Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Восстановление оптических характеристик слоистообразной облачности на основе спектральных измерений коротковолновой солнечной радиации

ВАК РФ 25.00.29, Физика атмосферы и гидросферы

Содержание диссертации, доктора физико-математических наук, Мельникова, Ирина Николаевна

Введение.

Глава 1 Слоистообразные облака, радиационные и оптические характеристики атмосферы: основные понятия и определения.

1.1 Климатология слоистообразной облачности.

1.2. Экологический аспект взаимодействия солнечной радиации и облачности как важного фактора изменения глобального климата.

1.3. Прямые и обратные задачи атмосферной оптики.

1.4. Основные радиационные характеристики атмосферы.

1.5. Оптические параметры атмосферы как рассеивающей среды.

1.6. Списоклитературы.,.,,.,,,.,

-г- •• J х

1.7 Список таблиц.

Глава 2 Теоретические основы решения прямой задачи атмосферной оптики для облачного слоя.

2.1 Оптическая модель елоистообразного облака. .,,.,.,.

2.2 Характеристики радиации на верхней и нижней границах облачного слоя.

2.3 Случай слабого истинного поглощения солнечной радиации.,.

2.4 Поле рассеянной солнечной радиации внутри облачного слоя.

2.5 Случай консервативного рассеяния. .,,,.,.,.,,,,.,,.

2.6 Погрешности и область применимости асимптотических формул.

2.7 Решение прямых задач в случае облачных слоев произвольной оптической толщины .,

2.8 Выводы.

2.9 Список литепат\тьт.

- Г "" ^ Г

2.10 Список таблиц.

2.11 Список оисунков.,,,,,,,,,,,,.,,,,.,,.

Глава 3 Определение оптических параметров из измерений потоков солнечной радиации на танинах и внутпи олнополного облачного слоя. .,,.

Г ' '" У Г ' 1 ■ 1" ' ' '

3.1 Решение задачи в случае измерения потоков солнечной радиации на верхней и нижней гпанипах облачного слоя большой оптической толщины.,.

Г ' '" . - . . . . - - . .

3.2 Решение задачи в случае измерений потоков солнечной радиации внутри облачного слоя большой оптической толщины.,,.,,,.,

3.3 Решение задачи в случае измерений потоков солнечной радиации, отраженной или пропущенной облачным слоем,.,.,.,,,,,,.,,.,.,,, .,,,.,,,,,.

3.4 Анализ корректности решения обратной задачи.

3.5 Анализ ^'стойчивости пешения обоатной залачи (погрешности подученных формул и

X 1 ' 1 4.1 АЛ.*/ область их применимости).

3.6 Некоторые возможности оценки параметра индикатрисы рассеяния из радиационных измерений.

3.7 Случай консервативного рассеяния.

3.8 Решение обратной задачи в случае облачных слоев произвольной оптической толщины.

3.9 Выводы.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Восстановление оптических характеристик слоистообразной облачности на основе спектральных измерений коротковолновой солнечной радиации"

4.2 Решение задачи в случае измерения интенсивности рассеянной солнечной радиации на RenxHeft и нижней танинах облачного слоя большой оптической толшины, ,,,,,.,85 г - - и Т - .

4.3 Решение задачи в случае измерений интенсивности рассеянной солнечной радиации внутри облачного слоя большой оптической толттщны.,,,,,,,,,,,,,,,,. .88

4.4 Решение задачи в случае измерений интенсивности солнечной радиации, отраженной или пропущенной облачным слоем,,,,,,,,.,,,,,,.,,,,,,,,.,,,,.,,,,,,,,.,,,,,,,,,,,,,.,.,,,,,,,,.,,,,.,,,90

4.5 Погрешности и область применимости.94

4.6 Параметризация горизонтальной неоднородности облачного слоя.,.,,98

4.7 Выводы С.99

4.8 Список литературы.,,,,,,,.,.,. ,,.,.100

4.9 Список таблиц.103

Глава 5 Решение прямой и обратной задачи для многослойной облачности. 104

5.1 Решение прямой задачи в случае многослойной облачности.104

5.2 Решение обратной задачи атмосферной оптики для случая многослойной облачности.109

5.3 Выводы.112

5.4 Список литературы.112

5.5 Список рисунков.112

Глава 6 Применение обратных асимптотических формул к самолетным радиационным измерениям в облачной атмосфере.113

6.1 Введение.113

6.2 Самолетные измерения коротковолновой солнечной радиации в облачной атмосфере в разных географических регионах.114

6.3 Оптические параметры слоистой облачности по данным самолетных радиационных экспериментов.120

6.4 Обсуждение результатов.128

6.5 Выводы.130

6.6 Список литературы.130

6.7 Список таблиц.134

6.8 Список рисунков.134

Глава 7 Вертикальный профиль спектральных оптических параметров слоистобразных облаков.136

7.1 Введение.136

7.2 Применение обратных асимптотических формул к самолетным измерениям. 136

7.3 Вертикальная зависимость оптических параметров слоистой облачности.140

7.4 Обсуждение результатов.148

7.5 Выводы.150

7.6 Список литературы.150

7.7 Список таблиц.152

7.8 Список рисунков.152

Глава 8 Применение обратных асимптотических формул к наземным и спутниковым радиационным измерениям в облачной атмосфере.154

