III. Несомненную практическую ценность представляют пространственно-временные поля атмосферных параметров, полученные при обработке измерений аппаратурой SAGE III. Полученные результаты позволяют сделать выводы о долготно-высотном распределении озона и микрофизических параметров аэрозоля. Эти результаты могут быть использованы для уточнения динамических моделей стратосферы и мезосферы в отношении озона и стратосферного аэрозоля. Данные о долготно-высотном распределении озона на высотах до 80-90 км в высоких (до 80° с. ш.) широтах и, в частности, над территорией России являются уникальными.

Разработанные в ходе работы алгоритмы прямого расчета и решения нелинейной обратной задачи использовались в ряде работ автора, в том числе и не вошедших в настоящую диссертацию, и некоторых независимых исследованиях.

Достоверность полученных результатов обеспечена обоснованностью использованных в работе математических и физических методов, анализом погрешностей восстановления атмосферных параметров и сопоставлением результатов с независимыми данными спутниковых и наземных измерений.

Апробация работы

Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на семинарах отдела физики атмосферы Физического факультета СПбГУ, на семинарах ЦАО и ИФА РАН, на международных симпозиумах: International Radiation Symposium — 1RS 1992, 1996, 2000, 2004; 27th Int. Symp. on Remote Sens, of Environ, 1998; XXV Annual European Meeting on Atmospheric Studies by Optical Methods, 1998; Quadrennial Ozone Symposium, 2000; 8th Scientific Assembly of IAMAS-2001; SPIE, 2004\ на Международных симпози-

умах стран СНГ ((Атмосферная радиация» — MC АР 1999, 2000, 2002, 2004, 2006; III Всесоюзном совещании по атмосферной оптике и актинометрии, 1983; / Всес. конф. по количественному анализу неорганических газов, 1983, III Всесоюзной конференции по аэрологии, 1985; Всесоюзном симпозиуме по атмосферному озону, 1985; Всесоюзной конференции «Использование спутниковой информации в исследовании океана и атмосферы», 1989 и т. д.

Вклад автора

в проведенное исследование заключается в разработке методик, алгоритмов и компьютерных программ для исследования и решения обратных задач атмосферной оптики, расчета переноса радиации в атмосфере, численного моделирования экспериментов по дистанционному зондированию. Лично автором выполнена интерпретация спутниковых данных измерений аппаратуры «Озон-Мир» и SAGE III. Ниже в разделе «краткое содержание диссертации» подробно указан вклад автора в отдельные этапы работ и исследований.

Обшая структура работы

Диссертационная работа состоит из введения, шести глав и заключения. В конце представлен список цитируемой литературы из 279 наименований и приведен перечень использованных в работе аббревиатур. Общий объем работы составляет 372 страницы, она содержит 92 иллюстрации и 20 таблиц.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении указана цель работы, перечислены основные поставленные задачи, отмечена научная новизна работы, указаны основные публикации по теме диссертации и описана общая структура работы.

Первая глава диссертации — вводная — посвящена общему рассмотрению дистанционных методов зондирования атмосферы, их классификации (по таким признакам, как спектральный диапазон, геометрия измерений и т. д.) и сравнительным характеристикам. Приведены современные требования к погрешностям дистанционных измерений и другим их существенным характеристикам — пространственному разрешению и периодичности. Показано место, занимаемое затменным методом прозрачности среди других дистанционных методов исследования атмосферы. Рассмотрены основные спутниковые затменные эксперименты и приборы по изучению атмосферы методом прозрачности. В конце первой главы среди других выводов делается заключение о необходимости сочетания в современных системах наблюдения различных спутниковых и наземных методов, в том числе, затменного метода прозрачности. Также отмечена важность этапа усвоения результатов радиационных измерений в дистанционных методах, сравнимая по важности с аппаратурной их компонентой.

Вторая и третья главы диссертации посвящены методическим вопросам, общим для ряда дистанционных методов зондирования атмосферы.

Во второй главе диссертации рассматриваются основные математические методы решения обратных задач дистанционного зондирования атмосферы. Вводится понятие прямых и обратных задач атмосферной оптики, понятие некорректности обратных задач. Ни в коем случае не претендуя на охват всевозможных подходов к решению обратных задач, мы рассматриваем основные подходы — метод наименьших квадратов (МНК), проекционные методы, методы регуляризации, статистический подход. Приведено описание разработанного автором и используемого в дальнейшем метода и алгоритма решения нелинейных обратных задач [17, 18,26, 49], основанного на обобщении известного метода статистической регуляризации. В отличие от часто используемого метода Марквардта минимизации нелинейного функционала, наш алгоритм основан на решении на каждом шаге линеаризованной задачи традиционным методом статистической регуляризации, с модификацией, обеспечивающей сходимость алгоритма. Приведены примеры использования описанного алгоритма. Алгоритм используется как в диссертации, так и в ряде других работ отдела физики атмосферы НИИФ СПбГУ [1,6-8, 10, 11, 13, 14, 16, 18, 33,42, 49].

Третья глава работы посвящена различным вопросам расчета переноса излучения в затменном эксперименте. В начале описан разработанный автором оригинальный алгоритм расчета траектории луча с учетом рефракции в слоисто-неоднородной атмосфере с дискретно заданными профилями давления и температуры, свободный от обычных приближений [18]. Затем следует обсуждение разработанных диссертантом алгоритмов расчета функций пропускания в колебательно-вращательных полосах поглощения [4, 25, 30]. Эти алгоритмы уже ряд лет находят применение в различных исследованиях лаборатории дистанционного зондирования отдела физики атмосферы НИИФ, в которой работает диссертант [1-3, 6-8, 10-12, 14, 15, 21, 22, 31, 35-37, 40, 47-51, 53-55]. Наконец, приведено описание алгоритмов расчета функций пропускания в электронных полосах поглощения атмосферных газов.

Подробно рассматривается вопрос о параметризации спектрального хода КАО, необходимой в обратных задачах атмосферной оптики. В соавторстве с проф. Ю.М. Тимофеевым и рядом коллег автором предложен метод оптимальной параметризации КАО [9, 19, 52], также описанный в третьей главе.

Отметим, что область применения разработок, описанных в третьей главе диссертации (методика расчета траектории с учетом рефракции, алгоритмы расчета функций пропускания, параметризация оптических параметров аэрозоля), существенно шире темы диссертации, и они активно используются в различных исследованиях отдела физики атмосферы.

В четвертой и пятой главах диссертации рассматриваются эксперименты с аппаратурой «Озон-Мир» и SAGE III.

Четвертая глава диссертации посвящена рассмотрению цикла работ диссертанта [16, 18, 23, 34], связанных с интерпретацией измерений аппаратурой «Озон-Мир», разработанной в Санкт-Петербургском государственном

университете и работавшей в 90-х гг. прошлого века на модуле «Природа» станции МИР. Подробно описываются особенности разработанной автором для прибора «Озон-Мир» системы интерпретации измерений. Автором анализируются обнаруженные в данных измерений аппаратуры шумы, предложен и реализован алгоритм их минимизации путем исключения гармонических составляющих. Осуществлено восстановление и анализируются примеры профилей озона, двуокиси азота, высотных и спектральных зависимостей КАО, полученных при интерпретации измерений аппаратурой «Озон-Мир». Проведено сопоставление результатов восстановления с модельными и независимыми экспериментальными данными. В частности, показано хорошее согласие с данными эксперимента HALOE, очень хорошее согласие с данными эксперимента MLS. Полученные спектрально-высотные зависимости КАО сопоставлены с модельными и независимыми экспериментальными данными. Сопоставление показало удовлетворительное согласие восстановленных результатов с независимыми данными, подтверждающее высокое качество разработанных методик интерпретации. Отметим, что лично автором выполнены все исследования этой главы, за исключением сопоставления восстановленного КАО с модельными данными, проведенного совместно с A.B. Васильевым [34].

В пятой главе рассматривается интерпретация данных российско-американского эксперимента SAGE III [24, 28, 29, 33, 43, 49]. В начале главы приведены особенности эксперимента и аппаратуры. Описывается разработанная автором методика интерпретации затменных измерений прозрачности аппаратуры SAGE III, построенная на основе разработанной ранее для прибора «Озон-Мир», но отличающаяся от нее рядом существенных деталей. На основе замкнутых численных экспериментов автором проводится анализ потенциальных погрешностей аппаратуры SAGE III, исследуется влияние различных факторов на погрешности восстановления атмосферных параметров. Выполнен анализ влияния выбора исходных величин для обращения измерений: оптических толщин (как в оперативном алгоритме NASA) или функций пропускания (как в нашем алгоритме). На основе сопоставления с независимыми озонозондовыми измерениями показано преимущество использования функций пропускания. Получены и приведены примеры восстановленных профилей озона, N02 и высотно-спектральных зависимостей КАО. Проанализированы погрешности восстанавливаемых профилей. Проведено сопоставление средних полученных профилей с независимыми модельными (CIRA-86) и экспериментальными (CRISTA-I, HALOE) данными.

Проведена валидация полученных результатов восстановления (индивидуальных профилей) на основе сопоставления с независимыми экспериментальными данными. Для валидации используются данные наземных (лида-ры, озонозонды) и спутниковых (HALOE, РОАМ III) измерений. Выполнено также сопоставление с результатами оперативной (NASA) обработки измерений прозрачности аппаратуры SAGE III (данные уровня 2).

На основе выполненных сопоставлений и уточненной информации о спектральных аппаратных функциях прибора проведена модернизация алгоритмов интерпретации, учитывающая также с высоким спектральным разрешением спектр солнечного излучения. После валидации результатов усовершенствованного алгоритма выполнена массовая обработка данных измерений прозрачности аппаратурой SAGE III за весь период измерений. Получены пространственно-временные распределения профилей и общего стратосферного содержания озона. Проведено сопоставление трехмерного распределения озона с динамической моделью SOCOL, показавшее хорошее взаимное согласие модельных и экспериментальных распределений озона. Выполнен систематический анализ полученных пространственно-временных распределений стратосферных ОСО и вертикальных профилей озона.

Сформулирована задача определения микрофизических параметров аэрозоля на основе измеренных спектрально-высотных распределений КАО. Исследована информативность дистанционных измерений спектральных КАО относительно ФРР и общих площади S и объема V аэрозольных частиц. Предложена методика определения интегральных площади и объема аэрозольных частиц, основанная на регрессионном методе и численном статистическом моделировании микрофизических и оптических характеристик аэрозоля. Проведена массовая обработка величин КАО, полученных из измерений SAGE III, и определены площади и объемы аэрозольных частиц в стратосфере за период работы аппаратуры SAGE III. Проведен массовый анализ полученных пространственно-временных распределений микрофизических параметров аэрозоля.

Все исследования, описанные в пятой главе, выполнены лично автором, за исключением подбора данных независимых измерений для валидации и восстановления микрофизических параметров аэрозоля, выполненного в соавторстве с A.M. Чайкой.

Шестая глава диссертации содержит исследование возможностей зондирования атмосферы затменным методом прозрачности по звездам. Эти материалы опубликованы в статьях [20,32]. Здесь, в первую очередь на качественном уровне, анализируется влияние рефракции и вызванных ею мерцаний на излучение звезд, измеряемое в затменном методе. После этого более строго формулируется задача дистанционного зондирования по звездам. Автором использована разработанная исследователями из ИФА A.C. Гурвичем, В.В. Воробьевым, В. Каном модель для статистического моделирования мерцаний, расчетов на основе этого моделирования и обсуждения погрешностей определения газового состава атмосферы на примере озона. Особо анализируется влияние спектральных корреляций мерцаний.

Исследуется влияние неопределенности задания априорных статистических характеристик мерцаний на погрешности определения состава атмосферы, обсуждаются полученные результаты.

Все исследования этой главы, за исключением предложенных и построенных коллегами из ИФА моделей мерцаний, выполнены лично автором.

В заключении перечислены основные результаты, полученные в диссертационной работе.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

Диссертационная работа посвящена как методическому совершенствованию и исследованию спутниковых затменных методов (по Солнцу и звездам), так и интерпретации данных, полученных в экспериментах с аппаратурой «Озон-Мир» и SAGE III по дистанционному определению параметров атмосферы. Поэтому для удобства изложения основные результаты и выводы, полученные в диссертационной работе, разобьем на соответствующие группы.

Общие вопросы затменного метода

1. Разработан ряд методик и алгоритмов, необходимых для решения обратных задач дистанционного зондирования атмосферы: метод решения нелинейных некорректных обратных задач, алгоритмы и пакет программ прямого (line-by-line) расчета функций пропускания, методика параметризации спектрального хода коэффициента аэрозольного ослабления.

2. Проведено сравнение двух подходов (Т и D алгоритмов — использования функций пропускания или оптических толщин в качестве измеренных величин) при интерпретации данных измерений прозрачности атмосферы на касательных трассах на примере аппаратуры SAGE III [24]. На основе сопоставлений результатов восстановлений содержания озона с независимыми озонозондовыми, лидарными и спутниковыми измерениями показано преимущество использования непосредственно измерений прозрачности атмосферы (Т-алгоритм) для нижней стратосферы и тропосферы.

Интерпретация затменных экспериментов с аппаратурой «Озон-Мир»

1. Разработана система программ интерпретации измерений аппаратурой «Озон-Мир» на модуле «Природа» ДОС «Мир» [18] и получены оценки погрешностей восстановления профилей атмосферных параметров [18, 23]. Погрешность определения отношения смеси озона составляет от 7-8% для высот 40-65 км до 15-17% для высот 20—40 км.

2. Осуществлено восстановление профилей содержания озона в экспериментах с аппаратурой «Озон-Мир» (декабрь 1996-февраль 1997 гг.). Сравнение результатов с данными приборов HALOE и MLS продемонстрировало хорошее согласие в пределах суммарных погрешностей сравниваемых приборов (10-20% и 5-15%).

3. Получены профили стратосферного КАО для трех длин волн (1,0; 0,7 и 0,4 мкм) по измерениям «Озон-Мир» [34]. Наблюдается слабо замутненная

стратосфера, соответствующая отсутствию заметных вулканических выбросов в стратосферу. Показано хорошее согласие результатов с известной моделью LOWTRAN-7 и среднемесячными данными SAGE II. Сопоставления высотного хода параметра Ангстрема по данным «Озон-Мир» и SAGE I показали хорошее взаимное согласие.

Интерпретация затменных экспериментов с аппаратурой SAGE III

1. Создано программное обеспечение для интерпретации измерений прибора SAGE III, позволяющее восстанавливать вертикальные профили содержания 03, N02 и высотно-спектральное распределение КАО [19, 52]. Профили озона могут быть получены в широком диапазоне высот от верхней тропосферы до высоты ~ 100 км. Погрешность восстановления озона составляет в среднем 5-10%. Она увеличивается в тропосфере, а также в окрестности минимума озона в мезосфере и выше.

