Восстановление характеристик стратосферного озонового слоя по экспериментальным данным

• Автор: Бондаренко, Светлана Леонидовна
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Барнаул
• Количество страниц: 136 с. : ил

ГЛАВА 1. МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ГЛОБАЛЬНОГО МОНИТОРИНГА
ОЗОНОСФЕРЫ.
1.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ОЗОНОСФЕРЕ
1.2. ИСТОЩЕНИЕ ОЗОНОВОГО СЛОЯ
1.2.1. ДОЛГОПЕРИОДНАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ
1.2.2. ТЕХНОГЕННАЯ ВЕРСИЯ
1.2.3. ДИНАМИЧЕСКИЙ ФАКТОР
1.3. ПРИБОРЫ И МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ АТМОСФЕРНОГО ОЗОНА
ГЛАВА 2. ВОССТАНОВЛЕНИЕ ПОВЕДЕНИЯ ОЗОНОВОГО СЛОЯ ПО ДАННЫМ
ЛОКАЛЬНЫХ НАБЛЮДЕНИЙ НА СИБИРСКОЙ ЛИДАРНОЙ СТАНЦИИ.
2.1. ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ
2.2. АЛГОРИТМЫ
2.2.1. ВЕРТИКАЛЬНАЯ СТРАТИФИКАЦИЯ АЭРОЗОЛЯ
2.2.2. АЛГОРИТМ РАСЧЕТА ОПТИЧЕСКОЙ ТОЛЩИ
2.2.3. АЛГОРИТМ РАСЧЕТА ВРТ
2.2.4. АЛГОРИТМ РАСЧЕТА ВРО
2.3. ОШИБКИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ПРОФИЛЕЙ ОЗОНА ИЗ ЛИДАРНЫХ ДАННЫХ
2.3.1. МАТЕМАТИЧЕСКИЙ ФОРМАЛИЗМ И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ МЕТОДЫ
2.3.2. АНАЛИЗ СГЛАЖИВАЮЩИХ АЛГОРИТМОВ НА ОСНОВЕ РЕАЛЬНЫХ 62 ЛИДАРНЫХ ДАННЫХ
2.4. СОПОСТАВЛЕНИЕ ИЗВЕСТНЫХ АЛГОРИТМОВ РАСЧЕТА ВРО ПО 71 ЛИТЕРАТУРНЫМ ДАННЫМ
2.5. МОДЕЛИРОВАНИЕ СИГНАЛОВ
2.6. ОПИСАНИЕ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ
2.7. ЭКСПЕРТНАЯ ОЦЕНКА ДОСТОВЕРНОСТИ РЕЗУЛЬТАТОВ ЛИДАРНОГО
ЗОНДИРОВАНИЯ
ГЛАВА 3. БИОСФЕРНАЯ РОЛЬ УФ-Б РАДИАЦИИ, КОНТРОЛИРУЕМОЙ
ОЗОНОВЫМ СЛОЕМ.
3.1. ПОГЛОЩЕНИЕ ОЗОНОМ СОЛНЕЧНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
3.2. БИОИНДИКАЦИЯ
3.3. БИОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ДЕНДРОХРОНОЛОГИИ
ГЛАВА 4. ВОССТАНОВЛЕНИЕ И ПРОГНОЗ ОЗОНА НА ОСНОВЕ ДРЕВЕСНО
КОЛЬЦЕВЫХ ХРОНОЛОГИЙ.
4.1. ХАРАКТЕРИСТИКА БАНКОВ ДАННЫХ И ФОРМАТЫ ХРАНЕНИЯ 98 ИНФОРМАЦИИ О ДРЕВЕСНО-КОЛЬЦЕВЫХ ХРОНОЛОГИЯХ
4.2. ЗНАЧИМОСТЬ УФ-Б ФАКТОРА
4.3. ЗНАЧИМОСТЬ ВЕГЕТАЦИОННОГО ПЕРИОДА
4.4. ЗАПАЗДЫВАНИЕ ОТКЛИКА НА КЛИМАТИЧЕСКОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ
4.5. ВЫБОР ХАРАКТЕРИСТИКИ ДРЕВЕСНО-КОЛЬЦЕВОЙ ХРОНОЛОГИИ В 103 КАЧЕСТВЕ ПРЕДИКТОРА ОСО
4.6. МЕТОД «ГУСЕНИЦА» И СОСТАВЛЯЮЩИЕ ДЕНДРОХРОНОЛОГИЧЕСКОГО 107 СИГНАЛА
4.7. РАЗНООБРАЗИЕ ВИДОВ ХВОЙНЫХ И ОСО
4.8. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СПУТНИКОВЫХ ДАННЫХ TOMS
4.9. МАТЕМАТИЧЕСКИЙ ФОРМАЛИЗМ МЕТОДИКИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ 114 ДОЛГОПЕРИОДНОЙ ИЗМЕНЧИВОСТИ ОСО
4.10. ВОССТАНОВЛЕНИЕ ДОЛГОПЕРИОДНОЙ ИЗМЕНЧИВОСТИ ОСО ПО 115 СПУТНИКОВЫМ ДАННЫМ
4.11. ПРОГНОЗ ОСО
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

