Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Исследование фонового стратосферного аэрозоля по данным спутниковой аппаратуры SAGE III

ВАК РФ 25.00.29, Физика атмосферы и гидросферы

Автореферат диссертации по теме "Исследование фонового стратосферного аэрозоля по данным спутниковой аппаратуры SAGE III"

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

□ОЗ1G913G

ЧАЙКА АЛЕКСЕЙ МИХАЙЛОВИЧ

ИССЛЕДОВАНИЕ ФОНОВОГО СТРАТОСФЕРНОГО АЭРОЗОЛЯ ПО ДАННЫМ СПУТНИКОВОЙ АППАРАТУРЫ SAGE III

Специальность- 25 00 29 - Физика атмосферы и гидросферы

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

1 5 МАИ 2008

Санкт-Петербург - 2008

003169136

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

Научный руководитель доктор физико-математических наук,

профессор Тимофеев Юрий Михайлович

Официальные оппоненты доктор физико-математических наук,

профессор Кароль Игорь Леонидович

кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Осипов Владимир Михайлович

Ведущая организация Российский государственный

гидрометеорологический университет

Защита состоится к 2) V 2008 года в 1 _ часов на заседании совета

Д 212 232 35 по защите докторских и кандидатских диссертаций при Санкт-Петербургском государственном университете по адресу 199034, Санкт-Петербург, Университетская наб , д 7/9

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СПбГУ

Автореферат разослан «2Д> апреля 2008 года

Ученый секретарь диссертационного /

совета, кандидат физ.-мат наук

А.Л Котиков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Настоящая диссертационная работа посвящена исследованию фонового стратосферного аэрозоля по данным спутниковых измерений прозрачносш атмосферы

Актуальность темы. Стратосферный аэрозоль играет важную роль в различных атмосферных процессах, влияет на радиационный баланс и химический состав атмосферы [1] Несмотря на более чем 40 - летние исследования стратосферного аэрозоля различивши меюдами, значительное количество существующих (разнородных) данных не позволяет полностью описать его многочисленные характеристики, необходимые для численного моделирования состояния стратосферы и ее влияния на климат Земли [1] В частности, остается открытым вопрос о величине антропогенного влияния на фоновый стратосферный аэрозоль Это об} словлено периодическими мощными вулканическими извержениями, приводящими к увеличению его содержания на порядки и трудностями выделения чисто фоновых состояний Так, например влияние извержения вуткана Пинатубо (Филиппины, июнь 1991 г ) прослеживалось в течение 5-7 лет [1]

Основными источниками фонового стратосферного аэрозоля являются SO2 и OCS, а также с>льфатный аэрозоль, поступающие из тропосферы в тропических районах [1] До конца не изучена количественно роль биогенных эмиссий диметилсульфида (CH3SCH3), метеоритов, космического излучения, полетов самолетов и ракет в формировании фонового стратосферного аэрозоля [1]

Актуальным в настоящее время является получение новых данных о состоянии фонового стратосферного аэрозоля Длительный период отсутствия мощных вулканических извержений после извержения Пинатубо (июнь 1991 г) делает для исследований фонового аэрозоля наиболее удобным период, начиная приблизительно с 1996-1998 г г

С февраля 2002 года по декабрь 2005 года на спутнике «Метеор-ЗМ» №1 функционировал многоканальный спектрометр SAGE III (Stratospheric Aerosol and Gas Experiment III, российско-американский эксперимент) [2, www-sage3 larc nasa gov], no результатам измерений которого (затменный метод), в частности, определялись высотные профили спектрального коэффициента аэрозольного ослабления (СКАО) в диапазоне 0 3851 55 мкм [2]

Целью диссертационной работы является получение и анализ новой информации о пространственно-временных вариациях параметров микрофизики стратосферного аэрозоля на основе обработки данных совместного российско-американского спутникового эксперимента SAGE III В соответствии с поставленной целью были решены следующие основные задачи

1 Проведено исследование информативности и потенциальной точности спутникового

метода определения различных микрофизических параметров стратосферного аэрозоля На основе этого был осуществлен выбор оптимальных характеристик микрофизики для фонового стратосферного аэрозоля

2 Реализована разработанная на основе чеюда множественной линейной регрессии и имеющейся статистической модели стратосферного аэрозоля методика решения обратной задачи по восстановлению интегральных параметров микрофизики стратосферного аэрозоля (площадь поверхности частиц S и объем частиц V в единице объема) из данных спутниковых измерений СКАО

3 Обработаны данные всех измерений, выполненных прибором SAGE III за период его

функционирования (02 2002 - 12 2005, 33350 измерений), для углубленного анализа были обработаны также данные эксперимента SAGE II за период с 1998 по 2005 год

4 Проведена валидация полученных результатов на основе использования данных зондовых измерений, выполненных сотрудниками Университета штата Вайоминг (США)

5 Исследованы пространственно-временные вариации параметров 5 и V (а) долготные, (б) широтно-долготные, (в) сезонные и межгодовые

6 Проведено сравнение полученных данных с климатологией стратосферного аэрозоля и результатами численного моделирования

7 Создана доступная через Интернет база данных параметров S и V фонового стратосферного аэрозоля, полученных по данным прибора SAGE III (2002-2005 г г)

Научная новизна диссертационной работы определяется полученными результатами

1 Впервые исследована информативность спутникового метода определения »микроструктуры стратосферного аэрозоля на основе понятия о количестве информации по Шеннону и показана целесообразность определения параметров S и V (площадь поверхносги и объем частиц в единице объема) в условиях фонового аэрозоля

2 Впервые получены на основе данных спутникового эксперимента SAGE III значения интегральных микрофизических параметров стратосферного аэрозоля и проведен анализ этих данных

3 Впервые получены и исследованы долготные зависимости параметров микрофизики стратосферного аэрозоля

Достоверность полученных в работе результатов обеспечивается использованием в качестве входной информации провалидировапных данных спутниковых измерений спектральных коэффициентов аэрозольного ос тбления, апробированного метода множественной линейнои регрессии для решения обратной задачи, численными оценками и экспериментами по анализу погрешностей восстановленных параметров Достоверность подтверждав 1ся сравнением полученных результатов с данными независимых зондовых измерении

Научная и практическая значимость Получены новые данные о фоновом стратосферном аэрозоле (2002-2005 гг), в юм числе новая информация о долготных зависимостях ею параметров Эти данные могут найти применение для построения более полной климатотогии параметров страюсферного аэрозоля, анализа возможного антропогенного влияния на стратосферный аэрозоль, для валидации и совершенствования численных моделей стратосферного аэрозоля На основе разработанной методики решения обратной задачи была проведена также обработка данных эксперимента SAGE II за период 1998-2005 гг, эти данные были переданы в Институт метеорологии М Планка (Гамбург, Германия) для валидации разрабатываемой ими новой версии численной модели стратосферного аэрозоля На защиту выносятся следующие положении-

1 Информативность и точность метода определения микроструктуры стратосферного аэрозочя, основанного на спутниковых измерениях прозрачности атмосферы

2 Вывод о том, что в условиях фонового стратосферного аэрозоля для анализа его относительно малых пространственно-временных вариаций целесообразно восстанавливать не функции распределения частиц по размерам, а интегральные параметры (площади и объемы) в относительно толстых высотных слоях (5 км)

3 Алгоритм (методика) решения обратной задачи по восстановлению параметров микрофизики страгосферно1 о аэрозоля из спутниковых измерений спектрального коэффициента аэрозольного ослабления

