Методы анализ содержания озона по измерениям УФ-радиации

Ибрахим Бахджат Мухаммед

Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему
Методы анализ содержания озона по измерениям УФ-радиации
ВАК РФ 04.00.22, Геофизика

Автореферат диссертации по теме "Методы анализ содержания озона по измерениям УФ-радиации"

¡7 -Ч ~

Ц М0С^0ВС1{^й 2ОРДЕНШ ЛЕШША, ОК'ШВРЬСКОП , РЕШЛЩНИ "и ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГООУДАРСТШШШ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ М.В. ЛОМОНОСОВА '

ФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

На правах рукот'.'л! '- Уда 519.21

ИВРАХШ БАХДлАТ МУХАШЕД

МЕТОДУ АНАЛИЗА СОДЕРЗШШ ОЗОНА ПО ИЗМЕРЕНИЯМ УФ -РАДИАЦИИ : СПЕЦИАЛЬНОСТЬ 04.00.22- -РЕОФИЗЙКА'

АВТОРЕФЕРАТ

ДИССЕРТАЦИИ НА СОИСКАНИЕ УЧЕНОЕ СТЕПЕНИ КАНДИДАТА ФИЗШЮ-ШтТИЧЕСНЖ НАУК

МОСКВА -1992

Работа выполнена на кафедре^ атмосферы и математической геофизики физического факультета МГУ им. М. В.Ломоносова.

Научный руководитель; доктор физико-математических наук,

профессор Ю.П.ШТЬЕБ

Офлцлалыые оппонента: Доктор физико-математический наук

Орлов В.М. ^

х^пОУПор фиуико-матаматичвских наук с.н.с. Бекоршов В.И.

Водуцая организация: Институт фи&икм атмосферы РАН

Защита диссертации состоится " ^ " Л__1ЭЭ-2 г.

в ^_час. ЗО мин, в аудитории ? на заседании

Специализированного совета по геофизике в МГУ (д.063.05.81) по адресу; 111899 Москва, Ленинские горы, физический факультет МГУ. ;

С диссертацией мошо ознакомиться в библиотеке физического

факультета МТУ.

Азторе^рат разослан " ^ " — _193.2 г.

Ученый секретарь •

Специализированного совета кандидат физико-математических «ате-^ ^у ЛУ//^ ' В. В. РОЗАНОВ

Актуальность темни

В течение последних нескольких десятилетий все большее внимание мирового научного сообщества привлекает так называемая проблема озона. Как известно, коротковолновая радиация Солнца с длиной волна < 300.4°, оказывающая сильное действие на животных и растения, _почти полностью поглощается в озоновом слое Земли и достигает поверхности Земли значительно ослабленной. Мэгкду тем регулярные наблюдения за озоном, организованные Всемирной Метеорологической Организацией (ШО), указывают на систематическое уменьшение общего содержания озона (ООО) в основной части, его слоя. Били обнаружена "озонные дара" над Антарктидой, возникающие каждый раз в весенний сезон и существуйте в течение одного-двух месяцев. Позднее озоннне дыры были обнаружены и над сеьерншл и околополярдами районами. Эти открытая изменений озонового слоя на фоне признанной всею; опасности убнли озона для человека и биосфер! заставляют повсеместно расширять и совершенствовать наблюдения озойа, в частности, его вертикального распределения.

Диссертация посвящена проблеме совершенствования методики шалила к интерпретации дистанционных измерений вертикального профьня н общего содэрханйя озона, основанной на регистрации УФ-радаации.

Решаемые задачи • •

В диссертации были рассмотрены следующие задачи: 1. Задача построения математической модели оптимального ввода графической информации в компьютер с целью хранения, анализа и интерпретации измерений.

Л-

2. Задача анализа информативности кривой обращения при воостоновлешш вертикального профила озона.

3. Задача воостановлэния вертикального профили озона по дашшм шогоспектралышх и многоугловых измерений УФ-радиации.

4. Задача интервального оценивания распределения озона и аэрозоля по даншм измерения УФ-радиации.

