Восстановление оптических и микрофизических характеристик аэрозоля в столбе атмосферы по данным наземных спектральных измерений прямой и рассеянной солнечной радиации

• Автор: Бедарева, Татьяна Владимировна
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 159 с. : ил.

Содержание
Введение

Список основных аббревиатур

Список основных обозначений

Глава 1. Статистическое моделирование распространения солнечной радиации в детерминированной атмосфере и стохастической облачности

1.1. Уравнение переноса излучения: основные понятия, определения, обозначения

1.1.1. Интенсивность излучения

1.1.2. Уравнение переноса излучения

1.2. Уравнение переноса излучения в плоскопараллельной модели атмосферы Земли

1.2.1. Горизонтально однородная и неоднородная атмосфера

1.2.2. Оптические характеристики среды
1.2.3. Модель отражения излучения от подстилающей поверхности
1.3. Алгоритмы метода Монте-Карло для расчета радиационных характеристик в безоблачной атмосфере
1.3.1. Плотность потока частиц и плотность столкновений
1.3.2. Моделирование траекторий фотонов с использованием канонических процедур
1.3.3. Метод сопряженных блужданий
1.4. Алгоритмы метода Монте-Карло для расчета радиационных характеристик в облачной атмосфере
1.4.1. Изолированное облако
1.4.2. Поле однослойной разорванной облачности
1.5. Оценка влияния вертикальной неоднородности атмосферы на яркость рассеянной радиации в альмукантарате Солнца
1.6. Некоторые аспекты методов решения обратных задач аэрозольного светорассеяния
1.6.1. Математический аппарат решения обратных задач
1.6.2. О подходе к решению обратной задачи, основанном на логнормальной статистике погрешностей измерений и методе максимального правдоподобия
1.6.3. Итерационная схема решения обратной задачи на основе формулы Шахина
Основные результаты главы
Глава 2. Методы восстановления оптических и микрофизических характеристик аэрозоля в столбе атмосферы по данным наземных спектральных измерений прямой и рассеянной солнечной радиации
2.1. Восстановление оптических характеристик аэрозоля (метод 1)
2.1.1. Метод восстановления индикатрисы и альбедо однократного рассеяния аэрозоля и его модификации А и В
2.1.2. Исследование чувствительности метода без учета ошибок измерений
2.1.2.1. Входные параметры и тестовые модели аэрозоля
2.1.2.2. Вклад однократного рассеяния
2.1.2.3. Выбор начального приближения
2.1.2.4. Сходимость итерационных схем
2.1.2.5. Погрешности восстановления индикатрисы и альбедо однократного рассеяния аэрозоля
2.1.3. Исследование чувствительности метода с учетом ошибок измерений
2.2. Восстановление микрофизических характеристик аэрозоля (метод 2)

2.2.1. Алгоритм решения обратной задачи по данным измерений спектральной прозрачности и яркости рассеянной радиации в альмукантарате Солнца
2.2.2. Исследование чувствительности алгоритма без учета ошибок измерений
2.2.2.1. Входные параметры и тестовые модели аэрозоля
2.2.2.2. Однокомпонентный аэрозоль
2.2.2.3. Многокомпонентный аэрозоль
2.2.2.4. Влияние величины АОТ и углового диапазона КНС на точность решения обратной задачи
2.2.2.5. Внутренняя и внешняя смеси аэрозольных частиц
2.2.2.6. О чувствительности функционала невязки к комплексному показателю преломления
2.2.3. Исследование чувствительности алгоритма с учетом ошибок измерений
2.3. Программный комплекс для интерпретации данных измерений солнечных фотометров
2.3.1. Описание программного комплекса
2.3.2. Графический интерфейс
Основные результаты главы
Глава 3. Оптическая диагностика оптических и микрофизических характеристик аэрозоля в столбе атмосферы на примере экспериментальных данных Томской станции AERONET
3.1. Характеристика экспериментальных данных и критерии их отбора
3.1.1. Квазисимметрия углового распределения рассеянной радиации
3.1.2. Соответствие ‘Sun’ и ‘Sky’ каналов солнечного фотометра СЕ
3.2. Оптические и микрофизические характеристики аэрозоля: частные случаи
3.2.1. Метод 1. Повышенное замутнение атмосферы (лесные пожары)
3.2.2. Метод 1. Фоновая атмосфера
3.2.3. Метод
3.3. Средние оптические и микрофизические характеристики аэрозоля
3.3.1. Методі
3.3.2. Метод
3.4. О некоторых связях микрофизических параметров аэрозоля с
климатологическими и метеорологическими факторами
Основные результаты главы
Глава 4. Исследование угловой структуры нисходящей рассеянной радиации в условиях облачности
4.1. Особенности угловой структуры рассеянной радиации при наличии в атмосфере локального облака
4.1.1. Спектрально-угловые характеристики рассеянной радиации
4.1.2. Особенности формирования яркости в облаке и околооблачном пространстве
4.1.3. Зависимость угловых характеристик рассеянной радиации от оптикогеометрических параметров облака и его положения в пространстве
4.1.4. Влияние формы облака на угловую структуру нисходящей радиации
4.1.5. Сравнение результатов численного моделирования полей яркости с данными натурных измерений в облачной атмосфере
4.2. Особенности угловой структуры рассеянной радиации в разорванной облачности

4.3. О возможности восстановления аэрозольных характеристик в условиях
разорванной облачности
Основные результаты главы
Заключение
Литература
Приложение А. Результаты тестирования алгоритмов расчета полей нисходящей рассеянной радиации в разорванной облачности
Приложение В. Программное обеспечение «SADPro» (SAtellite Data PROcessing)
Приложение С. Программное обеспечение «PWC» (Properties of Water Clouds)

Рис. 1 3. Схематическая иллюстрация модели разорванной облачности, генерируемой пуассоновским ансамблем точек в пространстве
Будем моделировать облачную реализацию в прямоугольном параллелепипеде П с центром (х0,у0,г0), лежащим на основании Я, площадь которого эквивалентна площади
основания цилиндра с радиусом Я (х - х0)2 +(у- у0)2 < Я (рис 1 4) По закону Пуассона разыграем количество N центров г облаков (рис 1 3) в круге площадью 3 = яЯ2 Для этого используется формула, предложенная в [44]
Я = тт(г «0
а, <е
(151)
где а, - независимые случайные величины, равномерно распределенные в интервале (0,1), С, - двумерный параметр Пуассона, связанный с баллом облачности С Г формулой
— 1п(1 -СЯ)/яЛ (152)
где Я - радиус основания облака Розыгрыш точек центров облаков, равномерно распределенных в основании параллелепипеда Я с длиной ребра Ял/я , осуществляется с помощью соответствующей модификации стандартных алгоритмов моделирования точек, равномерно распределенных по кругу радиуса Я . Построенная таким образом облачность является пуассоновским случайным полем
/ ''Ч ж""-* * ч /
* , дту % . ч* г?«1 ,1 -/
Рис 1 4 ЗБ-изображение облачной реализации в ограниченном объеме
Рассмотренный подход к моделированию стохастической облачности имеет ограничение на размерность горизонтальной составляющей области моделирования При значениях Я. превышающих некоторое Лтах (-6-7 км), случайная величина N уже не может быть разыграна на основе правила (151) Поэтому учитывая, что облачное поле