Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Исследование и моделирование глобального распределения молекулярного кислорода по данным о поглощении крайнего ультрафиолетового излучения на ИСЗ "Коронас-Ф"

ВАК РФ 25.00.29, Физика атмосферы и гидросферы

Автореферат диссертации по теме "Исследование и моделирование глобального распределения молекулярного кислорода по данным о поглощении крайнего ультрафиолетового излучения на ИСЗ "Коронас-Ф""

ВАЖЕНИН Андрей Андреевич

Исследование и моделирование глобального распределения молекулярного кислорода по даннылимюглощении крайнего ультрафиолетового излучения на ИСЗ «КОРОНАС-Ф»

Специальность 25.00.29 - «Физика атмосферы и гидросферы»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва 2011

о 3 2и11

4856534

Работа выполнена в Государственном учреждении «Институт прикладной геофизики имени академика Е. К. Фёдорова»

Научный руководитель:

доктор физико-математических наук, старший научный сотрудник, Нусинов Анатолий Абрамович

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, доцент, Тулинов Георгий Филиппович

кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник, Болдырев Сергей Иванович

Ведущая организация: НПО «Тайфун»

Защита состоится « А^^ГГ^ 2011 г. в // часов на заседании диссертационного совета Д 327.008.01 при Институте прикладной геофизики имени академика Е. К. Фёдорова по адресу: 129128, г. Москва, ул. Ростокинская, д.9

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке ГУ «ИПГ» по адресу: 129128, г. Москва, ул. Ростокинская, д.9

Автореферат разослан 2011 года

Учёный секретарь диссертационного совета:

к.ф.-м.н. /у „ Е. Н. Хотенко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Формулировка проблемы и её актуальность

Имеющиеся в настоящее время модели верхней атмосферы базируются, в основном, на спутниковых измерениях на высотах, где преобладающими газовыми компонентами атмосферы является атомарный кислород и молекулярный азот. На более низких уровнях атмосферы - в районе 100 км - объем экспериментального материала, положенного в основу существующих моделей, значительно меньше, и состоит, в основном, из масс-спекгрометрических данных ракетного зондирования. Эти данные, в силу естественных причин, ограничены выбором ракетных полигонов и немногочисленностью запусков (Николе М., 1964; Offermann D. et al., 1981; Weeks L. H., Smith L. G., 1968). Вследствие этого модельные данные по большей части основаны на чисто теоретических представлениях. Между тем состав атмосферы на указанных высотах принципиально важен для ряда научных, а также прикладных задач, и требует уточнения. Кроме того, в последнее время активно дискутируется вопрос об изменении состава атмосферы на этих высотах вследствие эффектов, связанных с трендами (см., например, Lastoviöka J. et. al, 2008). Всё это приводит к необходимости систематического измерения концентрации молекулярного кислорода на этих высотах. ...

Одним из таких методов может служить метод определения концентрации молекулярного кислорода по информации о поглощении крайнего ультрафиолетового (КУФ) излучения Солнца, в том числе, при спутниковых измерениях (Garriott О. К., Norton R. В., Timothy J. G. , 1977; Roble R. G., Norton R. B, 1972). Преимущества подобного метода заключаются в том, что он обеспечивает:

• возможность непрерывного мониторинга;

• возможность выявления сезонных и широтных вариаций;

• возможность выявления эффектов, связанных с геомагнитной

активностью и солнечными вариациями.

В настоящей работе были использованы данные космического аппарата (КА) «КОРОНАС-Ф», который функционировал на орбите в течение около пяти лет, на которые пришлись максимум и фаза спада < 23-го солнечного цикла.

з

Несмотря на большое количество работ, связанных с исследованием состава верхней атмосферы (как экспериментальных, так и теоретических), многие параметры на высотах около 100 км остаются недостаточно изученными. Также представляет интерес исследование временных вариаций этих параметров.

Задачи диссертационной работы

Диссертационная работа, заключавшаяся в экспериментальном исследовании вариаций концентрации молекулярного кислорода в верхней атмосфере по данным о поглощении крайнего солнечного УФ-излучения, включала в себя решение нескольких задач:

1. Разработка и развитие методических основ определения характеристик распределения молекулярного кислорода на высотах около 100 км по данным о поглощении солнечного КУФ излучения применительно к конкретным особенностям измерительных средств КА «КОРОНАС-Ф» и предполагаемых перспективных средств мониторинга Росгидромета.

2. Получение информации о высотном распределении молекулярного кислорода по данным о поглощении солнечного коротковолнового излучения, измерявшегося на КА «КОРОНАС-Ф».

3. Изучение влияния солнечной активности на концентрацию молекулярного кислорода в верхней атмосфере.

Вышеперечисленные задачи решались с помощью анализа данных измерений аппаратуры ВУСС-Л, установленной на борту КА «КОРОНАС-Ф», и обработки этих измерений. Для оценки полученных результатов, были использованы такие известные атмосферные модели как Яккия-77, М818-86 и некоторые другие.

Научная новизна работы

Предложен метод мониторинга концентрации молекулярного кислорода в верхней атмосфере, основанный на сравнении спутниковых измерений поглощения крайнего УФ излучения вблизи моментов восхода и захода Солнца с расчётами, использующими

эмпирическую модель верхней атмосферы на высотах более 90 км. Существенно, что в ходе разработки метода не применялись распространенные аппроксимации и приближения (в частности, использование функции Чепмена), заведомо приводящие к погрешностям: вместо них применяется решение задачи о поглощении, использующее численное интегрирование вдоль пути распространения излучения.

Доказано, что на исследуемых уровнях атмосферы (90-120 км) можно использовать приближение тонкого луча, но для того чтобы минимизировать погрешности, вызванные подобным- приближением, желательно учитывать геометрические размеры Солнца.

Научная и практическая ценность работы

В ходе работы были достигнуты результаты, основные из которых можно свести к следующему:

■ Предложен метод оценки концентрации молекулярного кислорода в атмосфере на высотах от 90 до 120 км, основанный на сравнении результатов расчетов поглощения солнечного излучения с данными экспериментов. В настоящей диссертации источником экспериментальных данных служила информация о поглощении крайнего ультрафиолетового (УФ) излучения Солнца, полученная с помощью аппаратуры ВУСС-Л, установленной на борту КА «КОРОНАС-Ф».

■ Развит метод расчёта ослабления реально измеренных спектров солнечного излучения с учётом спектральной чувствительности датчиков КУФ излучения, который использует интегрирование концентрации поглощающих газов в атмосфере вдоль пути распространения солнечного излучения; нижняя граница интеграла лежит в точке, в которой необходимо определить поглощение излучения, верхняя граница - на Солнце.

■ На основании анализа проведённых расчётов для данных измерений с борта КА «КОРОНАС-Ф», показано, что Солнце при вычислениях поглощения для высот более -90 км можно рассматривать в качестве точечного источника излучения, но для

минимизации погрешности было принято решение учитывать геометрические размеры светила.

■ Предложены уточнения для проведения баллистических и астрономических расчётов с целью более точного определения траектории движения КА по орбите. В частности, показана необходимость учёта уравнения времени при расчетах положения Солнца; в противном случае неизбежны значительные погрешности в расчетах поглощения солнечного УФ излучения в атмосфере. Выполнены оценки влияния точности определения положения КА на орбите на результаты вычислений концентрации молекулярного кислорода.

■ Проведен анализ влияния вариаций солнечной активности на концентрацию молекулярного кислорода для высот в районе 100 км. Выявлено, что это влияние незначительно. Этот результат хорошо согласуется, в частности, с атмосферной моделью 1ассЫа-77.

■ На основе предложенной методики получена оценка концентрации молекулярного кислорода в атмосфере для нескольких произвольно выбранных дат. Показано, что несмотря на хорошее согласие с моделью Яккия-77, возможны значительные отклонения. Например, для данных за 28.01.2003 с борта КА «КОРОНАС-Ф» оценочная концентрация молекулярного кислорода на высотах от 90 до 120 км примерно на 30% выше, чем концентрация согласно атмосферной модели Яккия-77, которая использовалась в качестве начального высотного распределения молекулярного кислорода при вычислениях поглощения солнечного излучения.