4 Валидация полученных результатов на основе сравнения с данными локальных зондовых измерений параметров стратосферного аэрозоля, выполненных Университетом штата Вайоминг (США)

5 Анализ долттных, широтно-долготных, сезонных и межгодовых вариаций параметров S и К стратосферного аэрозоля

6 Сравнение полученных результатов с климатологией и результатами численного моделирования стратосферного аэрозочя

Личный вклад автора. Исследования информативности и точности восстановления различных параметров микрофизики фонового стратосферного аэрозоля по спутниковым измерениям прозрачности (в выборе методов этих исследовании также принимали участие соавторы опубликованных работ) Выбор оптимальных параметров для восстановления в условиях фоновою стратосферного аэрозоля Разработка и реализация методики решения обратной задачи Обработка данных спутниковых измерений Валидация и анализ полученных результатов (в анализе результатов принимали участие также соавторы опубликованных работ) Сравнение полученных результатов с климатологией и результатами численного модетирования стратосферного аэрозоля

Апробация работы. Результаты, представленные в диссертации, докладывались на ряде международных и всероссийских конференций Международном Симпозиуме по Атмосферной Радиации стран СНГ (МСАР-04, МСАР-06, Санкт-Петербург, 2004, 2006), Ассамблеях Европейского Геофизического Союза (24-29 04 2005 и 2-7 04 2006, Вена, Австрия), Международном симпозиуме ЭОЭЗТ (6-9 06 2005 Вашингтон, США), 31-м Международном Симпозиуме по дистанционному зондированию окружающей среды (КИБЬ, Санкт-Петербург, 20-24 июня 2005), Международном симпозиуме «Физика атмосферы наука и образование» (Санкг-Петербург, 2007) Результаты также докладывались на семинарах кафедры физики атмосферы физического факультета Санкт-Петербургского государственного университета, Международною центра по окружающей среде и дистанционному зондированию им Нансена и в Российском государственном гидрометеорологическом университете

Публикации По теме диссертации опубликовано 4 статьи, в том числе 3 статьи в рецензируемых журналах, входящих в список Высшей Аттестационной Комиссии (ВАК)

Структура и объем диссертации Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и библиографии Объем диссертации составляет 154 страницы, включая 65 рисунков и список литературы из 111 наименований

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цели и задачи исследований, а также научная новизна полученных результатов

В первой главе рассмотрены источники, стоки и химический состав стратосферного аэрозоля, а также механизмы его влияния на радиационный баланс планеты и химические процессы в атмосфере Перечислены различные методы исследования стратосферного аэрозоля, основное внимание уделено затаенному спутниковому методу, в частности,

экспериментам SAGE III и SAGE II По результатам измерений этих приборов в NASA были получены вертикальные профити коэффициента аэрозольного ослабления в девяти (1550, 1020, 869, 756, 676, 602, 525, 453, 385 нм) и четырех (1020, 525, 453 и 385 нм) спектральных каналах, соответственно В гл 1 также рассмотрены основные методы интерпретации данных таких измерений и решения обратной зада'ш по восстановлению различных параметров микрофизики аэрозоля К этим параметрам, в первую очередь, относится функция распределения частиц по размерам (ФРР) и ее интегральные параметры, например общее чисто частиц N, общая площадь поверхности частиц S и общий объем частиц V в единице объема воздуха, а также эффективный оадиус частиц Rejj = 3 V/S

Во второй паве представлен анализ информативности и точности дистанционного метода определения микроструктуры стратосферного аэрозоля, основанного на спутниковых измерениях прозрачности атмосферы На основе понятия о приращении количества информации по Шеннону [3] было проведено исследование информативности измерений СКАО различными спутниковыми приборами относительно ФРР и ее интегральных параметров N, S и V Потенциальная точность их восстановления оценивалась при помощи расчета матриц ошибок [3] Делается вывод, что для фоновых условий целесообразно восстанавливать параметры S и V, погрешности восстановтения ФРР и N велики с учетом их относительно малых вариаций, характерных для фонового аэрозоля

В третьей главе описывается разработанная в ходе выполнения настоящей диссертационной работы методика решения обратной задачи по восстановлению площади поверхности S и объема частиц V стратосферного аэрозоля из данных спутниковых измерений СКАО (также рассчитывался эффективный радиус частиц Rejf - 3 V/S)

Эта методика основана на методе множественной линейной регрессии [3J Она была применена для обработки данных 33350 измерений, выполненных в период функционирования спутниковой аппаратуры SAGE III (02 2002-12 2005 г) Для оценки погрешностей восстановления S и V рассчитывалась матрица ошибок [3] Авторами работы [4] был предоставлен модельный ансамбль вертикальных профилей ФРР В рамках настоящей работы из него был получен ансамбль вертикальных профилей параметров S и V (методом интегрирования) и ансамбль соответствующих им вертикальных профилей СКАО для 9 длин волн, соответствующим спектральным каналам аппаратуры SAGE III (расчет по теории Ми) Из полученных ансамблей для S, V и СКАО было выделено по 5 подансамблей для следующих высотных слоев 10-15, 15-20, 20-25, 25-30 и 30-35 км, они были

использованы в качестве априорной информации исходя из принадлежности текущей высоты к одному из этих слоев Перед обработкой данных СКАО осуществлялась их фильтрация - (1) тропосферная часть вертикальных профилей СКАО не обрабатывалась и (2) обрабатывались только данные для безоблачных случаев (фильтрация по критерию [5])

Шат высотной сетки данных измерений СКАО (SAGE III) составляет 0 5 км Для подавления случайных ошибок и более достоверного анализа малых вариаций 5 и V, характерных для фонового аэрозоля, проводилось высотное усреднение полученных результатов в слоях толщиной 5 км (10-15, 15-20, 20-25 25-30 и 30-35 км) Для дальнейшего анализа были выбраны слои 15-20 и 20-25 км, так как измерения аппаратуры SAGE III редко давали значения КАО одновременно во всех каналах на других высотах

100

Высотный слой 20-25 км [

<и о. so J

S I

S о 60 -I 59%

5 I

1

<х> 40 -

о 28%

.с —i

1— 20

S

О 0 | 1—

О 0 10 20 30

1 00 -

s

| 80

0 60 с

<3

1 40

-О

Щ 20

s

о о

Д О

Высотный слой 20-25 kmJ 69%

-1 -)-

10

20

30

Погрешность восстановления ;

s 100 jIj

CD О. 80 J

2£ _

о 5 S 60

<v о 40 i i

-о I

Р g 20 ч i

1 0 -L.

