Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Исследования точности спутниковых методов измерений газового состава атмосферы

ВАК РФ 04.00.23, Физика атмосферы и гидросферы

Автореферат диссертации по теме "Исследования точности спутниковых методов измерений газового состава атмосферы"

ГГ з ОД 2 9 пЯГ Ш

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

Ионов Дмитрий Викторович

ИССЛЕДОВАНИЯ ТОЧНОСТИ СПУТНИКОВЫХ МЕТОДОВ ИЗМЕРЕНИЙ ГАЗОВОГО СОСТАВА АТМОСФЕРЫ (АППАРАТУРА GOME И SCIAMACHY)

Специальность 04.00.23 - физика атмосферы и гидросферы

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Санкт-Петербург 2000

Работа выполнена в Научно-исследовательском институте физики Санкт-Петербургского государственного университета

Научный руководитель:

доктор физико-математических наук, профессор Ю.М. Тимофеев

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор ИЛ. Карапь кандидат физико-математических наук Л.П. Бобылев

Ведущая организация:

Государственный научный центр Российской Федерации - Арктический и Антарктический научно-исследовательский институт

Защита состоится МЮАД 2000 г. в час. на заседании

диссертационного совета Д 063.57.51 по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора физико-математических наук в Санкт-Петербургском государственном университете по адресу: 199034, Санкт-Петербург, Университетская наб., 7/9, к. Ю

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СПбГУ. Автореферат разослан "

цн>на 2000 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат физико-математических наук

С& ¿$2. / <? /V/. 2?/, О

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Хозяйственная деятельность человека вносит существенные изменения в состав атмосферы и содержание различных атмосферных примесей, или малых газовых составляющих (МГС). В последние десятилетия проблема влияния атмосферных примесей на погоду и климат привлекла внимание широкого круга исследователей главным образом в связи с актуальными оценками ожидаемых последствий антропогенных воздействий на слой атмосферного озона. Многочисленные наблюдения зафиксировали уменьшение толщины озонового слоя в районе Антарктиды (т.н. озоновая дыра), а также в других районах земного шара. Антропогенные выбросы таких газов, как углекислый газ ССЬ и метан CH«, заметно увеличивают их естественное содержание в атмосфере. Изменения содержаний МГС, относящихся к группе парниковых газов (СН4, СО, N20, ХФМ, Оз, СОг) могут привести к заметным изменениям потоков радиации в атмосфере и распределения температуры, т.е. к изменению элементов климата.

Наиболее эффективным методом получения долговременных периодических данных о глобальных распределениях МГС в атмосфере являются дистанционные, и в первую очередь, спутниковые методы измерений. Современные потребности в получении глобальной информации о характеристиках атмосферы делают необходимым расширение списка определяемых газовых составляющих, предъявляя все более жесткие требования к точности измерений и пространственному (вертикальному и горизонтальному) разрешению. Одним из наиболее перспективных путей решения указанных задач является расширение спектральной области измерений уходящего излучения с высоким спектральным разрешением.

Прогресс приборостроения в области спутникового зондирования атмосферы привел к появлению нового класса приборов, позволяющих проводить измерения в видимой и ближней ИК-областях спектра в большом количестве каналов с относительно высоким спектральным разрешением. Типичными представителями аппаратуры этого класса являются приборы GOME (Global Ozone Monitoring Experiment) и SCIAMACHY (Scanning Imaging Absorböon spectroMeter for Atmospheric Chartography). Прибор GOME стал одним из инструментов, размещенных на борту

спутника ERS-2, запущенного в апреле 1995 года. Аппаратуру SOAMACHY планируется разместить на борту спутника ENVISAT, запуск которого несколько раз откладывался, начиная с 1998 года, и должен состоятся в 2001 году.

Точность определения газового состава атмосферы по данным спутниковых измерений обусловлена совокупностью разнообразных факторов: погрешность измерений прибора, абсолютная и спектральная калибровка, погрешности телеметрии, особенности алгоритма интерпретации, исходная спектроскопическая и априорная информация. Практическое использование данных о состоянии атмосферы возможно после тщательного анализа их соответствия предъявляемым требованиям точности, пространственного и временного разрешения, на основе интенсивных согласованных исследований по валидации спутниковых данных.

Система оперативной обработки данных измерений GOME основана на использовании методики дифференциального поглощения - алгоритма DOAS (Differential Optical Absorption Spectroscopy), разработанного для обработки результатов наземных, самолетных и аэростатных измерений. Методика D0AS позволяет восстанавливать с относительно высокой точностью наклонное содержание измеряемой газовой составляющей. Определение общего содержания измеряемой компоненты в вертикальном столбе атмосферы требует расчета соответствующей воздушной массы, величина которой заранее неизвестна. Альтернативным подходом к интерпретации результатов измерений GOME является строгое физико-математическое решение обратной задачи на основе специально разработанной радиационной модели атмосферы.

Планируемый в ближайшее время эксперимент SCIAMACHY позволит осуществлять измерения уходящего отраженного и рассеянного солнечного излучения в УФ и видимой и ближней ИК-области спектра (240 - 2380 нм) с относительно высоким разрешением - 0.2-1.4 нм. Очевидно, такие измерения содержат огромное количество информации о газовом составе атмосферы и требуют разработки специальных методик интерпретации. Важным этапом подобных исследований является анализ информативности будущих спутниковых измерений и расчет потенциальной точности определения содержаний восстанавливаемых компонент.

Цепь диссертационной работы состояла в исследовании реальной точности действующих и анализе потенциальной точности разрабатываемых спутниковых приборов (GOME и SCIAMACHY) по определению газового состава атмосферы на основе измерений отраженного и рассеянного солнечного излучения. Выполнение данных исследований потребовало:

• Разработать универсальную систему валидации и визуализации оперативных данных спутникового прибора GOME.

• Провести валидацию данных СОМЕ об общем содержании озона на основе сопоставлений с данными независимых наземных и спутниковых измерений.

• Осуществить собственные подспутниковые измерения общего содержания озона для валидации данных GOME.

• Сопоставить данные спутниковых измерений общего содержания NO2 (GOME) с данными независимых наземных измерений.

• Провести восстановление общего содержания NO2 на основе строгого физико-математического подхода к решению обратной задачи по интерпретации спектральных измерений GOME.

• Провести численный анализ характеристик молекулярного поглощения атмосферы в спектральной облает измерений SCIAMACHY (ближняя ИК-облэстъ).

• Исследовать информативность измерений уходящего излучения в БИК области спектра относительно вертикальных профилей содержания водяного пара и метана.

• Получить оценки потенциальной точности определения содержания водяного пара и метана по измерениям уходящего излучения в эксперименте SCIAMACHY.

