Радиометрия атмосферного озона и окиси хлора на миллиметровых волнах

• Автор: Игнатьев, Александр Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 159 с. : ил.

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ РАДИОФИЗИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЙ ГАЗОВОГО СОСТАВА АТМОСФЕРЫ

1.1. Радиофизические основы дистанционного зондирования атмосферных газов

1.2. Методы решения обратной задачи дистанционного зондирования

1.3. Радиоспектрометр ФИАН для озонных исследований

1.4. Некоторые сведения из физики атмосферы

ГЛАВА 2. СПЕКТРЫ АТМОСФЕРНЫХ ГАЗОВ В МИЛЛИМЕТРОВОМ ДИАПАЗОНЕ

2.1. Алгоритм расчёта спектров атмосферы

2.2. Результаты расчёта спектров собственного излучения и поглощения атмосферы в миллиметровом диапазоне
2.3. Оптимизация характеристик анализаторов спектра для исследований атмосферного озона и окиси хлора

ГЛАВА 3. ОСОБЕННОСТИ РЕШЕНИЯ ОБРАТНОЙ ЗАДАЧИ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ

3.1. Развитие программы решения обратной задачи дистанционного зондирования

3.1.1. Увеличение максимального числа частотных точек, используемых в решении обратной задачи
3.1.2. Создание программы для восстановления вертикального распределения атмосферной окиси хлора
3.1.3. Добавление возможности сглаживания спектра окиси хлора перед решением обратной задачи
3.1.4. Учёт спектрального сглаживания в каналах анализатора спектра
3.1.5. Учёт спектральных шумовых характеристик радиоспектрометра
3.2. Исследование точности восстановления вертикальных распределений озона
3.3. Исследование точности восстановления вертикальных распределений окиси хлора
3.4. Построение профилей температуры и давления
3.5. Восстановление вертикального распределения озона в мезосфере и нижней термосфере
ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ВЕРТИКАЛЬНОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ОЗОНА НАД МОСКВОЙ
4.1. Высотно-временное распределение озона над Москвой и влияние на него атмосферных процессов
4.2. Сравнение полученных в ФИАН профилей вертикального распределения озона с данными других экспериментов
4.3. Исследования мезосферного озона
4.4. Влияние вариаций атмосферного озона на условия распространения миллиметровых волн
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ. Список использованных сокращений

Диссертационная работа посвящена исследованиям газового состава атмосферы Земли, её озонного слоя, одним из наиболее эффективных методов -методом наземного дистанционного зондирования на миллиметровых волнах [1 - 12]. Таким образом, объектом исследований является атмосфера Земли и её газовый состав, а основным предметом - изменения в атмосферном озоне -в важной составляющей земной атмосферы, образующей защитный озонный слой. Работа выполнена на кафедре радиофизики Физического факультета МГУ и в лаборатории спектроскопии миллиметровых волн Отделения оптики Физического института им. П.Н. Лебедева РАН (ФИАН).
Актуальность темы обусловлена глобальными изменениями в атмосфере, происходящими в последние десятилетия (изменения температуры, газового состава, климата, динамики атмосферы). В связи с этим возникла настоятельная необходимость исследований изменяющейся атмосферы, состояния защитного озонного слоя Земли, влияния на содержание озона атмосферных процессов и техногенных загрязнений, изучения связи между различными слоями атмосферы и др. задачи. Отмечаемое с 80-х годов ухудшение состояния озонного слоя атмосферы, возникновение таких масштабных явлений, как «озонные дыры» над Антарктидой, наметившаяся глобальная убыль озона [13,14], требует постоянного контроля за процессами, происходящими в озонном слое. Значительное уменьшение содержания озона стало наблюдаться и над нашей страной [13-17]. Поэтому для России проблема надёжного контроля за состоянием озонного слоя, особенно над густонаселёнными областями, над московским регионом, является чрезвычайно актуальной. Необходимо знать также результаты мер, предпринимаемых международным сообществом для снижения техногенных выбросов в атмосферу озоноразрушающих веществ. После подписания в 1987 г. Монреальского протокола, обязывающего сократить производство озоноразрушающих веществ и постепенно прекратить их выброс в атмосферу, глобальное производство этих ве-

АЧТ с такой температурой лежит в миллиметровой области спектра, поэтому приближение Рэлея - Джинса здесь уже не выполняется, и расчёт проводился не для яркостных температур, а непосредственно для спектральных интенсивностей (т.е. по соотношению (1.1.3), а не (1.1.5)). На рисунке 13 представлен спектр излучения атмосферы в диапазоне 9СН-240 ГГц при наблюдениях с аэростата (профиль озона - «апрель»). Для сопоставления на этом рисунке показан также планковский спектр реликтового излучения (АЧТ с физической температурой 2,7 К, неизотропностью реликтового излучения пренебрегаем) и спектр излучения АЧТ с физической температурой 200 К. Обозначены только самые сильные линии.
По сравнению со спектрами, регистрируемыми с поверхности Земли, линии излучения в случае наблюдений с аэростата значительно уже, к тому же практически отсутствует влияние крыльев сильно уширенных линий воды и кислорода.
Частота, ГГц
Рисунок 14. Спектр излучения атмосферы в окрестности линии окиси хлора 204,35 ГГц при наблюдениях с аэростата вдоль местной горизонтали (высота 30 км).