Погрешность восстановления V, %

Чоо

39% — 33%

О 10 20 30

Погрешность восстановления S %

I 80 "

I 60 -

о

S

3"

ч> 40

0

1 20

S О

о

ё

Высотный слой 15-20 км

51% 34%

0 10 20 30

Погрешность восстановления V %

Рис 1 Статистика оценок относительных среднеквадратичных ошибок восстановления 5 и V для высотных слоев 15-20 и 20-25 км

На рис 1 приводится статистика оценок относительных среднеквадратических ошибок восстановления 5 и V для этих слоев Как видно из рисунка, в слое 15-20 км в 72% случаев погрешность для 6' составляет от 10 до 15%, а для V лежит в пределах от 5 до 10% в 85%

Раздел 5 3 посвящен продолжению валидации разрабо шнной методики решения обрагной задачи Наличие 11 пар совместных измерений прибором SAGE II и зондами университета штата Вайомиш (США) [б] явилось одной из причин, вынудивших в настоящей работе провесш также обработку данных SAGE II В большинстве случаев разность значений S, полученных в данной работе по данным SAGE II, и значении, полученных по данным зондовых измерений, не превышает 15% Систематические различия составили -8% в высотном слое 15-20 км (восстановленные по данным SAGE II значения, в среднем, меньше значений, полученных по данным зондовых измерений) и -2% в слое 20-25 юг Среднеквадрагические различия составили 21% для слоя 15-20 км и 15% для слоя 20-25 км С учетом погрешностей обоих типов косвенных измерений (порядка 10-15%), можно сделать вывод о хорошем согласии их результатов Сравнения с данными зондовых измерений также показали, в среднем, лучшее согласие с результатами данной работы, чем с данными, полученными по методике NASA

В разделе 5 4 на основе значений, полученнык по данным 49 пар совместных измерений приборами SAGE II и SAGE III, делается вывод о хорошем согласии результатов восстановления площади поверхности частиц S (в пределах 2%) и об удовлетворительном согласии результатов для объема частиц V (в пределах 15% в высотном сюе 15-20 км и в пределах 2% в слое 20-25 км) Таким образом, результаты валидации раздела 5 3 можно распространить также и на восстановления S, выпо шейные по данным SAGE III

В разделе 5 5 представлен анализ широтных зависимостей S, полученных по данным SAGE II для различных месяцев 2004 и 2005 года Анализ таких зависимостей по данным этого прибора неоднократно проводился ранее (например, в [7]), но, как правило, он покрывает период с 1984 i (начало измерений) но середину или конец 90-х годов

На основе результатов, представленных в гч 4, был сделан вывод, о том, что в 2005 году содержание стратосферного аэрозоля резко возросло по сравнению с 2004 г Для более полного понимания этого явления был проведен анализ широтных зависимостей S для эгих двух лет Он показал относительно высокие значения S (превышающие средние в 1 5-2 раза) на широтах 5° с ш -5° ю ш с марта по июль 2005 юда (в августе 2005 года аппаратура SAGE II закончила свою работу) Максимум S для этих широт достигается в апреле (1 75 мкм2/см3 в высотном слое 20-25 км, погрешность ~3%) По данным сайта [www volcano si edu] с октября 2004 года происходило извержение вулкана Манам (Папуа - Новая Гвинея, 4 080° ю ш , 145 037° в д ), его продукты (в отдельные дни) достигали стратосферы Имеющиеся данные позволяют сказать о предположительном влиянии этою извержения на увеличение

содержания стратосферного аэрозоля в 2005 году, при этом западная фаза КДО способствовала интенсивному нереяосу его продуктов в сторону полюсов

Раздел 5 6 посвящен сравнению полученных данных с численной моделью стратосферного аэрозоля SAM-ECHAM4 (Институт метеорологии Макса Планка, Гамбург ФРГ) Оно показало, чго модель дает систематически большие значения S, чем результаты, полученные в рамках данной работы Разность составляет 5 30% в высотном слое 15-20 км и 20 40% в слое 20-25 км Наблюдается неудовлетворительное согласие форм широтных зависимостей S

Результаты сравнений позволяют сделать вывод о необходимости дальнейшего совершенствования численной модели SAM-ECHAM4

В Заключении представлены основные результаты и выводы диссертационной работы

1 Изучена информативность спутниковых измерении спектральных коэффициентов аэрозольного ослабления (СКАО) относительно различных параметров микрофизики фонового стратосферпого аэрозоля Проведены численные оценки потенциальной точности восстановления этих параметров Показано, что для фонового аэрозоля целесообразно восстанавливать параметры S и V (а не ФРР) в достаточно толстых высотных слоях

2 Разработана, реализована и провалшшрована методика восстановления параметров S и V

фонового стратосферного аэрозоля по данным спутниковых экспериментов SAGE III и SAGE II Сравнения результатов, полученных в данной работе, с результатами независимых зондовых измерений, выполненных Университетом штата Вайоминг (США), показали хорошее согласие

3 Обработаны все измерения СКАО, выполненные прибором SAGE III за период его функционирования (02 2002 - 12 2005, 33 350 измерений), а также измерения прибора SAGE II за период с 1998 по 2005 год

4 Проанализированы пространственно-временные вариации параметров S и V, потученных по данным измерений аппаратуры SAGE III

4а Долготные зависимости аэрозольных характеристик для различных месяцев и широтных

зон могут быть как слабыми, так и досшгающими 30-40% 4Ь Построенные широтно-долготные поля изолиний S и V демонстрируют различный характер пространственно-временных вариаций

4с Полученные для широтного пояса 70-75° с ш данные обнаруживают зависимость параметров аэрозоля ог фазы КДО (квазидвухлетние осцитляции зонатьного стратосферного ветра)

5 Полученные данные сопоставлены с климатологией и результатами численного моделирования фонового стратосферного аэрозоля

5а Полученные по измерениям прибора SAGE III (2002-2005 гг) результаты в целом демонстрируют близкие к более ранним данным (за 1996-1999 г г) значения Полученные в настоящей работе значения S больше старых данных на 10% в высотном слое 15-20 км и на 20% в слое 20-25 км 5Ь Результаты сравнения полученных данных с численной моделью стратосферного аэрозоля SAM-ECHAM4 (Институт метеорологии М Пчанка, Германия) позволяют сделать вывод о необходимости дальнейшего совершенствования этой модели

6 Сформирована база данных микрофизических параметров стратосферного аэрозотя, полученных по данным эксперимента SAGE III (за 2002-2005 гг), которая доступна по адресу http Wtroll phys spbu ru\Personal_pages\Polyakov\sagedat html

Соискатель бчагодарит проф X Грассча, проф ЮМ Тимофеева докт ф -м н AB По шкива, проф Л С Ивчева, проф СП Смышляева, канд ф-м и ВС Косцоваиканд ф-м н Я А Виролаинен за ценные советы, замечания и обсуждение текста данной работы, сотрудников NASA Langley Research Center Atmospheric Sciences Data Center за предоставленные данные спутниковых экспериментов SAGE III и SAGE II, Институт метеорологии М Г1 панка (Гамбург, Германия) за предоставчениые данные модечи SAM-ЕСНАМ4 Результаты зондовых измерений стратосферного аэрозочя, выполненных университетом штата Вайочинг (США), были взяты с их веб-сайта [ftp//trex uwyo edu/pub/Wy_4izeDist] Работа вьгпочнена при финансовой поддержке Международного центра по окружающей среде и дистанционному зондированию им Нансена (Санкт-Петербург)

По теме диссертации опубликованы следующие работы

1 Чайка AM, Тимофеев ЮМ, Поляков AB, Косцов ВС Анализ спутникового метода определения микроструктуры стратосферного аэрозоля III Исследование Земли из космоса 2006, № 3, с 55-61

2 Чайка AM, Тимофеев Ю М, Почяков А В Стратосферный аэрозоль по данным измерений аппаратуры SAGE III ///Исследование Земли из космоса 2007, №2, с 10-18

3 Чайка AM, Тимофеев ЮМ, Почяков А В Интегральные микрофизические параметры фонового стратосферного аэрозоля в 2002 - 2005 гг (спутниковый эксперимент с аппаратурой SAGE III) III Изв РАН Физика атмосферы и океана 2008, т 44, №2, с 206220