Научная новизна работы

Исследована реальная точность восстановления общего содержания озона (ОСО) и NO2 по измерениям спутникового прибора GOME (спутник ERS-2) в УФ и видимой области спектра. Впервые проведена валидация данных измерений GOME на основе сопоставлений с независимыми данными российской сети наземных измерений ОСО; осуществлено сопоставление данных GOME с одновременными наземными (озонометр М-124) и спутниковыми (TOMS, спутник EarthProbe) измерениями ОСО. Выявлены существенные систематические расхождения данных

GOME об OCO с результатами независимых измерений. Проведено сопоставление данных GOME об ОС NO2 с данными одновременных наземных измерений в районе Звенигорода (Московская область). Отмечена неудовлетворительная точность восстановления ОС NOz системой оперативной обработки данных GOME, основанной на упрощенной методике дифференциального поглощения.

Исследованы возможности интерпретации спектров измерений GOME на основе физико-математического подхода к решению обратной задачи по восстановлению общего содержания NO2 при строгом учете переноса излучения в атмосфере. Результаты расчетов сопоставлены с данными оперативной обработки измерений GOME и данными независимых наземных измерений.

Проведен численный анализ информативности измерений уходящего отраженного и рассеянного солнечного излучения многоканальным спектрометром SOAMACHY в БИК области спектра. Рассчитаны потенциальные точности определения общих содержаний водяного пара и метана, а также вертикального профиля влагосодержания по измерениям SCIAMACHY.

Научная и практическая ценность работы

Сопоставление данных GOME (ERS-2) об ОСО с результатами одновременных измерений на российских озонометрических станциях в 1996-2000 гг. выявило существенное систематическое занижение величины ОСО в данных GOME (4-9 %), по сравнению с наземными наблюдениями. Достоверность полученных результатов и качество российских измерений подтверждается одновременными сопоставлениями всех наземных измерений ОСО с данными спутникового прибора TOMS (спутник EarthProbe).

Интерпретация спектров измерений GOME в области 420-450 нм на основе строгого физико-математического подхода к решению обратной задачи позволяет получить более близкое согласие спутниковых данных об ОС NO2 с данными независимых наземных измерений, по сравнению с системой оперативной обработки данных GOME.

Рассмотрены возможности использования измерений рассеянной и отраженной солнечной радиации из космоса в полосе поглощения водяного пара при 1.38 мкм для определения влагосодержания атмосферы. Численное моделирование

спутникового эксперимента показало возможность получения информации о профиле влажности в тропосфере (3-4 слоя) с погрешностью 5-10 %. Показано, что косвенный метод оценки может позволить определять с высокой точностью (~1 %) общее влагосодержание атмосферы. Отмечена возможность восстановления общего содержания метана с потенциальной точностью ~5 % по измерениям рассеянной и отраженной солнечной радиации в полосе поглощения при 2.32 мкм.

Полученные результаты могут быть использованы для разработки алгоритмов интерпретации будущих измерений прибора SCIAMACHY и валидации спутниковых данных о газом составе атмосферы, а также для совершенствования системы оперативной обработки данных измерений прибора GOME. В частности, представляемые результаты валидации данных GOME использовались для проверки новой версии системы оперативной обработки измерений GOME (2.7) в рамках специальной международной программы, организованной Европейским Космическим Агенством [7].

Основные положения, выносимые на защиту

• Результаты исследований реальной точности определения общего содержания озона по измерениям спутникового прибора GOME (спутник ERS-2).

• Оценки точности наземных измерений общего содержания озона на российских озонометрических станциях (озонометр М-124) по результатам сопоставлений с данными прибора TOMS (спутник EarthProbe).

• Результаты сопоставления данных GOME об общем содержании N02 с данными независимых наземных измерений.

• Интерпретация данных спектральных измерений GOME на основе физико-математического подхода к решению обратной задачи по восстановлению общего содержания NOz при строгом учете переноса излучения в атмосфере.

• Оценки погрешности методов расчета молекулярного поглощения на основе статистической модели полосы в БИК области спектра.

• Численные оценки потенциальной точности определения общих содержаний водяного пара, метана и вертикального профиля влагосодержания по измерениям спутникового прибора SCIAMACHY (спутник ENVISAT) в БИК области спектра.

Апробация работы и публикации

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на международном симпозиуме "Third ERS Symposium on Space at the service of our Environment: Environmental monitoring of StPetersburg region using ERS data" (Италия, 1997), международном симпозиуме "27th International Symposium of Remote Sensing of Environment: Conference on Information for Sustainabiiity" (Норвегия, 1998), международном симпозиуме " European Symposium on Atmospheric Measurements from Space" (Голландия, 1999), международном симпозиуме " The 22nd General Assembly of the International Union of Geodesy and Geophysics (IAMAS Symposia)" (Великобритания, 1999), международном симпозиуме стран СНГ "Атмосферная Радиация" (Россия, 1999), а также на семинарах кафедры физики атмосферы физического факультета СПбГУ. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ, включая тезисы докладов. Основные результаты опубликованы в реферируемых журналах (список публикаций приводится в конце автореферата). В работах, написанных в соавторстве, личный вклад соискателя состоял в разработке алгоритмов и проведении численных расчетов, сборе и обработке данных измерений, анализе и интерпретации полученных результатов.

Структура и объем диссертации

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Диссертация изложена на !$2страницах машинописного текста; содержит 55 рисунков, 21 таблицу и список литературы из 100 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Введение отражает актуальность темы диссертации и современное состояние проблемы. Во введении сформулированы цели и задачи диссертационной работы, кратко описана структура диссертации.

В первой главе, носящей обзорный характер, обсуждается современное состояние и актуальность исследований газового состава атмосферы Земли спутниковыми методами, дана краткая классификация методов дистанционного зондирования окружающей среды, описаны современные спутниковые эксперименты

по глобальному мониторингу газового состава атмосферы - GOME и SCIAMACHY, представлены математические аспекты анализа информативности планируемых спутниковых экспериментов, сформулирована задача валидации спутниковых данных и приведен обзор результатов международной валидации данных эксперимента GOME об общем содержании озона.

С начала функционирования прибора GOME были проведены многочисленные сопоставления его измерений с другими системами наблюдений - наземными и космическими. Для анализа качества данных GOME об ОСО привлекались данные наземных (спектрометры Добсона, Брюера, различные фотометры, сумеречное зондирование и т.д.), озонозондовых и спутниковых (TOMS, TOVS) измерений. Результаты этих исследований дают противоречивую картону согласованности данных GOME с независимыми наблюдениями, демонстрируя как занижение величины ОСО в данных GOME (8-12 %), так и противоположный эффект (до 15 %). Для однозначной оценки точности измерений GOME требуются постоянные сопоставления новых данных с результатами разнообразных независимых измерений во всем диапазоне условий спутникового эксперимента.

Во второй главе рассмотрены результаты валидации оперативных данных спутникового эксперимента GOME об ОСО на основе многочисленных сопоставлений с результатами российских наземных измерений.

Для решения решения круга задач, связанных с валидацией (сопоставление с независимыми данными), и визуализацией (визуальный анализ пространственных полей) результатов измерений GOME необходимо располагать системой, позволяющей осуществлять поиск измерений с заданными характеристиками и их графическое представление. Данные требования послужили основанием для разработки собственной системы разностороннего анализа данных GOME на основе современной технологии географических информационных систем (ГИС).