■ Создан методический аппарат, позволяющий проводить детальное исследование верхней атмосферы при наличии данных непрерывных длительных измерений, например на КА «КОРОНАС-Ф», который существовал на орбите почти 5 лет, или на КА «КОРОНАС-ФОТОН», который существовал на орбите почти год. Этот метод может быть использован для выявления временных, сезонных и широтных вариаций концентрации поглощающих газов в верхней атмосфере. Подобный анализ мог бы существенно дополнить имеющиеся данные о строении и структуре верхней атмосферы.

■ Выполнен детальный анализ различных видов аппроксимаций функции Чепмена, которая находит широкое применение в задачах, связанных с поглощением солнечного излучения в атмосфере Земли, а также её применимости для зенитных расстояний от 0 до 120°. Показано, что использование функции Чепмена приводит к существенным погрешности при расчетах для больших зенитных расстояний (более 90°). Сделано обоснование необходимости использования в таких случаях методов расчетов, свободных от использования функции Чепмена.

■ Описанная методика была проверена на данных прибора ФОКА, установленного на борту другого КА - «КОРОНАС-ФОТОН», который функционировал на околоземной орбите чуть меньше года. Особенностью данного прибора являлось то, что он «видел» в основном линию Лайман-альфа. Проведённые расчёты показывают хорошую согласованность с экспериментальными данными. Был сделан вывод о том, что данная методика применима для оценки концентрации молекулярного кислорода по данным спутниковых измерений, которые фиксируют ослабление солнечного излучения в КУФ области, при учёте особенностей конкретных датчиков.

Основные положения, выносимые на защиту

■ Предложен метод оценки концентрации молекулярного кислорода на высотах около 100 км, основанный на данных о поглощении КУФ излучения Солнца в атмосфере Земли.

• Проведённая оценка концентрации молекулярного кислорода на высотах вблизи 100 км в верхней атмосфере Земли даёт отличие от атмосферной модели Яккия-77 на величину от 5% до 300%.

■ Обосновано использование упрощения, в котором Солнце выступает в качестве точечного источника излучения применительно к задачам о поглощении солнечного излучения в атмосфере, если расчёты проводятся для высот более ~90 км. Вместе с тем предложен и реализован метод снижения вычислительной погрешности, при котором в вычислениях учитываются геометрические размеры светила.

■ Показано, что уровень солнечной активности слабо влияет на концентрацию молекулярного кислорода в верхней атмосфере на высотах ниже —120 км. Этот результат согласуется с атмосферной моделью Яккия-77 и МБ^.

■ Показано, что функция Чепмена, которая широко используется при решении задач, связанных с поглощением солнечного излучения в атмосфере Земли, неприменима при расчетах, в которых зенитные расстояния Солнца больше ~90°, т. к. её использование при таких условиях приводит к большим вычислительным погрешностям. Обоснован и реализован метод интегрирования концентрации молекулярного кислорода вдоль пути распространения солнечного излучения в подобных геофизических задачах.

Личный вклад автора

Автор принимал участие в постановке задач и выборе методов их решения, разрабатывал алгоритмы обработки данных с борта КА «КОРОНАС-Ф», предназначенные для проведения оценки концентрации молекулярного кислорода на высотах в атмосфере около 100 км, участвовал в анализе полученных результатов и их интерпретации. Автором было проведено детальное исследование функции Чепмена и её имеющихся аппроксимаций на предмет применимости в задачах о поглощении солнечного излучения атмосферой Земли при больших зенитных углах. Автором был проведён анализ влияния геометрии земного шара и солнечной активности на интенсивность солнечного излучения, приходящего на датчик прибора ВУСС-Л с борта КА «КОРОНАС-Ф».

Апробация диссертационной работы

Результаты, полученные и описанные в данной диссертационной работе, докладывались и обсуждались на научных конференциях, посвященных 70-летию первой дрейфующей экспедиции СП-1 (Москва, 2009), 100-летию со дня рождения академика Е.К.Федорова (Москва, 2010), а также на 11-ой Баксанской молодёжной школе по экспериментальной и теоретической физике (Нальчик, 2010).

Основные результаты, изложенные в диссертации, были опубликованы в реферируемых научных журналах «Геомагнетизм и Аэрономия» (т. 50, №2) и «Труды Главной геофизической обсерватории им. А. И. Воейкова» (вып. 559), а также в научных сборниках «Труды института прикладной геофизики имени академика Е. К. Фёдорова» (вып. 86 и 88) и «Труды одиннадцатой Баксанской молодежной школы экспериментальной и теоретической физики».

1. СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения, содержит 164 страницы, 53 рисунка, 5 таблиц и 3 приложения. Список литературы насчитывает 121 наименование.

Во ВВЕДЕНИИ сформулирована тема диссертации, обоснована её актуальность, обозначены задачи работы, направления исследований и основные положения, выносимые на защиту. Показана новизна полученных результатов, их научная и практическая ценность, а также описана структура диссертационной работы.

В ПЕРВОЙ ГЛАВЕ диссертации, в разделе 1.1, содержится обзор имеющихся на сегодняшний день методов исследования строения и газового состава атмосферы. В разделе 1.2 приводятся современные данные о составе и плотности верхней атмосферы на высотах вблизи 100 км. Большинство из них основаны на модельных данных и данных немногочисленных экспериментов, поэтому представляет интерес дополнить их данными, полученными с помощью спутниковых измерений, которым посвящена данная диссертационная работа. В разделе 1.3 дано описание основных существующих моделях атмосферы: Jacchia, MSIS, CIRA и некоторых других, менее известных. В разделе 1.4 даётся описание процессов, которые способствуют ослаблению излучения Солнца при прохождении через атмосферу Земли; рассматриваются плоскопараллельная и сферически симметричная модели атмосферы. Показана невозможность использования плоскопараллельной модели атмосферы, которая может служить лишь для приблизительной иллюстрации процессов, связанных с поглощением излучении в реальной атмосфере Земли.

Раздел 2.1 ВТОРОЙ ГЛАВЫ диссертационной работы посвящён краткому описанию аппаратуры ВУСС-Л, установленной на борту КА «КОРОНАС-Ф», с помощью которой были измерены потоки КУФ излучения в атмосфере Земли. Здесь же приводятся описание устройства и характеристик прибора ВУСС-Л. Аппаратура имела несколько специфических черт: в частности, систематическое изменение чувствительности датчика во времени, широкий диапазон регистрируемых длин волн, с максимумом чувствительности вблизи линии Лайман-альфа. Также во второй главе описан ряд астрономических задач, необходимых для решения основной задачи диссертации - определения концентрации молекулярного кислорода по данным спутниковых измерений.

Раздел 2.2 описывает методику определения местоположения КА на орбите с помощью орбитальной модели БОРД; эта модель позволяет рассчитывать траекторию движения КА, используя данные двухстрочных наборов элементов ТЬЕ, которые содержат основные параметры орбиты КА.

Раздел 2.3 описывает методику определения положения Солнца относительно Земли и относительно КА в заданный момент времени; обосновывается необходимость учёта различия между звёздным и солнечным временем (т. н. «уравнения времени») и оценивается его влияние на точность астрономических вычислений. Приводится оценка влияния точности определения положения КА на орбите на результаты вычислений ослабления солнечного излучения при прохождении через атмосферу Земли.

В ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ диссертации рассмотрен ряд методических задач, которые должны были быть решены, прежде чем приступать к решению основной задачи - оценки концентрации молекулярного кислорода в верхней атмосфере. К этим задачам были отнесены:

■ Учет размеров Солнца в задачах о поглощении крайнего УФ излучения атмосферой Земли (раздел 3.1). Показано, что для высот более ~90 км при регистрации излучения аппаратурой ВУСС-Л, с её специфической зависимостью чувствительности от длины волны, Солнце можно рассматривать в качестве точечного источника

ю

излучения. Однако для того, чтобы минимизировать погрешности вычислений, желательно учитывать геометрические размеры Солнца. В наше время доступные вычислительные мощности значительно возросли и можно не прибегать к подобной экономии на точности результатов.