Катода исслодовашя Перечисление задачи решались современными методами анализа и , интертретации измерений и математического моделирования. Научная новизна'

!. Построила математичосгсая теория системы " дидкитаПзер -исследователь позволяющая решать задачи оптимального вгода графической информации в компьютер. Исследован харакир ошибок, получена оценки погрешности, разработано соответствующее математическое и,программное обеспечение.

2. Построена математическая модель кривой обращения с учетом двух порядков рассеяния . Проведен вычислительный эксперимент при различных вертикальных, распределениях озона (ВРО) и аэрозоля. Показано, что кривая обращения мало чувствительна к вариациям

распределения аарозоля.

3. Проведен вычислительный эксперимент по сравнений качества

- восстановления ВРО на основе кривой обращения и другими методами.

Показано, что переход к кривой обращения приводит к значительном

потерям информации по сравнению с многоспектралными и многугловнми ^..-измерениями. . ,

4. Разработана методика интервального оценивания параметров распределения озона и аарозоля Создано соответствующее

математическое и программное обеспечение для персоналыгого компьютера.

Практическая ценность:

1. Разработана теория систош " додаитайз&р - исследователь ", созданы математическое и программное обеспечение, которое позволяет эффективно решать задачи ввода, хранения, анализа и интерпретации различной графической информации, накопленной в ранних геофизических измерениях. Эта теория макет бит» широко использована для ввода любой графической информации в компьютер.

2.Проведений анализ информативности 'кривой обрашонкя показал, что при современном рззвинш измерительной и шчислите,ььной техники для более точного восстановления ВРО целесообразно непосредственно использовать данные многоспектральиых и многоух'лоьых измерении рассяпной УФ-радаацил.

3. Разработана методика интервального оценивания, удобная при практическом решении задачи анализа и интерпретации эксперимента.

_' Апробация работы. Основные результаты диссертации

докладывались на соме парах кафедра атмосферы и

математической гео^изккй физического факультета Московского и

Государственого Университета, на школе молодых ученых по

автоматизации и планировании эксперимента (Москва, а 950-4991) и

опубликована в двух печатных работах.

Структура диссертации.Диссертация состоит из введения, трех

глав ,заклц»ения и списка литератдри

СОДЕРЖАНКЕ РАБОТЫ.

Во введении обсуэдается так называемая проблема озона. Как

- и

известно, многочисленна наблюдения указывают на систематическое

Л-

уыеньшешэ .содержании озона в основном озоновом слое Земли. Это приводит к увеличению интенсивности коротковолновой УФ~радиации, окизывагаюй пагубное шшяние на человека и всю биосферу'. Последние наблюдения отмечают рост кожных: заболеваний и его связь с увеличением УФ-радиации. В связи с этим все большее ышмашга удаляется совершенствованию систем наблюдения за озоном и УФ-радицией..

,В часмюсязч, «Зольное значение придается развитию дистанционных методов воо^атхитат озона по данным измерений УФ-радиации.

;Ро ъщдтш дан также обзор математических, методов анализа и иаторпрегсгадя измерений, в чостноо ги, рассмотрен ме то;.' редукции, понятие надемюсти модели, понятие надежности редукции а .' оценившие случайными множествами.

ГГчриая глага " Проблема ввода графической иичЮрмгжии в ЭЬ'Г тсвлЦ'Эна математической теории системы " дидкитаЛзер исследователь "

- Б последнее время вычислиталыше средства заняли прочное моете в технике експерименталыых исследований. Экспериментальна; установка в настоящее время содержиг, как правило, ЭЕМ, которая н( только позволяет визуализировать и хранить' информациг, но и 1 . значительной степени определяет стратеги» измерений. В 'то же врем: много ценной научной информации, полученной в предыдущие года н. вкегкфиментольшх установках, но оснадошшх ЭВМ, хранится н бумажных носителях в виде графиков, злектронограмм и т.п Естественно, возникает проблема переноса а той информации в. ЭВМ л:гоы, чтоб« в далымйшм использовать ее в задачах анализа интерпретации эксперимента наряду с данными, полученными н

современных экспериментальных установках. Таной перенос информации ~~ может бить шполпон как с помочью различных электронных устройств типа сканеров (аоашпэг), так и вручную при помощи так позываемых деджитайзеров (сНзИ;1аег).

