Разработка методов определения атмосферных параметров по результатам измерения теплового излучения Земли

• Автор: Грибанов, Константин Геннадьевич
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 103 с.

Содержание
Введение

Г лава 1. Обзор существующих методов восстановления атмосферных параметров

Глава 2. Реализованные модели и алгоритмы

2.1 Уравнение переноса

2.2 Обратная задача

2.3 Весовые функции и выбор спектрального интервала

2.4 Программное обеспечение FIRE-ARMS

Глава 3. Результаты обработки спектров IMG/ADEOS

Заключение

Цитируемая литература

Введение
В минувшем столетии замечено постепенное повышение температуры Земли. Это связывают с повышением концентрации СО2 в атмосфере произошедшего в результате индустриальной активности человека. Если в середине XIX века концентрация двуокиси углерода составляла 280 миллионных долей, то в настоящее время данная величина приближается к 400 миллионным долям. Так как излучение земной поверхности в 15 мкм полосе довольно интенсивно, большая часть длинноволновой радиации, испускаемой поверхностью Земли, поглощается атмосферным СО2 и излучается обратно к поверхности. Таким образом, у Земли, которая излучает в пространство всю энергию, получаемую от Солнца, температура поверхности должна быть выше, чем она была бы в случае атмосферы без С02. Этот эффект часто называют «парниковым эффектом» СОг. Оценки влияния повышения концентрации С02 на повышение средней приповерхностной температуры воздуха противоречивы [13,81] и это обусловлено такими факторами как неполнота массива наблюдений, несовершенство методик наблюдения, многофакторность изменений климата и недостаточная адекватность численных моделей. Кроме того, СОг не единственный парниковый газ, концентрация которого растет в результате деятельности человека. Такие газы как метан (СН4), фреоны, тропосферный озон также ответственны за глобальное потепление. Так, вычисленное на одну молекулу воздействие метана на парниковый эффект, в 25 раз интенсивнее, чем воздействие молекулы С02 , а молекулы СТС-11 эффективнее в 11000 раз [17]. Накопление парниковых газов в атмосфере и связанный с ним рост средней поверхностной температуры могут иметь пороговые особенности [3,6,7,102-105], которые обусловлены наличием положительной обратной связи между температурой поверхности и концентрацией СО2 в атмосфере. С ростом температуры увеличивается выход С02 из карбонатов земной коры и океанической воды, т.к. с ростом

температуры падает растворимость этого газа в воде. Запаса мощности современной биоты, которая обеспечивает сток С02 из атмосферы, может не хватить и это может привести к такому разогреву планеты, что поставит под угрозу само существование жизни на планете.
Климатическая система Земли рассматривается во многих моделях как набор термически взаимодействующих резервуаров (атмосфера, океан, поверхность суши, лед), нагреваемых солнечной радиацией и охлаждаемых излучением длинноволновой радиации в космос. Каждый резервуар реагирует на внешнее возмущение во временных масштабах, которые зависят от его теплоёмкости и времени внутреннего перемешивания. Для того, чтобы оценить влияние роста концентрации С02 на климат, создано несколько моделей от относительно простых энергобалансовых моделей нулевой размерности до сеточных моделей общей циркуляции атмосферы [31], включающих в себя различные модели океана, облачности, топографии и реакции криосферы. Климатический эффект от удвоения концентрации углекислого газа в разных моделях колеблется от 0.3 до 3.9 К. Температура воздуха и её глобальные характеристики играют важную роль в проблеме С02 - климат. Восстановление глобальных трехмерных распределений температуры и концентраций парниковых газов и наблюдение за этими распределениями в течение длительного времени могли бы существенно улучшить понимание зависимости между ростом концентраций парниковых газов и глобальным потеплением.
Технологии зондирования атмосферы с целью мониторинга метеорологических параметров и загрязнения разрабатывается уже более 30 лет [9,12,16,25]. Созданию эффективной космической системы мониторинга атмосферных газов уделяется особое внимание [12,25]. Космическая система мониторинга атмосферных газов включает в себя приборы нескольких типов, которые можно классифицировать по геометрии зондирования. Данная работа посвящена такой геометрии термического зондирования, при которой входное окно спутникового сенсора направлено на поверхность Земли (в надир или под

варьируемых профилей параметров; aaj - стандартные отклонения,
вычисленные по набору заранее известных профилей. Отличие (2.33) от предложенной в работах [97] заключается в том, что добавлены множители
вида 1 /craj. Вторая сумма в (2.33) здесь и далее называется регуляризующим
слагаемым целевой функции. Программное обеспечение FIRE-ARMS позволяет использовать регуляризующее слагаемое в (3) без использования априорной информации в виде набора (2.33) был выбран метод Флетчера - Ривза, который может быть представлен в виде следующей последовательности шагов [19]:
а) Этап 0: X(j - начальное состояние и направление первого перемещения определяется как
D0 = -VF(X0). (2.34)
б) Этап к: выбрать число Лк минимизирующим функцию
положить
g(A) = F(Xk+Adk), (2.35)
Xk+i=Xk + ADk, (2.36)
Dk+l=-VF(Xk+l) + fihDk, (2.37)
А-»#. <2.3«)
|VF№)|