■ Исследование применимости функции Чепмена в задачах, связанных с исследованием поглощения крайнего ультрафиолетового солнечного излучения в атмосфере (раздел 3.2). Показано, что для больших зенитных углов (больше примерно 90°) использование функции Чепмена даёт существенную погрешность при расчетах. При этом различные аппроксимации, предлагаемые многими авторами, могут давать значения функции Чепмена для больших зенитных углов, различающиеся порой в несколько раз (Swider W., Gardner М. Е., 1969). Это приводит к тому, что использование функции Чепмена в задачах такого рода заведомо привносит большую погрешность в результаты вычислений. Дано обоснование использованию численного интегрирования вдоль пути распространения излучения.

■ Применение эффективного сечения поглощения в задачах такого рода (раздел 3.3). Очень удобным кажется применение данного упрощения, когда вместо расчетов ослабления солнечного излучения в атмосфере Земли на каждой из длин волн, со своим собственным сечением поглощения, можно вычислить ослабление один раз, используя «эффективное сечение поглощения». Однако проведенные вычисления показали, что такое упрощение не может обеспечить необходимой точности при вычислениях для широкого диапазона длин волн, поэтому его использование нежелательно. Однако для небольших участков спектра, например, в области линии Лайман-альфа, его использование может быть полезным. Так, было показано, что значение эффективного сечения поглощения молекулярного кислорода для данного участка примерно в 1,5 раза больше того, которое обычно приводится в литературе (например, Ватанабе К., 1961; Garriott О. К., Norton R. В., Timothy J. G., 1977). Была проведена оценка влияния изменения сечения поглощения в области около линии Лайман-альфа на расчёты поглощения солнечного КУФ излучения атмосферой Земли. Было отмечено, что изменение сечения поглощения в этом небольшом участке спектра может существенно повлиять на результаты расчётов.

Решение перечисленных задач позволило при дальнейших исследованиях значительно снизить погрешности в вычислениях.

ЧЕТВЕРТАЯ ГЛАВА данной диссертационной работы посвящена непосредственно оценке концентрации молекулярного кислорода в атмосфере на высотах от 90 до 120 км, а также проверке описанной методики на основании данных измерений КА «КОРОНАС-ФОТОН».

В разделе 4.1 изложены основные теоретические выкладки, геометрия и методика расчётов для случая сферически симметричной атмосферы. Также в разделе 4.1 диссертации проводится оценка влияния на поглощение солнечного излучения атмосферой некоторых астрономических и геофизических факторов:

- уровня солнечной активности,

- различия экваториального и полярного радиусов Земли,

- точности определения высоты КА над поверхностью Земли.

Каждый из этих факторов оказывает влияние на результат при расчетах поглощения крайнего УФ-излучения при прохождении сквозь земную атмосферу и, как следствие, на результат определения концентрации молекулярного кислорода в верхней атмосфере.

В разделе 4.2 диссертации дается оценка концентрации молекулярного кислорода на высотах примерно от 90 до 120 км для нескольких произвольно выбранных дат по данным измерений солнечного КУФ-излучения с помощью аппаратуры ВУСС-Л на борту КА «КОРОНАС-Ф» и проводится ее сравнение с некоторыми атмосферными моделями, такими как модель ,1ассЫа-77, М81Б-90 и ИНЬМЭШЕ-ОО. Показано, что концентрация, полученная по данным измерений на КА, в среднем на 10-15% ниже, чем по данным атмосферных моделей для этих высот. Показана повторяемость результатов вычислений посредством предложенного метода для разных дат. Также рассмотрена возможность применения данной методики для наблюдения за сезонными вариациями концентрации молекулярного кислорода в атмосфере на высотах вблизи 100 км.

В разделе 4.3 диссертации приводится проверка методики на основании данных прибора ФОКА, установленного на борту КА

12

«КОРОНАС-ФОТОН». Датчик прибора ФОКА имел узкий диапазон чувствительности: он регистрировал потоки солнечного КУФ излучения в области линии Лайман-альфа, а также легко исключаемый видимый свет. Определение концентрации молекулярного кислорода по описанной методике, с учётом особенностей аппаратуры КА «КОРОНАС-ФОТОН», показало хорошую согласованность результата с атмосферной моделью Яккия-77. На основании этого был сделан вывод о возможности использования данной методики для оценки концентрации молекулярного кислорода в атмосфере на высотах вблизи 100 км по данным различных спутниковых измерений, регистрирующих потоки солнечного КУФ излучения.

В ЗАКЛЮЧЕНИИ содержатся выводы и основные результаты диссертационной работы. Показаны пути усовершенствования данного метода и дается предложение о его возможном применении в составе спутниковой системы мониторинга концентрации молекулярного кислорода в верхней атмосфере.

В ПРИЛОЖЕНИИ к диссертационной работе дана таблица сечения поглощения молекулярного кислорода в диапазоне чувствительности прибора ВУСС-Л, составленная по данным нескольких работ. Также приложение содержит две упрощенных блок-схемы: алгоритма вычисления поглощения солнечного УФ-излучения в атмосфере Земли и алгоритма получения оценки концентрации молекулярного кислорода в верхней атмосфере.

Список работ автора по теме диссертации

1. Важенин А. А. Концентрация молекулярного кислорода на высотах 90-120 км по измерениям солнечного УФ-излучения на ИСЗ «КОРОНАС-Ф» // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 50. № 2. С. 234-239. Москва, 2010.

2. Важенин А. А. Учет размеров Солнца в задачах о поглощении излучения в атмосфере Земли // Труды Главной геофизической обсерватории им. А.И.Воейкова. Вып. 559. С. 219-230. Санкт-Петербург, 2009.

3. Важенин А. А. О применимости функции Чепмена в задачах о поглощении излучения Солнца в атмосфере // Труды института прикладной геофизики имени академика Е. К. Федорова. Вып. 88. С. 27-30. Москва, 2010.

4. Важенин А. А. Концентрация молекулярного кислорода на высотах 90-120 км по измерениям солнечного УФ-излучения на КА «КОРОНАС-Ф» // Труды института прикладной геофизики имени академика Е. К. Федорова. Вып. 88. С. 30-37. Москва, 2010.

5. Важенин А. А. Разработка алгоритма расчета интенсивности ослабленного солнечного излучения на высотах полета КА «КОРОНАС-Ф» // Труды института прикладной геофизики имени академика Е. К. Федорова. Вып. 86. С. 16-23. Москва, 2009.

Содержание диссертации, кандидата физико-математических наук, Важенин, Андрей Андреевич

ВВЕДЕНИЕ.

Формулировка проблемы и ее актуальность.

Задачи диссертационной работы.

Научная новизна работы.

Научная и практическая ценность работы.

Структура и объем диссертации.

Основные положения, выносимые на защиту.

Личный вклад автора.

Апробация диссертационной работы.

ГЛАВА 1.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ОСНОВНЫЕ ДАННЫЕ О ПЛОТНОСТИ И ГАЗОВОМ СОСТАВЕ АТМОСФЕРЫ НА ВЫСОТАХ 90-120 КМ.

1.1. Методы исследования атмосферы.

1.1.1. Метод падающих сфер.

1.1.2. Масс-спектрометрические измерения.

1.1.3. Ракетные и аэростатные измерения. Измерения с самолетов.

1.1.4. Окклюзивно-затменный метод.

1.1.5. Оптическое просвечивание атмосферы. Лидары.

1.1.6. Радиопросвечивание атмосферы.

1.2. Данные о составе и плотности верхней атмосферы.

1.3. Модели верхней атмосферы.