2. Обработаны с помощью оригинальной методики измерения прозрачности в российско-американском затменном спутниковом эксперименте SAGE III (данные уровня lb) [33,49]. Полученные профили содержания озона в мезосфере хорошо согласуются с эмпирической моделью CIRA-86, с данными измерений в спутниковых экспериментах CRISTA-I и HALOE и результатами наземных измерений (лидары и озонозонды).

3. Сопоставление полученных вертикальных профилей N02 с измерениями HALOE выявило их удовлетворительное согласие в слое 20—40 км [33, 49]. В нижней и верхней стратосфере различие между данными возрастает.

4. Полученные нами значения коэффициента аэрозольного ослабления удовлетворительно согласованы с результатами оперативной методики NASA, хотя и наблюдаются систематические различия, возрастающие в коротковолновой области спектра. Основной причиной различий между данными является использование принципиально разных методик определения КАО в NASA и в СПбГУ. Для оценки качества восстановления КАО двумя методами требуется привлечение данных независимых измерений КАО.

5. Проведена массовая интерпретация измерений SAGE III, получено более 15000 профилей озона, N02, а также КАО на различных длинах волн. Получены величины стратосферного (выше 12 километров) ОСО. По полученным данным, стратосферное ОСО изменяется от 200 до более чем 480 Д.Е., демонстрируя существенные вариации ОСО как с широтой, так и с долготой. Как наибольшие значения ОСО, так и его наибольшая изменчивость наблюдаются в весенний период в высоких широтах северного полушария. Минимум стратосферного озона в северном полушарии локализуется в весенний период севернее 70° северной широты между 20° з. д. и 120° в. д.

6. Проведенное сопоставление с результатами модели SOCOL показало, что массив данных измерений SAGE III хорошо (различия менее lppmv) согласуется с результатами независимого моделирования.

7. На основе интерпретации данных измерений спектрального коэффициента аэрозольного ослабления с помощью аппаратуры SAGE III (ИСЗ «Ме-

теор-ЗМ») исследованы интегральные параметры фонового стратосферного аэрозоля [43]. Относительно малые значения площадей и объемов частиц наблюдаются в летний период. Пространственное поле этих параметров характеризуется высокой однородностью. В зимний период значения S и V в среднем заметно повышаются и их пространственная изменчивость возрастает.

Исследования возможностей затменного метода с использованием излучения звезд

1. Показано, что при затменных измерениях по звездам влияние мерцаний звезд может привести к заметному (на единицы процентов) снижению точности определения содержания озона методом прозрачности по звездам. При учете высоких современных требований к точности мониторинга содержания озона в атмосфере это снижение является существенным [32].

2. Показано, что учет спектральных корреляций мерцаний звезд может быть существенным при решении обратной задачи определения состава атмосферы при затменных измерениях по звездам. Полное пренебрежение корреляциями может привести к росту погрешности определения содержания озона в 2-3 раза на высотах 25—40 км [20, 32].

3. При решении обратной задачи, задавая априорную информацию о мерцаниях, предпочтительно переоценивать их интенсивность. В этом случае ухудшение погрешности невелико. Напротив, недооценка интенсивности мерцаний может привести к существенному падению точности решения обратной задачи [20].

Таким образом, настоящая диссертационная работа представляет собою законченное исследование, существенно усовершенствовавшее методическое и программное обеспечение спутниковых затменных методов. Проведена массовая интерпретация затменных измерений и получена новая уникальная информация о составе атмосферы. Результаты массовой интерпретации измерений SAGE III доступны в интернете на страничке http://troll.phys.spbu. ru/Personal_pages/Polyakov/welcome-c.html и могут быть использованы всеми желающими.

Публикации по теме диссертации

Основные результаты диссертационной работы изложены в следующих публикациях [17-20, 23-26, 28-34, 39, 42-45, 47-49, 52, 55], всего 25, из них 16 в рецензируемых журналах. Полный список публикаций по теме диссертации приведен ниже. Он содержит 55 работ, из них 33 статьи в рецензируемых журналах.

Публикации по теме диссертации

1 .Белицкий В.В., Никушин Ф.А., Поляков AB., Прохоров В.М., Семенов Ю. П., Тимофеев ЮМ., Тонкое М.В. Исследование концентрации Н20 в атмосфере на касательных трассах с помощью бортового ИК спектрометра «Икар-2» // В сб. «Дистанционное зондирование атмосферы с борта орби-

тального комплекса „Салют-7-Космос-1686-Союз-т-14"». — Тарту: Издательство института астрофизики и физики атмосферы АН ЭССР, 1986. — С. 141-164.

2. Бешменев А С, Виролайнен Я.А., Дементьев Б.В, Иванов В.В, Малое А.В, Поляков A.B., Шилин Н.В. Газокорреляционный ИК-радиометр для дистанционных измерений содержания метана в атмосфере / Коллективная монография «Оптическая спектроскопия и стандарты частоты. Молекулярная спектроскопия» под ред. JI.H. Синицы, Е.А.Виноградова. — М.: Изд-во Института оптики атмосферы СО РАН, 2004. — 723 с. — С. 538-556.

3. Васильков А.П., Варнава В.А., Делер В., Карасев A.B., Осипов В.Н, Поляков A.B., Тимофеев Ю.М., ШпенкухД. Сравнение различных методик прямого расчета функций пропускания 15 мкм полосы С02 с экспериментальными данными / В кн. «Дистанционное зондирование атмосферы со спутника „Метеор"». —JL: Гидрометеоиздат, 1979. — 143 с. — С. 134-142.

4. Виролайнен Я.А., Поляков A.B. Алгоритм прямого расчета функций пропускания в задачах наземного дистанционного зондирования атмосферы // Вестник С.-Петербургского университета. Сер. 4. — 1999. — Вып. 1. ■— №4, —С. 25-31.

5. Виролайнен Я.А., Поляков A.B. Учет рассеяния излучения в наземных газово-корреляционных измерениях общего содержания метана // Исследование Земли из космоса. — 2004. — № 4. — С. 3-9.

6. Виролайнен Я.А., Поляков A.B., Тимофеев Ю.М. Возможности определения вертикальной структуры содержания озона по наземным измерениям ИК излучения // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. — 1997.— Т. 33. — № 4. — С. 464-467.

7. Виролайнен Я. А., Поляков A.B., Тимофеев Ю.М. О зондировании атмосферы по данным измерений нисходящего теплового ИК-излучения // Исследование Земли из космоса. — 1998. — № 3. — С. 31-37.

8. Виролайнен Я.А , Поляков A.B., Тимофеев Ю.М. Погрешности одновременного определения содержания ряда атмосферных газов по наземным измерениям теплового ИК-излучения // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. — 1999. — Т. 35. — № 2. — С. 215-221.

9. Виролайнен Я.А., Поляков А. В, Тимофеев Ю М. Статистические модели оптических свойств тропосферного аэрозоля // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. — 2004. — Т. 40. — № 2. — С. 255-266.

10. Виролайнен Я.А., Поляков A.B., Тимофеев Ю.М., Шпенкух Д, Делер В. Определение характеристик газового состава атмосферы по измерениям нисходящего теплового ИК излучения // Известия РАН. Физика атмосферы и океана, — 2001, — Т. 37. —№ 1. —С. 30-37.

11. Виролайнен Я.А., Поляков A.B., Тимофеев Ю.М., Грассел X. Возможности наземного дистанционного зондирования атмосферы в ИК-области спектра // Тезисы докладов Международного симпозиума стран СНГ «Атмосферная радиация». С.-Петербург. — 1999. — С. 114-115.

12. Виролайнен Я.А., Дементьев Б.В., Иванов В.В., Поляков A.B. Оптимизация параметров газокорреляционного ИК-радиометра для измерения содержания метана в пограничном слое атмосферы с аэрокосмических платформ//Исследование Земли из космоса. — 2002. — № 6. — С. 39-48.

13. Виролайнен Я.А., Грассел X., Бакан С., Хольвейг Х-Д., Поляков A.B., Тимофеев Ю.М. Опыт наземного зондирования атмосферы с помощью Фурье-спектрометрии теплового излучения // Исследование Земли из космоса. — 2002. — № 4. — С. 43-49.

14. Занадворов П.Н., Тимофеев Ю.М., Поляков А В., Лаптев В С., Белиц-кий В В., Борисов А В. Возможности исследования содержания малых газовых составляющих атмосферы с искусственного спутника Земли быстродействующим спектрометром типа Икар-2 // Тезисы докладов 1-й всесоюзной конференции по количественному анализу неорганических газов. — JL: Ги-дрометеоиздат, 1983. — С. 73-76.

15. Ионов Д.В., Поляков A.B. Сравнение методов расчета функций пропускания безоблачной атмосферы в БИК области спектра // Исследование Земли из Космоса. — 1996. —№4. — С. 3-11.

16. Поберовский А.В, Поляков А В., Тимофеев Ю М., Ковалев А Е, Прохоров В.М., Хрусталев А.З., Панченко В.А., Мансуров И.И., Волков ОН. Определение вертикальных профилей содержания озона методом затменно-го зондирования с ДОС «МИР»1. Описание прибора и методики обработки данных. Примеры результатов // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. — 1999. — Т. 35 — №3, — С. 312-321.

17. Поляков А В. К вопросу об использовании априорной статистической информации при решении нелинейных обратных задач атмосферной оптики // Исследование Земли из Космоса. — 1996. —№ 3. — С. 11-17.

18.Поляков A.B. Система обработки данных орбитальных измерений прозрачности атмосферы аппаратурой «Озон-МИР»: Предварительная и первичная обработка телеметрической информации. Исследования Земли из космоса. — 1999. — № 4. — С. 46-55.

19. Поляков А.В, Васильев А В, Тимофеев ЮМ. Параметризация спектральной зависимости аэрозольного ослабления в задачах затменного зондирования атмосферы из космоса // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. — 2001. — Т. 37. — № 5. — С. 646-657.

20 .Поляков A.B., Воробьев В.В, Кан В. Влияние неопределенности задания статистических характеристик мерцаний звезд на погрешности определения содержания озона методом прозрачности // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. — 2002. — Т. 38. — № 2. — С. 175-181.

21. Поляков А В, Мелас В Б, Тимофеев Ю.М., Шульгина Е.М. Оптимизация спектральных условий измерений в задаче микроволнового температурного зондирования атмосферы со спутников // Тезисы докладов конференции «Планирование эксперимента и обратные задачи оптического зондирова-

ния» памяти В. П. Козлова. С.-Петербург, 7-9 апреля 1998. — СПб.: ГОИ им. С. И. Вавилова, 1998. — С. 19-20.

22. Поляков A.B., Мелас В Б, Тимофеев ЮМ., Шульгина Е.М. Оптимизация спектральных условий измерений в задаче микроволнового температурного зондирования атмосферы со спутников // Исследование Земли из Космоса. — 1998. — № 1. — С. 21-28.

23. Поляков A.B., Поберовский А В., Тимофеев Ю.М. Определение вертикальных профилей содержания озона методом затменного зондирования с ДОС «МИР». 2. Валидация измерений вертикальных профилей содержания озона. Примеры результатов // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. — 1999. — Т. 35. — № 3. — С. 322-328.

24. Поляков A.B., Тимофеев Ю.М. Влияние алгоритма решения обратной задачи на результаты зондирования атмосферы затменным методом (аппаратура SAGE III) // Исследование Земли из космоса. — 2004. — № 5. — С. 15-20.

25.Поляков A.B. Тимофеев Ю.М. Использование прямых методов расчета характеристик молекулярного поглощения в задачах дистанционного зондирования атмосферы // Возможности исследования природных ресурсов дистанционными методами. Межвузовский сборник. —JI.: Изд. Ленинградский университет, 1986. — С. 36-42.

26. Поляков A.B., Розанов В.В. Итерационный метод решения нелинейных обратных задач с использованием априорной информации // Труды Гос НИЦИПР. — 1989. — Вып. 33. — С. 99-103.

27. Поляков A.B., Тимофеев Ю.М. О точности определения содержания малых газовых составляющих атмосферы затменным методом // Тезисы докладов III Всесоюзного совещания по атмосферной оптике и актинометрии. — Томск.: 1983, —ч. II, — С. 150-151.

28. Поляков A.B., Тимофеев Ю.М. Предельные точности восстановления вертикальных профилей атмосферных параметров (спутниковый метод прозрачности). 1. Озон и двуокись азота // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. — 2003. — Т. 39. — № 2. — С. 254-261.

29. Поляков A.B., Тимофеев Ю.М. Предельные точности восстановления вертикальных профилей атмосферных параметров (спутниковый метод прозрачности). 2. Спектральный коэффициент аэрозольного ослабления // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. — 2003. — Т. 39. — №2. — С. 262-268.

30. Поляков A.B., Тимофеев Ю.М. Эффективный алгоритм прямого расчета функций пропускания и примеры его использования // В кн. «Дистанционное зондирование атмосферы со спутника „Метеор"». — Л.: Гидроме-теоиздат, 1979. —С. 105-112.

31. Поляков A.B., Тимофеев Ю.М., Гансом М.К., Чанг А , Броун Т. Сравнение радиационных моделей в ИК-области спектра с экспериментальными данными интерферометра АТМОС // Исследование Земли из Космоса. — 1997. — №1, — С. 23-30.

32. Поляков A.B., Тимофеев Ю.М., Гурвин A.C., Воробьев В.В., Кан В., YeeJ.-H. Влияние мерцаний звезд на погрешности измерений содержания озона в атмосфере // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. — 2001. — Т. 37. — № 1, — С. 56-66.

33. Поляков A.B., Тимофеев Ю.М., Ионов Д В, СтилХ., Ньючерч М. Новая интерпретация измерений прозрачности спутниковым спектрометром SAGE III // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. — 2005. — Т. 41. — №3. —С. 410-422.

34. Поляков A.B., Тимофеев Ю.М., Поберовский A.B., Васильев A.B. Восстановление вертикальных профилей коэффициентов аэрозольного ослабления в стратосфере по результатам измерений аппаратурой «Озон-МИР» (ДОС «МИР») // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. — 2001. — Т. 37. — № 2. — С. 213-222.

35. Поляков А В, Тимофеев Ю.М., Тонкое М.В., Филиппов H.H. Влияние сдвига линий на функции пропускания атмосферы на касательных трассах // Оптика атмосферы и океана— 1997. — Т. 10. — №2. — С. 157-161.

36. Поляков А В, Тимофеев Ю.М., Тонкое М.В., Филиппов H.H. Влияние интерференции линий на функции пропускания в полосах поглощения 03 и СН, // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. — 1998. — Т. 34. — №3. —С. 368-373.

37. Поляков A.B., Тимофеев ЮМ, Тонкое MB., Филиппов H.H. Влияние интерференции спектральных линий на функции пропускания атмосферы в полосах поглощения С02 // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. — 1998. — Т. 34. — № 3. — С. 357-367.

38. Розанов В.В., Поляков A.B. Итерационный метод решения нелинейных обратных задач дистанционного зондирования при наличии адекватной априорной информации // Тезисы докладов Всесоюзной конференции «Использование спутниковой информации в исследовании океана и атмосферы» (апрель 1989 г., Звенигород) — М„ 1989. — С. 128-128.

