Методы определения оптических параметров аэрозоля и подстилающей поверхности по экспериментальной яркости неба

• Автор: Хвостова, Наталья Викторовна
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Барнаул
• Количество страниц: 118 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ ;

ГЛАВА 1 ХАРАКТЕРИСТИКИ ИЗЛУЧЕНИЯ АТМОСФЕРЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Основі іьіе физические величины и связывающие их соотношения

1.2 Мониторинг атмосферного аэрозоля

1.3 Прямые и обратные задачи оптики аэрозоля

1.4 Модель атмосферы

1.5 Задачи исследования. Общие допущения в рассматриваемых задачах

Выводы главы

ГЛАВА 2 АЭРОЗОЛЬНОЕ ПОГЛОЩЕНИЕ ОДНОКРАТНО И МНОГОКРАТНО РАССЕЯННОГО СВЕТА В БЕЗОБЛАЧНОЙ АТМОСФЕРЕ
2.1 Постановка задачи
2.2 Угловая структура однократно и многократно рассеянного света
2.3 Входные параметры для решения задачи
2.4 выбор оптимального числа траекторий при решении уравнения переноса излучения
2.5 Нефелометрические углы рассеяния при расчетах яркости
2.6 Исследования компоненты яркости неба, обусловленной многократным рассеянием и отражением света от подстилающей поверхности
Выводы ГЛАВЫ
ГЛАВА 3 КОСВЕННЫЕ МЕТОДИКИ ОЦЕНКИ АЛЬБЕДО ПОДСТИЛАЮЩЕЙ ПОВЕРХНОСТИ И ИСКЛЮЧЕНИЯ СИСТЕМАТИЧЕСКИХ ПОГРЕШНОСТЕЙ В ИЗМЕРЕНИИ ЯРКОСТИ НА СЕТИ АЕІНШЕТ
3.1 Начальные условия для решения задачи по нахождению альбедо местности
3.1.1 Выбор пунктов наблюдений в сети АЕЯСЖЕТ
3.1.2 Выбор диапазона углов рассеяния
3.2 Описание методики оценки альбедо местности
3.3 Применение методики по нахождению альбедо из измерений яркости неба в плоскостях альмукантарата и вертикала Солнца
3.3.1 Анализ результатов
3.3.2 Сравнение с данными сети АЕЯСЖЕТ
3.4 Косвенный метод оценки погрешностей измерений яркости неба сети АЕІІСЖЕТ
3.4.1 условия, составляющие основу разрабатываемого метода
3.4.2 Сущность метода оценки абсолюті юй погрешности и его применение к данным наблюдений
3.5 Влияние исключения систематических погрешностей на определяемые из измерений яркости характеристики атмосферы и подстилающей поверхности

3.5.1 ИЗМЕНЕНИЕ ВЕЛИЧИНЫ АЛЬБЕДО ПОДСТИЛАЮЩЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ПРИ ВНЕСЕНИИ ПОПРАВОЧНЫХ МНОЖИТЕЛЕЙ В ЯРКОСТЬ НЕБА
3.5.2 ИЗМЕНЕНИЕ ВЕЛИЧИНЫ АЛЬБЕДО ОДНОКРАТНОГО РАССЕЯНИЯ ПРИ ВНЕСЕНИИ ПОПРАВОЧНЫХ МНОЖИТЕЛЕЙ В ЯРКОСТЬ НЕБА
ВЫВОДЫ ГЛАВЫ
ГЛАВА 4 ВОССТАНОВЛЕНИЕ ФАКТОРА АСИММЕТРИИ АЭРОЗОЛЬНОЙ ИНДИКАТРИСЫ РАССЕЯНИЯ
4.1 ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ т
4.2 ВХОДНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ДЛЯ РЕШЕНИЯ УРАВНЕНИЯ ПЕРЕНОСА
4.3 ВЫБОР СООТНОШЕНИЯ МЕЖДУ ИНТЕГРАЛАМИ В ПЕРЕДНЮЮ И ЗАДНЮЮ ПОЛУСФЕРЫ
4.4 ВЫВОД АППРОКСИМАЦИОННЫХ ФОРМУЛ ДЛЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ФАКТОРА АСИММЕТРИИ
4.5 Применение методики восстановления к данным измерений
Выводы главы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы
В настоящее время актуальна проблема объяснения причин глобальных изменений климата нашей планеты. Повышение приземной температуры воздуха часто связывают с прогрессирующим увеличением техногенных выбросов парниковых газов. Их накоплению в атмосфере также способствует регулярный рост числа лесных пожаров, активная распашка земель и т.д. В то же время, помимо изменений в газовой компоненте атмосферы, на земной климат оказывает влияние аэрозоль, особенно его поглощательная характеристика. Вследствие этого возникает необходимость широкомасштабных исследований аэрозольной компоненты атмосферы с целью выяснения степени ее влияния на радиационный баланс и, следовательно, на климат.
Трудности получения полноценной информации об оптических свойствах атмосферного аэрозоля, необходимой для выполнения современных прогностических расчетов, связаны с сильной пространственной и временной изменчивостью характеристик находящихся в атмосфере частиц. Поэтому актуальны исследования поглощения и рассеяния света частицами, выполненные для больших рядов наблюдений. Особый интерес представляет разработка соответствующих методик определения свойств аэрозоля при широких вариациях его оптических и микрофизических параметров в условиях широкого разнообразия проводимого эксперимента.
Также особую роль в формировании климата региона играет отражательная способность подстилающей поверхности, незначительные изменения которой влекут за собой изменения температуры приземного слоя воздуха. Поэтому определение доли поглощенной и отраженной от земной поверхности солнечной радиации является важной и актуальной задачей.
Изучением свойств аэрозоля и подстилающей поверхности занимаются исследователи в течение нескольких десятилетий, для чего используются самые различные методы наблюдений (in situ, наземное и спутниковое дистанционное

Таблица
Входные параметры для расчета яркости неба
Л, мкм 0,416 0,546 0
т->| р. 0,30 0,10 0
Ч 0,15; 0,8
2; 3; 4; 5
Га 5,7; 9,9; 16,3 4,3; 10,3; 15,6 3,5; 10,5; 14
Молекулярные оптёические толщи рассеяния тмр соответствуют трем длинам волн разных участков спектра при нормальном атмосферном давлении. Альбедо подстилающей поверхности принималось равным 0.15 (летние условия) и 0.8 (зимние условия). Здесь следует обратить внимание на следующее обстоятельство. В видимой области спектра летнее альбедо, в отличие от альбедо снега, имеет вполне определенный спектральный ход, который связан с типом почвы или растительности [10]. Однако для того, чтобы исследовать влияние поглощения на компоненту яркости, обусловленную только многократным рассеянием в разных длинах волн, т.е. при разных значениях молекулярной толщи тир, приходится фиксировать величину q, используя, например, ее осредненное по спектру значение. То же самое относится и к форме модельной аэрозольной индикатрисы рассеяния /0 (<р), которую приходится считать не зависящей от вероятности выживания кванта для аэрозольных частиц юа. Рассмотрены три фракции сферических частиц с логарифмически нормальными распределениями по размерам. Коэффициенты асимметрии рассеянных световых потоков Г„ (таблица 2.1), вычисленные для функций /„ (<р), представлены в таблице 1.1. Заметим, что при вкладе этих фракций в аэрозольную оптическую толщу рассеяния в соотношении 15%, 60% и 25% вычисленная по теории Ми [65] суммарная аэрозольная индикатриса рассеяния для сферических частиц в области спектра 0.55мкм в диапазоне углов рассеяния 2°<р<160° хорошо ап-