4 Чайка А М Сравнение восстановлений характеристик стратосферного аэрозоля по методикам NASA и СПбГУ из данных SAGE IIII Физика атмосферы наука и образование Изд-во С-Пб Гос Ун-та Санкт-Петербург, 2007, с 100-106

Список цишровапиой литературы

1 Assessment of stratospheric aerosol properties (ASAP) Edited by Thomason L and Peter Th

WCRP-124 WMO/TD- No 1295, SPARC Report No 4, 348 p ГеЬгиагу2006

2 Thomason, L IV and G Taha SAGE III Aerosol Extinction Measurements Initial Results III Geophys Res Lett, v 30, 1631, doi 10 1029/2003GL017317, 2003

3 Rodgers CD Inverse methods for atmosphenc sounding Theory and practice Series on Atmospheric, Oceanic and Planetary Physics - V 2 World Scientific Singapore-New Jersey-London-Hong Kong 2000 238 pp

4 Buponauuw Я A , Тимофеев Ю M, Cmui X, Почяков А В, Ньючерч M Анализ решений

обратной задачи по восстановлению микроструктуры стратосферного аэрозоля из спутниковых измерении спектрального коэффициента аэрозольного ослабления III Изв РАН ФАО, т 42, No 6, с 816-829, 2006

5 McCormick MP, Steele НМ, Hamill Р, Chu WP andSv,issler ТJ Polar stratospheric cloud

sightings by SAM 11 III J Atmos Sci, 39, 1387-1397, 1982

6 De%hler T, ME ITervig, DJ Hofmann, JM Rosen, and J В Liley, Thirty years of in situ stratosphenc aerosol size distribution measurements from Laramie, Wyoming (41°N), using balloon-borne instruments III J Geophys Res, v 108, No D5, 4167, doi 10 1029/2002JD0025I4,2003

7 Hitchman, M, M McKay, and С R Trepte, A climatology of stratosphenc aerosol III J Geophys Res , v 99, No D10, pp 20689-20700, 1994

PTu/^cffcf/iPr с//о /¿>, //

Подписано в печать 18 04 2008 Формат 60x84 1/16 Бумага офсетная Печать офсетная Уел печ л 1,0 Тираж 100 экз Заказ № 797

Отпечатано в ООО «Издательство "ЛЕМА"»

199004, Россия, Санкт-Петербург, В О , Средний пр , д 24, тел /факс 323-67-74 e-mail izd_lema@mail ru

Содержание диссертации, кандидата физико-математических наук, Чайка, Алексей Михайлович

Введение.

Глава 1. Стратосферный аэрозоль и его мониторинг.

1.1 Стратосферный аэрозоль - фоновый и вулканический.

1.2 Методы исследования стратосферного аэрозоля.

1.3 Спутниковый эксперимент SAGE II.

1.4 Спутниковый эксперимент SAGE III.

1.5 Другие спутниковые приборы, использовавшиеся для исследования стратосферного аэрозоля.

1.6 О сравнении данных о стратосферном аэрозоле, полученных разными методами и приборами.

1.7 Интерпретация данных спутниковых измерений.

1.8 Выводы.

Глава 2. Анализ информативности и точности спутникового метода определения микроструктуры стратосферного аэрозоля.

2.1 Расчет информативности и точности дистанционных измерений относительно функции распределения частиц по размерам (ФРР).

2.2 Расчет информативности и точности дистанционных измерений КАО относительно интегральных параметров распределения частиц по размерам.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Исследование фонового стратосферного аэрозоля по данным спутниковой аппаратуры SAGE III"

Настоящая диссертационная работа посвящена исследованию фонового стратосферного аэрозоля по данным спутниковых измерений прозрачности атмосферы. Актуальность проблемы исследования

Стратосферный аэрозоль играет важную роль в различных атмосферных процессах, влияет на радиационный баланс и химический состав атмосферы [1]. Несмотря на более чем 40 — летние исследования стратосферного аэрозоля различными методами, значительное количество существующих (разнородных) данных не позволяет полностью описать его многочисленные характеристики, необходимые для численного моделирования состояния стратосферы и ее влияния на климат Земли [1]. В частности, остается открытым вопрос о величине антропогенного влияния на фоновый стратосферный аэрозоль. Это обусловлено периодическими мощными вулканическими извержениями, приводящими к увеличению его содержания на порядки и трудностями выделения чисто фоновых состояний. Так, например, влияние извержения вулкана Пинатубо (Филиппины, июнь 1991 г.) прослеживалось в течение 5-7 лет [1]. Основными источниками фонового стратосферного аэрозоля являются SO2 и OCS, а также сульфатный аэрозоль, поступающие из тропосферы в тропических районах [1]. До конца не изучена количественно роль биогенных эмиссий диметилсульфида (CH3SCH3), метеоритов, космического излучения, полетов самолетов и ракет в формировании фонового стратосферного аэрозоля [1].

Актуальным в настоящее время является получение новых данных о состоянии фонового стратосферного аэрозоля. Длительный период отсутствия мощных вулканических извержений после извержения Пинатубо (июнь 1991 г.) делает для исследований фонового аэрозоля наиболее удобным период, начиная приблизительно с 1996-1998 г.г. С февраля 2002 года по декабрь 2005 года на спутнике «Метеор-ЗМ» №1 функционировал многоканальный спектрометр SAGE III (Stratospheric Aerosol and Gas Experiment III, российско-американский эксперимент), по результатам измерений которого (затменный метод), в частности, определялись высотные профили спектрального коэффициента аэрозольного ослабления (СКАО) в диапазоне 0.385-1.55 мкм. Целью диссертационной работы является получение и анализ новой информации о пространственно-временных вариациях параметров микрофизики стратосферного аэрозоля на основе обработки данных совместного российско-американского спутникового эксперимента SAGE III.

В соответствии с поставленной целью были решены следующие основные задачи:

1. Проведено исследование информативности и потенциальной точности спутникового метода определения различных микрофизических параметров стратосферного аэрозоля. На основе этого был осуществлен выбор оптимальных характеристик микрофизики для фонового стратосферного аэрозоля.

2. Реализована разработанная на основе метода множественной линейной регрессии и имеющейся статистической модели стратосферного аэрозоля методика решения обратной задачи по восстановлению интегральных параметров микрофизики стратосферного аэрозоля (площадь поверхности частиц S и объем частиц V в единице объема) из данных спутниковых измерений СКАО.

3. Обработаны данные всех измерений, выполненных прибором SAGE III за период его функционирования (02.2002 - 12.2005; 33350 измерений), для углубленного анализа были обработаны таюке данные эксперимента SAGE II за период с 1998 по 2005 год.

4. Проведена валидация полученных результатов на основе использования данных зондовых измерений, выполненных сотрудниками Университета штата Вайоминг (США).

5. Исследованы пространственно-временные вариации параметров S и V: (а) долготные; (б) широтно-долготные; (в) сезонные и межгодовые.

6. Проведено сравнение полученных данных с климатологией стратосферного аэрозоля и результатами численного моделирования.

7. Создана доступная через Интернет rhttp:\\troll.phvs.spbu.ruYPersonal pagesYPolyakov\ sagedat.htmll база данных параметров S и V фонового стратосферного аэрозоля, полученных по данным прибора SAGE III (2002-2005 г.г).