В самой общем виде диджитайзер представляет собой плагиат, на которцй помещаются результаты эксперимента в виде графиков, точек и т.п. на бумажном или каком-либо другом носителе, и при помощи специального электронного курсора производится съем точек графика и запись их координат в память ЭВМ.Очевидно, что при риботе' с &там устройством при съема любой точки графика возникает погрешность, связанная о поточностью позицш!Й1рованмя курсора дадкитайзера. При этом, если ,ау0 " к00?.®1316™ точки графика в системе

координат диджитайзера, ~ ошибка определения координат

{-ой точки о помощью курсора, то

(О

-полученное значение ее координаты ), 1=1,

Погрешности определения х,у-коорданат совсем лег об-яза-гздьно одинаковы. Это может быть связано не только» со «гедафякой зрительной системы, но и с особенностями каждого отдельного человека и диджитайзера. Равенство. (1) представляв"? (в ЭВМ) результаты эксперимента в система координат двдгжтайз&рз (6&Д), да совпадающей с системой координат, в которой предотгжшш ро&ультати измерений. Поскольку дидштайзэр имеет фиксированную, овя&егшу» о ним систему координат, а лист бумаг и кладется на него достаточно произвольно, то добиться совпадения упомянутых систем коордшат практически невозможно. Поэтому буд&м считать, что •

? = А/ + V , (2)

где 5 = (Ч^,-.... А'п)* ~ погрешности курсора, причем, как следует из проведенных исследований погрешности, можно считать, что известии й>-0 и корреляционный оператор ,...,/п)*

- дзтаю измерений в системе координат, определяемой условиями эксперимента (СКЭ);

"Г ,

А = А,

где А - вооОце говоря ¡ккзьоетныЛ случайный оператор афинного преобразования кз СКЭ в СКД

^^шЦ^] (3)

а21а2г) \/у1) Iа23)

В первой главе на основании измерэния (2) района задача наилучшего в среднем квадратичном оценивания значония вектора /. При о тем использовалась уточненная путем тестирования версия случайного оператора Д.Путь Т} есть результат изморешя' при

тестировании А'

Т| = /15 + Ц, (4)

гдо - "тестирумциЛ" сигнал, ц - ошибка измерения. При атом уточненная версия А оператора А должна определятся из тех соойрзлшшй, чю мерой качества 2 является погрешность редукции 4 к вектору /, т.е. с.к. ошибка определения / из (2) как линейной . функции гТ) должна быть минимальна; '

>у п2'' *1пБ[Н(г\) + г^ - п2- (5>

К,г •

Решение задачи (&}■ даечея равенствами

О Е-символ математического ожидания.

нЫ) = *

где2-1 А(=ЕГА,'Т);Э /0=ЕЛ ^Е(/-Г0)(/-Г0)\ ¿т=Е(((А-АГ1)/)((А-Ау^)*1г}); т.е. для решения задачи (5) необходимо знать условное среднее и условный ковариационный оператор Если же пара Л, р. в (4) независима и имеет нормальное распределение, в - известный вектор, то Е(Л,'Г1) - линейная функция т), а <7.^ от т] на зависит.

Итак, задачу нахождения наилучшей в среднем квадратичном(с.к.) линейной оценки вектора / можно разделить на две: во-першх, необходимо на основании некоторых, тестовых измерений получить оценку . операторе А, а затем используя ее построить наилучшую линейную оценку /.

Рассмотрим задачу уточнения оператора Л, заданного как эле;,.оцт параметрического класса операторов в виде

А' = 7 аХ ' (6)

где операторы - известны, а вектор ....а^)* € Я^

параметров подлежит уточнению. В рассматриваемом случае речь идет об афинном преобразовании плоскости (3) и будем считать, что в равенстве (6) си^а^ .а^.а^.а^ .с^а^*,

. Г/001 , Г0001

" ы......ы\

Тогда где в СКД, в скг>-

а) Б('1") - символ условного математического ожидания.

