Пассивное наземное зондирование термической структуры средней атмосферы в миллиметровом диапазоне длин волн

• Автор: Караштин, Дмитрий Анатольевич
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 135 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
0. Введение
1. Спектрорадиометрический комплекс для измерения температурного профиля
1.1. Введение
1.2. Требования к точности измерения спектра яркостной температуры
1.2.1. Метод решения прямой задачи
1.2.2. Результаты решения прямой задачи
1.2.3. Оценка чувствительности спектра яркостной температуры к изменениям температуры атмосферы
1.3. Антенная система и система калибровки
1.3.1. Антенная система
1.3.2. Система калибровки
1.3.2.1. Погрешность, обусловленная калибровкой по внешним эталонам
1.3.2.2. Смещение оценки величины яркостной температуры, связанное с калибровкой по внешним эталонам
1.3.2.3. Погрешность, обусловленная калибровкой с использованием модулятора-калибратора
1.4. Приемник
1.4.1. Необходимые характеристики блока приемника и его реализация
1.4.2. Тестирование блока приемника
1.5. Анализатор спектра
1.6. Выводы
2. Решение обратной задачи восстановления температурного профиля
2.1. Введение
2.2. Общее описание байесова подхода к решению обратной задачи
2.3. Модели аппроксимации температурного профиля
2.4. Модельная задача восстановления профиля температуры по данным наземных измерений спектра солнечного излучения
2.5. Модельная задача восстановления профиля температуры по данным наземных измерений спектра собственного излучения атмосферы
2.5.1. Особенности получения статистических характеристик температурного профиля из апостериорной плотности вероятности в случае использования спектра собственного излучения атмосферы
2.5.2. Приближенное решение задачи с использованием гауссовой аппроксимации апостериорной плотности вероятности
2.5.3. Решение задачи с использованием полной процедуры сэмплирования апостериорной плотности вероятности
2.5.4. Сравнение кусочно-однородной функции аппроксимации

температурного профиля с функцией аппроксимации в виде искусственной
нейронной сети
2.5.5. Решение модельной задачи дл случая использования цифрового
анализатора спектра Acqiris
2.6. Выводы
3. Исследование возможностей спектрорадиометрического комплекса на основе экспериментальных данных
3.1. Пробные измерения; возможности восстановления с использованием 32-канального набора фильтров
3.2. Измерения с анализатором спектра Acqiris
3.2.1. Пробная серия измерений с анализатором спектра Acqiris
3.2.2. Оценка влияния эффекта Зеемана на результат восстановления температурного профиля
3.2.3. Влияние используемого диапазона частот измеренного спектра на результат восстановления температурного профиля
3.2.4. Сравнение результатов измерений с другими источниками данных
3.2.5. Качественная экспериментальная оценка влияния эффектов солнечного затмения на профиль температуры атмосферы
3.2.6. Обсуждение
3.3. Выводы
4. Заключение
5. Приложение
6. Работы, содержащие материалы диссертации
7. Литература

0. ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. Исследование термической структуры средней атмосферы (15 — 90 км) традицинно считается одной из основных задач исследования атмосферы Земли, поскольку температура воздуха является одним из ключевых параметров, определяющих условия протекания большинства фотохимических и динамических процессов на этих высотах [1]. Кроме того, информация о вертикальном профиле температуры воздуха играет важную роль в процедуре восстановления профиля содержания малых газовых составляющих средней атмосферы (в том числе озона) по данным пассивного дистанционного зондирования [2].
Существуют контактные и бесконтактные методы измерения температурного профиля атмосферы. К контактным методам относятся, во-первых, баллонные измерения [3] - такие измерения обеспечивают наиболее высокое временное и пространственное разрешение, но не позволяют вести непрерывный мониторинг и достаточно дороги. Вторым контактным методом являются ракетные измерения профиля, температуры [4, 5]. Они позволяют непосредственно измерить
температуру каждой точки вертикального столба атмосферы с относительно небольшой задержкой по времени, но являются еще более дорогими и сложными, чем баллонные, и также не могут обеспечить постоянный мониторинг с необходимым пространственно-временным разрешением. Еще одним существенным недостатком ракетного зондирования является производимое в процессе измерений возмущение поля температуры, которое хотя и может быть учтено, но делает более сложной обработку результатов измерений и снижает точность.
Из-за наличия перечисленных недостатков контактных методов мониторинг профиля температуры средней атмосферы в настоящее время проводится почти исключительно дистанционными методами с помощью пассивных и активных

Рис. 1.13. Изменение яркостной температуры атмосферы на частоте 53-066907ГГц обусловленное изменением термодинамической температуры слоя толщиной 100м на величину 10 К на заданной высоте.
На рис. 1.13, который показывает результаты расчёта в тропосфере, где эффект наибольший, видно, что разность яркостных температур является убывающей функцией высоты расположения слоя, в котором меняется термодинамическая температура. Таким образом, на малых высотах поведение графика определяется разностью членов в скобках выражения (1.14).
Для выявления наличия частотной зависимости были выполнены расчёты для нескольких частот, принадлежащих линии, центрированной к частоте