Научная новизна диссертационной работы определяется полученными результатами:

1. Впервые исследована информативность спутникового метода определения микроструктуры стратосферного аэрозоля на основе понятия о количестве информации по Шеннону и показана целесообразность определения параметров S и V (площадь поверхности и объем частиц в единице объема) в условиях фонового аэрозоля.

2. Впервые получены на основе данных спутникового эксперимента SAGE III значения интегральных микрофизических параметров стратосферного аэрозоля и проведен анализ этих данных.

3. Впервые получены и исследованы долготные зависимости параметров микрофизики стратосферного аэрозоля.

Достоверность полученных в работе результатов обеспечивается использованием в качестве входной информации провалидированных данных спутниковых измерений спектральных коэффициентов аэрозольного ослабления, апробированного метода множественной линейной регрессии для решения обратной задачи, численными оценками и экспериментами по анализу погрешностей восстановленных параметров. Достоверность подтверждается сравнением полученных результатов с данными независимых зондовых измерений. Научная и практическая значимость

Получены новые данные о фоновом стратосферном аэрозоле (2002-2005 гг), в том числе новая информация о долготных зависимостях его параметров. Эти данные могут найти применение для построения более полной климатологии параметров стратосферного аэрозоля, анализа возможного антропогенного влияния на стратосферный аэрозоль, для валидации и совершенствования численных моделей стратосферного аэрозоля. На основе разработанной методики решения обратной задачи была проведена также обработка данных эксперимента SAGE II за период 1998-2005 гг, эти данные были переданы в Институт метеорологии М. Планка (Гамбург, Германия) для валидации разрабатываемой ими новой версии численной модели стратосферного аэрозоля. Основные положения, выносимые на защиту:

1. Информативность и точность метода определения микроструктуры стратосферного аэрозоля, основанного на спутниковых измерениях прозрачности атмосферы.

2. Вывод о том, что в условиях фонового стратосферного аэрозоля для анализа его относительно малых пространственно-временных вариаций целесообразно восстанавливать не функции распределения частиц по размерам, а интегральные параметры (площади и объемы) в относительно толстых высотных слоях (5 км).

3. Алгоритм (методика) решения обратной задачи по восстановлению параметров микрофизики стратосферного аэрозоля из спутниковых измерений спектрального коэффициента аэрозольного ослабления.

4. Валидация полученных результатов на основе сравнения с данными локальных зондовых измерений параметров стратосферного аэрозоля, выполненных Университетом штата Вайоминг (США).

5. Анализ долготных, широтно-долготных, сезонных и межгодовых вариаций параметров S и Г стратосферного аэрозоля.

6. Сравнение полученных результатов с климатологией и результатами численного моделирования стратосферного аэрозоля.

Личный вклад;

Исследования информативности и точности восстановления различных параметров микрофизики фонового стратосферного аэрозоля по спутниковым измерениям прозрачности (в выборе методов этих исследований также принимали участие соавторы работ [83-85]). Выбор оптимальных параметров для восстановления в условиях фонового стратосферного аэрозоля. Разработка и реализация методики решения обратной задачи. Обработка данных спутниковых измерений. Валидация и анализ полученных результатов (в анализе результатов принимали участие также соавторы работ [83-85]). Сравнение полученных результатов с климатологией и результатами численного моделирования стратосферного аэрозоля. Апробация работы

Результаты, представленные в диссертации, докладывались на ряде международных и всероссийских конференций: Международном Симпозиуме по Атмосферной Радиации стран СНГ (МСАР-04, МСАР-06; Санкт-Петербург, 2004, 2006), Ассамблеях Европейского Геофизического Союза (24-29.04.2005 и 2-7.04.2006, Вена, Австрия), Международном симпозиуме SOSST (6-9.06.2005, Вашингтон, США), 31-м Международном Симпозиуме по дистанционному зондированию окружающей среды (ISRSE, Санкт-Петербург, 20-24 июня 2005), Международном симпозиуме «Физика атмосферы: наука и образование» (Санкт-Петербург, 2007).

Результаты также докладывались на семинарах кафедры физики атмосферы физического факультета Санкт-Петербургского Государственного Университета, Международного центра по окружающей среде и дистанционному зондированию им. Нансена и в Российском Государственном Гидрометеорологическом Университете. Публикации:

По теме диссертации опубликовано 4 статьи, в том числе 3 статьи в рецензируемых журналах, входящих в список Высшей Аттестационной Комиссии (ВАК).

Заключение Диссертация по теме "Физика атмосферы и гидросферы", Чайка, Алексей Михайлович

Основные результаты п. 5.1, 5.2 и 5.3 были опубликованы в [108].

Заключение

В настоящей диссертационной работе были получены следующие основные результаты и выводы:

1. Изучена информативность спутниковых измерений спектральных коэффициентов аэрозольного ослабления (СКАО) относительно различных параметров микрофизики фонового стратосферного аэрозоля. Проведены численные оценки потенциальной точности восстановления этих параметров. Показано, что для фонового аэрозоля целесообразно восстанавливать параметры S и V (а не ФРР) в достаточно толстых высотных слоях.

2. Разработана, реализована и провалидирована методика восстановления параметров S и V фонового стратосферного аэрозоля по данным спутниковых экспериментов SAGE III и SAGE II. Сравнения результатов, полученных в данной работе, с результатами независимых зондовых измерений, выполненных Университетом штата Вайоминг (США), показали хорошее согласие, систематическая разность значений площади поверхности частиц S не превышает (по модулю) 9%, а среднеквадратичная 21% для различных высотных слоев.

3. Обработаны все измерения СКАО, выполненные прибором SAGE III за период его функционирования (02.2002 - 12.2005; 33 350 измерений), а также измерения прибора SAGE II за период с 1998 по 2005 год.

4. Проанализированы пространственно-временные вариации параметров S и V, полученных по данным измерений аппаратуры SAGE III.

4а. Долготные зависимости аэрозольных характеристик для различных месяцев и широтных зон могут быть как слабыми, так и достигающими 30-40%. 4Ь. Построенные широтно-долготные поля изолиний S и V демонстрируют различный характер пространственно-временных вариаций.

4с. Полученные для широтного пояса 70-75° с.ш. данные обнаруживают зависимость параметров аэрозоля от фазы КДО (квазидвухлетние осцилляции зонального стратосферного ветра). При этом значения 5" и V во время западной фазы КДО, как правило, превышают аналогичные значения при восточной фазе на 20-50%. Особенности измерений прибором SAGE III не позволяют сделать четкий вывод о влиянии КДО на содержание аэрозоля на других широтах.

5. Полученные данные сопоставлены с климатологией и результатами численного моделирования фонового стратосферного аэрозоля.

5а. Полученные по измерениям прибора SAGE III (2002-2005 г.г.) результаты в целом демонстрируют близкие к более ранним данным (за 1996-1999 г.г.) значения. Полученные в настоящей работе значения S, в среднем, больше старых данных на 10% в высотном слое 15-20 км и на 20% в слое 20-25 км.

5Ь. Сравнение полученных данных с численной моделью стратосферного аэрозоля SAM-ЕСНАМ4 (Институт метеорологии М. Планка, Германия) показало систематическое завышение S по данным модели относительно значений, полученных в данной работе. Разность, как правило, составляет 5.30% в высотном слое 15-20 км и 20.40% в слое 2025 км. Наблюдается неудовлетворительное согласие форм широтных зависимостей S. Можно сделать вывод о необходимости дальнейшего совершенствования этой модели.