39. Тимофеев ЮМ., Поляков А В. Математические аспекты решения обратных задач атмосферной оптики (учебное пособие). — СПб.: Изд.-во С.-Пе-терб. ун-та, 2001, —188 с.

40. Тимофеев Ю.М., Поляков A.B., Васильев A.B., Шульгина ЕМ., Мак Клатчи Р. О микроволновом температурно-влажностном зондировании атмосферы из космоса. // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. — 1997, — Т. 33, — № 1, —С. 53-61.

41. Тимофеев Ю.М., Поляков A.B., Розанов В.В. О точности определения вертикальных профилей содержания 03 и N02 на основе измерений прозрачности атмосферы на касательных трассах. // Тезисы докл. I Всес. конф. по количественному анализу неорганических газов. — Л.: Гидрометеоиздат, 1983, —С. 73-74.

42. Тимофеев Ю.М., Розанов В.В., Поберовский A.B., Поляков A.B. Многоспектральный метод определения вертикальных профилей содержания Оэ,

NOj и аэрозольного ослабления радиации в атмосфере // Метеорология и гидрология. — 1986. — № 8. — С. 66-73.

43. Чайка A.M., Тимофеев Ю.М., Поляков А В., Косцов B.C. Анализ спутникового метода определения микроструктуры стратосферного аэрозоля // Исследование Земли из космоса. -— 2006. — № 3. — С. 55—61.

44. Kostsov KS., Polyakov A.V., Timofeyev Yu.M., Fisher Hv. Clarmann Т., Stiller G P. Intercomparison between the global fit and the optimal estimation inversion methods in case of the limb radiance measurements: temperature and pressure profile retrievals // Исследование Земли из Космоса. — 1999. — № 1. — С. 43-49.

45. Kostsov V.S., Polyakov А V., Timofeyev YuM., v Clarman Т., Stiller G.P. Study for the Intercomparison between the Global Fit and the Optimal Estimation Methods in Case of the Limb Radiance Measurements. — Karlsruhe: Forschungszentrum Karlsruhe, 1997. — FZKA 6947, — 102 p.

46. Polyakov A V., DeMajistre R. Optimal choice of channels in the problem of interpretation of star occultation measurements // in IRS'2000: Current Problems in Atmospheric Radiation / Deepak Publishing, 2001. Proceeding of the International Radiation Symposium 2000. — P. 827-830.

47. Polyakov A.V., Timofeyev Yu.M., Gunson M.K., Chang A., Brown T. Comparison of the slant path transmittances data measured by ATMOS interferometer and calculated by IR radiation codes // in IRS'96: Current Problems in Atmospheric Radiation / Deepak Publishing, 1997. — P. 1033-1036.

48. Polyakov A V., Funke В., Stiller G., Fisher #., Shulgina EM. Comparison of Two Radiance Transfer Codes with Respect to the Modeling of the Line Mixing Effect. Forschungscentrum Karlsruhe Wissenschaftliche Berichte FZKA 6049. — Karlsruhe: FZK, 1997. — 31 p.

49. Polyakov A. V., Timofeyev Yu.M, Ionov D. V., Virolainen Ya.A., Steele H.M, Newchurch M J. Retrieval of ozone and nitrogen dioxide concentration from Stratospheric Aerosol and Gas Experiment III (SAGE III) measurement using a new algorithm // JGR. — 2005. — V. 110. D06303, doi: 10.1029/2004JD005060

50. Timofeyev Yu M, Polyakov A. V, Melas M. V., Shulgina E.M. On the microwave sounding of atmospheric temperature and humidity from space // in IRS'96: Current Problems in Atmospheric Radiation, William L.Smith, Knut Stamnes (Eds.), Deepak Publishing 1997, Proceeding of the International Radiation Symposium. Fairbanks, Alaska, 19-24 August 1996. — P. 671-674.

51. Timofeyev Yu.M., Polyakov A.V., Tonkov M.V., Filippov N.N. Line-mixing influence on the slant path transmittance and limb atmospheric radiation in different IR absorption bands // in IRS'96: Current Problems in Atmospheric Radiation, William L.Smith, Knut Stamnes (Eds.), Deepak Publishing 1997, Proceeding of the International Radiation Symposium. Fairbanks, Alaska, 19-24 August 1996, —P. 1004-1007.

52. Timofeyev YuM., Polyakov A.V., Steele H.M., Newchurch M.J. Optimal Eigenanalysis for the Treatment of Aerosols in the Retrieval of Atmospheric Co-

mposition from Transmission Measurements//Appl. Optics. — 2003.—V. 42. — № 15. —P. 2635-2646.

53. Tonkov M V., Filippov N.N., Timofeyev Yu M„ PolyakovA K A simple model of line mixing effect for atmospheric applications: Theoretical background and comparison with experimental profiles // JQSRT. — 1996. — V. 56 — № 5. — P. 783-795.

54. Virolamen YaA., Polyakov A V., Timofeyev Yu.M., Bakan S., Grassl H., Spaenkuch D., Doehler W. Ground-based thermal IR spectrometry in atmospheric trace gases and temperature sounding // Proceedings of 8th scientific Assembly of IAMAS-2001 (International Association of Meteorology and Atmospheric Sciences), 10-18 July, Innsbruck, Austria.

55. Virolamen YaA., PolyakovA V, Timofeyev Yu M., Grassl H, Spaenkuch D, Doehler W. Ground-based thermal IR interferometry as the source of information on different atmospheric parameters // in IRS'2000: Current Problems in Atmospheric Radiation / Deepak Publishing 2001, Proceeding of the International Radiation Symposium. Saint-Petersburg, 2000. — P. 889-892.

Лаборатория оперативной печати ф-та журналистики СПбГУ Заказ 12. Объем 13/4 п. л. Тираж 120 экз.

Содержание диссертации, доктора физико-математических наук, Поляков, Александр Викторович

Оглавление.

Введение.

Глава 1. Спутниковые методы дистанционного зондирования атмосферы.

1.1. Введение.

1.2. Классификация. Спутниковые методы и геометрия измерений.

1.3. Требования к точности, пространственному разрешению и периодичности наблюдений.

1.4. Сравнительная характеристика дистанционных методов.

1.5. Спутниковые эксперименты по изучению состава атмосферы методом прозрачности.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Определение газового состава атмосферы и характеристик аэрозоля затменным методом"

2.2. Прямые и обратные задачи и некорректность обратных задач.37

2.3. Прямые и обратные задачи атмосферной оггтики.38

2.4. Методы решения обратных задач атмосферной оптики.41

2.5. Алгоритм решения нелинейных обратных задач.75

2.6. Заключение и основные выводы.78

Глава 3. Методы расчета переноса излучения в спутниковом методе прозрачности.79

3.1. Методика учета атмосферной рефракции.81

3.2. Методика расчета функций пропускания в колебательно-вращательных полосах поглощения атмосферных газов.85

3.3. Методика расчета функций пропускания в электронных полосах поглощения атмосферных газов.102

3.4. Учет ослабления излучения молекулярным (Рэлеевским) и аэрозольным рассеянием.103

3.5 Заключение и основные выводы.124

Глава 4. Измерения состава атмосферы аппаратурой «Озон-Мир».127

4.1. Введение.127

4.2. Описание прибора (основные характеристики прибора).127

4.3. Система обработки данных орбитальных измерений прозрачности атмосферы аппаратурой «Озон-Мир» 129

4.4. Анализ погрешностей восстановления профилей содержания озона.150

4.5. Примеры результатов решения обратной задачи.151

4.6. Валидация измерений профилей содержания озона.156

4.7. Восстановление профилей коэффициентов аэрозольного ослабления в стратосфере по результатам измерений аппаратурой «Озон-Мир» (ДОС «Мир»).167

4.8. Заключение и основные выводы.187

Глава 5. Интерпретация измерений прозрачности по Солнцу аппаратурой SAGE Ш на спутнике

Метеор-ЗМ».„.189

5.1 Введение.189

5.2. Особенности прибора и экспериментов.189

5.3. Методика интерпретации.190

5.4. Анализ потенциальных погрешностей восстановления профилей атмосферных параметров.196

5.5. Влияние алгоритма решения обратной задачи на результаты зондирования атмосферы.198

5.6. Валидация восстановленных профилей атмосферных параметров.207

5.7. Уточнение алгоритмов интерпретации.231

5.8. Результаты массовой обработки затменных измерений. Профили озона.254

5.9. Восстановление микрофизических параметров стратосферного аэрозоля.269

5.10. Заключение и основные выводы.295

Глава 6. Анализ затменного метода при использовании излучения звезд.300

6.1. Введение.:.;.;.'.:.;.300

6.2. Рефракция в звездном эксперименте - качественное рассмотрение.301

6.3. Рефракция в звездном эксперименте - постановка задачи и методика моделирования мерцаний.305

6.4. Оценки влияния мерцаний звезд на точность восстановления профиля содержания озона.308

6.5. Влияние неопределенности задания статистических характеристик мерцаний звезд на погрешности определения содержания озона методом прозрачности.323

6.6. Заключение и основные выводы.337

Заключение.339

Общие вопросы затменного метода.339

Интерпретация затменных экспериментов с аппаратурой «Озон-Мир».339

Интерпретация затменных экспериментов с аппаратурой SAGE III.340

Исследования возможностей затменного метода с использованием излучения звезд.341

Благодарности. 343

Литература.345

На русском языке.345

На иностранных языках.356

Использованные аббревиатуры.370

Введение

Актуальность работы

Атмосфера Земли является естественной средой обитания человечества и всей биосферы Земли. По этой причине стабильность ее состава представляет собой необходимое условие выживания и качества жизни человечества. Кроме этого очевидного соображения, состав атмосферы влияет на радиационный баланс всей планеты и ее поверхности, на уровень и спектральный состав ультрафиолетового облучения, на климат и погоду. В большинстве развитых стран эти идеи попали в фокус внимания общества приблизительно в середине прошлого столетия, когда стало заметным антропогенное влияние на окружающую среду и, в частности, на атмосферу.

В последние годы чрезвычайно большое значение придается проблемам изменения климата Земли и разрушения озонного слоя нашей планеты. Важность экологических проблем признается в настоящее время многими странами, принимаются различные меры для минимизации отрицательных последствий современного развития человеческого общества, его индустрии, сельского хозяйства и т.д. Вследствие этого, исследования характеристик газового и аэрозольного состава атмосферы являются одной из центральных задач современной физики и химии атмосферы. Эти исследования вызваны как необходимостью детального изучения естественного состояния атмосферы для целей климатологии и метеорологии, так и необходимостью контроля антропогенных воздействий на климат Земли и озонный слой нашей планеты [47, 51, 160, 276].

Для верхней атмосферы все более актуальной становится проблема изучения долговременных трендов ее различных характеристик и анализ причин этих трендов. Важной научной задачей в настоящее время является изучение глобальной картины уменьшения общего содержания озона и выявление вкладов антропогенных и естественных факторов, определяющих это явление. Изучение пространственно-временной изменчивости озона в атмосфере представляет собой актуальную задачу в связи с влиянием озона на климат (уровень УФ радиации), а также с его токсичностью и высокими окислительными способностями в тропосфере [1, 2]. Экспериментальные исследования озона осуществляются с помощью наземных и спутниковых методов измерений. Они стали особенно актуальными в связи с уменьшением содержания озона над Антарктидой («озонная дыра») и в северном полушарии.

С 60-х годов существует сеть измерений общего содержания озона (ОСО). Однако, для определения вертикальной зависимости временных трендов в содержании озона необходимы космические измерения вертикальных профилей содержания на долговременной основе. Таким образом, современной научной задачей является достоверное установление пространственного (трехмерного) распределения уменьшения содержания озона на высотах от поверхности Земли до 70-80 км, особенно в связи со значительными изменениями состояния атмосферы в тропосфере и верхней атмосфере, наблюдаемыми в последние десятилетия [47,275, 276].

Атмосферные аэрозоли оказывают существенное влияние на климат Земли как прямым, так и косвенным образом. Суммарное влияние аэрозолей, по современным представлениям, приводит к охлаждению и может оказывать компенсирующее действие на процессы потепления, вызываемые антропогенными парниковыми газами. Фоновые концентрации стратосферных сульфатных аэрозолей возросли за последнее десятилетие не менее чем на 40 - 60 %. 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). Аэрозольная оптическая толща - важнейший параметр, который существенно определяет радиационные эффекты аэрозолей, - должна измеряться с высокой точностью и хорошей периодичностью. Глобальные изменения аэрозольной толщи над океанами в 0,01 (видимая область) могут вызвать глобальное радиационное возмущение в 0,25 ватг/м2 [165].

Таким образом, важнейшая задача исследований состояния атмосферы и трендов атмосферных параметров - постоянный мониторинг: а) изменчивости в трендах газов - источников естественного и антропогенного происхождения, которые высвобождают свободные радикалы и поэтому определяют содержание стратосферного озона. Примерами таких газов являются СБСв, N20, СН4; б) содержания и распределения стратосферных аэрозолей и полярных стратосферных облаков.

Необходимость упорядочения наблюдений за составом атмосферы ведет к созданию глобальной системы наблюдений. Важной ее составной частью является глобальная космическая система наблюдений, бурное развитие которой наблюдается последние два-три десятилетия. Спутниковые методы измерений интенсивно используются для изучения характеристик газового состава атмосферы и, прежде всего, для исследований пространственно-временных вариаций и трендов в содержании озона [107, 220]. Огромное количество информации, как о содержании озона, так и о других атмосферных параметрах получено с помощью различных спутниковых методов измерений [49, 53, 55, 62, 100, 104, 107, 177].

Одним из них является затменный метод, основанный на измерении поглощения атмосферой солнечного излучения на касательных трассах при восходе и заходе Солнца за горизонт планеты. Этот метод характеризуется высокой потенциальной точностью, хорошим высотным разрешением, отсутствием необходимости абсолютной калибровки прибора для получения функций пропускания. С применением этого метода проводился целый ряд спутниковых экспериментов. В частности, первый многоспектральный спутниковый эксперимент был проведен с помощью аппаратуры «Озон-Мир» в 1996-1997гг [72]. С мая 2002 по июнь 2006 на борту российского спутника «Метеор -ЗМ №1» оперативно функционировал прибор SAGE Ш [140].

Непосредственные измерения прибором - лишь начальный этап дистанционных измерений. Решение задачи определения параметров среды осуществляется в алгоритме обработки данных измерений (алгоритме интерпретации). Поэтому, помимо специализированной аппаратуры, существенной составляющей методов дистанционного зондирования атмосферы являются также физико-математическая модель переноса излучения и алгоритмы интерпретации измерений (подробно см. главу 2). Следующий не менее существенный этап - ассимиляция полученных результатов дистанционного зондирования в системы прогноза погоды, климатические модели и т.д. [29, 73-75, 101, 102, 150, 177, 250, 251].