Актуальность темы
Во второй половине прошлого столетия была признана значимость явления разрушения озонового слоя, приводящего к увеличению проникновения на Землю опасной для биосферы коротковолновой части солнечной радиации. Проблема изучения атмосферного озона перестала быть предметом отдельных научных изысканий. Согласно решениям Венской конференции с 1985 г. ведутся широкомасштабные и систематические наземные и спутниковые исследования озоносферы, цель которых выявить причины и размеры постоянного снижения содержания озона в стратосфере. Но и сегодня общая задача мониторинга атмосферного озона и режима солнечной радиации, а также вопросы установления связи между содержанием озона, уровнем ультрафиолетовой радиации и загрязнением атмосферы далеки от своего решения.
Лазерные дистанционные методы зондирования обеспечивают получение экспериментальных данных с высокой оперативностью, чувствительностью и в значительных пространственных масштабах. Алгоритмы восстановления параметров и характеристик атмосферы из данных лидарного зондирования на основе решения уравнения лазерной локации были разработаны в 80 годы (Uchino О. et al., 1978, Megie G. et al., 1980, 1985, Pelon J. et al., 1982, Werner J. et al., 1983). Впоследствии решение обозначенных задач рассматривалось с точки зрения конкретных лидарных установок (Swart D. et al., 1994, Букреев B.C. и др., 1994, ЗуевВ.В. и др., 1995, 1997, 1999). В настоящее время актуальны вопросы минимизации ошибок и пространственного разрешения восстановленных профилей вертикального распределения озона (Godm S. et al., 1999). Развитие методов и средств вычислительной техники, опыт по обработке данных лидарных измерений дают возможность использовать для расчета характеристик атмосферы новые вычислительные

алгоритмы, а для экспертной оценки достоверности экспериментальных данных - известную информацию об объекте исследований.
Ряды наблюдений за общим содержанием озона в настоящее время не позволяют судить о долгопериодных колебаниях озонового слоя. Это часто приводит к упрощенному восприятию проблемы изучения озоносферы. Чтобы определить степень антропогенного вмешательства в естественные механизмы формирования и функционирования озоносферы в рамках понятия глобального мониторинга (Израэль Ю.А., 1979) целесообразно обращение к методам исследования из других областей науки, в частности, к дендрохронологическим методам, на основе которых успешно реконструируются климатические условия прошлого. Важнейшим преимуществом дендрохронологического метода является его высокая разрешающая способность с возможностью абсолютной датировки событий. Кроме того, ширина годичного кольца и его плотность имеют четкий физический смысл, и интегрируют влияние внешних климатических факторов, которое может быть оценено количественно. (Ваганов Е.А. и др., 1996).
Состояние вопроса
В настоящее время лидары для исследования озона технически совершенствуются, повышается дальность зондирования, пространственное разрешение и точность измерений (Зуев В.В., 2000). В 1999 г. лидарный комплекс на Сибирской лидарной станции был оснащен современной фоторегистрирующей аппаратурой и мощными лазерными источниками излучения. Улучшение технических характеристик заставляет обращаться к новым математическим алгоритмам обработки, с тем, чтобы полнее использовать возможности аппаратуры, совершенствовать методику планирования и постановки экспериментов на лидарной станции.

А(Н) = г г , , ■ -ч (2.20)
0.02 • (1.49 + 3.45 • 10 ■ (7’(Я) - 273) + 2.12-10- ААЮ)-21Ъ))
Рассмотрим выражение С формулы (2.18) С

РАЮ + РАЮ
раю+раю
(2.21)
Преобразуем
РАЮ^РАЮ раю+РАЮ 1 /?;дя) | щ
р:лю+р:лю раю-каю каю раю раю

Л„ДЯ) /О Л
4^0" У
/£(Я)

я<#
V У
1 - ■

V Я°*

^(Я)
(2.22)
Из равенств
КАЮ Кд 4 и 0«(И) _ (1 Кд
раю Кп ) РАЮ чЯол у
можно определить
Р°ЛЮ
'кА1
Кп У
РАЮ (2.23)

Тогда окончательно С = —<| 1п

Г 1 у
(Г

Кп J
(2.24)
Обратимся к выражению О формулы (2.18) аа - Ь ■ ра. , т.е. а“(Я) = Я/Г(Я); (2.25)
Тогда Я = 2 0.04[^(Я)-^„(Я)]; (2.26)