В данной задача на основании измерений к известных "тестовых" точек ес(ех1*у1*1)

гц = + 4 = 1..--.Й <?>'

где ц •" - шуь-., сопровождают^ процесс съема каздой

"тестовой" точки, необходимо получить решение задачи уточнения оператора А .

Предположим, что в (6) а - случайшй вектор с распределонием Ма0,Б(1). При &том, как правило, выбирают а0=С 1,0,0,0,1,0), а Ба -

— _'У ■, _

а(о£С "12* ••• где о^ рассчитываются исходя из

возможных невзносов и сдвигов листа относительно планшета дадаитайзора.

Используя представление (6) запишем (7) в виде схемы измерения вектора а

р^'в, [аЛ ПМ

: = ............ : + : '

* I .

'V ли8к Ч V-

иди'-короче

Г} = Та + ц,

Тогда няклучиая в с.к. ллнейпая оценка Кп»г вектора а может

бцть получена кик решение елодующей задачи

т(пЕ1й-о + г - а{2. Я,г

Ео решением будет , ; ■ а = а0 * - Та0),

. ■ ' а сопутствующая погрешность оценки. _

' В\а - а\г = Iг (Ба - Б^^ТЗ^* + ^)~1ТЗа) . Таким образом, построив оценку вектора а, мы, исходя и: соотношения (ь), построили .оцежу оператора И, причем согласи;

сформулированным вше результатам полученная оценка А совпадает с Е(А1ц) и является наилучшей для восстановления вектора / по измерениям (2). Однако, госташку / = а

нас интересуют только координаты точек, т.е.

> • - - >/-[Г1'Л/п^* то симулируем задачу восста2ГОвления координат графика как задачу редукции измерения (2) к виду У/, где

■■» 0 0 0 0 ____01

0 1 ООО----о

0 0 0 10____о

•Искомая редукции

- + №Т(Ш* + - 2/0)-

ГГри этом среднеквадратичное значение сопутствующей погрешности

ЕЦи/ - 0/12|т]) - В«г У(Р - + ЗГ^7]У*|тг)).

где 2=2+^,

В первой главе приведены - результаты экспериментальных, исследований распределения ошибок, возникающих при вводе точки и линейных. элементов, получено значение ковариационного оператора ошибки при вводе точки и даны зависимости дисперсии ошибки линейного элемента как функции угла его наклона (см.рис. .1,2).

Что- касается характера распределения ошибки,то проведений эксперимент показал, что распределение о досточной точность» можно считать нормальным.

Вторая глава * Моделирование и интерпретация УФ-издучегшя " посвящена постановке и , решению краевой задачи .для уравнения переноса (УП) УФ-излучения, исследованию влияния кратности рассеяния на точность моделирования рассеянной радиации, а таске анализу широко известного в геофизике "ьф^шта обращения",

Рис Л йчлдпси рассеивания вихорки: а) прд известных координатах точки,в) цри иеязвэст.игх коордлнагах точки.

: Рис.2 Дисперсия ошибки лянейного элемента как функция наклона.

5условленного наличием озонового слоя, с точки зрения »т<) фурматиигости относительно содержания оги.-нм.