Растущие современные требования к точности дистанционных измерений делают необходимым постоянное развитие и совершенствование физико-математических моделей спутниковых экспериментов и алгоритмов обращения измерений. Существенной спецификой последних является некорректность решаемых обратных задач, которая ведет к неустойчивости решения и высокой чувствительности получаемых результатов к погрешностям измерений, физико-математической модели эксперимента и используемого метода обращения измерений.

Наша работа посвящена этапу интерпретации результатов дистанционных измерений, т.е. получению из значений прозрачности атмосферы, измеренных с помощью затменного метода, данных о составе последней. В начале изложены результаты обработки информации, поступившей от спектрометра «Озон - Мир», в ряде космических экспериментов. Анализируются результаты восстановления вертикальных профилей содержания озона для отдельных районов измерений. Эксперименты на ДОС «Мир» вследствие ограниченного объема измерений не позволили изучать пространственно-временные вариации в содержании озона, но представляли несомненный интерес и позволили проанализировать полученный в России опыт дистанционного определения содержания озона методом затменного зондирования с помощью многоканального спектрометра «Озон-МИР».

Основная часть работы посвящена интерпретации данных затменных измерений аппаратурой SAGE Ш. Оперативная методика [241] обработки измерений прибора SAGE III, используемая в NASA для интерпретации измерений прозрачности, основана на ряде приближений. В частности, вместо функций пропускания используются оптические толщины (решается линейная обратная задача); спектральное и высотное интегрирования выполняются приближенно; при восстановлении профилей газов аэрозольное ослабление не учитывается, а исключается с использованием упрощающих предположений и т.д. В данной работе мы предлагаем и используем независимую методику, свободную от перечисленных приближений, и анализируем вертикальные профили содержания озона, двуокиси азота и спектрального коэффициента аэрозольного ослабления, полученные по измерениям прозрачности атмосферы аппаратурой SAGE III (данные уровня lb) с помощью разработанной нами методики.

Цель работы

Таким образом, целью работы является развитие, совершенствование спутникового затменного метода определения атмосферных параметров и получение и анализ данных о составе атмосферы по измерениям прозрачности атмосферы этим методом.

Для достижения этой цели необходимо предварительно решить основные задачи: построить модель (математико-алгоритмическую) эксперимента, т.е. ослабления излучения атмосферой на касательных трассах, и построить алгоритм решения обратной задачи. Каждая из этих задач, в свою очередь, распадается на частные задачи:

3) разработка и программная реализация алгоритма решения нелинейной обратной задачи;

7) анализ полученных пространственно-временных распределений атмосферных параметров;

Как известно, одним из наиболее существенных недостатков затменного метода является малое количество измерений в течение суток и ограниченные широты измерений. Чтобы избежать указанных ограничений, можно использовать в качестве источника излучения звезды, что и реализуется в некоторых проектах (GOMOS [178], MSX[136, 208]). Использование удаленного точечного источника излучения приводит к появлению специфических эффектов - мерцания, рефракционного ослабления, квантового шума. Мы также поставили и выполнили задачу

8) оценка перспектив использования затменных измерений звезд для зондирования состава атмосферы.

Научная новизна

Разработана оригинальная методика расчета траектории луча в атмосфере с учетом рефракции.

Получены результаты интерпретации затменных измерений аппаратурой "Озон-Мир" и проведено их сопоставление с независимыми спутниковыми измерениями.

Получены результаты интерпретации затменных измерений аппаратурой SAGE Ш и проведено их сопоставление с независимыми спутниковыми и наземными измерениями и результатами оперативной методики интерпретации.

Проведена массовая обработка измерений аппаратурой SAGE Ш по оригинальной методике.

Построены и проанализированы пространственно-временные поля восстановленных из измерений аппаратурой SAGE Ш атмосферных параметров.

Получены величины погрешностей определения атмосферных параметров в затменных измерениях по звездам, проведено исследование их зависимостей от условий измерения.

На защиту выносятся следующие основные положения:

Результаты интерпретации измерений аппаратурой "Озон-Мир" и их сопоставление с независимыми спутниковыми данными.

Результаты интерпретации измерений аппаратурой SAGE Ш и их сопоставление с независимыми данными спутниковых и наземных измерений.

Результаты массовой интерпретации измерений аппаратурой SAGE Ш -пространственно-временные поля атмосферных параметров.

Методика оценок погрешностей определения содержания атмосферных газов в 'затменных измерениях по звездам и результаты ее использования.

Практическая ценность работы состоит в разработке методов и алгоритмов интерпретации затменных измерений прозрачности, в получении опыта интерпретации измерений аппаратурой "Озон-Мир» и SAGE III. Несомненную практическую ценность представляют пространственно-временные поля атмосферных параметров, полученные при обработке измерений аппаратурой SAGE III. Полученные результаты позволяют сделать выводы о долготно-высотном распределении озона и микрофизических параметров аэрозоля. Эти результаты могут быть использованы для уточнения динамических моделей стратосферы и мезосферы в отношении озона и стратосферного аэрозоля. Данные о долготно-высотном распределении озона в высоких (до 78°СШ) широтах и, в частности, над территорией России являются уникальными.

Разработанные в ходе работы алгоритмы прямого расчета и решения нелинейной обратной задачи использовались в ряде работ автора, не вошедших в настоящую диссертацию, и некоторых независимых исследованиях [4, 5, 14, 17-19, 21-24, 40, 45, 72, 8288, 97, 110, 112, 181, 212, 214, 262, 263, 265, 270, 271].

Апробация работы

Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на семинарах отдела физики атмосферы Физического факультета СПбГУ, на семинарах ЦАО и ИФА РАН, на международных симпозиумах IRS 1992, 1996, 2000, 2004; MC АР 2000, 2002, 2004, 2006; III Всесоюзное совещание по атмосферной оптике и актинометрии, 1983; I Всес. конф. по количественному анализу неорганических газов. 1983; III Всесоюзной конференции по аэрологии,1985; Всесоюзный симпозиум по атмосферному озону, 1985; Всесоюзная конференция "Использование спутниковой информации в исследовании океана и атмосферы", 1989; 27th Int. Symp. on Remote Sens, of Environ., 1998; XXV Annual European Meeting on Atmospheric Studies by Optical Methods, 1998; Международного симпозиума стран СНГ «Атмосферная радиация», С.- Петербург, 1999; Quadrennial Ozone Symposium, 2000; 8th scientific Assembly of IAMAS-2001; SPIE, 2004 и т.д. Публикации

Основные результаты диссертационной работы изложены в следующих публикациях:

1. Поляков А.В., Тимофеев Ю.М. Эффективный алгоритм прямого расчета функций пропускания и примеры его использования // В кн. Дистанционное зондирование атмосферы со спутника "Метеор". - Л.: Гидрометеоиздат, 1979. - С. 105-112.

2. Поляков А.В., Тимофеев Ю.М. Использование прямых методов расчета характеристик молекулярного поглощения в задачах дистанционного зондирования атмосферы // Возможности исследования природных ресурсов дистанционными методами. Межвузовский сборник. - Л.: Изд. Ленинградский университет, 1986. - С. 36-42.

3. Тимофеев ЮМ., Розанов В.В., Поберовский А.В., Поляков А.В. Многоспектральный метод определения вертикальных профилей содержания Оз, NO2 и аэрозольного ослабления радиации в атмосфере // Метеорология и гидрология. - 1986. - № 8. - С. 66-73.

4. Поляков А.В. Розанов В.В. Итерационный метод решения нелинейных обратных задач с использованием априорной информации // Труды Гос. НИЦИПР. - 1989. - Вып. 33. -С. 99-103.

5. Поляков А.В. К вопросу об использовании априорной статистической информации при решении нелинейных обратных задач атмосферной оптики // Исследование Земли из Космоса. - 1996. - № 3. - С. 11-17.

6. Поляков А.В., Тимофеев Ю.М., Гансон М.К., Чанг А., Броун Т. Сравнение радиационных моделей в ИК-области спектра с экспериментальными данными интерферометра АТМОС // Исследование Земли из Космоса. -1997. - №1. - С. 23-30.

7. PolyakovA. V., Timofeyev Yu.M., GunsonM.K., Chang A,, Brown T. Comparison of the slant path transmittances data measured by ATMOS interferometer and calculated by IR radiation codes // in IRS'96: Current Problems in Atmospheric Radiation / Deepak Publishing, 1997. -P. 1033-1036.

8.Polyakov A.V., Funke В., Stiller G., Fisher H., Shulgina EM. Comparison of Two Radiance Transfer Codes with Respect to the Modeling of the Line Mixing Effect. Forschungscentrum Karlsruhe Wissenschaftliche Berichte FZKA 6049. - Karlsruhe: FZK, 1997. - 31 p.

9. Kostsov V.S., Polyakov A.V., Timofeyev Yu.M., v. Clarman Т., Stiller G.P. Study for the

Intercomparison between the Global Fit and the Optimal Estimation Methods in Case of the Limb Radiance Measurements. - Karlsruhe: Forschungszentrum Karlsruhe, 1997. - FZKA 6947,-102 p.

10. Поляков A.B. Система обработки данных орбитальных измерений прозрачности атмосферы аппаратурой «Озон-МИР»: Предварительная и первичная обработка телеметрической информации // Исследования Земли из космоса. -1999. - №4. -С. 46-55.

11. Поляков A.B., Поберовский A.B., Тимофеев Ю.М. Определение вертикальных профилей содержания озона методом затменного зондирования с ДОС "МИР". 2.Валидация измерений вертикальных профилей содержания озона. Примеры результатов // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. - 1999. - Т. 35. - № 3. - С. 322-328.

12.Kostsov KS., Polyakov A.V., Timofeyev Yu.M., Fisher H., v. Clarmann Т., Stiller G.P. Intercomparison between the global fit and the optimal estimation inversion methods in case of the limb radiance measurements: temperature and pressure profile retrievals // Исследование Земли из Космоса. - 1999. - № 1. С. 43-49.

13. Virolainen Ya.A., Polyakov А.К, Timofeyev Yu.M., Grassl Н., Spaenkuch D., Doehler W.

Ground-based thermal IR interferometry as the source of information on different atmospheric parameters // IRS'2000: Current Problems in Atmospheric Radiation / Deepak Publishing 2001, Proceeding of the International Radiation Symposium. Saint-Petersburg, 2000. -P. 889-892.

14. Поляков A.B., Тимофеев Ю.М., Поберовский A.B., Васильев A.B. Восстановление вертикальных профилей коэффициентов аэрозольного ослабления в стратосфере по результатам измерений аппаратурой "Озон-МИР" (ДОС "МИР") // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. - 2001. - Т. 37. -№ 2. - С. 213-222.

15.Поляков A.B., Тимофеев Ю.М., Гурвич A.C., Воробьев В.В., Кан В., Yee J.-H. Влияние мерцаний звезд на погрешности измерений содержания озона в атмосфере // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. - 2001. - Т. 37. - № 1. - С. 56-66.

16. Поляков A.B., Васильев A.B., Тимофеев Ю.М. Параметризация спектральной зависимости аэрозольного ослабления в задачах затменного зондирования атмосферы из космоса // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. - 2001. - Т. 37. - № 5. - С. 646-657.

17. Тимофеев Ю.М., Поляков A.B. Математические аспекты решения обратных задач атмосферной оптики (учебное пособие). - СПб.: Изд.-во С.-Петерб. ун-та, 2001. - 188 с.

18. Поляков A.B., Воробьев В.В., Кан В. Влияние неопределенности задания статистических характеристик мерцаний звезд на погрешности определения содержания озона методом прозрачности // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. - 2002. - Т. 38. - №2. -С. 175-181.

19. Поляков A.B., Тимофеев Ю.М. Предельные точности восстановления вертикальных профилей атмосферных параметров (спутниковый метод прозрачности). 1. Озон и двуокись азота // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. - 2003. - Т. 39. - № 2. -С. 254-261.

20.Поляков A.B., Тимофеев Ю.М. Предельные точности восстановления вертикальных профилей атмосферных параметров (спутниковый метод прозрачности). 2. Спектральный коэффициент аэрозольного ослабления // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. - 2003. - Т. 39. - № 2. - С. 262-268.

21. Timofeyev Yu.M., Polyakov A.V., Steele H.M., Newchurch M.J. Optimal Eigenanalysis for the

Treatment of Aerosols in the Retrieval of Atmospheric Composition from Transmission Measurements// Appl. Optics. -2003, - V. 42. -№ 15. -P. 2635-2646.

22. Поляков A.B., Тимофеев Ю.М. Влияние алгоритма решения обратной задачи на результаты зондирования атмосферы затменным методом (аппаратура SAGE III) // Исследование Земли из космоса. - 2004. - № 5. - С. 15-20.

23. Поляков A.B., Тимофеев ЮМ., Ионов Д.В., Стил X., Нъючерч М. Новая интерпретация измерений прозрачности спутниковым спектрометром SAGE Ш // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. - 2005. - Т. 41. -№ 3. - С. 410-422.

24. Polyakov A.V., Timofeyev Yu.M., Ionov D.V., Virolainen Ya.A., Steele H.M., Newchurch M.J.

Retrieval of ozone and nitrogen dioxide concentration from Stratospheric Aerosol and Gas Experiment III (SAGE III) measurement using a new algorithm // JGR. - 2005. - V. 110. D06303, doi: 10.1029/2004JD005060.

25. Чайка АМ., Тимофеев ЮМ., Поляков А.В., Косцов В.С. Анализ спутникового метода определения микроструктуры стратосферного аэрозоля // Исследование Земли из космоса. - 2006. -№ 3. - С. 55-61.

Общая структура работы

Заключение Диссертация по теме "Физика атмосферы и гидросферы", Поляков, Александр Викторович

Заключение

Диссертационная работа посвящена как методическому совершенствованию и исследованию спутниковых затменных методов (по Солнцу и звездам), так и интерпретации данных, полученных в экспериментах с аппаратурой «Озон-Мир» и SAGE°III по дистанционному определению параметров атмосферы. Поэтому для удобства изложения основные результаты и выводы, полученные в диссертационной работе, разобьем на соответствующие группы.

Общие вопросы затменного метода

2. Проведено сравнение двух подходов (Т и D алгоритмов - использования ФП или оптических толщин в качестве измеренных величин) при интерпретации данных измерений прозрачности атмосферы на касательных трассах на примере аппаратуры SAGE Ш [24]. На основе сопоставлений результатов восстановлений содержания озона с независимыми озонозондовыми, лидарными и спутниковыми измерениями показано преимущество использования непосредственно измерений прозрачности атмосферы (Т-алгоритм) для нижней стратосферы и тропосферы.

Интерпретация затменных экспериментов с аппаратурой «Озон-Мир»

1. Разработана система программ интерпретации измерений аппаратурой «Озон-Мир» на модуле «Природа» ДОС «Мир» [18] и получены оценки погрешностей восстановления профилей атмосферных параметров [18, 23]. Погрешность определения отношения смеси озона составляет от 7-8°% дл йя высот 40-65 км до 15-17°% для высот 20-40 км.