Сведения об основных исследованиях по валидации данных GOME об ОСО и их результаты представлены в сводной таблице 1.

• Проведено сопоставление данных GOME об общем содержании озона (ОСО) с результатами наблюдений на семи российских озонометрических станциях в июле и сентябре-октябре 1996 года. Данные GOME дают в среднем на 6-12 % более низкие значения ОСО, по сравнению с наземными измерениями.

Аналогичное сопоставление ограниченного ансамбля данных измерений ОСО за весь 1996 (каждая 15-я орбита), обработанных различными версиями системы оперативной обработки GOME, с данными наземных измерений, выявило занижение величины ОСО в среднем на 8%, 7% и 6% для версии 2.0 (1996), 2.4 (1998) и 2.7 (1999), соответственно. По результатам сопоставления полного ансамбля данных GOME об ОСО в 1996 году (все орбиты) с данными измерений на 7 российских станциях среднее расхождение составляет 6% и 4% для данных версии 2.0 и 2.7, соответственно (Рисунок 1).

Дополнительно, данные GOME об ОСО были сопоставлены с собственными наземными экспедиционными измерениями соискателя в устье Кандалакшского залива Белого моря (Карелия) летом 1997-98 гг. Для измерений ОСО использовался озонометр М-124, калиброванный по спектрофотометру Добсона №108 (ГГО, Санкт-Петербург). В течение одной недели в июле 1997 года данные GOME были в среднем на 9% ниже наземных измерений ОСО, а в период с 15 июля по 15 августа 1998 года - на 5%.

Кроме того, данные GOME об ОСО были сопоставлены с одновременными измерениями на 38 станциях озонометрической сети России и стран СНГ в период с декабря 1999 по март 2000 года; при этом данные GOME оказались в среднем на 4% ниже результатов наземных измерений.

Таблица 1 Сводная таблица основных результатов сопоставлений данных GOME об общем содержании озона с данными российских наземных измерений (озонометр М-124).

район измерений период сопоставлений версия данных GOME, № Л, % О г %

северная и центрально-европейская часть России (42-82° с.ш., 4-70° в.д.) 01.07-31.07, 23.09-22.10.1996 2.0 -8.8 10.1

01.01-31.12.1996 2.0 2.7 -6.1 -4.2 8.6 7.1

Карелия (66° с.ш., 34° в.д.) 16.07-24.07.1997 2.0 -8.6 8.8

15.07-15.08.1998 2.3 -5.3 6.0

Россия и страны СНГ (38-76° с.ш., 24-170° в.д.) 01.11.1999-15.03.2000 2.7 -4.2 10.8

Л и а - средние и среднеквадратичные расхожднения <GOME - М124>

200 250 300 350 400 450 500

ОСО (М-124), Е.Д.

Рисунок 1 Сопоставление оперативных данных GOME об общем содержании озона (ОСО, версия 2.7} с результатами одновременных измерений на 7 российских озонометрических станциях в 1996 году (оэонометр М-124).

Таким образом, результаты многочисленных сопоставлений выявили существенное систематическое занижение величины ОСО в данных GOME (4-9 %), по сравнению с наземными наблюдениями. Достоверность полученных результатов и качество российских измерений подтверждается одновременными сопоставлениями наземных измерений с данными спутникового прибора TOMS; средние расхождения при этом составляли 0-2%. Анализ данных GOME разных версии обработки (2.0, 2.3 и 2.7) демонстрирует постеленное уменьшение систематических расхождений между данными GOME об ОСО и результатами независимых измерений, связанное с совершенствованием методики интерпретации.

В третьей главе приведены результаты исследований соискателя по валидации оперативных данных GOME об ОС N02, представлены примеры интерпретации данных спектральных измерений GOME на основе строгого учета теории переноса излучения в атмосфере, для определения общего содержания NO2.

Проведено сопоставление результатов спутниковых измерений общего содержания NO2 (GOME) в 1996 году и в первой половине 1998 года с данными

одновременных наземных измерений Звенигородской Научной Станции (ЗНС, Московская область) Института Физики Атмосферы (ИФА) РАН. Содержание NO2 на ЗНС определяется сумеречным методом по измерениям интенсивности рассеянного из зенита солнечного излучения. Исследованы особенности валидации спутниковых данных об общем содержании N02 с учетом его суточных вариаций. На основе данных фотохимической модели показано, что изменения ОС N02 в районе ЗНС в течение светового дня могут составлять от 30% до 60%, в зависимости от сезона; сопоставление данных GOME с полусуммой результатов утренних и вечерних наземных наблюдений обеспечивает наибольшую временную согласованность измерений ОС NO2. Отмечено, что в ряде случаев данные измерений GOME значительно превышают результаты наземных наблюдений. Среднее расхождение между данными GOME и полусуммой результатов утренних и вечерних наземных измерений в первой половине 1996 года составляет около 33%. Оценки точности спутниковых измерений в 1998 году дают несколько лучшие результаты по сравнению с данными 1996-го - среднее расхождение составляет 8%, что связано с совершенствованием методики обработки измерений GOME. В целом, согласие данных спутниковых и наземных измерений общего содержания NO2 неудовлетворительное - среднеквадратичные расхождения составляют 67% в первом полугодии 1996 и 57% в первом полугодии 1998 года. Для однозначного вывода о качестве данных измерений GOME требуется, в частности, уточнить временную и пространственную согласованность сопоставляемых данных.

Система оперативной обработки спектральных измерений GOME опирается на использование методики DOAS, определяющей общее наклонное содержание восстанавливаемой газовой составляющей, с последующим расчетом коэффициентов воздушной массы AMF (Air Mass Factor) для преобразования наклонных содержаний в искомые вертикальные. Методика DOAS основана на интерпретации дифференциальной структуры полосы поглощения, которая совмещается с линейной комбинацией спектров молекулярного поглощения после вычета широких спектральных составляющих, связанных с рассеянием, альбедо поверхности и слабо меняющимися по спектру компонентами.

Для восстановления вертикального профиля содержания озона по данным измерений GOME в Институте Дистанционного Зондирования Бременского

университета был создан алгоритм FURM (FUII Retrieval Method), основанный на специально разработанной для интерпретации измерений GOME радиационной модели GOMETRAN. Для решения обратной задачи используется традиционный метод статистической регуляризации. Помимо поглощения озона, в формировании уходящего излучения участвуют и другие составляющие атмосферы, априорная информация о которых недостаточна для точного восстановления профиля озона. Поэтому, в алгоритм FURM был включен ряд дополнительных параметров, восстанавливаемых в процессе решения. Среди них - поправки к альбедо поверхности, аэрозольному содержанию и общему содержанию ИОг.

