МОДЕЛИРОВАНИЕ ПЕРЕНОСА ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В ЗАДАЧАХ РАДИАЦИОННОЙ КЛИМАТОЛОГИИ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЗЕМНОЙ АТМОСФЕРЫ

• Автор: Рублев, Алексей Николаевич
• Шифр специальности: 25.00.29
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 223 с. : 36 ил.

Оглавление
Введение
Актуальность темы исследований
Степень разработанности научной проблемы
Цель и задачи работы
Научная новизна
Теоретическая и практическая значимость работы
Методология и методы исследования
Положения, выносимые на защиту
Степень достоверности и апробация результатов
Глава 1 Глобальная база данных по метеорологическим и оптическим
моделям атмосферы
1.1 Определение вертикальной структуры облачности по данным
радиозондовых измерений
1.2 Методика моделирования слоя разорванной облачности
1.3 Оптические характеристики аэрозоля и облачности
1.4 Моделирование изменчивости газового состава атмосферы и
оптических свойств подстилающей поверхности
Глава 2 Алгоритмы метода Монте- Карло
2.1 Трехмерные алгоритмы для расчета интенсивностей и потоков
солнечного излучения
2.2 Вычисление интегральных потоков солнечного излучения
2.3 Применение сопряженного уравнения переноса для вычисления
коэффициентов анизотропии солнечного излучения для сферической модели атмосферы
2.4 Трехмерный алгоритм метода Монте-Карло для расчета
интенсивности собственного излучения атмосферы в каналах ИК зондировщиков
2.5 Методика учета рассеяния в быстрых радиационных моделях
для анализа данных спутниковых ИК спектрометров
Глава 3 Сопоставление рассчитанных и измеренных потоков солнечного
излучения на поверхности Земли

Глава
Глава
Глава
3.1 Валидация вычислений солнечных потоков в безоблачной
атмосфере
3.2 Сопоставление расчетов солнечных потоков с измерениями на
станциях американской программы АРМ
3.3 Распределения потоков солнечного излучения на поверхности
Земли в условиях разорванной облачности
3.4 Исследование эффекта увеличения солнечного излучения на поверхности Земли при небольших баллах облачности
4 Определение параметров облачной атмосферы по измерениям из космоса
4.1 Определение оптической толщины слоистой облачности по
данным спутникового радиометра AVHRR
4.2 Определение параметров атмосферы в условиях разорванной
облачности по данным AVHRR
4.3 Детектирование и оценка балла облачности по данным
атмосферных ИК зондировщиков IASI
4.4 Сравнение восстановленного поля облаков с натурными
измерениями самолетного интерферометра NAST
5 Определение концентраций и потоков углекислого газа по спутниковым измерениям
5.1 Спутниковый спектрометр SCIAMACHY и алгоритм восстановления концентраций малых газовых компонент WFM-DOAS
5.2 Сопоставление восстановлений WFM - DOAS концентраций
С02 над Сибирью с самолетными измерениями
5.3 Новая методика определения ХС02 при различных типах
облачности
5.4 Выбор рабочих каналов спектрометра SCIAMACHY по данным
самолетных наблюдений и валидация результатов
5.5 Методика оценки параметров углеродного обмена в бореальных
лесах
6 Оценка возможности определения характеристик пылевого аэрозоля и общего содержания N02 по измерениям AERONET
6.1 Общая характеристика измерений в сети AERONET

6.2 Влияние крупных частиц на оценки оптических и радиационных
характеристик пылевого аэрозоля
6.3 Определение общего содержания N02 по данным сети
АЕШЫЕТ
6.4 Сопоставление оценок ОС N02 по данным AERONET с
результатами других измерений
6.5 Интерактивные процедуры С81Н2002 и С81Р2009 для расчета
интегральных солнечных потоков
Заключение
Список литературы

Моделирование длины свободного пробега осуществляется с учетом только рассеивающих свойств атмосферы. Учет атмосферного поглощения производится путем накопления поглощательной оптической толщины вдоль траектории фотона и соответственном экспоненциальном уменьшении его энергетической ценности. При пересечении контрольного уровня вес фотона добавляется в соответствующий счетчик. Учет альбедо земной поверхности осуществляется уменьшением веса фотона при его попадании на подстилающую поверхность.
Расчеты могут выполняться одновременно для нескольких значений альбедо подстилающей поверхности. Для этого предусмотрен отдельный учет энергетической ценности фотонов для каждого значения альбедо. Моделирование траектории прекращается при вылете фотона за границу атмосферы.
На рисунке 2.1 представлены рабочие материалы группы 13ЯС для наиболее интересного случая: двумерного облачного поля, восстановленного по измерениям с мультиспектрального сканера, установленного на спутнике ЬапйзаПб. Пространственное разрешение сканера ~ 80м. Результаты расчетов, полученные с использованием алгоритмов К1АЕ1 и К1АЕ2 (они отмечены красным цветом), находятся в удовлетворительном согласии с данными других авторов как для среднего пропускания (рисунок 2.1 а), так и для среднего коэффициента отражения в вертикальном направлении (б). Во втором случае алгоритм К1АЕ1 дает дополнительное смещение за счет усреднения в 10-градусном интервале углов.
На рисунке 2.2 [25] представлено пространственное распределение по пикселям коэффициента отражения в вертикальном направлении для облачного поля, построенное по данным расчетов различных участников 13ЯС. В верхнем правом углу рисунка показаны результаты расчетов автора с использованием алгоритма К1АЕ2, которые детально совпадают с полями яркости, полученными большинством коллег.