8.1 Введение.154

8.2 Интерпретация наземных измерений солнечной радиации.156

8.3 Интерпретация измерений прибором «ПОДЦЕР» со спутника «АДЕОС».160

8.4 Интерпретация спутниковых наблюдений с применением прибора "AVHHR".177

8.5 Заключение.182

8.6 Список литературы.184

8.7 Список таблиц.187

8.8 Список рисунков. .188

Глава 9 Проблема "избыточного" поглощения коротковолновой солнечной радиации в облачной атмосфере.190

9.1 Введение.190

9.2 Обзор различных концепций "избыточного" ("аномального") поглощения в облачной атмосфере.192

9.3 Сопоставление результатов измерений поглощения коротковолновой солнечной энергии в различных самолетных экспериментах.195

9.4 Выводы.203

9.5 Список литературы.204

9.6 Список таблиц.211

9.7 Список рисунков.211

Библиография Диссертация по наукам о земле, доктора физико-математических наук, Мельникова, Ирина Николаевна, Санкт-Петербург

1. Радиация в облачной атмосфере., под ред. Е.М. Фейгельсон, JL, Гидрометеоиздат, 1981.

2. Облака и облачная атмосфера. Справочник, под ред. И.П. Мазина и А.Х. Хргиана, Л., Гидрометеоиздат, 1989, 648 с.

3. Матвеев Л.Т., Матвеев Ю.Л., Солдатенко С.А. Глобальное поле облачности. Л. Гидрометеоиздат, 1986, 287 с.

4. Марчук Г.И., Кондратьев К.Я., Козодеров В.В., Хворостьянов В.И. Облака и климат. Л., Гидрометеоиздат, 1986, 512 с.

5. Марчук Г.И., Кондратьев К.Я., Козодеров В.В., Радиационный баланс земли: ключевые аспекты. М. "Наука", 1988, 224 с.

6. Марчук Г.И., Кондратьев К.Я. Приоритеты глобальной экологии. М., "Наука", 1992, 264 с.

7. Nicolis С., Nicolis G. If there a climatic attractor? Nature, 1984, 311, pp. 529-532

8. Twohy, C.H., Durkee, P.A., Huebert B.J., Charlson R.J., Effects of aerosol particles on the microphysics of coastal stratiform clouds. Journal of Climate, 1995, 8, p. 773-783.

9. Aerosol Forcing of Climate., ed. by R.J. Charlson and J. Heitzenberg. Wiley & Sons Ltd. 1995, 221p.

10. Aerosol-Cloud-Climate Interactions, ed. by P. V. Hobbs. Academic Press. 1993. 233 p.

11. Harries J.E. The greenhouse Earth: A view from space. Quart. J. R. Meteor. Soc. 122, April 1996, Part B, No. 532, pp. 799-818.

12. Матвеев Ю.Л. Физико-статистический анализ глобального поля облачности. Изв. АН СССР, сер. ФАО, 1984, 20, № 11, с. 1205-1218.

13. Кондратьев К.Я., Донченко В.К., Лосев К.С. Фролов А.К. "Экология, экономика, политика", изд. Научно-исследовательского Центра Экологической Безопасности РАН. 1996.

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

15. Тихонов А.Н. Об устойчивости обратных задач. ДАН СССР, 1943, 39, № 5, с. 195-198.

16. Рублев А.Н., Троценко А.Н., Романов П.Ю. Использование данных спутникового радиометра АУЛ КII для определения оптической толщины облачности. Изв. РАН, сер.

17. Nakajima, Т., M.D. King, J.D. Spinhime, L.F. Radke. determination of the optical tliickness and effective particle radius of clouds from reflected solar radiation measurements. П. Marine stratocumulus observations. J. Atmos. Sci., 1991, 48, pp.728-750.

18. Коновалов H.B., Лукашевич H.JI. Обратная задача интерпретации оптических измерений в атмосфере Венеры на АМС "Венера-10". ИИМ им. М.В.Келдыша РАН, М. 1981, № 45, 26 с.

19. Йолтуховский А.А. Обратные задачи атмосферной оптики. ИПМ им. М.В.Келдыша РАН, М.1992, № 25, 16 с.

20. Устинов Е.А. Обратная задача теории многократного рассеяния и интерпретация измерений рассеянного излучения в облачном слое Венеры. Космические исследования. 1977, 15, Лг° 5,

21. Длугач Ж.М. Структура атмосферы Венеры по данным измерении, проведенных на С А "Венера-11, -13, -14". Астрономический вестник. 1988, 22, № 3, с. 262-271.

22. Длугач Ж.М., Яновицкий Э.Г. Интерпретация результатов оптических измерений, проведенных АМС "Венера-10". Письма в Астрон. журн., 1978, 4, № 10, с. 471-476.

23. Duracz, Т., McCormick N.J. Equation for estimating the similarity parameter from radiation measurements within weakly absorbing optically thick clouds. J.Atm.Sci. 1986, 43, №5, pp.486-492.

24. Прасолов A.B. Аналитические и численные методы исследования динамических процессов. Изд-во СПбГУ, Санкт-Петербург, 1995, 148 с.

25. Соболев В.В. Рассеяние света в атмосферах планет. М., "Наука", 1972, 336 с.

26. Van de Hulst Н.С. Multiple Light Scattering. Tables, Formulas and Applications., 1 and 2, Academic Press., 1980, 739 pp.c. 768-775.

27. Гермогенова Т. А. О характере решения уравнения переноса для плоского слоя. Журн. выч. мат. и мат. физ. 1, № 6, 1961, с. 1001-1019.

28. Чандрасекар С. Перенос лучистой энергии. ИЛ, М., 1953, 431 с.