В данной работе алгоритм FURM использовался для восстановления общего содержания NO2 в атмосфере на основе интерпретации спектров уходящего излучения, измеренных GOME. Использовались спектры GOME в области 420-450 нм, соответствующие надирным измерениям в районе Звенигорода с пространственным разрешением 40x960 км2. Результаты оперативной обработки измерений GOME в марте, мае, ноябре и декабре 1996 года отличаются от одновременных наземных измерений на Звенигородской Научной Станции в среднем на 42% (среднеквадратичное отклонение). Использование альтернативной системы интерпретации, основанной на алгоритме FURM, позволяет уменьшить эти расхождения до 12-18 %, в зависимости от априорной информации о профиле NOj. В алгоритме FURM в качестве априорного профиля NO2 используются данные расчетов по двумерной транспортно-фотохимической модели атмосферы, разработанной в институте им. Макса Планка в Германии. Проведенное исследование показывает, что на широте Звенигорода эта модель дает неоправданно высокие значения содержания NO¿ в нижней тропосфере, что в частности проявляется в искаженном сезонном ходе общего содержания NO2 по сравнению с данными независимых наземных наблюдений (Звенигород) и многолетних спутниковых измерений аппаратуры HALOE (спутник UARS). Использование в качестве априорной информации о профиле NO2 данных стандартной среднеглобальной модели US Standard представляется предпочтительней, что подтверждается расчетами.

Четвертая глава посвящена анализу потенциальной точности определения газового состава атмосферы по измерениям отраженного и рассеянного солнечного излучения спутниковым прибором SCIAMACHY в БИК области спектра. Запуск

БОАМАСНУ запланирован на 2001 год и его работа существенно расширит спектральную область измерений и набор определяемых МГС, по сравнению с измерениями СОМЕ.

На основе разработанной автором упрощенной методики расчета функций пропускания безоблачной атмосферы проведено численное исследование характеристик молекулярного поглощения в спектральной области измерений БОАМАСНУ. Выбраны полосы поглощения основных газовых составляющих, требующие учета при интерпретации спутниковых измерений: водяной пар, углекислый газ, кислород, метан, а также полосы слабого поглощения окиси углерода СО и закиси азота N20.

Исследованы погрешности различных методов расчета молекулярного поглощения атмосферы. Проведено сравнение результатов расчета поглощения на основе статистической модели полосы (известная радиационная модель МОРТОУЧ) с прямым (полинейным) расчетом. Рассмотрены полосы поглощения четырех газовых составляющих: НгО, СО2, Ог и СН4, лежащие в БИК области спектра (0.6-2.5 мкм). Сделан вывод о высокой точности расчетов по модели МОРТОМ, допускающей ее использование при решении ряда задач атмосферной оптики. В частности, МООТШ! может использоваться для численного анализа потенциальной точности определения газового состава атмосферы по измерениям прибора 5С1АМАСНУ.

Для анализа потенциальных возможностей измерений БС1АМАСНУ использовался традиционный подход, основанный на расчетах матриц ошибок решения обратной задачи с помощью метода статистической регуляризации. Расчеты ядер интегрального уравнения задачи для различных моделей атмосферы, спектральных каналов измерений и условий спутникового эксперимента осуществлялись численно с помощью программы МОРТОМ.

Изучены возможности использования измерений рассеянной и отраженной солнечной радиации из космоса в полосе поглощения водяного пара при 1.38 мкм для определения влэгосодержания атмосферы. Наличие достаточно сильного поглощения в рассматриваемой полосе водяного пара позволяет использовать измерения спектральных зависимостей уходящего излучения для осуществления вертикального сканирования при изучении влагосодержания атмосферы. Возможная область такого вертикального сканирования определяется содержанием водяного

пара в атмосфере, геометрией спутниковых наблюдений и условий освещения атмосферы солнечным излучением, а также, в общем случае, спектральным разрешением прибора. При малом влагосодержании атмосферы рассматриваемый спутниковый метод может позволить получить информацию о вертикальной структуре влагосодержания тропосферы. В случае значительного влагосодержания вертикальное сканирование может быть осуществлено в значительно более широком высотном диапазоне - от поверхности Земли до высот 30 км. Численное моделирование спутникового эксперимента показало возможность получения информации о профиле влажности в тропосфере (3-4 слоя) с погрешностью 5-10 %, а в условиях высокого влагосодержания и в стратосфере - с ошибкой в 20% (34 слоя). Указывается, что косвенный метод оценки может позволить определять с высокой точностью (~1 %) общее влагосодержание атмосферы.

погрешность, %

Рисунок ? Погрешности восстановления вертикального профиля содержания водяного пара (полоса 1.38 мкм) и метана (полоса 2.32 мкм) по измерениям спутникового прибора БОАМАСНУ (априорная неопределенность содержаний - 50%).

Рассмотрены возможности определения содержания метана в атмосфере по измерениям рассеянной и отраженной солнечной радиации из космоса в полосе

поглощения метана при 2.32 мкм. Относительно слабое поглощение в исследуемой полосе приводит к преобладанию компоненты отраженного излучения в уходящей радиации, обуславливая потенциально низкую информативность измерений SCIAMACHY для восстановления вертикального профиля содержания метана. Отмечена возможность определения общего содержания метана с потенциальной точностью ~5 %.

Результаты расчетов погрешности восстановления вертикального профиля содержания водяного пара и метана по измерениям SCIAMACHY представлены на рисунке 2.

В заключении сформулированы основные результаты и выводы работы:

1. Проанализированы реальные точности определения общего содержания озона (ОСО) по измерениям спутникового прибора GOME (спутник ERS-2, 1995), Результаты многочисленных сопоставлений оперативных данных GOME об ОСО с данными независимых наземных измерений российской озонометрической сети в 1996-2000 гг. выявили существенное систематическое занижение величины ОСО в данных GOME (4-9%).

2. Достоверность результатов валидации данных GOME об ОСО и качество российских измерений подтверждены одновременными сопоставлениями наземных измерений с данными спутникового прибора TOMS.

3. Сопоставление данных GOME об общем содержании NOz с результатами наземных измерений в районе Звенигорода в 1996 и 1998 гг. продемонстрировало плохое согласие данных спутниковых и наземных измерений - среднеквадратичные расхождения составили 67% и 57%, соответственно.

4. Интерпретация данных спектральных измерений GOME на основе классического подхода к решению обратной задачи по восстановлению общего содержания NOz позволяет улучшить согласие спутниковых данных с результатами наземных измерений, по сравнению с данными оперативной обработки GOME.

5. Исследована информативность спутниковых измерений уходящего отраженного и рассеянного солнечного излучения в БИК области спектра для восстановления газового состава атмосферы. Получены численные оценки точности определения содержаний водяного пара и метана по измерениям спутникового прибора

SCIAMACHY (спутник ENVISAT, 2001), Потенциальная точность восстановления общего содержания водяного пара по измерениям SCIAMACHY в полосе поглощения при 1.38 мкм составляет ~1%, а погрешности определения влагосодержания в 3-4 слоях тропосферы составляют 5-10%. Измерения SCIAMACHY в полосе поглощения метана при 2.32 мкм позволяют рассчитывать на определение общего содержания метана с точностью ~5%.

По теме диссертации соискателем опубликованы следующие работы:

1. Ионов Д.В., Поляков A.B. Сравнение методов расчета функций пропускания безоблачной атмосферы в БИК-области спектра // Исследования Земли из космоса.