1.3.1. Модель Яккия.

1.3.2. Модель МЕТ.

1.3.3. Модель MSIS.

1.3.4. С1ЯА-86.

1.3.5. иАМ.

1.4. Ослабление излучения Солнца в атмосфере Земли.

1.4.1. Плоскопараллельная атмосфера.

1.4.2. Сферически симметричная атмосфера.

1.5. Выводы к главе

ГЛАВА 2.

АППАРАТУРА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ДАННЫХ О ПОГЛОЩЕНИИ УФ-ИЗЛУЧЕНИЯ В АТМОСФЕРЕ ЗЕМЛИ.

2.1. Аппаратура ВУСС-Л.

2.1.1. Общие представления о чувствительности датчика.

2.2. Определение местоположения КА на орбите.

2.2.1. Орбитальная модель 8СР4.

2.2.2. Двухстрочные наборы элементов (ТЬЕ).

2.2.3. Изменение радиуса Земли от полюса к экватору.

2.3. Расчеты положения Солнца.

2.3.1. Уравнение времени в расчетах положения Солнца.

2.4. Выводы к главе 2.

ГЛАВА 3.

ЗАДАЧИ, УПРОЩАЮЩИЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ МОЛЕКУЛЯРНОГО КИСЛОРОДА В АТМОСФЕРЕ.

3.1. Учет размеров Солнца в задачах о поглощении УФ-излучения.

3.1.1. Методика.

3.1.2. Расчеты.

3.2. Исследование применимости функции Чепмена в задачах о поглощении солнечного УФ-излучения.

3.2.1. Функция Чепмена при зенитных расстояниях, больших 90°.

3.2.2. Различные виды аппроксимаций функции Чепмена.

3.3. Эффективное сечение поглощения в задачах о поглощении солнечного УФ-излучения.

3.4. Выводы к главе 3.

ГЛАВА 4.

ОЦЕНКА КОНЦЕНТРАЦИИ МОЛЕКУЛЯРНОГО КИСЛОРОДА НА ВЫСОТАХ 90-120 КМ.

4.1. Расчет ослабления излучения в сферически симметричной атмосфере. Излучение - реальное, Солнце - точечный источник.

4.1.1. Геометрия задачи.

4.1.2. Методика расчетов.

4.1.3. Сравнение расчетов, проведенных методом интегрирования вдоль луча с методом, использующим функцию Чепмена.

4.1.4. Влияние солнечной активности на концентрацию молекулярного кислорода на высотах 90-120 км.

4.1.5. Влияние изменения радиуса Земли на поглощение.

4.1.6. Точность определения высоты спутника.

4.2. Оценка концентрации молекулярного кислорода на высотах 90-120 км по данным аппаратуры ВУСС-Л о поглощении УФ-излучения.

4.2.1. Упрощения, принятые в работе.

4.2.2. Вычисления.

4.2.3. Сравнение с другими атмосферными моделями.

4.2.4. Сезонные вариации концентрации молекулярного кислорода.

4.3. Проверка методики на основе данных прибора ФОКА, установленного на борту КА «КОРОНАС-ФОТОН».

4.4. Выводы к главе 4.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Исследование и моделирование глобального распределения молекулярного кислорода по данным о поглощении крайнего ультрафиолетового излучения на ИСЗ "Коронас-Ф""

Формулировка проблемы и ее актуальность

Имеющиеся в настоящее время модели верхней атмосферы базируются, в основном, на спутниковых измерениях на высотах, где основными газовыми компонентами атмосферы является атомарный кислород и молекулярный азот. На более низких уровнях атмосферы - в районе 100 км - объем экспериментального материала, положенного в основу существующих моделей, значительно меньше, и состоит, в основном, из масс-спектрометрических данных ракетного зондирования. Эти данные, в силу естественных причин, ограничены выбором ракетных полигонов и немногочисленностью количества запусков [36; 65; 68; 99; 107]. Вследствие этого модельные данные по большей части основаны на чисто теоретических представлениях. Между тем состав атмосферы на указанных высотах принципиально важен для ряда научных, а также прикладных задач, и требует уточнения. Кроме того, в последнее время активно дискутируется вопрос об изменении состава атмосферы на этих высотах вследствие эффектов, связанных с трендами [90]. Все это приводит к необходимости систематического измерения концентрации молекулярного кислорода на этих высотах.

Одним из таких методов может служить метод определения концентрации молекулярного кислорода по информации о поглощении крайнего ультрафиолетового (КУФ) излучения Солнца [64; 114; 115], в том числе, при спутниковых измерениях [11; 25; 98; 108; 121]. Преимущества подобного метода заключаются в том, что он обеспечивает:

• возможность непрерывного мониторинга;

• возможность выявления сезонных и широтных вариаций;

• возможность выявления эффектов, связанных с геомагнитной активностью и солнечными вариациями.

В настоящей работе были использованы данные космического аппарата (КА) «КОРОНАС-Ф», который функционировал на орбите в течение около пяти лет, на которые пришлись минимум и максимум 23-го солнечного цикла [30].

Несмотря на большое количество работ, как экспериментальных, так и теоретических, связанных с исследованием состава верхней атмосферы, многие параметры остаются малоизученными [63; 66; 88]. Также представляет интерес исследование временных вариаций этих параметров [67].

Задачи диссертационной работы

Исходя из вышеизложенного, были сформулированы задачи данной работы, которые состояли в следующем:

1. Разработать методические основы определения характеристик распределения молекулярного кислорода по данным о поглощении коротковолнового солнечного излучения применительно к конкретным особенностям измерительных средств КА «КОРОНАС-Ф».

2. Получение информации о высотном и о глобальном распределении молекулярного кислорода по данным о поглощении солнечного коротковолнового излучения, измерявшегося на К А «КОРОНАС-Ф».

3. Изучение влияния солнечной активности на концентрацию молекулярного кислорода в верхней атмосфере. Вышеперечисленные задачи решались с помощью анализа данных измерений аппаратуры ВУСС-Л, установленной на борту К А «КОРОНАС-Ф», и обработки этих измерений. Для оценки полученных результатов были использованы такие известные атмосферные модели как Яккия [81; 82; 83] и М818 [69; 70; 71; 72; 73].

Научная новизна работы

Предложен метод мониторинга концентрации молекулярного кислорода в верхней атмосфере, основанный на сравнении измерений на ИСЗ поглощения крайнего ультрафиолетового излучения вблизи моментов восхода и захода Солнца с расчетами, использующими эмпирическую модель верхней атмосферы на высотах около 100 км. Существенно, что в методе устранены распространенные аппроксимации и приближения, заведомо приводящие к погрешностям, и вместо них применяется решение задачи о поглощении, использующее численное интегрирование вдоль пути распространения излучения.

Показано, что на исследуемых высотах в атмосфере (более 90 км) можно использовать приближение тонкого луча, но для того чтобы минимизировать погрешности, вызванные подобным приближением, желательно учитывать геометрические размеры Солнца [18].

Научная и практическая ценность работы

В ходе данной работы были достигнуты результаты, основные из которых можно свести к следующему:

• Решен ряд методических задач, обеспечивающих определение концентрации молекулярного кислорода по результатам измерений поглощения крайнего ультрафиолетового излучения Солнца вблизи терминатора. В частности:

• На основании анализа проведенных расчетов для данных измерений с борта КА «КОРОНАС-Ф», показано, что Солнце при вычислениях поглощения для высот более -50 км можно рассматривать в качестве точечного источника излучения.

• Выполнен детальный анализ функции Чепмена, которая находит широкое применение в задачах, связанных с поглощением солнечного излучения в атмосфере Земли, для диапазона зенитных расстояний от 0 до 140°. Показано, что использование функции Чепмена приводит к существенным погрешности при расчетах для зенитных расстояний более -80°. Сделано обоснование необходимости использования других методов расчетов, свободных от использования функции Чепмена.