Теоретической основой для построении математической мпл«.'ш змерений в задачах интерпретации • результатов 'оптического лидирования является 'ропеииа краевой зяддчп для (Л!) нектромргнитного излучения Солнца в атмосфере Еомли.Точное решение гой задачи, учитиваищоо многократное рассеяние и орфическую эометрию атмосфер», продстяпля"т собой чроэвнчпЛло сложную роблему и получено лишь для .небольшого рядп чяспшх случаев лоской, разреженной среди. Кроме того, проблема интерпретации нстанциотшх измерений осложняется том, что необходима досточно очные модели исследуемых обьектоа и измерительной ыгаратурм. Ла рактике ко, как извести:»,- для решения задач интерпретации истанциошшх чзмерош'! используется нриближонние мололи . При том роблема состоит в виборо приближенной модели систол*, "об1.окт-реда- прибор", позволяющей получать результата интерпретации с арантаруемой точностью. Следует иметь в виду, что р<п?ультат нтерпретации, содеркзщий значения параметров .исследуемого обт- кт оценку сопутствущей погрешности нельзя считать исчерпывающим, роме этого, исследователю должна ' быть известна ' оценка остоверности интерпретации, покаонваищая, «акое отношение к ействйтельности имеют иайденвие значения параметров и погрешность, бозначим ЗКИ.ч) 'значение интенсивности,, монохроматического злучоння в области ЕЭД, где £={г), 0=Га=(6,<|>),б€10,111 <,ч Ю,2г1, >а(г) и В3(г)-обгомнне коэффициенты поглощения и рассеяния, у(з'.,з) индикатрису рассеяния из направления а' в направление а.

Изменение интенсивности вдоль единичного пути йI описывается

П-

ши'бгроди.Ц/^рсцнровыигим у(--аЫ1в>шин иоримоса (УН);

В (г) г _ ,

_ = -<Н * В„(?ШО\а) + _£.__ЫИ.а )Ц(8 ,а№

41С ■»

си О (8)

г'чА', а^П.

У^аыишиа (8) совместно с граничншл услоъи&м на границе области 1 (которое аааисиг от К0НК[/Л'Н0й постановки а а дачи) :

ЗбгТаЛд. « су?0*а), ае(Г (9;

г~

Sfcл-'

представляет постое описание задачи о . переносе излучения ч

поглоишххцйй и рассаьащей среде. Решение краевой задачи (8), (! ч

ядтги[юь«гойдля переноса УФ-излучания в сферической атмосфе; 8ншш, получено нами при следующих, предположениях:

1. на верхней границе (сф»ре о радиусом 1 где Л

толщина оптически активного слоя) ьадано спектральное распределен интенсивное! и УФ-излучения' Солнца;

2. нижняя отражающая граница (поверхность Земли) считается ламбертовой с постошшм (по пространству и спектру) шшОоао.

3.коэффициенты рассеяния и поглощения активных по отношению к ультрафиолетовому излучению структурных' компопоит атмосферы (молекул, аэрозолей, озона) зависят только от высоты г над поверхностью Земли;

4. расчет интепсиьности радиации, рассеянной один раз (однократное рассяние -ОР) осутастапяется с учетом сферичности атмосферы и рефракции лучей на молекулах. Второй порядок рассошшя (двукратное, рассеяние. - ДР) вычисляется в прибликешт плоской модели атмосферы.

52 посвшцен исследованию точности аппроксимации рассеяного УФ-излучения приближенными решениями УП

I.Рассмотрим спектр £ УФ-излучения, надащего на Вомлю из зенита, расчитатшй в приближении ДР и искаконный аддитиышм случайным шумом V ~ Л(0,Я) с известным корреляционным оператором

5 = А|#г(/,0)ч- V , V ~ ¿(0,2) с Яп. (10)

Оператор А. _(/,в) описывает решена УП А приближении ДР ( / -(ВРО) и 0 -параметр модели атмосферы ). Вопрос о возможности интерпретации, измерения ? (10) в рамках модели ОР сводится к вопросу о возможности интецпретировать результат 'измореш)я (10) согласно схеме , , •' . .

£ » А,(/.в) + V "ё Яп (И)

где К определяется в . (8), А, (/,8) - решике УП в однократном приближении при тех ае оптачосшс. параметрах атмосферы f п в.

В качестве меры согласия нодэли ОР с гкезорнлентом £ (10)

' <V л»

(полагал, что ч> ~ .А <0,S)) примам надежность модели 11 ^

' ' г К О^^"'1 й(5)=|£-,хг(С-А,(Лв))|г.

р r(x) ~ плотность Лг гГ распределения. Высокое значен

flfcU * д ,

надежности иЦ) _ свидетельствует, о нопротыюречивости модели О] (которую ибоапыш (/,0) = 1А( (/,0),2]) и измерения £ полученногогю схеме (19); низкое - наоборот, указывает на то,чт< ъибрашшя модель противоречит аксшримеиту.