2. Осуществлено восстановление профилей содержания озона в экспериментах с аппаратурой «Озон-Мир» (декабрь 1996-февраль 1997 г.г.). Сравнение результатов с данными приборов HALOE и MLS продемонстрировало хорошее согласие в пределах суммарных погрешностей сравниваемых приборов (10-20°% и 5-15%).

3. Получены профили стратосферного КАО для трех длин волн (1,0; 0,7 и 0,4 мкм) по измерениям «Озон-Мир» [34]. Наблюдается слабо замутненная стратосфера, соответствующая отсутствию заметных вулканических выбросов в стратосферу. Показано хорошее согласие результатов с известной моделью LOWTRAN-7 и среднемесячными данными SAGE II. Сопоставления высотного хода параметра Ангстрема по данным «Озон-Мир» и SAGE I показали хорошее взаимное согласие.

Интерпретация затменных экспериментов с аппаратурой SAGE III

1. Создано программное обеспечение интерпретации измерений прибора SAGE III, позволяющее восстанавливать вертикальные профили содержания Оз, NO2 и высотно-спектральное распределение КАО [19, 52]. Профили озона могут быть получены в широком диапазоне высот от верхней тропосферы до высоты ~ 100 км. Погрешность восстановления озона составляет в среднем 5-10°%. Она увеличивается в тропосфере, а также в окрестности минимума озона в мезосфере и выше.

2. Обработаны с помощью оригинальной методики измерения прозрачности в российско-американском затменном спутниковом эксперименте SAGE III (данные уровня lb) [33, 49]. Полученные профили содержания озона в мезосфере хорошо согласуются с эмпирической моделью CIRA-86, с данными измерений в эксперименте CRISTA-I и HALOE и результатами наземных измерений (лидары и озонозонды).

3. Сопоставление полученных вертикальных профилей NO2 с измерениями HALOE выявило их удовлетворительное согласие в слое 20-40 км [33, 49]. В нижней и верхней стратосфере различие между данными возрастает.

4. Полученные нами значения коэффициента аэрозольного ослабления удовлетворительно согласованы с результатаим оперативной методики NASA, хотя и наблюдаются систематические различия, возрастающие в коротковолновой области спектра до 40%. Основной причиной различий между данными является использование принципиально разных методик определения КАО в NASA и в СПбГУ. Для оценки качества восстановления КАО двумя методами требуется привлечение данных независимых измерений КАО.

5. Проведена массовая интерпретация измерений SAGE 1П, получено более 15000 профилей озона, NO2, а также КАО на различных длинах волн. Получены величины стратосферного (выше 12 километров) ОСО. По полученным данным, стратосферное

ОСО изменяется от 200 до более чем 480 Д.Е., демонстрируя существенные вариации

ОСО как с широтой, так и с долготой. Как наибольшие значения ОСО, так и его наибольшая изменчивость наблюдаются в весенний период в высоких широтах

340 северного полушария. Минимум стратосферного озона локализуется в весенний период севернее 70° северной широты между 20°з.д. и 120°в.д.

7. На основе интерпретации данных измерений спектрального коэффициента аэрозольного ослабления с помощью аппаратуры SAGE III (ИСЗ «Метеор-ЗМ») исследованы интегральные параметры фонового стратосферного аэрозоля [43]. Относительно малые значения площадей и объемов частиц наблюдаются в летний период. Пространственное поле этих параметров характеризуется высокой однородностью. В зимний период значения S и Ув среднем заметно повышаются и их пространственная изменчивость возрастает.

Исследования возможностей затменного метода с использованием излучения звезд

Таким образом, настоящая диссертационная работа представляет собою законченное исследование, существенно усовершенствовавшее методическое и программное обеспечение спутниковых затменных методов. Проведена массовая интерпретация затменных измерений и получена новая уникальная информация о составе атмосферы. Результаты массовой интерпретации измерений SAGE III доступны в интернете на персональной страничке автора

341 http://troll.phvs.spbu.ru/Personalpages/Polyakov/welcome-c.html и могут быть использованы всеми желающими.

Благодарности

Автор выражает искреннюю благодарность научному консультанту профессору Юрию Михайловичу Тимофееву за неоценимую помощь в подготовке диссертации и научное руководство в течение многих лет. Ряд идей, реализованных в ходе совместной работы и использованных в диссертации, принадлежит ему. Отметим также, что изложение главы 1 во многом основано на частных сообщениях проф. Ю.М. Тимофеева и материалах его обзоров [107] и готовящейся к печати статьи [104].

Диссертант также пользуется случаем выразить глубокую благодарность многочисленным сотрудникам РКК «Энергия», Центра управления полетов и Института Радиоэлектроники РАН, обеспечившим проведение спутниковых экспериментов с аппаратурой «Озон-Мир» и прием телеметрической информации; зарубежным коллегам (J. Waters, J.M. Russell III, Р. DeCola, L. Froidevaux, J. Herman) за помощь в получении данных измерений приборов HALOE и MLS; руководителям проекта «Озон-Мир» проф. Ю. М. Тимофееву и А. В. Поберовскому за неоднократные обсуждения и консультации.

В части работы, посвященной интерпретации измерений аппаратурой SAGE III, неоценимой была помощь руководителя проекта SAGE III William Chu a также сотрудника NASA Phil DeCola, предоставивших ряд ценных консультаций и помощь в получении разнообразных данных, результатов измерений и параметров прибора SAGE III. Также благодарим сотрудников ЦАО, в частности, Борисова Ю.А., консультации и обсуждения с которыми были полезны в работе с SAGE III. Отметим, что данные SAGE-III уровней lb и 2 были получены из the NASA Langley Research Center Atmospheric Sciences Data Center. Существенную помощь с подбором данных независимых экспериментов для сравнений оказал наш коллега Д.В. Ионов.

Автор также выражает искреннюю благодарность д. ф.-м. н. A.C. Гурвичу за полезную дискуссию и замечания в части главы 6, посвященной исследованию влияния мерцаний звезд на погрешности затменных измерений по звездам и его коллегам по ИФА В. Кану и В.В. Воробьеву, благодаря разработкам которых в области моделей мерцаний звезд и стали возможны эти исследования.

Автор благодарит также всех сотрудников отдела Физики Атмосферы НИИФ СПбГУ, работа рядом и вместе с которыми и послужила причиной появления этой диссертации.

Неоценимую помощь при подготовке текста диссертации оказала Е. М. Шульгина.

Многие из работ, на которых основана диссертация, выполнены при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проекты №№ 97-05-65492, 00-05-65224,

00-05-64376, 01-05-64944, 03-05-64626, 05-05-65305, 06-05-64909), грантов «Университеты России» УР.01.01.044, УР.01.01.063, УР.01.01.296 и федеральной целевой программы "Интеграция". Также частичная поддержка была оказана NASA: The NASA Office of Earth Science Atmospheric Chemistry Modeling and Analyzing Program managed by Phil DeCola, no грантам NASA (Goddard Space Flight Center) NAG8-11248, гранту по проекту SOLVE и частично в рамках контракта "Minor gaseous and aerosol components of the atmosphere (MGAC)" (1995-1996). Некоторые работы частично финансировались институтом метеорологии и климатологии Forschungszentrum Karlsruhe.

Библиография Диссертация по наукам о земле, доктора физико-математических наук, Поляков, Александр Викторович, Санкт-Петербург

1. Александров Э.Л., Король И.Л., Ракипова JI.P. и др. Атмосферный озон и изменения глобального климата. Л.: Гидрометеоиздат, 1982. - 168 с.

2. АсатуровМ.Л., Будыко М.И. и др. Вулканы, стратосферный аэрозоль и климат Земли. JL:

3. Гидрометеоиздат, 1986. -256 с.

4. Белщкий В.В., Никушин Ф.А., Поляков A.B., Прохоров В.М., Семенов Ю.П., Тимофеев

5. Беишенев A.C., Виролайнен Я.А., Дементьев Б.В., Иванов В.В., Малое A.B., Поляков

6. Бирюлина М.С. Моделирование априорного ансамбля решений обратной задачи и устойчивость оптимальных планов озонного спутникового эксперимента // Метеорология и гидрология .-1981,- № 4. С. 45-51.

7. Т.Бирюлина М.С., Розанов В.В. Параметризация функций распределения аэрозоля по размерам для прямых и обратных задач зондирования атмосферы // Оптика атмосферы. 1990. - Т. 3. - № 10. - С. 1087-1094.

8. Бирюлина М.С., Тимофеева Ю.М. О возможностях совместного определения характеристик содержания озона и аэрозоля на основе поляризационных измерений345уходящего УФ-излучения атмосферы // Исслед. Земли из космоса. 1988. - № 5. - С. 27-34.

9. БорнМ. и Вольф Э. Основы оптики. М.: Наука, 1970. - 856 с.

10. Буланин И.О., Булычев В.П., Гранский П.В. и др. Исследование функций пропускания СО2в области полос 4,3 и 15 мкм / В кн. Проблемы физики атмосферы. JL: Издательство ЛГУ, 1976. -№ 14. - С. 14-23.

11. Васильев A.B., Ивлев U.C. Универсальный алгоритм расчета оптических характеристик двухслойных сферических частиц с однородными ядром и оболочкой // Оптика атмосферы и океана. 1996. -Т. 9. -№°12. - С. 1552-1561.

12. Васильев A.B., Ивлев U.C. Эмпирические модели и оптические характеристикиаэрозольных ансамблей двухслойных сферических частиц // Оптика атмосферы и океана. -°1997. Т. °10. -№°8. - С. °856-865.

13. Васильков А.П., Варнава В.А., Делер В., Карасев A.B., Осипов В.Н., Поляков A.B.,

14. Виролайнен Я.А., Поляков A.B. Алгоритм прямого расчета функций пропускания взадачах наземного дистанционного зондирования атмосферы //. Вестник С.-Петербургского унтверситета. Сер. 4. 1999. - Вып. 1. - №°4. - С. 25-31.

15. Виролайнен Я.А., Поляков A.B. Учет рассеяния излучения в наземных газовокорреляционных измерениях общего содержания метана // Исслед. Земли из космоса. -2004. №°4. - С. 3-9.

16. П. Виролайнен Я.А., Поляков A.B., Тимофеев ЮМ. Возможности определения вертикальной структуры содержания озона по наземным измерениям ИК излучения // Известия РАН. Физика Атмосферы и Океана. 1997. - Т. 33. - №°4. - С. 464-467.

17. Виролайнен Я.А., Поляков A.B., Тимофеев Ю.М. О зондировании атмосферы по даннымизмерений нисходящего теплового ИК-излучения. // Исслед. Земли из космоса. 1998. -№°3.-С. 31-37.

18. Виролайнен Я.А., Поляков A.B., Тимофеев Ю.М. Погрешности одновременного определения содержания ряда атмосферных газов по наземным измерениям теплового ИК-излучения // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 1999. - Т. 35. - №°2. - С. 215-221.

19. Виролайнен Я.А., Поляков A.B., Тимофеев Ю.М., Грассел X. Возможности наземного дистанционного зондирования атмосферы в ИК-области спектра // Тезисы докладов Международного симпозиума стран СНГ «Атмосферная радиация». -С.- Петербург, 1999.-С. 114-115.

20. Виролайнен Я.А., Грассел X., Бакан С., Хольвейг Х.-Д., Поляков A.B., Тимофеев ЮМ.

21. Опыт наземного зондирования атмосферы с помощью Фурье-спектрометрии теплового излучения // Исслед. Земли из космоса. 2002. - №°4. - С. АЪ-А9.

22. Виролайнен Я.А., Стил X., Поляков A.B., Тимофеев Ю.М., Ныочерч М. Анализ решенияобратной задачи по восстановлению микроструктуры стратосферного аэрозоля из спутниковых измерений // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2006. - № 6. Принято в печать.

23. Гаврилова Л.А., Ивлев U.C. Влияние выбора аэрозольных моделей на расчетрадиационных характеристик атмосферы // Оптика атмосферы. 1991. - Т. 4. - № 9. -С. 927-930.

24. Гаврилова Л.А., Ивлев Л.С. Радиационные модели атмосферных аэрозолей. // В сб.:

25. Физика и химия атмосферных аэрозолей (проблемы физики атмосферы, вып.20) / под ред. Л.С. Ивлева. СПб.: изд-во Санкт-Петербургского университета, 1997. - С. 178208.

26. Галин В. Я., Володин Е. М., Смышляев С. П. Модель общей циркуляции атмосферы ИВМ

27. РАН с динамикой озона. // Метеорология и гидрология. 2003. -№ 5, - С. 13-24.

28. ГороновскийИ.Т., Назаренко Ю.П., Некряч Ф.Е. Краткий справочник по химии. -Киев.:

29. Наукова думка, 1974. 992 с.

30. Гречко Г.М., Гурвич A.C., Кан В., Пахомов А.И., Подвязный Я.П., Савченко С.А.

31. Наблюдения турбулентности в атмосфере на высотах 20-70 км // Доклады РАН. 1997. - Т. 357.5.-С. 683-686.

32. Гречко Г.М., Гурвич A.C., Романенко Ю.В. Структура неоднородностей плотности встратосфере по наблюдениям с орбитальной станции "Салют-6" // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 1980. - Т. 16. -№ 4. - С. 339-344.

33. Гуди P.M. Атмосферная радиация. I. Основы теории. -М.: Мир, 1966. 522°с.

34. Гурвич A.C., Кон А.И., Миронов B.JI., Хмелевцов С.С. Лазерное излучение в турбулентнойатмосфере -М.: Наука, 1967. 278 с.

35. Гурвич A.C., Кан В. Флуктуации радиоволн на трассах спутник атмосфера - спутник:оценки по наблюдениям мерцаний звезд и сравнение с экспериментом // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 1997. -Т. 33. -№ 3. -С. 314-323.

36. Гурвич A.C., Кан В., Савченко С.А., Пахомов А.И., Боровихин П.А., Волков О.Н., Калери

37. Ермаков С.М., Михайлов Г.А. Курс статистического моделирования. М.: Наука, 1976.319 с.

38. Занадворов П.Н., Тимофеев Ю.М., Поляков A.B., Лаптев B.C. Белиц кий В.В. Борисов A.B.

39. Зуев В.Е., Креков Г.М. Оптические модели атмосферы. Серия Современные проблемыатмосферной оптики. Т 2. Л.: Гидрометеоиздат, 1986. - 256 с.

40. Зуев В. Е., Наац П. Э. Обратные задачи лазерного зондирования атмосферы.

41. Новосибирск: Наука, 1982. 241 с.

42. ЗуевВ.Е., Романовский С.А. Вопросы лидарного зондирования из космоса водяного парав стратосфере и тропосфере на линиях поглощения НгО в области 3 мкм // Исслед. Земли из космоса. -1986. № 5. - С. 9-17.

43. Ивлев Л.С., Андреев С.Д. Оптические свойства атмосферных аэрозолей. Л.: изд-во ЛГУ,1986.-359 с.

44. Ионов Д.В., Поляков A.B. Сравнение методов расчета функций пропускания безоблачнойатмосферы в БИК области спектра // Исслед. Земли из Космоса. 1996. - №°4. - С. 311.