• Развит метод расчета ослабления реально измеренных спектров солнечного излучения, использующий интеграл концентрации поглощающих газов в атмосфере вдоль пути распространения излучения; нижняя граница интеграла лежит в точке, в которой необходимо определить поглощение, верхняя граница — на Солнце.

• Предложен метод оценки концентрации поглощающих газов в атмосфере на высотах от 90 до 120 км, основанный на сравнении результатов расчетов поглощения с данными экспериментов. В настоящей работе источником экспериментальных данных служила информация о поглощении крайнего УФ-излучения Солнца [52], полученная с помощью аппаратуры ВУСС-Л, установленной на борту КА «КОРОНАС-Ф».

• Предложены методы проведения баллистических расчетов с целью определения траектории движения КА по орбите.

• Показана необходимость учета уравнения времени при определении положения Солнца; в противном случае неизбежны значительные погрешности в расчетах поглощения солнечного излучения, которые приводят к погрешностям в оценке концентрации молекулярного кислорода в атмосфере на высотах около 100 км.

Проведен ряд расчетов, на основании которых сделан вывод о слабом влиянии изменений солнечной активности на поглощение солнечного УФ-излучения в атмосфере, и, как следствие, на концентрацию молекулярного кислорода в верхней атмосфере.

На основе предложенной методики получена первичная оценка концентрации молекулярного кислорода в атмосфере. Так, для данных с борта КА «КОРОНАС-Ф» за 28.01.2003 концентрация на высоте около 100 км примерно в 1,1 раза выше, чем концентрация согласно атмосферной модели Яккия-77, которая использовалась при вычислениях поглощения солнечного излучения. Расчеты, выполненные за другие даты, показывают отклонение концентрации от 5% до 300%.

Создан методический аппарат, позволяющий проводить детальное исследование верхней атмосферы при наличии данных непрерывных длительных измерений, например на КА «КОРОНАС-Ф», который существовал на орбите почти 5 лет, или КА «КОРОНАС-ФОТОН», который существовал на орбите почти год. Этот метод может быть использован для выявления временных, сезонных и широтных вариаций концентрации поглощающих газов в верхней атмосфере. Подобный анализ мог бы существенно дополнить имеющиеся данные о строении и структуре верхней атмосферы.

Проведена проверка методики с помощью расчетов, в которых использовались данные с борта КА «КОРОНАС-ФОТОН». Проверка показала состоятельность описанной методики.

Структура и объем диссертации

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения, содержит 164 страницы, 53 рисунка, 5 таблиц и 3 приложения. Список литературы насчитывает 121 наименование.

Заключение Диссертация по теме "Физика атмосферы и гидросферы", Важенин, Андрей Андреевич

4.4. Выводы к главе 4.

При выходе из тени Земли, а также заходе в тень, датчик КА регистрирует интенсивность солнечного излучения, проходящего через слои атмосферы на высотах от нуля до высоты орбиты КА. Этот участок орбиты спутник преодолевает очень быстро, однако он может служить важным источником информации о строении атмосферы на этих высотах.

Задача определения концентрации поглощающих газов может быть решена путем сравнения ослабления солнечного излучения в атмосфере, измеренного с помощью специальной аппаратуры на борту КА, с расчетами ослабления солнечного излучения при прохождении через атмосферу, основанными на модельных данных. Так, в настоящей работе в качестве экспериментальных данных использовались данные с борта КА «КОРОНАС-Ф», а расчеты проводились с использованием атмосферной модели .ГассЫа-77.

В ходе анализа полученных данных и сопоставления их с расчетами, выяснилось, что изменение спектрального состава излучения с уровнем солнечной активности слабо влияет на поглощение солнечного ультрафиолетового излучения в атмосфере Земли на высотах 90-120 км. Изменение температуры экзосферы, а также неодинаковость полярного и экваториального радиусов Земли тоже не оказывают заметного влияния на поглощение.

Анализ поглощения ультрафиолетового излучения Солнца в атмосфере показал, что концентрация молекулярного кислорода на высотах 90-120 км в реальной атмосфере примерно на 30% больше по сравнению с концентрацией по используемой в расчетах атмосферной модели 1ассЫа-77.

Для проверки методики был проведен ряд расчетов с использованием данных прибора ФОКА, установленного на борту КА «КОРОНАС-ФОТОН», о поглощении КУФ солнечного излучения. На основании анализа результатов этих расчетов был сделан вывод о возможности применения описанной методики при работе с информацией, поступающей от любых спутников, аппаратура которых регистрирует солнечное КУФ излучение.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате исследований, положенных в основу данной диссертационной работы, были получены следующие результаты:

• Решен ряд методических задач, упрощающих получение оценки концентрации молекулярного кислорода в верхней атмосфере. Метод, опробованный на данных измерений поглощения крайнего ультрафиолетового (КУФ) излучения Солнца бортовой аппаратурой КА «КОРОНАС-Ф» вблизи терминатора может быть применен к данным других спутников, с учетом их особенностей.

• Показано, что для бортовой аппаратуры КА «КОРОНАС-Ф» при вычислениях поглощения для высот более ~90 км от поверхности Земли можно рассматривать Солнце в качестве точечного источника излучения. Чем для большей высоты проводятся расчеты, тем меньше вычислительная погрешность.

• Проведен детальный анализ функции Чепмена, которая находит широкое применение в задачах, связанных с поглощением солнечного излучения в атмосфере Земли, для широкого диапазона зенитных расстояний. Показано, что использование функции Чепмена при расчетах поглощения излучения для зенитных расстояний более 90° приводит в результате к существенной погрешности. Сделано обоснование необходимости использования других методов расчетов, свободных от использования функции Чепмена.

• В частности, предложен и развит метод расчета ослабления реально измеренных спектров солнечного излучения, связанный с непосредственным интегрированием концентрации поглощающих газов вдоль солнечного луча. Нижняя граница интегрирования лежит в точке, в которой необходимо определить поглощение, верхняя граница - за пределами атмосферы, где поглощение отсутствует.

• Предложен метод оценки концентрации поглощающих газов в нижней части верхней атмосферы, на участке высот примерно от 90 до 120 км, основанный на сравнении результатов расчетов поглощения с экспериментальными данными о поглощении солнечного УФ излучения. В настоящей работе источником экспериментальных данных служила информация, полученная с помощью бортовой аппаратуры ВУСС-Л спутника «КОРОНАС-Ф». Предложенный метод позволяет аннулировать влияние вариаций чувствительности датчика ВУСС-Л во времени, а также использует при расчетах реальный солнечный спектр.

• Развиты методы проведения баллистических расчетов с целью определения траектории движения КА по орбите.

• Показана необходимость учета уравнения времени при определении положения Солнца. Показано, что в противном случае неизбежны погрешности в расчетах ослабления солнечного излучения при его прохождении через атмосферу.

• Проведен анализ влияния изменений солнечной активности (сопровождающихся изменениями спектрального состава излучения и изменениями температуры экзосферы) на поглощение солнечного КУФ-излучения в атмосфере. Получен вывод о слабом влиянии этих изменений на поглощение, и, как следствие, на концентрацию молекулярного кислорода в атмосфере на высотах вблизи 100 км.

• На основе предложенной методики получены первичные оценки концентрации молекулярного кислорода в атмосфере. Так, для данных сеанса связи №8353 за 28.01.2003 с борта КА «КОРОНАС-Ф» концентрация на высотах от 90 до 120 км примерно на 30% выше, чем концентрация согласно атмосферной модели Яккия-77, которая использовалась при вычислениях поглощения солнечного излучения. Проведено сравнение полученных результатов с данными атмосферной модели М818-86 и некоторых других.

• Создан методический аппарат, позволяющий проводить детальное исследование верхней атмосферы при наличии данных непрерывных длительных измерений, например на КА «КОРОНАС-Ф», который существовал на орбите около пяти лет, или КА «КОРОНАС-ФОТОН», который существовал на орбите почти год. Этот метод может быть использован для выявления временных, сезонных и широтных вариаций концентрации поглощающих газов в верхней атмосфере. Подобный анализ мог бы существенно дополнить имеющиеся данные о строении и структуре верхней атмосферы.