6. Сформирована база данных микрофизических параметров стратосферного аэрозоля, полученных по данным эксперимента SAGE III (за 2002-2005 гг), которая доступна по адресу: http:\\troll.phys.spbu.ru\Personal pages\Polvakov\sagedat.html

Соискатель благодарит проф. X. Грассла, проф. Ю.М. Тимофеева, докт. ф.-м. н. А.В. Полякова, проф. JI.C. Ивлева, проф. С.П. Смышляева, канд. ф.-м. н. B.C. Косцова и канд. ф.-м. п. Я.А. Виролайнен за ценные советы, замечания и обсуждение текста данной работы; сотрудников NASA Langley Research Center Atmospheric Sciences Data Center за предоставленные данные спутниковых экспериментов SAGE III и SAGE II; Институт Метеорологии М. Планка (Гамбург, Германия) за предоставленные данные модели SAM-ЕСНАМ4. Результаты зондовых измерений стратосферного аэрозоля, выполненных Университетом штата Вайоминг (США), были взяты с их веб-сайта [ftp://trex.uwyo.edu/pub/WySizeDist]. Работа выполнена при финансовой поддержке Научного Фонда «Международный центр по окружающей среде и дистанционному зондированию им. Нансена» (Санкт-Петербург).

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата физико-математических наук, Чайка, Алексей Михайлович, Санкт-Петербург

1. Assessment of stratospheric aerosol properties (ASAP). Edited by Thomason L.and Peter Th. WCRP-124. WMO/TD- No. 1295, SPARC Report No. 4, 348 p. Februaiy 2006.

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

3. WMO (World Meteorological Organisation), Scientific asessment of ozone depletion Report №25.1991.

4. Gruner, P. and H. Kleinert, Prob. Kosm. Phys., 10, 1927.

5. Junge С. E., C. W. Chagnon, andJ. E. Manson, Stratospheric aerosols. Ill J. Meteorology, 18, 81, 1961.

6. Junge С. E. and J. E. Manson, Stratospheric aerosol studies. Ill J. Geophys. Res. v.66, 2163, 1961.

7. Lacis, A. A., J. E. Hansen, and M. Sato, Climate forcing by stratospheric aerosols. Ill Geophys.Res. Lett., v. 19, 1607, 1992.

8. Pollack, J. В., О. В. Toon, and D. Wiedman, Radiative properties of the background stratospheric aerosols and implications for perturbed conditions. Ill Geophys. Res. Lett., v. 8, 26, 1981.

9. Kinne, S., О. B. Toon, and M. J. Prather, Buffering of stratospheric circulation by changing amounts of tropical ozone: A Pinatubo case study. Ill Geophys. Res. Lett., v. 19,1927, 1992.

10. Young, R., H. Houben, and O. Toon, Radiatively forced dispersion of the Mt. Pinatubo volcanic cloud and induced temperature perturbations in the stratosphere during the first few months following the eruption. Ill Geophys. Res. Lett., v. 21, 369,1994.

11. Dutton E. G. and J. J. DeLuisi, Spectral extinction of direct solar radiation by the El Chichon cloud during December 1982. Ill Geophys. Res. Lett., v.10, 1013, 1983.

12. McCormick, M. P. and T. J. Swissler, Stratospheric aerosols mass and latitude distribution of the El Chichon eruption cloud for October 1982. Ill Geophys. Res. Lett., v. 10, 877, 1983.

13. Dutton E.G. and J.R. Christy, Solar radiative forcing at selected locations and evidence for global lower tropospheric cooling following the eruptions of El Chichon and Pinatubo. Ill Geophys. Res. Lett., v. 19,2313,1992.

14. Trepte, C. R., L. W. Thomason, and G. S. Kent, Banded structures in stratospheric aerosol distributions. Ill Geophys. Res. Lett., v. 21, 2397, 1994.

15. Jensen, E. J., and О. B. Toon, The potential effects of volcanic aerosols on cirrus cloud microphysics. Ill Geophys. Res. Lett., v. 19,1759,1992.

16. Sassen, К, Evidence for liquid-phase cirrus cloud formation from volcanic aerosols: Climatic implications. Ill Science, v. 257, 516,1992.

17. Hamill, P., E. J. Jensen, P. B. Russell, and J. J. Bauman, The life cycle of stratospheric aerosol particles. Ill Bull. Am. Meteor. Soc., v. 78,1395,1997.

18. Kent, G. S., P-H. Wang, M. P. McCormick, and К M. Skeens, Multiyear measurements of upper tropospheric aerosol characteristics./// J. Geophys. Res., v. 100,13875,1995.

19. Ramanathan, V., R. D. Cess, E. F. Harrison, P. Minnus, B. R. Barkstrom, E. Ahmad, andD. Hartmann, Cloud-radiative forcing and climate: Results from the Earth Radiation Budget Experiment. Ill Science, v. 243, 57, 1989.

20. Hofmann, D. J. andS. Solomon, Ozone destruction through heterogeneous chemisty following the eruption of El Chichon. Ill J. Geophys. Res., v. 94, 5029, 1989.

21. Brasseur G., C. Granier, and S. Walters, Future changes in stratospheric ozone and the role of heterogeneous chemistry. ///Nature, v. 348, 626, 1990.

22. Solomon, S., R. W Sanders, R. R. Garcia, and J. G. Keys, Increased chlorine dioxide over Antarctica caused by volcanic aerosols from Mt. Pinatubo. ///Nature, v. 363, 248, 1993.

23. Cadle R. D., P. J. Crutzen, and D. Ehhalt, Heterogeneous chemical reactions in the stratosphere. Ill J. Geophys. Res., v. 80, 3381, 1975.

24. Rodriguez, J. M., M. К W. Ко, N. D. Sze, and C. W Heisey, Role of heterogeneous conversion of N2O5 on sulphate aerosol in global ozone losses. Ill Nature, v. 352, 134, 1991.

25. Solomon, S„ W. L. Grose, R. L. Jones, M. P. McCormick, M. P. Molina, A. O'Neill, L. R. Poole, and К P. Shine, Global Ozone Research and Monitoring Project Report No. 20, 1990.

26. McCormick, M. P., L. W Thomason, and C. R. Trepte, Atmospheric effects of the Mt. Pinatubo eruption. ///Nature, v. 373, 399, 1995.

27. Prather M, Catastrophic loss of stratospheric ozone in dense volcanic clouds. Ill J. Geophys. Res., v. 97,10187,1992.

28. Solomon, S., R. W. Portmann, R. R. Garcia, L. W. Thomason, L. R. Poole, and M. P. McCormick, The role of aerosol variations in anthropogenic ozone depletions at northern midlatitudes. Ill J. Geophys. Res., v. 101, 6713, 1996.

29. Bigg, E. K, A. Ono, and J. A. Williams, Chemical tests for individual submicron aerosol particles. ///Atmos. Environ, v. 8, 1, 1974.

30. Bigg, E. К., Stratospheric particles. Ill J. Atmos. Sci., v. 32, 910,1975.

31. Sheridan, P. J., R. C. Schnell, D. J. Hojmann, and T. Deshler, Electron microscope studies of Mt. Pinatubo aerosol layers over Laramie, Wyoming during summer 1991. Ill Geophys. Res. Lett., v. 19, 203, 1992.