Ги^ульта'ш многочисленных вычислительных эксперимента показывают, что удовлетьорителыюй вамеш модели ДР моделью 0Р н достаточно шшоком спектральном интервала 313-33Q нм достичь н удается даже при "деформации" оптических царамеров / и 6. Хороша согласие указанных: моделй'^воьможно только на узком участке спектра 310-317 нм при значительном снижонии содержания озона и низком ( 83-86°) положекии. Солнца.

5 3 и 4 поевящош анализу точности моделирования криво обращения на основе нриблджашшх методов решоние УП, а такя вьлчюй задаче ее нормировки, обусловленной намерениями УФ-излучеш на приборах с шизвеотними калибровочными постоянными.

Остановимся иа этих вопросах подробнее в течение многю десятшю'шй вплоть до сегодняшних, дней наиболее распространишь методом восстановления вертикального распределения озона (ВРО) земной нтша^аре авллысл иредлокешшй еще в 1934 г. Гетце» ДоОсоном и Ммзшом , метод, основанной на измерении УФ-излученш идущего от зенита ясного неба на Землю. В качесп скоперимектальных данных, этот метод использует так называем; "кривую обращения"."Кривой обращения" называется функция

от аргумента 0 - зоттюго умп Солнца; и иитенсипиости падающего на Землю и:з зенита УФ излучения длин поли Л( н Я., ,71'>рн.'1:| «з которых находится ь нороткпполж >1 юЯ о.^лясти УФ сноитрч (•>;& -312 им), вторая - и более даишюволноьоА (325 - 330 им). Последуя эту кривую, Гетц обнаружил неожиданное яил'.чше, питанное пм иЭ{фЭКТОМ обр;]Щ'111ИЯ". Суть О со Г, тем, ЧТО "кршю;( й11 'ИЧОНШГ сначала опускается с уводичонием яниптиого угли Солнц?« 0о , а ;кп'.;м при низком положен™ Солнца > Я5 град начинает подниматься вверх. Объяснение г<тому явлонию Гитц нашел, во-пирвы/, н своеобразной вертикальной структуре 'манного слон, довольно резгео ограниченного сверху, виню которого находится незначительно'.' количество рассеивающих УФ-излучение мчлекул и аэрозоли!1., и, во-вторых, в значительном рпзличил поглощения озоном излучении длин волн А.( и кг . Эти два фактора приводят к тому, что чем короче длина полны и тике Солнце, тем выше тот слой, который посылает из зенита наибольшее количество рассеянной радиации, причем при липком положении Солнца слой мпкекчалыюго рассеяния для коротковолнового излучения находится ьг:во озонного слоя, в то же время дли длишшволиого излучения слой максимального рассеяния ни при паком положении солнца но поднимается вит озонового слоя. Наибольшие проблег/л при интерпретация "кривой обращения" с цолыо кзилоч'ишя из нее информации о ВЮ .возникает вследствие того, .что обычно

{ ' Г

измерения интенсивностей и 32 проводятся на приборе с

неизвестными постоянными ка^бровки и 'зависящими .от длины ео-япсл, но не зависящими от колоизния Солнца: т.е. фактически измеряются величины I, и 2г = кррг. Это приводит к тому,

что ькспериментальиая "кривая обрашещгя" отличается от "абсолютной"

на ноизьчстиую иостонннуп величину К :

В диссертации предлагается следующей способ нормировки "кривой

с.-бр.чщониа". Как показавыот опыт и что подтверждается

шчпоштелышми экспериментами, "кривив обращения", соответствующие

разним вертикальным распределениям, но одному и тому же 0С0,

сходятся в некоторой точке 90, находящейся в области малых

зенитных углов Солнца, когда рассеянного света практически нет и

интеноишость приходящего на Землю излучения зависит от полной

оптической толщины атмосферы, которая, в частности определяется не

конкретной взртикалытой структурой озонного слоя, а его общим

содержании«. Вашо заметить также, что чем сильнее отличаются между

собой профили озона (общее содержание сохраняется!), тем меньше

значение зенитного угла, при котором соответствующие "кривые

'обращения" сходятся .Этот факт использован' в диссертации для

норлировки экспериментальной "кривой обращения".Еесли известно

соответствующее ей значение ООО,, екснерементальнан• "кривая

обр^шия" просто опуск&ется (или поднимается) в точку пересечения

системы рьсчиташшх "йрмшх обращения" отличающихся ВРО, но с

соответствуем тстрШ&Шу ООО.