• Проведена проверка методики на основе расчетов, использующих данные прибора ФОКА спутника «КОРОНАС-ФОТОН». Расчеты, проведенные с этими данными, подтвердили работоспособность методики. Был сделан вывод о возможности применения описанной методики для определения концентрации молекулярного кислорода в атмосфере на высотах около 100 км по данным о поглощении КУФ солнечного излучения любыми датчиками, с учетом их особенностей (апертуры, чувствительности).

Кончено, предложенный метод оценки концентрации молекулярного кислорода в верхней атмосфере по данным о поглощении крайнего УФ-излучения Солнца при необходимости может быть развит и дополнен. Например, можно учесть газовые составляющие верхней атмосферы, которые дают небольшой вклад в поглощение, в частности, атомарный кислород и азот. Можно проводить расчеты с более мелким шагом по длине волны и по зенитному расстоянию (при интегрировании вдоль луча). При расчете концентрации поглощающих газов можно использовать более современные атмосферные модели, чем Яккия-77. Можно использовать более точные современные данные о сечениях поглощения газов и о солнечном спектре. Тем не менее, в обозначенных рамках описанный метод позволяет получать оценку концентрации молекулярного кислорода, и он мог бы лечь в основу спутниковой системы мониторинга концентрации молекулярного кислорода в верхней атмосфере.

Автор хотел бы поблагодарить всех своих коллег, чья помощь способствовала выполнению работы, и, в первую очередь, своего научного руководителя Анатолия Абрамовича Нусинова за постоянную поддержку и терпение при подготовке данной работы, за помощь в постановке и формулировании задач, за полезные идеи. Автор выражает свою благодарность Павлу Михайловичу Свидскому и Тамаре Валентиновне Казачевской за помощь в прояснении некоторых технических деталей, которые были использованы при работе над диссертацией. Отдельную благодарность автор выражает Валерии Васильевне Катюшиной за предоставленные научные статьи и редкие книги по теме диссертационной работы, а также за ценные обсуждения, поспособствовавшие более полному изложению материалов.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата физико-математических наук, Важенин, Андрей Андреевич, Москва

1. Атмосфера: справочник // Л.: Гидрометеоиздат, 1991. — 512 с.

2. Система геодезических параметров Земли «Параметры Земли 1990 года» (ПЗ-90). Справочный документ // Под ред. В. В. Хвостова. М.: КНИЦ. 1998.

3. Совещания и конференции. 3-й международный симпозиум по исследованию космического пространства (Вашингтон, 1-8 мая 1962 г.). Успехи физических наук. Т. ЬХХУШ, вып. 1. Сентябрь, 1962.

4. Аксенов Е. П. Теория движения искусственных спутников Земли // М.: Наука, 1977.

5. Богачев С. А., Гречнев В. В., Кузин С. В., Слемзин В. А., Бугаенко О. И., Черток И. М. Об обработке и анализе данных КОРОНАС-Ф/СПИРИТ и других солнечных экспериментов // Астр, вестн. Т.43. № 2. С. 152-159. Март-Апрель 2009.

6. Болдырев С. И., Иванов-Холодный Г. С, Коломийцев О. П. и др. // Возможности прогнозирования времени активного существования ИСЗ в условиях минимума 24-го цикла солнечной активности // Сб. научн. тр. научной сессии МИФИ. Т. 9, С. 123-127. 2008.

7. Болдырев С. И., Иванов-Холодный Г. С, Коломийцев О. П. и др. Особенности эволюции орбиты ИСЗ КОРОНАС-Ф на заключительной стадии своего полета // Астр. Вестн. Т. 41. №5. С. 453. 2007.

8. Болдырев С. И., Иванов-Холодный Г. С, Коломийцев О. П. Проблемы прогнозирования времени существования низкоорбитальных ИСЗ // Сб. научн. тр. научной сессии МИФИ. Т.7. С.30-31. 2006.

9. Болдырев С. И., Иванов-Холодный Г. С., Коломийцев О. П. и др. Эволюция орбиты ИСЗ КОРОНАС-Ф и прогноз времени его существования // Астр. Вестн. Т. 39. N0.6. С. 563. 2005.

10. Болдырев С. И., Коломийцев О. П., Иванов-Холодный Г. С, Игнатьев А. П. Новый подход к построению модели верхней атмосферы Земли с использованием спутниковых локальных данных об атмосфере // Солн.-земн. физ. Вып. 12. Т.2. С.287-290. 2008.

11. Брауэр Д., Клеменс Дж. Методы небесной механики // М.: Мир, 1964.

12. Бурлаков В. Д., Зуев В. Д., Долгий С, И., Невзоров А. В., Ельников А. В. Наблюдение прорыва стратосферных воздушных масс в верхнюю тропосферу по лидарным измерениям озона // Опт. атм. и океана. Т.21. №7. С.593-599. 2008.

13. Важенин А. А. Концентрация молекулярного кислорода на высотах 90120 км по измерениям солнечного УФ-излучения на ИСЗ «КОРОНАС-Ф» // Геомаг. и аэр. Т. 50. №2. С.234-239. 2010.

14. Важенин А. А. Концентрация молекулярного кислорода на высотах 90120 км по измерениям солнечного УФ-излучения на КА «КОРОНАС-Ф» // Москва: Труды института прикладной геофизики имени академика Е. К. Федорова. Вып.88. С.30-37. 2010.

15. Важенин А. А. О применимости функции Чепмена в задачах о поглощении излучения Солнца в атмосфере // Москва: Труды института прикладной геофизики имени академика Е. К. Федорова. Вып. 88. С.27-30. 2010.

16. Важенин А. А. Разработка алгоритма расчета интенсивности ослабленного солнечного излучения на высотах полета КА «КОРОНАС-Ф» // Москва: Труды института прикладной геофизики имени академика Е. К. Федорова. Вып. 86. С. 16-23. 2009.

17. Важенин А. А. Учет размеров Солнца в задачах о поглощении излучения в атмосфере Земли // Санкт-Петербург: Труды Главной геофизической обсерватории им. А. И. Воейкова. Вып. 559. С.219-230. 2009.

18. Ватанабе К. Поглощение коротковолнового излучения в верхней атмосфере // Исследования верхней атмосферы с помощью ракет и спутников / Под ред. Г. С. Иванова-Холодного. М.: Изд. иностр. лит. С.280-353. 1961.

19. Видаль-Мадьяр А. Спектр Солнца у А, 1216 А // Поток энергии Солнца и его изменения / Под ред. О. Уайта. М.: «Мир», 1980. - 560 с.

20. Гайкович К. П. Возможности определения метеопараметров атмосферы по радио- и радиооптическим измерениям рефракции космических источников // Изв. АН СССР. Сер. ФАО. Т. 20. №8. с. 675-682. 1984.

21. Гапошкин Е. М. Определение орбит // В кн.: Стандартная Земля. Геодезические параметры Земли на 1966 год. М.: Мир, 1969.

22. Доронина Е. Н., Намгаладзе А. А., Гончаренко Л. П. Вариации термосферных параметров над станциями некогерентного рассеяния во время геомагнитных бурь 17-19 апреля 2002 года. // Вестник МГТУ: труды Мурм. гос. техн. ун-та. Т.8, №1, с. 132-143. 2005.

23. Жаров В. Е. Сферическая астрономия // Фрязино, Век-2. 2006. — 480 с.

24. Житник И. А., Боярчук К. А., Бугаенко О. И., Иванов-Холодный Г. С., Игнатьев А. П. и др. Эффекты поглощения солнечного ХЦУ-излучения верхней атмосферой Земли на высотах 100-500 км в рентгеновских изображениях

25. Солнца, полученных на спутниках «КОРОНАС-И» (телескоп ТЕРЕК) И «КОРОНАС-Ф» (рентгеновский комплекс СПИРИТ) // Астр, вестн. Т.37. №4. С.325-331.2003.