32. Rosen, J. M., The boiling point of stratospheric aerosols. Ill J. Appl. Meteor., v. 10,1044, 1971.

33. Hojmann, D. J., and J. M. Rosen, Stratospheric sulphuric acid mass fraction and mass estimate for the 1982 volcanic eruption of El Chichon. Ill Geophys. Res. Lett., 10, 313, 1983.

34. Viggiano, A. A., and F. Arnold, Extended sulfuric acid vapor concentration measurements in the stratosphere. Ill Geophys. Res. Lett., v. 8, 583, 1981.

35. Grainger, R. G., A. Lambert, F. W. Taylor, J. J. Remedies, C. D. Rodgers, M. Corney, and B.J. Kerridge, Infrared absorption by volcanic stratospheric aerosols observed by ISAMS. Ill Geophys. Res. Lett., v. 20, 1283, 1993.

36. Cadle, R. D., P. J. Crutzen, and D. Ehhalt, Heterogeneous chemical reactions in the stratosphere. Ill J. Geophys. Res., v. 80, 3381, 1975.

37. Hojmann D. J. and J. M. Rosen, On the background stratospheric aerosol layer. Ill J. Atmos. Sci., v. 38,168, 1981.

38. Mossop, S. C., Volcanic dust collected at an altitude of 20 km. Ill Nature, v. 203, 824, 1964.

39. Shedlovsky, J. P., and S. Paisley, On the meteoritic component of stratospheric aerosols. Ill Tellus, v. 18, 499,1966.

40. Steele H. M. and P. Hamill, Effects of temperature and humidity on the growth and optical properties of sulphuric acid-water droplets in the stratosphere. Ill J. Aerosol Sci., v. 12, 517, 1981.

41. Tabazadeh, А., О. B. Toon, S. L. Clegg, and P. Hamill, A new parameterization of H2SO4/H2O aerosol composition: Atmospheric implications. Ill Geophys. Res. Lett., v. 24, 1931,1997.

42. Hanson, D. R., and A. R. Ravishankara, The reaction probability of CIONO2 and N2O5 on 40 to 75% sulphuric acid solution. ///J. Geophys. Res., v. 96, 17307,1991.

43. Toon О. B. and J. B. Pollack, Physical properties of stratospheric aerosols. Ill J. Geophys. Res., v. 75,7051, 1973.

44. Crutzen P. J., The possible importance of CSO for the sulfate layer of the stratosphere. Ill Geophys. Res. Lett., v. 3, 73, 1976.

45. Turco R. P., P. Hamill, О. B. Toon, and J. B. Pollack, OCS, stratospheric aerosols and climate. ///Nature, v. 283, 283, 1980.

46. Inn E. С. Y., J. F. Vedder, B. J. Tyson, and D. O'Hara, COS in the stratosphere. Ill Geophys. Res. Lett., v. 6, 191, 1979.

47. Ивлев JI. С., Довгалюк Ю.А. Физика атмосферных аэрозольных систем. СПб.: НИИХ СПбГУ, 1999.- 194 с.

48. Yue G. К, and A. Deepak, Latitudinal and altitudinal variation of size distribution of stratospheric aerosols inferred from SAGE aerosol extinction coefficient measurements at two wavelengths. Ill Geophys. Res. Lett., v. 11, 999, 1984.

49. Trepte C. R., and M. H. Hitchman, The stratopsheric tropical circulation deduced from satellite aerosol data. Ill Nature, v. 355, 626, 1992.

50. Hitchman, M., M. McKay, and C. R. Trepte, A climatology of stratospheric aerosol. Ill J. Geophys. Res., v. 99, No. D10, pp.20689-20700, 1994.

51. Kent, G. S„ and M. P. McCormick, SAGE and SAM II measurements of global stratospheric optical depth and mass loading. Ill J. Geophys. Res, v. 89, 5303, 1984.

52. Lambert, A., R. G. Grainger, J. J. Remedios, C. D. Rodgers, M. Corney, andF. W. Taylor, Measurements of the evolution of the Mt. Pinatubo aerosol cloud by ISAMS. Ill Geophys.Res. Lett., 20, 1287, 1993.

53. Russell P. В., W. Viezee, R. D. Hake, and R. Т. H. Collis, Lidar observations of the stratospheric aerosol: California, October 1972 March 1974. Ill Quart. J. Roy. Meteor. Soc., v. 102, 675, 1976.

54. Turco R. P., R. C. Whitten and О. B. Toon, Stratospheric aerosols: Observation and theory. Ill Rev. Geophys., v. 20, 233, 1982.

55. Rampino M. R. and S. Self, Sulphur-rich volcanic eruptions and stratospheric aerosols. Ill Nature, v. 310, 677,1984.

56. Valero F. P. J., and P. Pilewskie, Latitudinal survey of spectral optical depths of the Pinatubo volcanic cloud-derived particle sizes, columnar mass loadings, and effects on planetary albedo. Ill Geophys Res. Lett., v. 19, 163, 1992.

57. Deshler T. et al, Trends in the nonvolcanic component of stratospheric aerosol over the period 1971-2004. Ill J. Geophys. Res., v. 111, D01201, doi: 10.1029/2005JD006089,2006.

58. Goodman J., KG.Snetsinger, R.F.Pueschel, G. V.Ferry and S. Verma, Evolution of Pinatubo aerosol near 19 km altitude over western North America III Geophysical Research Letters, v. 21, pp. 1129-1132, 1994.

59. PinnickR.G., J.M.Rosen andD.J.Hofmann, Stratospheric aerosol measurements III: Optical model calculations III J. Atmos. Sci., Vol. 33, pp. 304-314, 1976.

60. Kolenda В., et al, Aerosol size distribution measurements using a multispectral lidar-system III Proc. SPIE Int. Soc. Opt. Eng., 1714, pp. 208-219, 1992.

61. Jaeger H., Long-term record of lidar observations of the stratospheric aerosol layer at Garmisch-Partenkirchen III J. Geophys. Res., v. 110, D08106, doi: 10.1029/2004JD005506, 2005.

62. Grainger RG., A.Lambert, C.D.Rodgers, F. W.Taylor and T.Deshler, Stratospheric aerosol effective radius, surface area and volume estimated from infrared measurements III Journal of Geophysical Research, Vol.100, N0.D8, pp. 16507-16518, 1995.

63. McCormick, M.P., Aerosol measurements from earth orbiting spacecraft. Ill Adv. Space Res., v. 2, 73, 1983.

64. Mauldin, L. E., Ill, N. H. Zaun, M. P. McCormick, J. H. Guy, and W. R. Vaughn, Stratospheric Aerosol and Gas Experiment II instrument: A functional description. Ill Opt. Eng., v. 24, 307, 1985.

65. McCormickM. P., SAGE II: An overview. Ill Adv. Space Res.,v. 7, No.2, p.73-86,1987.

66. Шифрин КС., Перелъман А.Я. Определение спектра частиц дисперсной системы по данным о её прозрачности III Цикл работ в журнале «Оптика и спектроскопия», т. 15, стр. 533-542, 667-675, 803-813; 1963, т. 16, 117-128; 1964, т.20, 143-153. 1966.

67. Chu W. P., and М. P. McCormick, Inversion of stratospheric aerosol and gaseous constituents from spacecraft solar extinction data in the 0.38 1.0 |J.m wavelength region. Ill Appl. Opt., v. 18, 1404, 1979.