1996. N 4. С.3-11.

2. Ионов Д.В., Поляков A.B., Тимофеев Ю.М. Об определении содержания водяного пара в атмосфере по отраженному и рассеянному солнечному излучению из космоса // Исследования Земли из космоса. 1996. N 6. С.52-58.

3. Ионов Д.В. Об определении содержания метана в атмосфере по отраженному и рассеянному солнечному излучению из космоса // Исследования Земли из космоса.

1997. N 5. С.3-7.

4. Ионов Д.В., Тимофеев Ю.М., Ионов В.В., Шаламянский A.M., Йоханнессен О.М., Борроуз Дж.П. Сопоставление измерений общего содержания озона спектрометром GOME (ERS-2) по данным российской озонометрической сети // Исследования Земли из космоса. 1998. N 4. С.14-22.

5. Ионов Д.В., Тимофеев Ю.М., Ионов В.В., Шаламянский A.M. Сравнение измерений общего содержания озона аппаратурой GOME (спутник ERS-2) с данными озонометрической сети для Северо-Запада России // Вестник СПбГУ. 1998. Сер.4 вып.3 (№18). С.108-111.

6. D.V. Ionov, Yu.M. Timofeyev, V.V.Ionov, A.M. Shaíamiansky, O.M. Johannessen, J.P. Burrows. Comparison of total ozone measurements by GOME spectrometer (ERS-2) with data of Russian ozonometric network. - Proc. of the Conf. on Information for Sustainability, 27th International Symposium of Remote Sensing of Environment, Tromso, Norway, 8-12 June, 1998, pp.274-277.

7. Y.M. Timofeyev, D.V. Ionov, V.V. Jonov, A.M. Shalamiansky, N.F. Eiansky, A.S.Efokhov, A.M. Gruzdev, O.V. Postyfyakov Delta characterisation of GOME data products with the

Russian monitoring network II ERS-2 GOME Data Products Delta Characterisation Report 1999, J.-C. Lambert and P. Skarlas (Ed.), ESA/ESRIN, 1999, pp.61-76. 8. Ионов Д.В., Ю.М. Тимофеев, B.B. Ионов, A.M. Шаламянский, Дж.П. Борроуз, О.М. Йоханнессен. Валидация измерений общего содержания озона (аппаратура GOME) с помощью российской наземной озонометрической сети // Материалы конференции: Международный Симпозиум стран СНГ "Атмосферная Радиация", 12-15 июля 1999, Санкт-Петербург, с.118

Содержание диссертации, кандидата физико-математических наук, Ионов, Дмитрий Викторович

Введение

Глава 1:

Исследование газового состава атмосферы спутниковыми методами

Глава 2:

Валидация и визуализация оперативных данных измерений спутникового прибора GOME

1.1 Дистанционное зондирование атмосферы

1.2 Современные спутниковые эксперименты по глобальному мониторингу газового состава атмосферы - GOME и SCIAMACHY

Спутниковый эксперимент GOME

Спутниковый прибор SCIAMACHY

1.3 Математические аспекты анализа информативности планируемых спутниковых экспериментов

1.4 Проблема валидации спутниковых данных на примере измерений общего содержания озона прибором GOME

Введение Диссертация по геологии, на тему "Исследования точности спутниковых методов измерений газового состава атмосферы"

Хозяйственная деятельность человека вносит существенные изменения в состав атмосферы и содержание различных атмосферных примесей, или малых газовых составляющих (МГС). В последние десятилетия проблема влияния атмосферных примесей на погоду и климат привлекла внимание широкого круга исследователей главным образом в связи с актуальными оценками ожидаемых последствий антропогенных воздействий на слой атмосферного озона. Многочисленные наблюдения зафиксировали уменьшение толщины озонового слоя в районе Антарктиды (т.н. озоновая дыра), а также в других районах земного шара. Антропогенные выбросы таких газов, как углекислый газ СОг и метан СН4, заметно увеличивают их естественное содержание в атмосфере. Изменения содержаний МГС, относящихся к группе парниковых газов (СН4, СО, N2O, ХФМ, Оз, СОг) могут привести к заметным изменениям потоков радиации в атмосфере и распределения температуры, т.е. к изменению элементов климата.

Наиболее эффективным методом получения долговременных периодических данных о глобальных распределениях МГС в атмосфере являются дистанционные, и в первую очередь, спутниковые методы измерений. Современные потребности в получении глобальной информации о характеристиках атмосферы делают необходимым расширение списка определяемых газовых составляющих, предъявляя все более жесткие требования к точности измерений и пространственному (вертикальному и горизонтальному) разрешению. Одним из наиболее перспективных путей решения указанных задач является расширение спектральной области измерений уходящего излучения с высоким спектральным разрешением.

Прогресс приборостроения в области спутникового зондирования атмосферы привел к появлению нового класса приборов, позволяющих проводить измерения в видимой и ближней ИК-областях спектра в большом количестве каналов с относительно высоким спектральным разрешением. Типичными представителями аппаратуры этого класса являются приборы GOME (Global Ozone Monitoring Experiment) и SCIAMACHY (Scanning Imaging Absorbtion spectroMeter for Atmospheric

Chartography). Прибор GOME стал одним из инструментов, размещенных на борту спутника ERS-2, запущенного в апреле 1995 года. Аппаратуру SCIAMACHY планируется разместить на борту спутника ENVISAT, запуск которого несколько раз откладывался, начиная с 1998 года, и должен состоятся в 2001 году.

Точность определения газового состава атмосферы по данным спутниковых измерений обусловлена совокупностью разнообразных факторов: погрешность измерений прибора, абсолютная и спектральная калибровка, погрешности телеметрии, особенности алгоритма интерпретации, исходная спектроскопическая и априорная информация. Практическое использование данных о состоянии атмосферы возможно после тщательного анализа их соответствия предъявляемым требованиям точности, пространственного и временного разрешения, на основе интенсивных согласованных исследований по валидации спутниковых данных.

Система оперативной обработки данных измерений GOME основана на использовании методики дифференциального поглощения - алгоритма DOAS (Differential Optical Absorption Spectroscopy), разработанного для обработки результатов наземных, самолетных и аэростатных измерений. Методика DOAS позволяет восстанавливать с относительно высокой точностью наклонное содержание измеряемой газовой составляющей. Определение общего содержания измеряемой компоненты в вертикальном столбе атмосферы требует расчета соответствующей воздушной массы, величина которой заранее неизвестна. Альтернативным подходом к интерпретации результатов измерений GOME является строгое физико-математическое решение обратной задачи на основе специально разработанной радиационной модели атмосферы.

Планируемый в ближайшее время эксперимент SCIAMACHY позволит осуществлять измерения уходящего отраженного и рассеянного солнечного излучения в УФ и видимой и ближней ИК-обласги спектра (240 - 2380 нм) с относительно высоким разрешением - 0.2-1.4 нм. Очевидно, такие измерения содержат огромное количество информации о газовом составе атмосферы и требуют разработки специальных методик интерпретации. Важным этапом подобных исследований является анализ информативности будущих спутниковых измерений и расчет потенциальной точности определения содержаний восстанавливаемых компонент.