26. Иванов-Холодный Г.С, Нусинов A.A. // Коротковолновое излучение Солнца и его воздействие на атмосферу Земли // Энциклопедия низкотемпературной плазмы // М.: Янус-K, Серия Б. Т.5. 4.1. С.389-419. 2006.

27. Иванов-Холодный Г. С., Нусинов А. А. Образование и динамика дневного среднеширотного слоя Е ионосферы // М.: Гидрометеоиздат, 1979. — 129 с.

28. Калашников И. Э., Матюгов С. С., Павельев А. Г., Яковлев О. И. Анализ особенностей метода радиопросвечивания атмосферы Земли // Электромагнитные волны в атмосфере и космическом пространстве. М.: Наука, 1986, с. 208-218.

29. Краснопольский В. А. Физика свечения атмосфер планет и комет // М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1987, 304 с.

30. Кузнецов В. Д. Спутник «КОРОНАС-Ф» наблюдает Солнце вблизи максимума активности // Земля и Вселенная. № 6. С. 11-22. 2002.

31. Мерзон Д. Б. Сечения поглощения газов в ближней УФ-области спектра, формирующих поле радиации в земной атмосфере // Оптические методы исследования и оптические характеристики атмосферы, серия «Проблемы физики атмосферы». Вып. 18. 1986.

32. Николе М. Аэрономия // М.: Мир. 1964.

33. Нусинов A.A., Казачевская Т.В., Катюшина В.В., Свидский П.М., Гонюх Д.А. Вариации потоков крайнего ультрафиолетового излучения и различными масштабами времени по измерениям на ИСЗ КОРОНАС (эксперименты СУФР

34. СП-К и ВУСС-Л) // Солнечно-земная физика: результаты экспериментов на спутнике КОРОНАС-Ф под ред. В. Д. Кузнецова. // М.: Физ.-мат. лит. 2009. -488 с.

35. Павлов А. В., Павлова Н. М. Влияние рефракции солнечного излучения на зенитный угол и времена восхода и захода Солнца в атмосфере // Геомагнетизм и Аэрономия. Т.50. №2. С.228-233. 2010.

36. Похунков А. А., Горбунов С. В. Изменения нейтрального состава верхней атмосферы средних широт // Солнечно-атмосферные связи — сборник статей под ред. Г. А. Кокина, В. В. Михневич. Л.: Гидрометеоиздат, 1974. С.93-101.

37. Радиевский А. В., Шагимуратов И. И. ОРБ/ГЛОНАСС томография ионосферы // Вестн. Росс. гос. унив. им. И. Канта. № 4. 2009. С.96-100.

38. Ришбет Г., Гарриот О. К. Введение в физику ионосферы // Л.: Гидрометеоиздат, 1975.

39. Соколовский С. В. О решении обратной задачи рефракции при просвечивании атмосферы Земли из космоса // Исследование Земли из космоса, 1986, №3, с. 13-16.

40. Хргиан А. X. Физика атмосферы // Д.: Гидрометеоиздат, 1969. 648 с.

41. Часовитин Ю. К., Нестеров В. П. Динамические процессы и формирование ночной области Е ионосферы // М.: Гидрометеоиздат. Труды ин-таэксперим. метеорологии. Вып. 3 (55). С. 143-148. 1975.

42. Чукин В. В. Исследование атмосферы методом электромагнитного просвечивания: Монография // С.-Петербург: РГГМУ. 2004. — 107 с.

43. Яковлев О. И. Распространение радиоволн в космосе // М.: Наука, 1985. -216 с.

44. Astronomical almanac for the year 2010 // Washington DC. U. S. Government Printing Office. 2009. 612 p.

45. Astronomical almanac for the year 2009 // Washington DC. U. S. Government Printing Office. 2009. 594 p.

46. CIRA-72. COSPAR international reference atmosphere // G.D.R., Berlin: Akademie Verlag. 1972. 450 p.

47. CIRA 1986, part I: Thermospheric models. D. Rees (ed.) // Adv. Space Res. (COSPAR). Vol.8. Num.5-6. 1988.

48. CIRA 1986, part II: middle atmosphere models. D. Rees, J.J. Barnett, K. Labitzke (ed.) // Adv. Space Res. (COSPAR). Vol.10. No. 12. 1990.

49. NIMA Technical Report TR8350.2. Department of defense world geodetic system 1984, its definition and relationships with local geodetic systems. Third edition. July 1997.

50. U. S. Standard Atmosphere, 1976 // U.S. Government Printing Office. Washington, D.C. 1976.

51. Amoruso A., Crescentini L., Cola M. S., Fiocco G. Oxygen absorption cross-section in the Herzberg continuum // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. Vol.56. No.l. P.145-152. 1996.

52. Anderson D. E., Feldman P. D., Gentieu E. P., Meier R. R. The UV Dayglow 2, Ly-a and Ly-P emissions and the H distribution in the mesosphere and thermosphere // Geophys. Res. Lett. Vol.7. No.7. P.529-532. July 1980.

53. Blake A. J. An atmospheric absorption model for the Schumann-Runge bands of oxygen // J. Geophys. Res. July 1. 1979.

54. Bianco-Muriel M., Alarcon-Padilla D. C., Lopez-Moratalla T., Lara-Coira M. Computing the solar vector // Solar Energy. Vol.70. No.5. P. 431-441. 2001.

55. Burington R. S. Handbook of mathematical tables and formulas // Sandusky, Ohio: Handbook Publishers. 1949.

56. Chapman S. Absorption and dissociative or ionising effects of monochromatic radiation in an atmosphere on a rotating Earth // Proc. Phys. Soc. London. 43. P.1047-1055. 1931.

57. Cooper P. I. The absorption of radiation in solar stills // Solar Energy. Vol. 12. Issue 3. P. 333-346. 1969.

58. Duffett-Smith P. Practical astronomy with your calculator. Third Edition // Cambridge: Cambridge University Press. 1988.

59. Fitzmaurice J. A. Simplification of the Chapman function for atmospheric attenuation // Appl. Opt. Vol.3. Issue 5. P.640. 1964.

60. Gossard E. E. Power spectra of temperature, humidity and refractive index from aircraft and tethered balloon measurements // IRE Trans. AP-8. No.2. P. 186201. 1962.

61. Grossmann K.U., Champion K.S.W., Roemer M., Oliver W.L., Blix T.A. (eds.). The Earth's middle and upper atmosphere // Adv. Space Res. Vol.7. No. 10. 1987.

62. Groves G.V. Seasonal and latitudinal models of atmospheric temperature, pressure and density, 25 to 110 km // L.G. Harrison Field, Mass., USA: Air Force Cambridge Labs. 1970. 76 p.

63. Haasz A. A., de Leeuw J. H., Davies W. E. R. Thermospheric and Q concentration measurements with rocket-borne electron beam fluorescence probes // J. Geophys. Res. Vol.81. No. 13. P.2383-2391. 1976.

64. Hedin A.E., Salah J.E., Evans J.E. et al. A global thermosphere model based on mass-spectrometer and incoherent scatter data. 1. N2 density and temperature // J. Geophys. Res. Vol.82. No.16. p.2139-1247. 1977.

65. Hedin A.E., Reber C.A., Newton G.P. et al. A global thermosphere model based on mass-spectrometer and incoherent scatter data. (2. Composition) // J. Geophys. Res. Vol.82. No. 16. p.2148-1256. 1977.

66. Hedin A. E., Mayr H. G., Reber C. A. et al. Empirical model of global thermospheric temperature and composition based on data from the OGO-6 mass-spectrometer // Journ. Geophys. Res. Vol. 79, No.l. P.215-225. 1974.

67. Hedin A. E., Thuillier G. Comparison of OGO 6 measured thermospheric temperatures with the MSIS-86 empirical model // J. Geophys. Res. Vol.93. N0.A6. P.5965-5971. 1988.