45. Кандидов В.П. Метод Монте-Карло в нелинейной статистической оптике // Успехифизических наук. 1996.-Т. 166.-№ 12.-С. 1309-1338.

46. Каропь И.Л., Розанов В.В., Тимофеев Ю.М. Газовые примеси в атмосфере. Л.: Гидрометеоиздат, 1983. - 192 с.

47. Козлов В.П. Математические вопросы обращения радиационных данных // в сб.

48. Инверсия Абеля и ее обобщения» / под ред. д. ф.-м. н. Н.Г. Преображенского. -Новосибирск.: Наука, 1978. С. 68-95.

49. Кондратьев К.Я. Научный план системы EOS // Исслед. Земли из космоса. 2000.3. С. 82-91.

50. Кондратьев К.Я., Москаленко Н.И., Поздняков Д.В. Атмосферный аэрозоль. Л.:

51. Гидрометеоиздат, 1983. 224 с.

52. Кондратьев К.Я., Тимофеев Ю.М. Метеорологическое зондирование атмосферы изкосмоса. Л.: Гидрометеоиздат, 1978. - 280 с.

53. Кондратьев К.Я., Тимофеев Ю.М. Прямые методы расчета функций пропусканияатмосферных газов // Известия АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1967. - Т.°3. -№°2. - С. 198-206.

54. Кондратьев К.Я., Тимофеев Ю.М. Термическое зондирование атмосферы со спутников.

55. Л.: Гидрометеоиздат, 1970. -410 с.

56. КравцовЮ.А., Орлов Ю.А. Геометрическая оптика неоднородных сред. -М.: Наука, 1980.-304 с.

57. Креков Г.М., Звенигородский С.Г. Оптическая модель средней атмосферы.

58. Новосибирск: Наука, 1990. 278 с.

59. Креков Г.М., Рахимов Р.Ф. Оптические модели атмосферного аэрозоля. Томск: Изд-во

60. Томского филиала СО АН СССР, 1986.-294 с.

61. Ку-Нан-Лиоу. Основы радиационных процессов в атмосфере. Л.: Гидрометеоиздат,1984.-376 с.

62. Лазерный контроль атмосферы / Под ред. Уинкли Е. Д. М.: Мир, 1979. - 416 с.

63. ЛинникЮ.В. Метод наименьших квадратов и основы математике- статистической теорииобработки наблюдений. М.: Мир, 1962. - 268°с.

64. Малкевич М.С. Оптические исследования атмосферы со спутников. М.: Наука, 1973. -303 с.

65. Малкевич М.С. Комплексная задача дистанционного определения температуры, океана ивертикальных профилей температуры, влажности и аэрозольного ослабления // Тез. докл. 1ХВсесоюз. совещ. по актинометрии. Ч. VI. Таллин: 1980. - С. 39-40.

66. Марков М.Н., Вольтов Б.В., Толабов В.М. и др. Водяной пар и озон в мезосфере поизмерениям с орбитальной станции «Салют-5». / Препринт № 169. - М.: Физический институт АН СССР, 1969. - 13 с.

67. Марчук Г.И. Уравнение для ценности информации с метеорологических спутников ипостановка обратных задач // Космич. исслед. 1964. - Т. 1. - Вып. 3. - С. 73-82.

68. Матвеев B.C. Приближенные выражения коэффициента поглощения и эквивалентныхширин линий с фойгтовским контуром // Журн. прикладной спектроскопии. 1972. - Т. ХУ1. — вып. °2. — С. 228-233.

69. Митцель A.A. Современные компьютерные модели пропускания и радиации атмосферы в

70. ИК диапазоне спектра // Оптика атмосферы и океана. 1994. - Т. 7. - № 3. - С. 311-319.

71. Митцель A.A., Пташник И.В., Фирсов K.M., Фомин Б.А. Эффективный методполинейного счета пропускания поглощающей атмосферы // Оптика атмосферы и океана. -1995. -Т. 8.-№10. -С. 1547-1548.

72. Митцель A.A., Руденко В.П. Пакет прикладных программ для расчета энергетическихпотерь оптического излучения в атмосфере LARA-1 / Препр. 57. - Томск.: Изд. ТФ СО АН СССР, 1988.- 55 с.

73. Митцель A.A., Фирсов K.M.,Фомин Б.А. Перенос оптического излучения в молекулярнойатмосфере / Под ред. И И. Ипполитова. Томск.: STT, 2001. - 444 с.

74. Обухов A.M. О статистически ортогональных разложениях эмпирических функций //

75. Известия Ан СССР. Геофизика. 1959. - №°3. - С. 432-439.

76. Поберовский A.B., Поляков A.B., Тимофеев Ю.М., Ковалев А.Е, Прохоров В.М., Хрусталев

77. Покровский О.М. Ассимиляция данных прямых и косвенных измерений в статистическоманализе метеорологических полей // Метеорология и гидрология. 1974. - №°6. - С. 3339.

78. Покровский О.М. Оптимальное временное усвоение данных спутниковых измерений пристатистическом анализе метеорологических полей // Метеорология и гидрология. -1974. -№°8.- С. 29-36.

79. Покровский О.М. Композиция наблюдений атмосферы и океана СПб: Гидрометеоиздат,2003.-323 с.

80. Покровский О.М., Тимофеев Ю.М. Общий статистический подход к решению обратныхзадач атмосферной оптики //Метеорология и гидрология. 1972. -№°1. - С. 52-59.

81. Поляков A.B., Тимофеев Ю.М. Эффективный алгоритм прямого расчета функцийпропускания и примеры его использования // В кн. Дистанционное зондирование атмосферы со спутника "Метеор". Л.: Гидрометеоиздат, 1979. - С. 105-112.

82. Поляков A.B., Тимофеев Ю.М. О точности определения содержания малых газовыхсоставляющих атмосферы затменным методом // В кн. Тезисы докладов Ш Всесоюзного совещания по атмосферной оптике и актинометрии. Томск.: 1983. -ч.П, -С. 150-151.

83. Поляков A.B., Тимофеев ЮМ., Тонкое М.В., Филиппов H.H. Влияние сдвига линий нафункции пропускания атмосферы на касательных трассах /) Оптика атмосферы и океана- 1997.-Т. 10,- №2. -С. 157-161,

84. Поляков A.B., Тимофеев Ю.М., Гансон М.К., Чанг А., Броун Т. Сравнение радиационныхмоделей в ИК-области спектра с экспериментальными данными интерферометра АТМОС // Исслед. Земли из Космоса. -1997. №°1. - С. 23-30.

85. Поляков A.B., Тимофеев Ю.М., Тонкое М.В., Филиппов H.H. Влияние интерференциилиний на функции пропускания в полосах поглощения 03 и СН4 // Известия РАН Физика атмосферы и океана. -1998. Т. 34. - №°3. - С. 368-373.

86. Поляков A.B., Тимофеев ЮМ., Тонкое М.В., Филиппов H.H. Влияние интерференцииспектральных линий на функции пропускания атмосферы в полосах поглощения СОг Известия РАН Физика атмосферы и океана. -1998. Т. 34. - №°3. - С. 357-367.

87. Поляков A.B., Мелас В.Б., Тимофеев Ю.М., Шульгина ЕМ. Оптимизация спектральныхусловий измерений в задаче микроволнового температурного зондирования атмосферы со спутников // Исслед. Земли из космоса. 1998. - №°1. - С. 21-28.

88. Поляков A.B. Система обработки данных орбитальных измерений прозрачностиатмосферы аппаратурой «Озон-МИР»: Предварительная и первичная обработка телеметрической информации //Исслед. Земли из космоса. -1999. № 4. - С. 46-55.

89. Поляков A.B., Васильев A.B., Тимофеев ЮМ. Параметризация спектральной зависимостиаэрозольного ослабления в задачах затменного зондирования атмосферы из космоса // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. -2001. Т. 37. - № 5. - С. 646-657. •

90. Поляков A.B., Тимофеев Ю.М. Предельные точности восстановления вертикальныхпрофилей атмосферных параметров (спутниковый метод прозрачности). 1. Озон и двуокись азота // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2003. - Т. 39. - № 2. -С. 254-261.

91. Поляков A.B., Тимофеев ЮМ. Влияние алгоритма решения обратной задачи нарезультаты зондирования атмосферы затменным методом (аппаратура SAGE III) // Исслед. Земли из космоса. 2004. - №°5. - С. 15-20.

92. Поляков A.B., Тимофеев Ю.М., Ионов Д.В., Стил X., Нъючерч М. Новая интерпретацияизмерений прозрачности спутниковым спектрометром SAGE III // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2005. - Т. 41. - № 3. - С. 410-422.

93. Рытое С.М., Кравцов Ю.А., Татарский В.И. Введение в статистическую радиофизику. 4.2.-М.: Наука, 1978.-463 с.

94. Смышляев С. П., Галин В. Я., Володин Е. М. Модельное исследование межгодовой изменчивости содержания атмосферного озона в средних широтах Изв. РАН Физика Атмосферы и Океана. - 2004. - Т. 40. - №°2. - С. 81-94.

95. Справочник по геофизике. -М.: Наука, 1965. 572 с.

96. Тимофеев Ю.М. Затменные методы зондирования атмосферы (обзор) в печати

97. Тимофеев Ю.М. Малые газовые составляющие и их мониторинг // Возможности исследования природных ресурсов дистанционными методами. Л.: Изд-во ЛГУ, 1987. -С. 21-35.

98. Тимофеев Ю.М. Об обратных задачах атмосферной оптики. // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 1998. - Т. 34. - №°6. - С. 793-798.

99. Тимофеев Ю.М. Спутниковые методы исследования газового состава атмосферы (Обзор) // Известия АН СССР Физика атмосферы и океана 1989,- Т. 25. - № 5. - С. 451-472.

100. Тимофеев Ю.М., Васильев A.B. Теоретические основы атмосферной оптики. СПб.: Наука, 2003.-474 с.

101. Тимофеев Ю.М., Поляков A.B. Математические аспекты решения обратных задач атмосферной оптики (учебное пособие). СПб.: Изд.-во С.-Петерб. ун-та, 2001. - 188 с.

102. Тимофеев Ю.М., Поляков A.B., Васильев A.B., Шульгина Е.М., Мак Клатчи Р. О микроволновом температурно-влажностном зондировании атмосферы из космоса. II Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 1997. - Т. 33. -№ 1. - С. 53-61.

103. Тимофеев Ю.М., Розанов В.В., Поберовский A.B., Поляков A.B. Многоспектральный метод определения вертикальных профилей содержания О3, NO2 и аэрозольного ослабления радиации в атмосфере // Метеорология и гидрология. 1986. - № 8. - С. 6673.

104. Тимофеев Ю.М., Тонкое М.В. О влиянии полосы индуцированного поглощения кислородом на трансформацию излучения в области 6 мкм в земной атмосфере // Известия АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1978. - Т. 14. - №°6. - С. 614-617.

105. Тихонов А.Н., АрсенинВ.Я. Методы решения некорректных задач. М.: Наука, 1983. 285 с.

106. Троценко А.Н., Фомин Б. А. Расчет характеристик переноса теплового излучения в атмосфере на основе метода прямого интегрирования // Известия АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1989. - Т. °24. - С. 106-109.

107. ТурчинВ.Ф., КозловВ.П., МалкевичМ.С. Использование методов математической статистики для решения некорректных задач // Успехи физических наук. 1970. - Т. 102. - вып. 3,-С. 345-386.

108. Успенский А.Б. Обратные задачи математической физики анализ и планирование экспериментов // в кн. "Математические методы планирования экспериментов". -Новосибирск.: Наука, 1981. - 172 с.

109. Успенский А.Б., Троценко А.Н., Рублев А.Н. и др. Определение общего содержания МТС атмосферы с помощью ИК зондировщика IASI. I. Анализ информативности спектральных измерений // Исслед. Земли из космоса. 1998. - №°2. - С. 3-16.

110. Фомин Б.А., Троценко А.Н., Романов C.B. Эффективные методы расчета оптических свойств газообразных сред // Оптика атмосферы и океана. 1994. - Т. 7. - №°9. - С. 1457-1462.

111. Чайка A.M., Тимофеев Ю.М., Поляков A.B. Стратосферный аэрозоль по данным измерений аппаратуры SAGE III //Исслед. Земли из космоса. 2006. принято в печать.

112. Чайка A.M., Тимофеев Ю.М., Поляков A.B., Косцов B.C. Анализ спутникового метода определения микроструктуры стратосферного аэрозоля // Исслед. Земли из космоса. -2006.-№3.-С. 55-61.

113. Шифрин К.С., Перелъман А.Я. Определение спектра частиц дисперсной системы по данным о её прозрачности. // Оптика и спектроскопия. 1963. - Т. 15. - С. 533-542.1. На иностранных языках

114. Allen M., LunineJ.I., Yung Y.L. The vertical distribution of ozone in the mesosphere and lower thermosphere // JGR. 1984. - V. 89. - № D3. - P. 4841-4872.

115. Anderson G.P., Clough S.A., Kneizys F.X., Chetwynd J.H., Sheiile E.P. AFGL Atmospheric Constituent Profiles (0-120 km). // Air Force Geophysics Laboratory. Hanscom, Massachusetts. Environmental research papers. 1986. - № 954. - 43 p.

116. Aoki T. Semi-direct band models for the transmittance calculations. // J. Meteorol. Soc. Japan. 1978. - V. 56. - № 2. - P. 91-106.

117. ATLAS series ofShuttleMissions//GRL. 1996. -V. 23. -№ 17. - P. 2285-2412.

118. Atmospheric ozone 1985. Assessment of our understanding of the processes controlling its present distribution and change // WMO. 1986. - № 16. - 817 p.

119. Balloon Techniques / In: Reference Models of Trace Species for the COSPAR International Reference Atmosphere, Handbook for MAP. / Ed. Murcray D. G 1989. - V. 31. - P. 1-36.

120. Bartman F.L., Kuhn W.R., Loh L. T. Low resolution measurements of ozone absorptivity in the 9.6 um region.// Final Rept.v 03 63 50-1-F. Univ. of Michigan, 1975. - 64 p.

121. Bass A.M., Paur R.I. The ultraviolet cross sections of ozone: I. The measurements, in atmospheric ozone / Eds Zerefos C.S., Ghazi A.D. Reidel Publ. Comp. Dordrecht, 1984. - P. 606-610.

122. Brogniez C, Lenoble J. Modeling of the Stratospheric Background Aerosols From Zonally Averaged SAGE Profiles//JGR. 1987. -V. 92. ~№D3. - P. 3051-3060.

123. Brown L.R., Farmer C.B., Rinsland C.P., Toth R.A. Molecular line parameters for the atmospheric trace molecule spectroscopy experiment // Appl. Optics. 1987. - V. 26. -№ 23. -P. 5154-5182.

124. Brühl C., Drayson S. R., Russe! J. M. et al. Halogen Occultation Experiment ozone channel validation//JGR. 1996,-V. 101.-№D6.-P. 10217-10240.