Цель диссертационной работы состояла в исследовании реальной точности действующих и анализе потенциальной точности разрабатываемых спутниковых приборов (GOME и SCIAMACHY) по определению газового состава атмосферы на основе измерений отраженного и рассеянного солнечного излучения. Выполнение данных исследований потребовало:

• Разработать универсальную систему валидации и визуализации оперативных данных спутникового прибора GOME.

• Провести валидацию данных GOME об общем содержании озона на основе сопоставлений с данными независимых наземных и спутниковых измерений.

• Осуществить собственные подспутниковые измерения общего содержания озона для валидации данных GOME.

• Сопоставить данные спутниковых измерений общего содержания NO2 (GOME) с данными независимых наземных измерений.

• Провести восстановление общего содержания NO2 на основе строгого физико-математического подхода к решению обратной задачи по интерпретации спектральных измерений GOME.

• Провести численный анализ характеристик молекулярного поглощения атмосферы в спектральной области измерений SCIAMACHY (ближняя ИК-область).

• Исследовать информативность измерений уходящего излучения в БИК области спектра относительно вертикальных профилей содержания водяного пара и метана.

• Получить оценки потенциальной точности определения содержания водяного пара и метана по измерениям уходящего излучения в эксперименте SCIAMACHY.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. В первой главе, носящей обзорный характер, обсуждается современное состояние и актуальность исследований газового состава атмосферы Земли спутниковыми методами, дана краткая классификация методов дистанционного зондирования окружающей среды, описаны современные спутниковые эксперименты по глобальному мониторингу газового состава атмосферы - GOME и SCIAMACHY, представлены математические аспекты анализа информативности планируемых спутниковых экспериментов, сформулирована задача

Заключение Диссертация по теме "Физика атмосферы и гидросферы", Ионов, Дмитрий Викторович

Основные результаты и выводы работы:

1. Проанализированы реальные точности определения общего содержания озона (ОСО) по измерениям спутникового прибора GOME (спутник ERS-2, 1995). Результаты многочисленных сопоставлений оперативных данных GOME об ОСО с данными независимых наземных измерении российской озонометрическои сети в 1996-2000 гг. выявили существенное систематическое занижение величины ОСО в данных GOME (4-9%).

2. Достоверность результатов валидации данных GOME об ОСО и качество российских измерений подтверждены одновременными сопоставлениями наземных измерений с данными спутникового прибора TOMS.

3. Сопоставление данных GOME об общем содержании NO2 с результатами наземных измерений в районе Звенигорода в 1996 и 1998 гг. продемонстрировало плохое согласие данных спутниковых и наземных измерений - среднеквадратичные расхождения составили 67% и 57%, соответственно.

4. Интерпретация данных спектральных измерений GOME на основе классического подхода к решению обратной задачи по восстановлению общего содержания NO2 позволяет улучшить согласие спутниковых данных с результатами наземных измерений, по сравнению с данными оперативной обработки GOME.

5. Исследована информативность спутниковых измерений уходящего отраженного и рассеянного солнечного излучения в БИК области спектра для восстановления газового состава атмосферы. Получены численные оценки точности определения содержаний водяного пара и метана по измерениям спутникового прибора SCIAMACHY (спутник ENVISAT, 2001). Потенциальная точность восстановления общего содержания водяного пара по измерениям SCIAMACHY в полосе поглощения при 1.38 мкм составляет ~1%, а погрешности определения влагосодержания в 3-4 слоях тропосферы составляют 5-10%. Измерения SCIAMACHY в полосе поглощения метана при 2.32 мкм позволяют рассчитывать на определение общего содержания метана с точностью ~5%.

Полученные результаты могут быть использованы для разработки алгоритмов интерпретации будущих измерений прибора SCIAMACHY и валидации спутниковых данных о газом составе атмосферы, а также для совершенствования системы оперативной обработки данных измерений прибора GOME. В частности, представляемые результаты валидации данных GOME использовались для проверки новой версии системы оперативной обработки измерений GOME (2.7) в рамках специальной международной программы, организованной Европейским Космическим Агенством [40].

Заключение

Исследована реальная точность восстановления общего содержания озона (ОСО) и NO2 по измерениям спутникового прибора GOME (спутник ERS-2) в УФ и видимой области спектра. Впервые проведена валидация данных измерений GOME на основе сопоставлений с независимыми данными российской сети наземных измерений ОСО; осуществлено сопоставление данных GOME с одновременными наземными (озонометр М-124) и спутниковыми (TOMS, спутник EarthProbe) измерениями ОСО. Выявлены существенные систематические расхождения данных GOME об ОСО с результатами независимых измерений. Проведено сопоставление данных GOME об ОС NO2 с данными одновременных наземных измерений в районе Звенигорода (Московская область). Отмечена неудовлетворительная точность восстановления ОС NO2 системой оперативной обработки данных GOME, основанной на упрощенной методике дифференциального поглощения.

Исследованы возможности интерпретации спектров измерений GOME на основе физико-математического подхода к решению обратной задачи по восстановлению общего содержания NO2 при строгом учете переноса излучения в атмосфере. Результаты расчетов сопоставлены с данными оперативной обработки измерений GOME и данными независимых наземных измерений.

Проведен численный анализ информативности измерений уходящего отраженного и рассеянного солнечного излучения многоканальным спектрометром SCIAMACHY в БИК области спектра. Рассчитаны потенциальные точности определения общих содержаний водяного пара и метана, а также вертикального профиля влагосодержания по измерениям SCIAMACHY.

Библиография Диссертация по геологии, кандидата физико-математических наук, Ионов, Дмитрий Викторович, Санкт-Петербург

1. Кароль И.Л., Розанов В.В., Тимофеев Ю.М. Газовые примеси в атмосфере. Л.: Гидрометеоиздат, 1983. 192 с.

2. Кондратьев К.Я., Тимофеев Ю.М. Метеорологическое зондирование атмосферы из космоса. Л.: Гидрометеоиздат, 1978. 280 с.

3. Тимофеев Ю.М. Спутниковые методы исследования газового состава атмосферы // Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1989. Т.25 №5 С.451-472.

4. J.P. Burrows, K.V. Chance GOME and SCIAMACHY: The scientific objectives, optical methods in atmospheric chemistry // Proc. of SPIE, 1993, V.1715, p.562-573

5. U. Piatt Differntial optical absorption spectroscopy (DOAS) // Air Monitoring by Spectroscopic Techniques, M. Siegrist, Ed., Chemical Analysis Series, Vol.127., John Wiley and Sons, 1994, p.27-84

6. J.F. Noxon Stratospheric N02, 2. Global behaviour 11 J. Geophys. Res. 1979. V.84. P.5067-5076.

7. Романов П.Ю., Розанов В.В., Тимофеев Ю.М. О точности определения функционалов микрофизических характеристик стратосферного аэрозоля по измерениям из космоса прозрачности атмосферы и солнечного ореола // Исследования Земли из космоса. 1989. №3. С.35-42.