68. Hedin E. Extension of the MSIS thermospheric model into the middle and lower atmosphere // J. Geophys. Res. Vol. 96. P.l 159. 1991.

69. Hickey M. P. An improvement in the integration procedure used in the Marshall engineering thermosphere model // NASA CR-1793 89. Washington. D.C. 1988.

70. Hickey M. P. The NASA engineering thermosphere model // NASA CR-179359. Washington, D.C. 1988.

71. Hoots F. R., Roerich R. L. Spacetrack report № 3: models for propagation of NORAD element sets. 1980.

72. Hudson R. D. Absorption cross sections of stratospheric molecules // Can. J. Chem. Vol.52. P.1465-1478. 1974.

73. Huestis D. L. Accurate evaluation of the Chapman function for atmospheric attenuation // J. of Quant. Spectr. Radiat. Transf. Vol.69. P.709-721. 2001.

74. Jacchia L.G. CIRA-1972, recent atmospheric models and improvements in progress // In: Space Research. Oxford: Pergamon Press. Vol.19. P. 179-192. 1979.

75. Jacchia L. G. Empirical models of the thermosphere and requirements for improvement//Adv. Space Res. Vol.1. No.12. P.81-86. 1981.

76. Jacchia L. G. Revised static models of the thermosphere and exosphere with empirical temperature profiles // Smithson. Astrophys. Obs. Spec. Rept. No. 332. Cambridge, Massachusetts. 1971. 114 p.

77. Jacchia L. G. Static diffusion models of the upper atmosphere with empirical temperature profiles // Smithson. Astrophys. Obs. Spec. Rept. No. 170. Cambridge, Massachusetts. 1964.

78. Jacchia L. G. Thermospheric temperature, density, and composition: new models // Smithson. Astrophys. Obs. Spec. Rept. No. 375. 1977. 106 p.

79. Jacchia L. G., Slowey J. W., Campbell I. G. An analysis of the solar-activity effects // Planet. Space Sei. Vol.21. No. 11. P. 1835. 1973.

80. Jackson J. E., Vette J. I. OGO program summary // NASA SP-7601. Dec. 1975.

81. Johnson D. L., Smith R. E. The MSFC/J70 orbital atmosphere model and the data bases for the MSFC solar activity prediction technique // NASA TM-86522, Washington, D.C. 1985.

82. Kockarts G. Aeronomy, a 20th Century emergent science: the role of solar Lyman series // Ann. Geophys. 20. P.585-598. 2002.

83. Köhnlein W. et al. A model of thermospheric temperature and composition // Planet, and Space Sei., Vol. 28. Issue 3. March 1980. P. 225-243.

84. Labitzke K., Barnett J.J., and Edwards B. (eds.). Middle atmosphere program // MAP Handbook. Vol. 16. University of Illinois. Urbana, 1985.

85. Lastovicka J., Akmaev R. A., Beig G., Bremer J., Emmert J. T., Jacobi C., Jarvis M. J., Nedoluha G., Portnyagin Yu.I., Ulich T. Emerging pattern of globalchange in the upper atmosphere and ionosphere // Ann. Geophys. No. 26. 2008. P.1255-1268.

86. Liu Ya-Ying. Analysis and verification of CIRA-72 and CIRA-86 from observations of Chinese satellite "DQ-1" // Adv. Space Res. Vol.18. Issues 9-10. P.383-386. 1996.

87. Meeus J. Mathematical astronomy morsels // Richmond, Virginia: Willman-Bell. 1997.

88. Milne R. M. Note on the equation of time // The Mathematical Gazette, 10 (The Mathematical Association). P.372-375. 1921.

89. Moulton F. R. An introduction to celestial mechanics. Second revised edition // New York: Dover. 1970.

90. Namgaladze A. A., Martynenko O. V., Namgaladze A. N. Global model of the upper atmosphere with variable latitudinal integration step // Geomag. and Aer. Int. Vol.1. No.l.P.53-58. 1998.

91. Namgaladze A. A., Namgaladze A. N., Yurik R. Yu. Global modeling of the quiet and disturbed upper atmosphere // Phys. and Chem. of the Earth. Vol.25. No.5-6. P.533-536. 2000.

92. Norton R. B., Roble R. G. Seasonal variations in molecular oxygen near 100 km//J. Geophys. Res.: Space physics. Vol.82. No.25. Sept. 1. P.3659-3660. 1977.

93. Offermann D., Friedrich V., Ross P., von Zahn U. Neutral gas composition measurements between 80 and 120 km // Planet. Space Sci. Vol.29. No.7. 1981. P.747-764.

94. Ogawa M. J. Geophys. Res. Vol.73. P.6759. 1968.

95. Ogawa M. Correction to paper by M. Ogawa "Absorption coefficients of 02 at the Lyman-Alpha line and its vicinity" // J. Geophys. Res. Vol.74 No.5. P. 1320. 1969.

96. Oort A. H. Global atmospheric circulation statistics 1958-1983 // National oceanic and atmospheric administration. Prof, paper 14. U.S. Government printing office, Washington, D.C. 1983.-180 p.

97. Picone J. M., Hedin A. E., Drob D. P. NRLMSISE-00 empirical model of the atmosphere: statistical comparisons and scientific issues // J. of Geophys. Res. Dec. 2001.

98. Rawer K., Minnis C.M., Champion K.S.W., Roemer M. (eds.). Models of the atmosphere and ionosphere // Adv. Space Res., Vol.5. No.7. 1985.

99. Rawer K., Bilitza D. International reference ionosphere // Plasma densities: Status. Albert-Ludwigs-Universitat, Freiburg, F.R.G. 1988.

100. Rees M. H. Physics and chemistry of the upper atmosphere // Cambridge University Press. 1989. 300 p.

101. Rishbeth H., Garriott O. K. Introduction to the ionosphere and geomagnetism // Tech. rep. No.8. Oct. 1964.

102. Roble R. G., Norton R. B. Thermospheric molecular oxygen from solar extreme-ultraviolet occultation measurements // J. Geophys. Res. Vol.77. No. 19. July 1. 1972. P.3524-3532.

103. Schmitt S. R. Planet position calculation using mean orbital elements // US Naval Observatory, Explanatory Supplement to the Astronomical Almanac. 1992.

104. Swider W., Gardner M. E. On the accuracy of Chapman function approximations // Appl. Opt. Vol.8. Issue 3. P.725. 1969.

105. Thuiller G., Falin J. L., Barlier F. Global experimental model of the exospheric temperature using optical and incoherent scatter measurements // J. Atmos. Phys. Vol.39. No. 9/10. 1977. P.l 195-1202.

106. Titheridge J. E. An approximate form for the Chapman grazing incidence function // J. of Atmos. and Terrestr. Phys. Vol.50. Issue 8. Aug. 1988. P.699-701.

107. Watanabe K. Advance Geophysics // Eds. H. E. Landsberg, J. Van Meighem, Academic Press, New York. 1958. P. 183.

108. Watanabe N., Higashino I., Oshio T. A measurement of the molecular oxygen density by solar HLyman-a absorption // J. Geomag. Geoelectr. Vol.33. No.4. 1981. P.245-249.

109. Weeks L. H., Smith L. G. Molecular oxygen concentration in the upper atmosphere by absorption spectroscopy // J. Geophys. Res.: Space physics. Vol.73. No. 15. August 1. 1968.

110. Whitman A. M. A simple expression for the equation of time // J. North Amer. Sundial Soc. No. 14. P.29-33. 2007.

111. Wilkes M. V. A table of Chapman's grazing incidence integral Ch(x, %) II Proc. Phys. Soc. Section B. Vol. 67. No.4. 1954.

112. Woods T. N. Recent advances in observations and modeling of the solar ultraviolet and X-ray spectral irradiance // Adv. Space Res. Vol.42. Issue 5. 2008. P.895-902.

113. Yoshino et al. // Planet. Space Sei. 31. P.339. 1983.