Оптические модели сферических гетерофазных сред в прикладной геофизике

• Автор: Беликов, Юрий Евгеньевич
• Шифр специальности: 25.00.29
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 209 с. : ил.

Глава 1. Математические основы моделирования процессов

переноса излучения в гетерофазных средах

1.1. Математическая модель переноса излучения в сферической гетерофазной среде

1.1.1. Постановка задачи и исходное интегральное уравнение

1.1.2. Г еометрия задачи

1.1.3. Расчет сечений взаимодействия

1.1.4. Расчет оптических путей

1.1.5. Интегрирование уравнения переноса излучения вдоль фиксированного луча

1.1.6. Расчет однократно рассеянной составляющей

1.1.7. Расчет интеграла рассеяния

1.2. Верификация модели и анализ точности модели Сравнение алгоритмов решения уравнения переноса излучения
1.2.1. Оптические модели атмосферы
1.2.2. Результаты в УФ области спектра
1.2.3. Результаты в видимой области спектра
1.2.4. Результаты сравнения
1.2.5. Выводы
1.3. Заключение по главе
Глава 2. Моделирование переноса излучения в сферическом
гетерофазном облаке в верхней атмосфере
2.1. Расчет изображений аэрозольных облаков, сравнение
с экспериментом
2.2. Влияние условий наблюдения на изображения газо-аэрозольных облаков
2.3. Цветовая диагностика фотоактивных образований
в верхней атмосфере Земли
2.3.1. Введение
2.3.2. Модельные расчеты

2.3.3. Сопоставление модельных расчетов с экспериментом
2.3.4. Выводы.
2.4. Заключение по главе
Глава 3. Моделирование переноса излучения в сферической гетерофазной атмосфере, расчеты полей излучения
3.1. Особенности интерпретации наземных оптических измерений
3.2. Особенности интерпретации ракетных оптических измерений
3.3. Особенности интерпретации оптических измерений из космоса
3.4. Заключение по главе
Глава 4. Прикладные аспекты оптических моделей
4.1. Влияние распределения озона и аэрозоля на радиационные потоки в стратосфере. Сумеречный эффект
4.2. Оценка эффекта обращения при исследовании озонового слоя
4.3. Оценка радиационного влияния полярных стратосферных облаков и крупномасштабных выбросов на накопление активного хлора в полярной стратосфере
4.3.1. Механизм влияния полярных стратосферных облаков и крупномасштабных выбросов на накопление активного хлора в полярной стратосфере
4.3.2. Аналитическое решение и его анализ
4.3.3. Численные эксперименты
4.3.4. Выводы
4.4. Заключение по главе

140 ;

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Список литературы

1. Введение.
Оптические модели сферических гетерофазных сред основаны на решении уравнения переноса излучения. Решением уравнения переноса излучения занималось огромное количество исследователей, как в России, так и за рубежом. Написано множество монографий, в том числе и по переносу излучения в атмосферах планет (см., например, [1-3]). Поэтому охватить в полной мере эту тему во вводной части диссертационной работы не представляется возможным. Автор и не ставил такой задачи, а сосредоточился в основном только на тех аспектах проблемы, которые связаны с решением поставленных задач и особенностями разработанного подхода решения уравнения переноса излучения. Одним из классов задач, с которым столкнулся автор, это задачи интерпретации экспериментов при наблюдении искусственных образований в верхней атмосфере и околоземном космическом пространстве. В этих экспериментах в околоземное космическое пространство инжектировались различные вещества, например, аэрозоль или пары бария. При этом наблюдались различные формы искусственных образований и самые разнообразные, а порой загадочные световые эффекты. Например, облако паров бария имело желтый оттенок и наблюдалось на нем белое пятно, хотя известно, что основная линия излучения паров бария является зеленой. В ракетных экспериментах по выпуску паров бария наблюдалась очень интересная динамика разлета компонентов: от быстро возникающих при выбросах сферических образований отделялись быстро расширяющиеся полусферы, исчезающие в околоземном космическом пространстве. Причем эти полусферы наблюдались только с самолета при наблюдении почти против солнца, тогда как с других наземных точек наблюдения были видны только более стационарные сферические образования. Как выяснилось позднее,

эффекты поляризации) код Германа [33] (уН); два псевдо-сферических векторных кода [34,35]; один псевдосферический скалярный код [36] и код Ленобла, основанный на методе Монте-Карло [36]. Все расчеты нормировались на расчеты, выполненные с помощью полного сферического скалярного кода Дэйва [31] (эО), представленного Ириной Петропавловских. Основным результатом этих сравнений стал тот факт, что отличия результатов расчетов всех моделей, в том числе и рассматриваемой модели, от указанного кода Дэйва, лежат в пределах 10-15%.
Более детальное и полное сравнение усовершенствованной модели [37,23] для широкой области спектра, было сделано в работах [38, 39]. Т.к. последняя работа включает в себя аналогичные сравнения и ряд результатов работы [29], то мы остановимся на подробном изложении именно работы [39].
В сравнениях участвуют численный скалярный код, основанный на математическом аппарате переноса излучения, рассмотренном выше, который мы обозначим бИ&В (скалярный код Николайшвили-Беликова), метод Монте-Карло - векторный (уР) и скалярный (бР) коды О.В. Постылякова, а также скалярный код Розанова (эЛ).
Метод, на котором основан численный код зИ&В, можно назвать методом последовательных порядков рассеяния [23]; он основан на численном решении интегрального уравнения переноса излучения. Для того, чтобы сконструировать конечно-разностную аппроксимацию интегрального уравнения, зависимость его решения от одной из четырех переменных (которая может быть названа азимутальной переменной) представляется приближенно тригонометрическим интерполяционным полиномом. Для других независимых переменных формируется трехмерная сетка точек и система конечно-разностных уравнений относительно коэффициентов тригонометрических полиномов в точках разностной сетки. Эти уравнения решаются методом последовательных приближений.