Определение относительного содержания HDO и концентрации CH4 в атмосфере из спутниковых данных по спектрам теплового излучения Земли

• Автор: Топтыгин, Александр Юрьевич
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 116 с. : ил.

Глава 1 Радиационный и фазовый теплообмен в атмосфере
1.1 Общая характеристика теплового баланса Земли и модели
циркуляции атмосферы
1.2 Использование отношения HDO/H2O для характеристики
процесса переноса скрытого тепла
1.3 Уравнение переноса теплового излучения в атмосфере
1.4 Оценка вклада метана в радиационном переносе тепла
1.5 Определение параметров атмосферы из тепловых спектров
высокого спектрального разрешения
Глава 2 Определение вертикальных профилей HD0/H20 в атмосфере из
спектров спутникового сенсора IMG и наземного спектрометра FTIR
2.1 Сенсор IMG и район исследования
2.2 Методика определения профилей HD0/H20 и сопутствующих
параметров атмосферы
2.3 Результаты обработки спектров IMG и анализ ошибок
2.4 Обработка спектров наземного сенсора FTIR, установленного
на Аляске
Глава 3 Определение полного содержания метана в атмосфере из
спектров спутникового сенсора AIRS
3.1 Болотная экосистема Западной Сибири как источник выбросов
метана на планете
3.2 Методика определения содержания метана из спектров сенсора
AIRS и полученные данные сезонного содержания метана в атмосфере Западной Сибири за 2004-2005 г.г
3.3 Сезонные вариации метана в атмосфере и оценка локального
теплового эффекта болот Западной Сибири
Заключение
Цитируемая литература

Климат Земли является одним из ведущих факторов жизнедеятельности биосферы и человека в частности [8]. Он определяет возможность существования живых организмов на планете, подчиняет себе природные процессы. Для современного человека климатическое влияние ещё более существенно, чем для остального животного мира. Процессы глобализации и урбанизации способствуют развитию функциональности людей взамен универсальности. Это означает, что жизненный цикл человека во многом зависит от работоспособности отдельных узких отраслей, таких как сельское хозяйство, энергетика, которые, в свою очередь, зависят от большого числа других отраслей: транспорт, добыча ископаемых, промышленность и пр. Климат в целом, погодные условия и катастрофы в частности способны изменять и нарушать функционирование любой отрасли, что в предельном случае может прервать современное развитие человечества. Природа является саморегулирующимся механизмом, который, при гармоничном взаимодействии даёт возможность развития любых приспосабливающихся форм жизни. Человек, как вид, утратил чуткость и гармонию отношений с природой и воспринимает её как плацдарм для собственного технократического развития. В связи с этим возникает опасение, что антропогенное влияние на окружающую среду может превысить допустимые рамки, в которых природа ещё способна быть, не меняя собственных долгосрочных механизмов развития.
За последние 100-150 лет наблюдается резкое повышение содержания парниковых газов (двуокиси углерода и метана) в атмосфере (рис. 1) [75,126]. Согласно данным палеоклиматических исследований, подобный рост ранее, происходил на планете за периоды в тысячи лет [124].
Увеличение концентрации парниковых газов, соответствующее повышение средней приповерхностной температуры воздуха (рис. 2) и усиление парникового эффекта планеты приписывается результатам индустриальной активности человека [47].

углекислый газ, ррт

1000 1200 1400 1600 1800 2000
годы
Рис. 1. Увеличение содержания двуокиси углерода и метана в атмосфере, согласно палеоклиматическим данным и современным наблюдениям

Температура поверхности
— среднегодовая
— средняя за 5 лет
1860 1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000 годы
Рис. 2. Рост средней температуры поверхности.

ряд значений от -250 до -100%о. Эти состояния были дополнены профилями давления, концентраций других газов из стандартной тропической модели.
2) Для каждого состояния (всего -200) рассчитан ШЮ подобный спектр и добавлен нормально распределенный шум с уровнем, характерным для измеренных спектров 1МЮ.
3) Получившиеся модельные спектры были обработаны по описанной схеме, и проведено сравнение восстановленных и начальных профилей Т, Nиго, 5НОО. В результате получены оценки погрешности восстановления для профилей температуры, концентрации водяного пара, относительного содержания дейтерия (рис. 2.8).
Погрешности определения температуры поверхности, оцененная по описанной схеме, составила менее 0.5 К (в качестве начальной Т5 при расчете спектров выбралась температура из вертикального профиля, соответствующая приземному слою).
В качестве погрешности определения вертикальных профилей температуры, концентрации водяного пара и относительного содержания дейтерия использовались среднеквадратичные отклонения соответствующих исходных и восстановленных профилей. Полученные оценки для точности по профилю температуры лежат в пределах от 1 до 2.3 К; относительная точность восстановления профиля концентрации водяного пара составила примерно 20%. Эти значения приемлемы для такого рода задач.
Погрешность определения профиля дНПО составляет менее 25%о на высотах до 8 км, средняя ошибка по профилю составляет ~20%о. Так же была оценена точность определения относительного содержания дейтерия в целом по атмосферному столбу. Для этого величина 8НБО* вычислялась по (2.8) из начальных состояний и полученных после процедуры восстановления, среднеквадратичное отклонение 51ЮО * составило менее 20%о.
Погрешности восстановления параметров, полученные по данной схеме, можно считать лишь оценкой ошибки снизу, характеризующей только саму схему решения обратной задачи. В реальной атмосфере возможно присутствие