8. Розанов В.В., Тимофеев Ю.М., Борроуз Дж. Информативность измерений уходящего Уф, видимого и ближнего инфоракрасного солнечного излучения (аппаратура GOME) // Исслед. Земли из космоса. 1995. №6. С. 29-39.

9. СОМЕ Geophysical Validation Campaign, Final results Workshop Proceedings, ESA/ESRIN, Frascati, Italy, 24-26.1.96 (ESA-WPP 108, 1996, 268 pp.)

10. K.-U. Eichmann Comparison of GOME/TOMS 96/97,

11. W. Rathman, PS. Monks, D. Llewellyn-Jones A preliminary comparison between TOVS ad GOME level 2 ozone data 11 Proc. of the 3rd ERS Symposium on Space at the service of our Environment, Florence, Italy, March 1997, ESA-SP 414

12. J.P. Burrows, M. Buchwitz, M. Eisinger, V. Rozanov, A. Richter, M. Weber, A. Ladstatter-Weibenmayer The Global Ozone Monitoring Experiment (GOME): Mission, Instrument Concept, and First Results (Ozone and N02) // Proc. of the 3rd ERS

13. Symposium on Space at the service of our Environment, Florence, Italy, March 1997, ESA-SP 414

14. E Schoubs, D. De Muer Validation of ERS-2 GOME ozone data by ground-based observations at Uccle (Belgium), in GOME Geophysical Validation Campaign, ESA-WPP-108, ESA/ESTEC, Noordwijk, the Netherlands, 1996, p. 133-139

15. J. Staehelin, A. Renaud Preliminary validation of GOME ozone measurements by comparison with total ozone data from Arosa (Switzerland), in GOME Geophysical Validation Campaign, ESA-WPP-108, ESA/ESTEC, Noordwijk, the Netherlands, 1996, p.141-147

16. G. Hansen, A, Dahlback Validation of total ozone measurements with GOME during the main validation phase: the Norwegian project, in GOME Geophysical Validation Campaign, ESA-WPP-108, ESA/ESTEC, Noordwijk, the Netherlands, 1996, p.199-208

17. AJ.M. Piters, P.F. Levelt, F. Kuik, M.A.F. Allaart, H.M. Kelder Ground-based measurements at KNMI used for GOME validation, in GOME Geophysical Validation Campaign, ESA-WPP-108, ESA/ESTEC, Noordwijk, the Netherlands, 1996, p.215-218

18. Ионов B.B., Ионов Д.В., Матишов Д.Г. Возможности ГИС технологии при исследовании морских геосистем шельфа // Биогеоценозы гляциальных шельфов Западной Арктики, Апатиты, 1996. С. 267-279.

19. Ionov D. V., Ionov V. V. "GIS as a media in environmental education and research on sustainable Arctic coastal and marine ecosystems" In: AMAP Inernational Symposium on Environmental Pollution of the Arctic, Tromso, Norway, June 1997, p. 286-287.

20. GOME Data Processor Extraction Software User's Manual (ER-SUM-DLR-GO-0045, issue: 1, 04.08.1999).

21. Шаламянский A.M. Озонометрическая сеть СНГ // Метеорология и гидрология. 1993. №9. С. 100-104.31. .Ozone Data for the World. Environment Canada. May-June 1993, vol.34, No.3

22. Ионов Д.В., Ю.М. Тимофеев, B.B. Ионов, A.M. Шаламянский Сравнение измерений общего содержания озона аппаратурой GOME (спутник ERS-2) с данными озонометрической сети для Северо-Запада России // Вестник СПбГУ. 1998. Сер.4 вып.З (№18). С. 108-111.

23. Ionov D. V. et al. Validation of the GOME total ozone measurements (ERS-2) by data of Russian ozonometric network // European Symposium on Atmospheric Measurements from Space, 18-22 January 1999, ESTEC, Noordwijk, The Netherlands

24. GOME Data Improvement Validation Report, B. Greco (Ed.), ESA/ESRIN APP/AEF/17/GB, 58 pp. (1998).

25. Update Report of GDP 0-to-l Version 2.0 and GDP l-to-2 Version 2.7, ER-TN-DLR-G0-0043 (issue 1, 30.07.1999).

26. ERS-2 GOME Data Products Delta Characterisation Report 1999, J.-C. Lambert and P. Skarlas (Ed.), ESA/ESRIN, 97 pp. (issue 0.1, November 1999).

27. Rozanov E.V. et al. A 3-D Stratospheric Chemical Transport Model // J. Geophys. Res. 1999. V.104. D.9. P.11755-11781.

28. Chu W., McCormic M.P. SAGE observations of stratospheric nitrogen dioxide // J. Geophys. Res. 1996. V.91. P.5465-5476.

29. Bevilacqua R.M. Introduction to special section: Polar Ozone and Aerosol Measurement (POAM II) // 3. Geophys. Res. 1997. V.102 D.19. P.23591-23592.

30. Laurent J. et al. Middle atmospheric NO and N02 observed by the Spacelab grill spectrometer// Nature. 1985. V.315 P.126-127.

31. Russe! J.M. et al. Measurements of odd nitrogen compounds in the stratosphere by the ATMOS experiment on Spacelab 3 // J. Geophys. Res. 1988. V.93. D.2. P.1718-1736.

32. Newchurch M.J. et al. Stratospheric NO and N02 abundunces from ATMOS solar-occultation measurements//3. Geophys. Res. Let. 1996. V.23. N.17. P.2373-2376.

33. Russe!IM. et al. Validation of nitrogen dioxide results measured by the Limb Infrared Monitor of the Stratosphere (LIMS) experiment on Nimbus 7 // J. Geophys. Res. 1984. V.89. D.4. P.5099-5118.

34. Reburn W.J. et a!. Validation of nitrogen dioxide measurements from the Improved Stratospheric and Mesospheric Sounder // 3. Geophys. Res. 1996. V.101. D.6. P.9873-9895.

35. Rüssel J.M. et a!. The HALOE occultation experiment // 3. Geophys. Res. 1993. V.98. D.6. P.10777-10797.

36. Roche A.E et a! The Cryogenic Limb Array Etalon Spectrometer (CLAES) on UARS: experiment description and performance // J. Geophys. Res. 1993. V.98. D.6. P. 1076310775.

37. Elokhov A.S., Gruzdev A.N. Spectrometric measurements of total N02 in different regions of the globe // Proc. of SPIE. 1993. V.2107. P.lll-121.

38. Elokhov A.S., Gruzdev A.N. Estimation of tropospheric and stratospheric N02 from spectrometry measurements of column N02 abundances I I Proc. of SPIE. 1995. V.2506. P.444-454.

39. Hofmann D.P. etat. Intercomaprison of UV/visible spectrometers for measurements of stratospheric N02 for the Network for the Detection of Stratospheric Change // J. Geophys. Res. 1995. V.100. D.8. P.16765-16791.

40. BarnettJ.J., Corney M. Middle atmosphere model derived from satellite data // MAP Handbook. Middle Atmosphere Program. University of Illinois. Urbana. 1985. V.16. P.47-85.