■ , В второй мШв приведаш гладуыдэа . результаты

&ясп8р>шеНтьЛь/ЮГ<У анаМтщшйЛ обращения I. . :

о), вид кривой ббраадения мало меняется при замене однократного

расояния на Двукратное расЗкшю, . т.в кривая обращения малс чувствительна И Модели рассеяния.

0). кривая обращения мало менялась при изменении распределен«

-If-

аэрозоля.

в). кривая обращения существенно помялась при тад.'Н'лпы ОСО. Отсюда слодуот, что I'.jmr нл обрпщчьич ж>с;т iiU'J« т^.-»! i/m., и вертикально^ распрадолшши озона.

Й тротей гласе. " Шггэрполыюо оп'ишп.-иип и-Ч'-'мчтрои tv,jv>M% измерений в задачах дистанционного уондг.роъ'тии" j(!>oi;Morrptih.m>;!i задача интервального оценивании нар«М'1Т]»:ш лпгкИ^м но пткц.ыыьц интенсивности солнечного и улууемчЯ.

Исследуется информативность- утих, изморотШ и ото-.-r-.'iiirn интересу тар«, нас параметров. Количественную мору инЧлрпчця» о том или ином, поряметро, содержыпчфя в юмарпшии, дяот случен-»> мнокестьо, покрывающее истинное значонш параметр« о ;г>л.'пик'Л вероятностью.

D схеме измерении еК^ оцонко подлежат traj.-;wo'ij-w п

оператора А и вектор /, гдо £ -ризультати иамороиип и v - тум.

Вначале стоитея множество, оцовивамцео параметр а нормального распределения А{и0,2) воктора ?=а0м> с и'^хлгпккгП'К) р, где S -корроллциогшй оператор. Для зтого достаточно нчИти область принятия гипотезы о аиачонии математического опсидммл

случайной величшш 5 против альтернативы .о/а^. Как известно, чтс'а оценивающее множество имчэло мишгоалыюЛ размер, следует ж:Лгн область принятия гипотезы равномерно наиболее моцмош ШМ)

критерия. В навей задяче, когда класс; альтернатив задастся условиям а/а0, такой критерий m существует. . FKM 'криторАЯ ^удастлуетп классе критериев инвариантных относительно грушы О с^клндоь;^

I уо _ I /О

преобразований R^, где G-<g>, gx=2 "uE w^{x-<iQ)+a0, и iu)

-группа ортох'ональшх преобразовать Яд. Поскольку .«яксимальшал

IУ*^ ^

инвариантом в яьмютия функции 'с(х)- ¡3 (х-а0)$ ,Х£Яп, но трудно показать, что область ириьлтия гипотезы РИМ, С -инвариантого

критерии осгь (.пВ , ч(х) ^ е '}, где е определяется уровнем

кригсфнк аф^х'п^) ьарои'шостьь ошибочно отвергнуть гипотезу.

С ютБитсдьущое оц/лштмье аа о ьеронтностьм рМж* множество имеет

Иитиший параметр «0 лезои- г.чутри случайного множества ( аефр(О) с вероятность« }>. Запишем статистику 1 (() в вида

|Н<в)2-,/г({-.4(в)/.>|г + |(1-П(9))2-,/гиг. гди ГЦО;=2Г1^гЛ(6)(5Г,/'гЛ(6))- - орчогоналышй проектор нг пространство значений опара-юра Е Л{в). Статистике •I 4 (1-П(0) )УГ1/г£ Г= к (1-П(О))Х-у /г (Л(в0)/0+V) 5. характеризует близость нормированного вектора измерений £~,'/г£ к пространству

знъчешР оператора ¿Г'^/Цв) и используемся для оцениванш

- (^

параметра 0 модели. Статистика |П(в)л . (4-Л(б)/)|| попользуете! для получения интервальных оценок /. При атом применяется тот. ж< ыршвдш получении оцеиивчицих множеств, который был основан » статистике г(().