68. Yue G. K. and A. Deepak, Retrieval of stratospheric aerosol size distribution from atmospheric extinction of solar radiation at two wavelengths III Appl. Opt., v. 22, No. 8, p.1639-1645, 1983.

69. Yue G.K., M. P. McCormick and W.P.Chu, Retrieval of composition and size distribution of stratospheric aerosols with the SAGE II satellite experiment III J. Atmos. Oceanic Technol., v. 3, pp. 371-380, 1986.

70. Brogniez С., and Lenoble J., Size distribution of stratospheric aerosol from SAGE II multiwavelength extinction III In Aerosol and Climate, pp.305-311, edited by P.V. Hobbs and M.P McCormick, A.Deepak, Hampton, VA, 1988.

71. WangP.-H., M.P.McCormick, T.J.Swissler, M.T.Osborn, W.H.Fuller andG.KYue, Inference of stratospheric aerosol composition and size distribution from SAGE II satellite measurements ///J. Geophys. Res., Vol.94, N0.D6, pp. 8435-8446, 1989.

72. Chu, W. P., M. P. McCormick, J. Lenonle, C. Brogniez and P. Pruvost, SAGE II inversion algorithm. 1113. Geophys. Res., v. 94, 8339,1989.

73. Thomason, L. W., L. R. Poole, and T. Deshler, A global climatology of stratospheric aerosol surface area density deduced from SAGE II measurements: 1984-1994. Ill J. Geophys. Res. v.102, No.D12, p. 8967-8976, 1997.

74. Steele H. M„ Turco R.P., Retrieval of aerosol size distributions from satellite extinction spectra using constrained linear inversion. Ill J. Geophys. Res, v. 102, No. D14, p. 1673716747, 1997.

75. Steele H. M., Lumpe J.D. et al., Retrieval of aerosol area and volume densities from extinction measurements: Application to POAMII and SAGE II III J. Geophys. Res. v. 104, No. D8, p. 9325-9336, 1999.

76. Lumpe J. D., R. M. Bevilacqua et al., POAM II retrieval algorithm and error analysis III J. Geophys. Res.,v, 102, No. D22, p. 23593-23614, 1997.

77. Hervig, M. E„ T. Deshler, and J. M. Russell III, Aerosol size distributions obtained from HALOE spectral extinction measurements III J. Geophys. Res. v. 103, 1573, 1998.

78. HervigM.E., Deshler Т., Stratospheric aerosol surface area and volume inferred from HALOE, CLAES, and ILAS measurements. Ill J. Geoph. Res. v. 103, No. D19, p. 2534525352, 1998.

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

80. Чайка A.M., Тимофеев Ю.М., Поляков А.В. Стратосферный аэрозоль .по данным измерений аппаратуры SAGE 1П. Ill Исследование Земли из космоса. 2007, №2, с. 1018.

81. Чайка A.M., Тимофеев Ю.М., Поляков А.В. Интегральные микрофизические параметры фонового стратосферного аэрозоля в 2002 — 2005 годах (спутниковый эксперимент с аппаратурой SAGE III). Ill Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2008, т. 44, №2, с. 206-220.

82. McCormick, М. P., W.P.Chu, G. W. Grams et al. High-latitude stratospheric aerosols measured by the SAM II satellite system in 1978 and 1979. Ill Science, v. 214, pp.328-331, 1981.

83. Yue G.K., M. P.McCormick and W.P.Chu. A comparative study of aerosol extinction measurements made by the SAM II and SAGE satellite experiments III J. Geophys. Res., v.89, No. D4, pp. 5321-5327, 1984.

84. Chu W.P., Trepte C.R., et al., SAGE III measurements, Proc. SPIE Int. Soc. Opt. Eng. -2002. №°481. - P. 457- 464.

85. Thomason L. W. and G. Taha. SAGE III Aerosol Extinction Measurements: Initial Results. ///Geophys. Res. Lett., v.30, 1631, doi:10.1029/2003GL017317, 2003.

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

87. Glaccum W., R. Lucke, R.M. Bevilacqua, et al. The Polar Ozone and Aerosol Measurement (POAM) II Instrument. Ill J. Geophys. Res., v.101, pp.14479-14487,1996.

88. Lucke R., L.D. Konvan, R.M. Bevilacqua, et al. The Polar Ozone and Aerosol Measurement (POAM) III instrument and early results. Ill J. Geophys. Res., v. 104, pp. 18755-18799,1999.

89. Lumpe J. D., R. M. Bevilacqua et al., POAM III retrieval algorithm and error analysis III J. Geophys. Res.,v. 107, No. D21, doi:10.1029/2002JD002137,2002.

90. Russell J.M. Ill, L.L. Gordley, J.H. Park, et al. The Halogen Occultation Experiment III J. Geophys. Res., v.98, pp.10777-10797,1993.

91. Rodgers C.D. Inverse methods for atmospheric sounding. Theory and practice. Series on Atmospheric, Oceanic and Planetary Physics V. 2. World Scientific. Singapore-New Jersey-London-Hong Kong. 2000. 238 pp.

92. Турчин В.Ф., Козлов В.П., Малкевич M.C. Использование методов математической статистики для решения некорректных задач. Ill УФН. 1970. Т. 102. № 3. С. 345-386.

93. Yue G.K., A new approach to retrieval of aerosol size distributions and integral properties from SAGE II aerosol extinction spectra. Ill J. Geophys. Res., v. 104, No. D22, pp. 2749127506, 1999.

94. Yue G.K. Retrieval of aerosol size distributions and integral properties from simulated extinction measurements at SAGE III wavelengths by the linear minimizing error method III J. Geophys. Res., vol. 105, No. Dll, pp. 14719-14736, 2000.

95. 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. Ill Appl. Opt. 2003. V.42. N.12. P. 1-11.

96. McCormick M.P., Steele H.M., Hamill P., Chu W.P. and Swissler T.J. Polar stratospheric cloud sightings by SAM II. Ill J. Atmos. Sci., v. 39, 1387-1397, 1982.

97. Bingen C., Fussen D., Vanhellemont F., A global climatology of stratospheric aerosol size distribution parameters derived from SAGE II data over the period 1984 -2000:

98. Reference data III J. Geophys. Res., v. 109, D06202, doi:10.1029/2003JD003511. 2004.

99. Barnes J.E., Hojmann D.J., Lidar measurements of stratospheric aerosol over Mauna Loa Observatory III G. Res. Lett. v. 24, No. 15,1997.

100. Чайка A.M. Сравнение восстановлений характеристик стратосферного аэрозоля по методикам NASA и СПбГУ из данных SAGE II III Физика атмосферы: наука и образование. Изд-во С-Пб Гос. Ун-та, Санкт-Петербург, 2007, с.100-106.

101. Ваитап J.J., Russell Р.В., Geller М.A. and P. Hamill. A stratospheric aerosol climatology from SAGE II and CLAES measurements: 2. Results and comparisons, 1984-1999 III

102. J. Geophys. Res., V.108, No.D13,4383, doi: 10.1029/2002JD002993,2003.

103. Timmreck C., Three-dimensional simulation of stratospheric background aerosol: First results of a multiannual general circulation model simulation III J.Geophys.Res., V. 106, No.D22, P. 28313-28332,2001.

104. Timmreck C. and GrafH.-F., A microphysical model for simulation of stratospheric aerosol in a climate model III Meteorologische Zeitschrift, V.9, No.5, pp. 262-282, 2000.