41. Keating G.M., Pitts M.C. Proposed reference models for ozone 11 Adv. Space Res. 1987. V.7 N.9. P.37-47.

42. J.F. Grainger, J. Ring Anamalous Fraunhofer line profiles 11 Nature, V.193, p.762-762, 1999.

43. M. Vountas, V. V. Rozanov, J.P. Burrows Ring effect: Impact of rotational Raman scattering on radiative transfer in earth atmosphere // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer, in press.

44. V. V. Rozanov, D. Diebel, R.J.D. Spurr, J.P. Burrows GOMETRAN: A radiative transfer model for the satellite project GOME, the plane-parallel version // J. Geophys. Res. 1997. V.102. P.16683-16695.

45. R. Hoogen, V. Rozanov, J.P. Burrows Ozone profiles from GOME satellite data: Algorithm description and first validation 11 J. Geophys. Res. 1999. V.104. D7. P.8263-8280.

46. F.X. Kneizys, E.P. Shett/e, L.W. Abreu, J.H. Chetwynd, G.P. Anderson, W.O. Gallery, J.E.A. Se/by, S.A. dough Users guide to LOWTRAN 7 11 Tech. Rep., AFGL-TR-88-0177, Air Force Geophys. Lab., Bedford, 1998.

47. Lambert J.-С., Roozendae! M., Simon P.C., Pommereau J.-P., Goutail F. Geophysical validation and maturation of ERS-2 GOME level-2 products with ground-based observations from NDSC and the SAOZ network, ERS.A02.B103/F114 Joint Final Report, 1998, 37 pp.

48. Crutzen P.J., Gide! L.T. A two-dimensional model of the atmosphere, 2: The tropospheric of the anthropogenic chlorocarbons CO, CH4/ CH3CI, and the effects of various NOx sources on tropospheric ozone // J. Geophys. Res. 1983. V.88. P.6641-6661.

49. Randel W., Russell R., Waters J. Seasonal cycles and QBO variations in stratospheric CH4 and H20 observed in UARS HALOE data 11 J. Atmos. Sci., V.55, p. 163-185, 1998.

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

51. Фомин Б.А., Кузьмин И.И., Троценко А.Н., Чернопленков А.Н. Быстрый полинейный метод расчета поглощения инфракрасного излучения в газах. Препринт ИАЭ-РАН. П4070/1. М., 1984. 16с.

52. Троценко А.Н., Фомин Б.А. Метод прямого интегрирования в задаче о переносе длинноволновой радиации в однородных газовых средах. Препринт ИАЭ-РАН. П4289/1. М., 1986. 12с.

53. Гуди P.M. Атмосферная радиация. М.: Мир, 1966. 360с.

54. Liou K.N. An Introduction to Atmospheric Radiation. N.Y.: Acad. Press, 1980. 392p.

55. Ионов Д.В. Молекулярное поглощение земной атмосферы в области 0,6 2,5 мкм: дипломная работа на соискание академической степени бакалавра. СПб.: СПбГУ, 1994

56. Rothman L.S., Camache R.R., Tipping R.H. et ai. The HITRAN molecular data base: editions 1991 and 1992. // J. Quant. Spectr. Rad. Transfer. 1992. V.48 №5/6, P.469-507.

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

58. Berk А., Bernstein LS., Robertson D.C. MODTRAN: A Moderate Resolution Model for LOWTRAN 7. AFGL-TR-89-0122, U.S. Air Force, Hanscom AFB, 1989. 42p.

59. Поляков A.B. Численные исследования спутникового метода определения газового состава атмосферы по измерениям прозрачности на касательных трассах: Дис. канд. физ.-мат. наук, СПб.: СПбГУ, 1994. 220с.

60. Минин И.Н. Теория переноса излучения в атмосферах планет. М.: Наука, 1988. 264с.

61. Турчин В.Ф., Козлов В.П., Малкевич М.С. Использование методов математической статистики для решения некорректных задач // УФН. 1970. Т. 102 Вып.З С.13-36.

62. Ионов Д.В., Поляков A.B., Тимофеев Ю.М. Об определении содержания водяного пара в атмосфере по отраженному и рассеянному солнечному излучению из космоса // Исследования Земли из космоса. 1996. №6. С.52-58.

63. Ионов Д.В. Об определении содержания метана в атмосфере по отраженному и рассеянному солнечному излучению из космоса // Исследования Земли из космоса.1997. №5. С.3-7.

64. Perner D., Kiupfei T., Parchatka U., Roth A., Jorgensen T. Ground-based UV-VIS spectroscopy: Diurnal OCIO profiles during January 1990 above Sondre Stromfjord, Greenland // J. Geophys. Res. Let. 1991. V.18. P.787-790.

65. Chance K. V., Burrows J.P., Schneider W. Retrieval and molecule sensitivity studies for the Global Ozone Monitoring Experiment and the Scanning Imaging Absorption spectroMeter CHartographY// Proc. Soc. Photo. Instrum. Eng. 1991. V.1491. P.151-165.

66. Richter A., Wittrock F., Eisinger M., Burrows J.P. GOME observations of tropospheric BrO in Northern Hemispheric spring and summer 1997 // J. Geophys. Res. Let. 1998. V.25. N.14. P.2683-2683.

67. Hegels £v Crutzen P.J., Klupfel T., Perner D., Burrows J.P. Global distribution of atmospheric bromine-monoxide from GOME on earth observing satellite ERS-2 // J. Geophys. Res. Let. 1998. V.25. N.16. P.3127-3130.

68. Chance K. Analysis of BrO measurements from Global Ozone Monitoring Experiment // J. Geophys. Res. Let. 1998. V.25. N.17. P.3335-3338.

69. Eisinger M., Burrows J.P. Tropospheric sulfur dioxide observed by the ERS-2 GOME instrument// J. Geophys. Res. Let. 1998. V.25. N.22. P.4177-4180.

70. TOMS (Total Ozone Mapping Spectrometer) Home Page // http://jwocky.gsfc.nasa.gov/TOMSmain.html.

71. SOLVE (SAGE Ozone Loss Validation Experiment) Home Page // http://cloudl.arc.nasa.gov/solve/

72. GOME Home Page // http://auc.dfd.dlr.de/GOME/

73. Kurosu T., Burrows J.P. PMD cloud detection algorithm for the GOME instrument -Algorithm description // Tech. Rep. 11572/2/95/NL/CN, ESA/ESTEC, Noordwijk, Netherlands, 1998.

74. Rozanov V. V., Kurosu T., Burrows J.P. Retrieval of atmospheric constituents in the UV-visible: a new quasianalytical approach for the calculation of weighting functions // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer, v.60, p.277-299, 1998.

75. Rodgers C.D. Retrieval of atmospheric temperature and composition from remote measurements of the thermal radiation // Rev. Geophys. 1976. V.14. P.609-624.

76. Rodgers C.D. Characterization and error analysis of profiles retrieved from remote sounding measurements // J. Geophys. Res. 1990. V.95. P.5587-5595.

77. HALOE Home Page// http://haloedata.larc.nasa.gov/