Разработанная техника получения оценивающих множеств применена ъ задача оцьниьания ССО и аарозоля по данным наземны наблюдении! примого солнечного излучения в диапайоне 305-340 нм Схема намерений им>.*ет вид

' (12 где К -длина золт ¿-го измерении, ) -интенсивное'!'

излучения, ослабленного на пути от верхней 'границы атмосферы д точки наблюдения, £. -результат измерения, V - погрешность

(=1 , ...,п. Согласно аниону Пугеря пщ»( Т^), где

-спектр интенсивности внеатмосферной солнечной радиации, 1^т(вд) + ча^ оптическая толгнит

»тмосферы, в которой слагаемое

тредставлп»1т молекулярную, аэрозольную и озонную толщичч соответственно, -оптическая мапса атмоп1яр;, запислиши пт

д'ла солнца ва, п^ -сечение поглощения озона , X -осо.

Зпектральная зависимость аэрозольной оптической толпиж-п

шисивается формулой Онгстромя Но данпич

1абл»дения требуется оценить ОСО X и параметр« апрозолп Ь и у. В диссертации методом редукции оценивался ректор перачетр"» а аэрозольный параметр у уточнялся методом мчксимплиг-й надежности модели атмопферч. Полученнне тцм этом рерулмт» представлены на рис(З).

Решена такие задача интервального оценивания РГО то д'чишч наземных наблюдений сп^кччрз раесеятого солнечного излучения. П этом случае схема измерений имеет вид

• £ = /*(/)«', (13)

где координатами вектора / являются значения концентрации озона не зысота 1=1,пГ, ,а значение нелинейного оператора А

определяется из решения краевой задачи для УП излучения в атмосфере Земли. Диалог исследователя с измерительной Системой <!%) состоит а возможности построения сцокивамцего множества ' минимального размера в зависимости от математической модели оператора л0, гДе 9 - такие параметры, как высота Солнца, оптические коэффициенты эслвбления атмосферы и др. Статистика % в этой задаче имеет вид

-лиНа рисункае (V) показаны результаты математического моделирования вектора / и aro интервального оценивания по данным моделирования спектра УФ-радиации в соответствии со схемой (12) при зенитных углах Солнца 4G°, 75°. Условию i^e с вероятностью а--0.б1 (dim Йп-=10) удовлетворяю? векторы /' из заштрихованной области. Пунктирными лишит: показаны среднезон&яьные отклонения •вектора / от среднего профиля озона fQ.

Установлено, что использование измерений спектра при больших ( >70 град) зенитных углах Солнца позволяет получить более точную оценку BPQ, чем . использование спектра, измеренного при малых зенитных углах. ■"..•■'■,'•

Б заключении приводятся основные результаты диссертации к вывода. ;

. Основные результаты диссертации опубликованы в.работах: , Г. Газарян В.А., Ибрахим Б.М., Матвава Т.В.Пытьев Ю.П., Сухорукова Г .В., Чуланков А..И. "Интервальное оценивание параштро! атмосферы", Труда ХУ научных чтений космонавтике' "космически! биологический мониторшй". Москва, институт истории естествознанк« и тохлики All СССР, 1391 г., 0.79-82. ,

2. Ибрахим Б.М., Пытьев Ю.П., Кнуренко A.B., Меншегащ С. Л "Задача ввода графической информации в ЭВМ". Ееотник МГУ, • сери физика и астрономия, >0:6, 199* г. C.3Z-3?.

■ли >

Ь «И

360

зм

360

по

ЛО

ни ММ» 1

• « • • » • » •• • • »* » » • • * •

» 1 » I

« « • « • •

■ '^'''иГ'Ш'-'Ш^о..........Ло""^