Исследование изменчивости потоков ультрафиолетовой радиации на поверхности Земли

• Автор: Винарский, Максим Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 126 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И ОСОБЕННОСТИ ЕСТЕСТВЕННОЕО УЛЬТРАФИОЛЕТОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
1.1. Основные процессы взаимодействия излучения с поглощающей
и рассеивающей средой
1.2. Распространение ультрафиолетового излучения в атмосфере
1.3. Медико-биологическое значение ультрафиолетовой радиации
1.4. Наблюдения за потоками ультрафиолетового излучения
1.5. Методы расчета потоков ультрафиолетового излучения
2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ НАБЛЮДЕНИЕ ПОТОКОВ УФ ИЗЛУЧЕНИЯ
2.1. Описание измерительной аппаратуры
2.2. Общая характеристика результатов наблюдений
2.3. УФ излучение и облачность
2.3.1. Классификация облаков
2.3.2. Влияние облачности на потоки УФ радиации
2.4. Влияние состояния подстилающей поверхности на потоки УФ радиации
2.5. УФ излучение и ОСО
3. МЕТОД РАСЧЕТА ПОТОКОВ УФ ИЗЛУЧЕНИЯ
3.1. Основные уравнения. Метод Монте-Карло
3.1.1. Статистическое моделирование процесса переноса излучения
3.1.2. Алгоритмы метода Монте-Карло на прямых и сопряженных траекториях
3.2. Постановка задачи моделирования поля УФ излучения на поверхности Земли
3.3. Сравнение трудоемкости алгоритмов прямого моделирования и метода
локального счета в схеме сопряженных траекторий
3.4. Алгоритм расчета нерассеянного излучения
4. РАСЧЕТ ПОТОКОВ УФ РАДИАЦИИ
4.1. Описание используемых моделей
4.2. Сравнение экспериментальных и расчетных характеристик УФ радиации
4.2.1. Безоблачная атмосфера
4.2.2. Сплошная облачность
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ А

ВВЕДЕНИЕ
Естественная ультрафиолетовая (УФ) радиация, составляющая лишь малую долю в суммарном потоке солнечного излучения, достигающего земной поверхности, вызывает как научный, так и практический интерес. Это связано, прежде всего, с тем, что УФ излучение обладает высокой биологической и фотохимической активностью. УФ излучение Солнца является одним из важных факторов природной среды, влияющих на биосферу и обеспечивающих нормальную жизнедеятельность человека. Велика ее роль в физических и химических процессах, определяющих состав и строение атмосферы [65]. Благодаря действию коротковолнового излучения Солнца существует ионосфера и озоносфера. Над крупными городами и промышленными центрами УФ кванты вступают в фотохимические реакции с некоторыми загрязнителями, в результате чего в приземном слое образуются фотохимические смоги. Вследствие этого ослабление УФ радиации является гораздо более чувствительным индикатором загрязнения атмосферы, чем ослабление видимой и инфракрасной радиации [5,65].
Хорошо известно [9], что решение целого ряда практических задач биологии, медицины, курортологии и других областей науки непосредственно связано с изучением облученности тех или иных объектов природной УФ радиацией. УФ излучение несет также основную ответственность за старение широко распространенных полимерных материалов. Пристальный интерес к истощению озонового слоя связан также с опасностью роста интенсивности УФ радиации Солнца на поверхности Земли. Поэтому совершенно не случайно природная УФ радиация признана одним из важнейших элементов окружающей среды [38].
Суммарная УФ радиация у поверхности Земли определяется высотой Солнца, облачностью, количеством общего содержания озона в атмосфере, альбедо подстилающей поверхности, аэрозольным составом атмосферы и рядом других факторов. Существующая проблема несоответствия теоретических оценок и экспериментальных результатов затрудняет построение надежных моделей распределения УФ радиации в атмосфере Земли и на ее поверхности. Поэтому наиболее объективную информацию о характеристиках поля У Ф излучения дает непосредственное наблюдение потоков УФ радиации на поверхности Земли.
В настоящее время действует мировая сеть мониторинга потоков УФ радиации, состоящая из пунктов наблюдения, расположенных в Европе, США, Канаде, Австралии и Новой Зеландии. Основными наблюдательными средствами сетевых измерений являются интегральный прибор, разработанный в США Робертсоном и Бергером (11-В метр) [75],

время, час
Рис. 2.6. Временной ход отношения потоков рассеянного УФ излучения А9/Аю, измеренных 9 и 10 марта (кривая 1) и доли открытой части солнечного диска, рассчитанной без учета и с учетом эффекта потемнения солнечного диска к краю (кривые 2 и 3, соответственно)
На основе анализа временной изменчивости потоков рассеянного УФ излучения, коэффициентов аэрозольного ослабления и метеопараметров атмосферы было выявлено, что данный максимум не удается связать ни с уменьшением общего содержания озона, ни с различным характером облачности 9 и 10 марта [39]. Увеличение относительных значений потока рассеянного УФ излучения совпадает по времени с распадом тумана, образовавшимся во время затмения, когда оптическая толща атмосферы резко уменьшалась. Согласно оценкам, приведенным в [39], величина оптической толщи атмосферы т уменьшилась с 1,3 до 0,3. Известно [33], что для г=1 поток рассеянного излучения в приближении однократного рассеяния имеет четко выраженный максимум. Поток многократно рассеянного излучения слабее зависит от оптической толщи рассеивающего слоя [29] и в наблюдаемом диапазоне оптических толщ не может привести к выявленному максимуму. В связи с этим наиболее вероятной причиной экстремально высокого уровня УФ излучения является влияние однократно рассеянного солнечного излучения на частицах распадающегося тумана, когда его оптическая толща г была близкой к единице.
Для того, чтобы оценить годовой ход УФ радиации для региона, в котором проводились наблюдения, для каждой высоты Солнца были рассчитаны средние значения Аср и Вср интенсивности потока УФ радиации в спектральных областях А и В за весь период
наблюдений и среднемесячные значения интенсивности потока УФ радиации А, и Д, г = 1,12. Для каждого месяца в году были рассчитаны отклонения среднемесячных значений от среднегодовых значений: