Малопараметрическая модель молекулярного поглощения для решения задачи переноса теплового излучения в атмосфере Земли

• Автор: Чеснокова, Татьяна Юрьевна
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 150 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. Методы учета молекулярного поглощения при решении уравнения
переноса излучения в атмосфере Земли
1.1. Метод «line-by-line»
1.2 Метод “к-распределения”
1.3 Представление функции пропускания в виде ряда экспонент
1.4 Перенос инфракрасного излучения в безоблачной атмосфере
1.5 Параметризация молекулярного поглощения неоднородной трассы
1.6 Перекрывание полос поглощения атмосферных газов
1.7 Перенос солнечного излучения
ГЛАВА 2. Исследование точности учета вклада молекулярного поглощения в перенос излучения
2.1 Погрешность параметров спектральных линий
2.2 Модели континуального поглощения
2.3 Вклад слабых линий поглощения водяного пара в перенос коротковолнового излучения
2.4 Погрешности, возникающие при интегрировании по высоте уравнения переноса ИК радиации
2.5 Влияние вариаций атмосферных малых газовых составляющих на радиационные процессы
ГЛАВА 3. Применение параметрических моделей молекулярного поглощения в задачах восстановления вертикальных профилей температуры и общего содержания газов по данным спутникового зондирования
3.1 Общие сведения о спутниковом ИК радиометре HIRS/
3.2 Параметризация уравнения переноса ИК излучения в безоблачной атмосфере Земли и погрешности исходной спектроскопической информации о параметрах линий поглощения
3.3 Определение общего содержания газов и профиля температуры атмосферы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
Приложение
Приложение

ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время большое внимание уделяется исследованиям радиационных процессов в атмосфере Земли. Проведение таких исследований вызвано необходимостью получения достоверной информации о возможных долгосрочных изменениях климата Земли и точных краткосрочных прогнозов погоды, расширения возможностей своевременного обнаружения и предупреждения опасных загрязнений атмосферы и др.
Радиационный баланс атмосферы или разность между поглощенной радиацией и собственным излучением является важной характеристикой, влияющей на термический режим Земли [1, 2]. Приходную часть радиационного баланса атмосферы Яа составляют поглощенное атмосферой излучение земной поверхности Рп и поглощенная ею прямая и рассеянная солнечная радиация Ра’. Теряет тепло атмосфера за счет излучения в направлении к земной поверхности 8Ра и в мировое пространство В*,.
К= Рп + Ра 8Ра-Вгл
Рп - (1-Р)В0,
где Р - функция пропускания атмосферы для длинноволновой радиации, В0 -излучение земной поверхности.
С учетом того, что В0- 8Ра=В* - эффективное излучение земной поверхности, и сумма РВ0+ Ваа-Рх, - уходящее в мировое пространство излучение Земли и атмосферы, уравнение радиационного баланса принимает вид
Ла= В + Ея'- Еда
Радиационный баланс и, соответственно, климат Земли чувствительны даже к небольшим изменениям радиационных характеристик. Увеличение уходящего излучения Земли и атмосферы Рм на 1 Вт/м2 приведет к уменьшению планетарно усредненной температуры поверхности Земли на 0,6 °К. Уменьшение средней температуры поверхности Земли на несколько градусов в прошлом могло провоцировать ледниковый период, и наоборот, увеличение температуры поверхности на несколько градусов может привести к таянию ледников на полюсах
того чтобы соотношение (1.26) было точным, необходимо, чтобы одним и тем же т на разных высотах соответствовали одни и те же п. Это условие выполняется лишь приближенно, когда корреляция между кт(утК) на разных высотах достаточно высока. Следует ожидать, что вблизи центров слабых линий могут наблюдаться отклонения. Тем не менее, для атмосферных условий, величина этих спектральных интервалов, в которых могут наблюдаться эти отклонения, незначительна. Численные оценки, сделанные в [33,69], показали, что для полос Н20, С02, Оз, лежащих в длинноволновом диапазоне спектра, для типичных атмосферных условий это приближение выполняется с высокой точностью, если спектральное разрешение достаточно низкое (10-100 см'1), и число учитываемых спектральных линий велико. Погрешность расчета функции пропускания, как правило, не превышала 1%. Исключения могут составлять ситуации, когда наблюдаются большие температурные градиенты, например, в пламенах. Большие градиенты давления не оказывают заметного влияния на точность вычислений [74]. Данный метод адаптирован также и для поляризованного света [74].
В нашей работе [52] дано описание пакета программ, предназначенного для расчета атмосферных потоков излучения с разрешением 20 см'1 в длинноволновом диапазоне спектра 0 —3000 см'1. В [52] применялся метод «с - к - корреляции», из-за того, что он обладает более высокой точностью, чем метод приведенной массы. Функция пропускания представлялась в виде:
где С), §1 - коэффициенты и узлы гауссовских квадратур соответственно.
Численное моделирование показало, что использование 10 членов ряда всегда обеспечивает погрешность функции пропускания не хуже 1% для ИК диапазона.
Для того чтобы обеспечить быстрое вычисления интеграла, входящего в формулу (1.27), был заранее рассчитан и занесен в базу данных массив коэффициентов поглощения для фиксированных давлений и температуры к(§;,р^Тк) • В диапазоне высот 0-100 км были выделены 36 уровней по давлению
(1.27)