125. Burkholder J. B., Talukdar R. K. Temperature dependence of .the ozone absorption spectrum over the wavelength range 410 to 760 nm // GRL. 1994. - V. 21. - № 4. - P. 581-584.

126. Carbary J. F., Darlington E.H., Harris T.J., McEvaddy P.J., Mayr M.J., Peacock K., Meng C.I. Ultraviolet and visible imaging and spectrograph^ imaging instrument // Appl. Opt. -1994. V. 33. - №. 19. - P. 4201-4213.

127. CEOS Yearbook, 1997 Committee on Earth Observation Satellites: Towards an Integrated Global Observing Strategy. - ESA, 1997. - 145 p.

128. ChedinA. etal The GEISA data bank: 1984 version!—Lab. Meteorol. Dynamique du CNRS. Intern. France: Palaiseau, Ecole Polytechn. - 1985. -127 p.

129. Chu W.P., McCormick M.P., LenobleJ., Brogniez C., PrivostP. SAGE II Inversion Algorithm JGR. 1989. - V. 94. -№ D6. - P. 8339-8351.

130. Chu W.P., Trepte C.R., Veiga R.E., Cisewski M.S., Taha G. SAGE III measurements, Proc. SPIE Int. Soc. Opt. Eng. 2002. - №°481. - P. 457- 464.

131. Dozier J. Planned EOS observation of the land, ocean and atmosphere // Atmosph. Res. -1994.-V. 31.-P. 329-357.

132. DPUG Data Product User Guide (www-sage3.larc.nasa.gov).

133. Drayson S.R. Rapid computation of the Voigt profile // JQSRT. 1976. - V. 16. - P. 611-614.

134. Drayson S.R. Atmospheric transmission in the CO2 bands between 12 um and 18 um // Appl. Opt. 1967.-V. 5.-P. 385-391.

135. Edwards D.P. GENLN2. A general line-by-line atmospheric transmittance and radiance model. Version 3.0 Description and users guide: NCAR/TN-367+STR. Boulder, Colorado: NCAR, 1992.-268 p.

136. Egorova, T.A., Rozanov, E.V., Zubov, V.A., andKarol, I.L. Model for Investigating Ozone Trends (MEZON) // Izvestiya RAN. Atmospheric and Oceanic Physics. 2003. - V. 39. - P. 277-292.

137. Egorova T., Rozanov E., Zubov V., ManziniE., Schmutz W., Peter T. Chemistry-climate model SOCOL: a validation of the present-day climatology // ACPD. 2005. - V. 5. - P. 509-555. SRef-ID: 1680-73 75/acpd/2005-5-509

138. Ennis C.A. ( Ed.). Scientific assessment of ozone depletion: 1994, WMO Report No. 37, WMO,- 1995.

139. Evaluation of the UARS Data //JGR. -1996. V. 101. -№ D6. - P. 9539-10476.

140. Farmer C.B. High resolution infrared spectroscopy of the Sun and the Earth's atmosphere from space//Microchim. Acta (Wien). 1987. - Bf. 111. - P. 189-214.

141. Feigelson E.M., Fomin B.A., Gorchakova I.A., Rozanov E.V., Timofeyev Yu.M., Trotsenko A.N., Schwarzkopf M.D. Calculation of longwave radiation fluxes in atmospheres //JGR. -1991.-V. 96. P. 8985-9001.

142. Fischer H., Oelhaf H. Remote sensing of vertical profiles of atmospheric trace constituents with MIPAS limb-emission spectrometers // Appl. Opt. 1996. - V. 35. - №16. - P. 2787-2796.

143. Fomin B.A. Effective Interpolation Technique for Line-by-line Calculations of Radiation Absorption in Gases.// JQSRT. 1995. - V. 53. - № 6. - P. 663-669.

144. Froidevaux L., Read W. G., Lungii T. A. et al. Validation of UARS Microwave Limb Sounder ozone measurements//JGR.- 1996,-V. 101.-№ D6.-P. 10017-10060.

145. Fussen D. A critical analysis of the Stratospheric Aerosol and Gas Experiment II spectral inversion algorithm // JGR. 1998. - V. 103. - № D7. - P. 8455-8464.

146. Geller M.A., Smyshlyaev S P. A Model Study of Total Ozone Evolution 1979-2000 The Role of Individual Natural and Anthropogenic Effects //GRL, 2002. - V. 29. - № 22. - P. 2048. doi: 10. 1029/ 2002GL015689.

147. CEOS Yearbook, 1997 Committee on Earth Observation Satellites: Towards an Integrated Global Observing Strategy / ES A, 1997. - 145 p.

148. Global Climate Observing System. GCOS/GTOS Plan for Terrestrial Climate-Related Observation. Version 1.0 (1995), GCOS-21. WMO/TD-N 721. Geneva: WMO, 1995. -121 p.

149. GrasJ.L., Michael C.G. Measurements of the stratospheric aerosol particle size distribution // J. Appl. Meteor. 1979. - V. 18. - P. 855-860.

150. Grechko G.M., Gurvich A.S., KanV., Sokolovskiy S.V., Savchenko S.A. Scintillations and random refraction during occultations by terrestrial atmosphere // J. Opt. Soc. Am. A. 1985. - V. 2. - № 12. - P. 2120-2123.

151. Hansen J., Rossow W., Fung I. ( Eds.). Long- term monitoring of global climate forcing and feedbacks. NASA Conf. Publ., - 1993, -3234p.

152. Hervig M. Rüssel J.M. III Gordley L.L., Daniels J., Drayson S.R., Park J.H. Aerosol effects and corrections in the Halogen Occultation Experiment // JGR. 1995. - V. 100. - № Dl.-P. 1067-1079.

153. HumlicekJ. Optimized computation of the Voigt and complex prbability functions//JQSRT -1982. V. 27. -№ 4. - P. 437-444.

154. HoiighfonJ. T., Taylor F. W., Rodgers C. D. Remote Sounding of Atmospheres. Cambridge Planetary Science Series, 1984. -343 p.

155. Inversion methods in atmospheric remote sounding / Ed. Deepak A. NASA CP-004. 1977. -620 p.

156. Kan V., Dalaudier F., Gurvich A.S. Chromatic refraction during star occultations with GOMOS. Part 2: Statistical properties of scintillations // Appl. Opt. 2001. - V. 40. -№ 8. -P. 878-889.

157. Kneizys F.X., Anderson G.P., Shettle KP. et al. Computer code LOWTRAN-7. Hanson, Massachusetts: AFGL, 1988. - environmental research papers. -№ 1010. -235 p.

158. Kneizys F.X., Robertson D.C., Abreu L. W. et al. The MODTRAN 2/3 Report and LOWTRAN 7 MODEL / Edited By: L.W. Abreu, G.P. Anderson. 1996. - 260 p.

159. Kondratyev K.Ya. Climate effects of aerosol and Clouds. Chichester, U.K.: Springer-Praxis, 1999.-264 p.

160. KondratyevK. Ya. Radiation in the Atmosphere. New York.: Academic Press, 1969. -471 p.

161. KondratyevK.Ya., A.Sumi, Pokrovski O.M. Global change and climate dynamics: Optimization of observing systems. Tokyo: Center for Climate System Research, Univ. Of Tokyo, 1997. -Report №3,-213 p.

162. Korpela S. et al. GOMOS, Global Ozone Monitoring by Occultation of Stars. // In: Proceedings of the Quadrennial Ozone Symposium 1988 / Bojkov, R.D. and Fabian (Eds.). -Deepak Publishing, Hampton, Virginia. 1992. P. 11695.

163. Krueger A. J., Guenther В., FleigA. J. et al. Satellite ozone measurements// Phil. Trans. Roy. Soc. London. 1980. - V. A296. - № l. - p. 191-204.

164. Kurucz R.L. Synthetic infrared spectra. In Infrared Solar Physics, IAU Symp. 154, 1992, / Rabin D.M., JefFeries J.T. (eds.). Kluwer, Acad., Norwell: MA. http://www.meto.umd.edu/~bobe/LBLRTM/

165. LazrusA.L., GandrudB.W. Stratospheric sulfate aerosol // J. Geophys. Res. 1974. - V. 79. -P. 3424-3431.

166. Lenoble J., Brogniez C. Information on stratospheric aerosol characteristics contained in the SAGE satellite multiwavelength extinction measurements // Appl.Opt. 1985. - V. 24. - № 7. -P. 1054-1063.

167. Lenoble J., Pruvost P., Brogniez C. Sage satellite observations of stratospheric aerosols from Mount St. Helens eruption: A two wavelength analysis // JGR. 1984. - V. 89. - № D7. -P. 11666-11676.

168. Lumpe J.D., Bvilacqua R.M., Hoppe! K.W., et al. POAM II retrieval algorithm and error analysis // JGR. 1997. - V. 102. -№D19. -P. 23593-23614.

169. Manzini, R, McFarlane, N. A., and McLandress, C. Impact of the Doppler Spread Parameterization on the simulation of the middle atmosphere circulation using the MA/ECHAM4 general circulation model // JGR. 1997. - V. 102. - P. 25751-25762.

170. Marquardt D.W. An algorithm for least-squares estimation of nonlinear parameters // SIAM J. Appl. Math. 1963.-№11.-P. 431-452.

171. Mc Clathey R. A., Fenn R. W., Selby J. E. A. Optical properties of the atmosphere (third edition).- AFCRL-72-0497, aug.1972.

172. Mc CJatchey R. A. et al. AFCRL atmospheric absorption line parameters compilation. -AFCRL-TR-0096 environ.

173. McCormick M.P. SAGE 2: An overview // Adv. Space Res. 1987. -V.l.- № 2. - P. 73-86.

174. McCormic M.P., Chu W.P., Grams G.W. et al. High-latitude stratospheric aerosols measured by the SAM II satellite system in 1978 and 1979 // Science. 1981. - V. 214. - P. 328-331.

175. McCormic M.P., HamillP., Pepin T J. et al. Satellite studies of the stratospheric aerosol. // Bull. Am. Meteorol. Soc. 1979. - V. 60. - № 7. - P. 1038-1046.

176. McCormickM.P., Steele HM., HamillP., Chu W.P. andSwissler T.J. Polar stratospheric cloud sightings by SAM II. // J. Atmos. Sei. 1982. -V. 39. - P. 1387-1397.

177. McGee T. J., BurrisJ. SOt absorption cross sections in the near UV//JQSRT. -1987. V. 37. -№2. P. 165-182.

178. Miller D. E., Steward R. H. Observations of atmospheric ozone from an artificial earth satellite//Proc. Roy. Soc. London. -1965. V. A288. - № 2. - P. 540-544.

179. Molina L. T., Molina M. J. Absolute absorption cross sections of ozone in the 1.85- to 350-nm wavelength region//JGR. 1986. -V. 91. -№D13. - P. 14501-14508.

180. Monitoring Earth's ocean, land, and atmosphere from spacesensors, systems, and applications / Ed. Schnapf A. Progress in Astro'nautics and Aeronautics. 1985. - V. 97. - 830 p.

181. Morgenthaler J. Inversion of polarization measurements at BUV wavelengths to recover ozone and aerosol profiles //Appl. Optics. 1984. - V. 23. -№ 7. - P. 990-997.

182. Mother J. C., Fennings D. E. Michelson interferometer with separated inputs and outputs, double pass, and compensation // Appl. Optics. 1985. - V. 24. - № 21. - P. 3437-3438.

183. NewchurchM. J., et al. Stratospheric NO and NOj abundances from ATMOS solar-occultation measurements // GRL. 1996. - V. 23. - № 17. - P. 2373-2376.

184. Palmer K.F., Williams D. Optical constants of sulfuric acid; Application to the clouds of Venus? (data from HITRAN-96 CD-ROM media). // Applied Optics. 1975. - V. 14. - P. 208-219.

185. Paxton L. J., Meng C. I., Anderson D. E., Romick G. J. MSX A Multicourse Space Experiment // Johns Hopkins APL Technical Digest. - 1996. - V. 17. - № 1. - P. 19-33.

186. Pinnick R.G., Rozen J.M., Hofmann D.J. Stratospheric aerosol measurements. 3.0ptical model calculations//J. Atm. Sci. 1976.-V. 33.-P. 304-314.

187. Plan for space-based observation, Global Climate Observing System, GCOS-15. WMO, 1995.-TD-N 684.

188. Popescu A.F., Paulsen T. The Global ozone monitoring by occultation of stars (GOMOS) instrument on ENVISAT; Requirements, design and development status // ESAMS99. V. 1. -P. 89-99.

189. Poynter R. L., Picket H. Submillimeter, millimeter, and microwave spectral line catalog // Appl. Optics. 1985. - V. 24. - № 14. - P. 2235-2240.

190. Ramanathan V. Climatic effects of anthropogenic trace gases // Interaction of Energy and Climate /Eds Bach W. Pankrath J. Williams J. 1980. - P. 269-280.

191. Ramanathan V., Cicerone R, Singh H.B., KiehlIT. Trace gas trends and their potential role in climate change//JGR. 1985. - V. 9.-№ 10. P. 5547-5566.

192. Rawcliffe R. D., Elliot D. D. Latitudinal distribution of ozone at high altitudes deduced from a satellite measurement of earth's radiance at 2840 A // JGR. 1966. - V. 71. - № 11. P. 50775089.

193. Reber C. A. The Upper Atmosphere Research Satellite (UARS) // GRL. 1993. - V. 20. -№8.-P. 1215-1218.

194. Remote sensing of the atmosphere: inversion methods and application / Eds Fymat A. L., Zuev W. E. Amsterdam: Elsevier, 1978. - 387 p.

195. Rendall C. E, Rusch D. W. et al. An overview of POEM II aerosol measurements at 1.06 pm // GRL. 1996. - V. 23. - № 22. - P. 3195-3198.

196. Ridgway W.L. Harshvardhan, Arking A. Computation of atmospheric cooling rates by exact and approximate methods // JGR. 1991. - V. 96. - P. 8969-8984.

197. Roberts RE, Selby J.E.A., Biberman L.M. Infrared Continuum Absorption by Atmospheric Water Vapour in the 8-12 pm Window // Appl. Opt. 1976. - V. 15. - № 9. - P. 2085-2090.

198. RodgersC.D. Some theoretical aspects of remote sounding in the Earth's atmosphere // JQSRT. 1971. -V. 11. -P. 767-777.

199. Rodgers C.D. Retrieval of atmospheric temperature and composition from remote measurements of thermal radiation // Rev. Geophys. and Space Phys. 1976. - V. 14. - P. 603-624.

200. Rodgers C.D. Characterization and error analysis of profiles retrieved from remote sounding measurements // JGR. 1990. - V. 95. - № D5. - P. 5587-5595.

201. Rodgers C.D. Inverse methods for atmospheric sounding. Theory and practice. Series on Atmospheric, Oceanic and Planetery Physics V. 2. Singapore-New Jersey-London-HongKong: World Scientific, 2000. - 238 p.

202. Rothman L. S. AFGL atmospheric absorption line parameters compilation: 1980 version // Appl.Opt. 1981. - V. 20. - № 5. - P. 791-795.

203. Rothman L. S., Goldman A., Gille J. R et al. AFGL trace gas compilation: 1980 version // Appl.Opt. 1981. - V. 20. -№ 8. -P. 1323-1328.

204. Rothman L. S. et al AFGL trace gas compilation: 1982 version // Appl. Optics. 1983. - V. 22.-№ 9.-P. 1616-1627.

205. Rothman L. S. et al AFGL atmospheric absorption line parameters compilation: 1982 edition // Appl. Optics. 1983. -V. 22. -№ l. -P. 2247-2256.

206. Rothman, L.S., etaL The HITRAN molecular spectroscopic database and HAWKS (HITRAN Atmospheric Workstation): 1996 edition. // JQSRT. 1998. - V. 60. - P. 665-710.

207. Rothman L.S. etal. The HITRAN molecular spectroscopic database: edition of2000 including updates through 2001 // JQSRT. 2003. - V. 82. - P. 5-44.

208. Rothman LS. etal. The HITRAN 2004 molecular spectroscopic database // JQSRT. 2005. -V. 96.-P. 139-204.

209. Rozen E.M., Hofmann DJ., Singh S.P. A steady state stratospheric aerosol model // J. Atm. Sei. 1978. - V. 35. - P. 1304-1313.

210. RuschD. W., Randall C. E. etal A new inversion for stratospheric aerosol and gas experiment II data // JGR. 1998. - V. 103. - № D7. - P. 8465-8475.

211. Rüssel J.M. III, Gordley L.L., Park J.H., Drayson S.R., Hesketh W.D., Cicerone RJ., TuckA.F., Frederick J.E., Harrieres J.E., CrutzenPJ. The Halogen Occultation Experiment// JGR. 1993. -V. 98. -№D6. - P. 10777-10797.

212. Rüssel P.B., Swissler T.J., McCormick M.P. at al. Satellite and correlative measurements of stratospheric aerosol. I. An optical model for data conversions // J. Atm. Sei. 1981. - V. 38, - № 6. - P. 1279-1294.

213. SAGE Ш ATBD Team, SAGE III Algorithm Theoretical Basis Document (A1BD), Solar and Lunar Algorithm LaRC 4750-00-109 version 2.1 26. March 2002 (отчет на сайте www-sage3.larc.nasa.gov). 83 p.

214. SAGE 1П ATBD Team, SAGE III Algorithm Theoretical Basis Document (ATBD), Transmission Level IB, Products LaRC 475-00-108 version 2.1. 26 March 2002 (отчет на сайте www-sage3.larc.nasa.gov). 52 p.

215. Schneider W., Tyndall G., Burrows J, Moortgat G. K. NO2 Absorption cross sections at 298 K. Date of compilation: 02-Sept-86. Max-Planck-Institut fuer Chemie, Airchemistry department Mainz., 1986.

216. Scott N.A. A direct method of compilation of the transmission function of an inhomogeneous gaseous medium // JQSRT. 1974. - V. 14. - P. 691-704.

217. Seinfeld J.H., Pandis S.N. Atmospheric Chemistry and Physics. New York: J. Wiley and Sons, Inc., 1998.-715 p.

218. Shettle E.P. The data were tabulated E.P. Shettle of the Naval Research Laboratory and were used to generate the aerosol models which are incorporated into the LOWTRAN, MODTRAN, and FASCODE computer codes. (Data from HITRAN-96 CD-ROM media).

219. Shwarzkopf M.D., Fels B. The simplifield exchange method revisited: An accurate, rapid method for computation of infrared cooling rates and fluxes // JGR. 1991. - V. 96. - P. 9075-9096.

220. Sidi C., Dalaudier F. Temperature and heat flux spectra in the turbulent buoyance subrange // PAGEOPH. 1989. - V. 130. - № 2-3. - P. 547-569.

221. Smith H.J.P., Dube D.J., GardnerM.E., Clough S.A., Kneizys F.X., Kothman L.S. FASCOD -Fast Atmospheric Signature Code (Spectral Transmittance and Radiance) Rep. AFGL-TR-78-0081. -Hanscom. Mass. USA: Air Force Geophys. Lab, 1978. 87 p.

222. Smyshlyaev S.P., Drosdov V.L. et al., A two-dimensional model with input parameters from a general circulation model. Ozone sensitivity to different formulations for longitudinal temperature variation // JGR. 1998. - V. 103. - P. 28373-28387.

223. Smyshlyaev S.P. Geller M.A. Analysisi of SAGE II observations using data assimilation by the SUNY-SPB two dimensional model and comparison to TOMS data. // J. Geophys. Res. -2001.-V. 106.-P. 32327-32335.

224. Spankuch D., Dohler W., Guldner J., et al. И Beitr. Phys. Atmosph. 1996. - Feb. - P. 97111.

225. StaehelinJ., Schmid W. Trend analysis of tropospheric ozone concentrations utilizing the 20-year data set of ozone balloon sounding over Payerne (Switzerland) // Atmos. Environ. 1991.- V. 25A. № 9. - P. 1739-1749.

226. Steele H.M., Hamill P. Effects of temperature and humidity on the growth and optical properties of sulfuric acid-water droplets in the stratosphere // J. Aerosol Sci. 1981. - V. 12.- P. 517-528. (data from HITRAN-96 CD-ROM media).

227. Steele H.M., Turco RP. Retrieval of aerosol size distributions from satellite extinction spectra using constrained linear inversion //JGR. 1997. - V. 102. - P. 16737-16747.

228. StolarskiR, R BojJcov, L. Bishop, C. Zerefos, J. Staehelin, and J.Zawodny. Measured Trends in stratospheric ozone // Science. 1992. - P. 342-349.

229. Strand O.N., WestwaterE.R Minimum RMS estimation of the numerical solution of a Fredholm integral equation of the first kind // SIAM J. Numer. Anal. 1968. - V. 5. - P. 287295.

230. The Stratosphere 1981. Theory and Measurements. WMO Global Ozone Research and Monitoring Project Rept. -№11. WMO. Geneva: WMO, 1982. - 516 p.

231. Thomason L. W., A diagnostic stratospheric aerosol size distribution inferred from SAGE II measurements // JGR. -1991. V. 96. - № D12. - P. 22501-22508.

232. Thomason, L. W., Taha G. SAGE III aerosol extinction mea-surements: Initial results // GRL.- 2003. V. 30. - № 12. - P. 1631. doi:10.1029/2003GL017317.

233. Timofeyev Yu.M., Polyakov A.V., Steele H.M., NewchurchMJ. Optimal Eigenanalysis for the Treatment of Aerosols in the Retrieval of Atmospheric Composition from Transmission Measurements // Appl. Optics. 2003. - V. 42. - № 15. - P. 2635-2646.

234. Tonkov M.V., Filippov N.N., Timofeyev Yu. M., Polyakov A.V. A simple model of line mixing effect for atmospheric applications: Theoretical background and comparison with experimental profiles // JQSRT. 1996. - V. 56. - №. 5. -P. 783-795.

235. Toon O.B., Pollack J.B. A global average model of atmospheric aerosols for radiative transfer calculations // J. Appl. Meteor. 1976. - V. 15. - P. 225-246.

236. Tsuda T., VanZandt T. E., Mizumoto M., Kato S., Fukao S. Spectral analysis of temperature and Brunt-Vaisala frequence fluctuations observed by radiosondes // JGR. -1991. V. 96. -№D9.-P. 17265-17278.

237. TurcoRD., Toon O.B., HamillP. etal. A one-dimensional model describing aerosol formation and evolution in the stratosphere // J. Atm. Sci. 1979. - V. 36. - P. 699-736.

238. Venkaterwaran S.V., Moore J.G., Krueger A.S. Determination of the vertical distribution of ozone by satellite photometry//JGR. 1961. - V. 66. - № 7. P. 1751-1771.

239. Wang P.-H., McCormick M. P. etal. Inference of stratospheric aerosol composition and size distribution from SAGE II satellite measurements // JGR. 1989. - V. 94. - № D6. - P. 84358446.

240. Westwater E.R., Straund O.N. Statistical information content of radiation measurements used in undirect sensing // J. of the Atm. Scien. 1968. - V. 25. - № 12. - P. 750-758.

241. WMO Scientific asessment of ozone depletion: 1991, World Meteorological Observation, Global Ozone Research and Monitoring Project Report Report - WMO, 1992. - № 25.

242. WMO, Scientific Assessment of Ozone Depletion: 1994, World Meteorological Observation, Global Ozone Research and Monitoring Project Report -WMO, 1995. №. 37.

243. Yue G.K., McCormick M.P., Chu W.P. Retrieval of composition and size distribution of stratospheric aerosols with the SAGE II satellite experiment // J. Atmos. Oceanic Technol. -1986.-№3.-P. 371-380.

244. Yue G.K., McCormic M.P., Chu W.P., Wang P., Osborn M. 71 Comparative studies of aerosol extinction measurements made by the SAM II and SAGE-II satellite experiments // JGR. -1989. V. 94. - № D5. - P. 8412-8424.

245. Yue G.K. A new approach to retrieval of aerosol size distributions and integral properties from SAGE II aerosol extinction spectra // JGR. 1999. - V. 104. - P. 27491-27506.

246. Использованные аббревиатуры

247. БИК- ближняя инфракрасная область спектра

248. БИТС- бортовая измерительная телеметрическая система

249. ВИД- область спектра видимого света

250. ВМО- Всемирная метеорологическая организация (WMO engl)дос- долговременная орбитальныя станцияик- инфракрасная область спектраисз- искусственный спутник Земли

251. КАО- коэфициент аэрозольного ослаблениякпп- комплексный показатель преломления

252. ЛТР- локальное термодинамическое равновесиемгс- малые газовые составляющиемкв- микроволновая область спектра

253. МЛР- множественная линейная регрессиямнк- метод наименьших квадратов

254. ОКАО- объемный коэфициент аэрозольного ослабления

255. ОМСА- оптическая модель средней атмосферы

256. ОРСИ- (метод) отраженного и рассеянного солнечного излученияосо- общее содержание озонапи- приращение информации1. ПРО- (метод) прозрачности1. РЕФ- (метод) рефракции

257. РКК- ракетно- космическая компания ("Энергия")

258. РМАА- Радиационные модели атмосферных аэрозолей

259. РПИ- Радиотелеметрическая передача информациисн- система наведения (на Солнце)

260. СПбГУ- Санкт-Петербургский Государственный Университет (SPbSU engl.)ти- (метод) теплового излучения

261. УФ- ультрафиолетовая область спектра1. ФП- функция пропускания

262. ФРР- функция распределения частиц по размерамэм- электромагнитное (излучение)

263. ЭФО-1,2- (прибор) электронный фотометр

264. ACE- Advanced Composition Explorer (satellite)

265. AFCRL- Air Force Central Research Laboratory

266. AFGL- Air Force Geophysical Laboratory

267. ALISSA- l'Atmospere par Lidar Sur SAliout

268. AMI- Active Microwave Instrument

269. ASCAT Advanced Scatterometer

270. ATBD- Algorithm Theoretical Basis Document

271. ATMOS- Atmospheric Trace Molecule Spectroscopy

272. AVHRR- Advanced Very High Resolution Radiometer

273. CIRRIS- Cryogenic Infrared Radiance Instrumentation for Shuttle

274. CLAES- Cryogenic Limb Array Etalon Spectrometer

275. CRISTA Cryogenic Infrared Spectrometers and Telescopes for the Atmosphere

276. ERBS- Earth Radiation Budget Satellite

277. FASCODE- Fast Atmospheric Signature Code

278. GEISHA Gestion et Etude des Informations Spectrocopiques Atmosphériques

279. Management and Study of Atmospheric Spectroscopic Information)

280. GLAS- Geoscience Laser Altimeter System1. GMT- Greenwich Mean Time

281. GOME- Global Ozone Monitoring Experiment

282. GOMOS- Global Ozone Monitoring by Occultation of Stars

283. GRL- Geophysical Research Letters

284. HALOE- HALogen Occultation Experiment

285. HIRDLS High Resolution Dynamics Limb Sounder

286. HITRAN- High Resolution Transmission (database)

287. AS Improved Limb Atmospheric Spectrometer

288. AMS Improved Stratospheric and Mesospheric Sounder

289. JGR- Journal of Geophysical Research

290. JQSRT Journal of Quant. Spectrosc. Radiat. Transf.

291. MS Limb Infrared Monitoring of the Stratosphere

292. TE- Lidar In-Space Technology Experiment

293. WTRAN Low Resolution Transmittance Code

294. MAESTRO Measurements of Aerosol Extinction in the Stratosphere and Troposphere

295. Retrieved by Occultation MAS Millimeter Wave Atmospheric Sounder Microlab-1 - Microfabrication laboratory

296. MIPAS Michelson Interferometric Passive Atmosphere Sounder

297. MLS Microwave Limb Sounder

298. MODIS Moderate Resolution Imaging Spectro-radiometer

299. MODTRAN Moderate Resolution Transmittance Code

300. MSU Moscow State University

301. MSX Midcourse Space Experiment (experiment, spacecraft)

302. NASA National Aeronautics and Space Administration

303. NADIR база данных Норвежского института атмосферных исследований

304. NIMBUS Latin, related to Nebula, nephele, properly vapour, cloud1. NSCAT NASA Scatterometer

305. OMI Ozone Monitoring Instrument

306. ORA Optical Research Associates

307. OZAFS Ozone amd Aerosole fine structure

308. POAM Polar Ozone and Aerosol Measurement (instrument)

309. POLDER Polarization and Directionality of the Earth's Reflectance

310. PR (TRRM) Precipitation Radar

311. SAGE Stratospheric Aerosol and Gas Experiment

312. SAM Stratospheric Aerosol Measurement Sounder

313. SBUV Solar Backscatter Ultra-Violet Instrument

314. SCIAMACHY Scanning Imaging Absorption Spectrometer for Atmospheric Cartography

315. SEVIRI Spinning Enhanced Visible and Infra-Red Imager

316. SOCOL Solar-Climate-Ozone Links (модель)1. SPIM Spectrometer-imager

317. SPOT-3 Satellite Probatoire d'Observation de la Terre (France)

318. SPbSU Saint-Petersburg State University (СПбГУ- русск.)

319. SSM/I Special Sensor Microwave/Imager

320. TES Tropospheric Emission Spectrometer

321. TMI TRMM Microwave Imager (radiometer)

322. TOMS Total Ozone Mapping Spectrometer (project)

323. TOVS TIROS-N Operational Vertical Sounder

324. TRMM Tropical Rainfall Measuring Mission (satellite)

325. UARS Upper Atmosphere Research Satellite

326. UTC Unversal Time Coordinates

327. UVISI Ultraviolet and Visible Imagers and Spectrographs Imagers (instrument)

328. WMO World Meteorological Organisation (BMO - русск.)

Информация о работе

Поляков, Александр Викторович
доктора физико-математических наук
Санкт-Петербург, 2006
ВАК 25.00.29

Диссертация

Определение газового состава атмосферы и характеристик аэрозоля затменным методом - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы