Моделирование и прогнозирование параметров озонового слоя

• Автор: Сакаш, Ирина Юрьевна
• Шифр специальности: 05.13.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Красноярск
• Количество страниц: 125 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1. ОЗОН В АТМОСФЕРЕ

1.1. СВОЙСТВ А ОЗОНА

1.2. ОБРАЗОВАНИЕ И РАЗРУШЕНИЕ СТРАТОСФЕРНОГО ОЗОНА

1.3. ДИНАМИКА ОЗОНОСФЕРЫ

1.3.1. ПРОЦЕССЫ ПЕРЕНОСА В АТМОСФЕРЕ.

1.3.2. ОЗОН И ЦИРКУМПОЛЯРНЫЙ ВИХРЬ.

1.3.3. ОЗОН И СОЛНЕЧНАЯ АКТИВНОСТЬ.

1.3.4. АНТРОПОГЕННОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ НА ОЗОН.

1.3.5. ОЗОНОВЫЕ ДЫРЫ.
1.4. МОДЕЛИ АТМОСФЕРЫ И ОЗОНОСФЕРЫ ЗЕМЛИ
1.5. АДАПТИВНЫЕ МОДЕЛИ
1.6. МЕТОДЫ И ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ОЗОНА .
1.7. ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ ПОДХОДА
1.8. ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 1.
2. НЕЙРОСЕТЕВЫЕ МОДЕЛИ ДИНАМИКИ ОЗОНОВОГО СЛОЯ.
2.1. САМОЛДАПТИРУЮЩИЕСЯ НЕЙРОННЫЕ СЕТИ
2.2. МЕТОДИКА ПОСТРОЕНИЯ МОДЕЛЕЙ
2.3. ПОСТРОЕНИЕ КРАТКОСРОЧНЫХ ПРОГНОЗОВ ОСО.
2.3.1. ПОЧАСОВОЙ ПРОГНОЗ ОСО.
2.3.2. СРЕДНЕСУТОЧНЫЙ ПРОГНОЗ ОСО
2.3.3. СРЕДНЕМЕСЯЧНЫЙ ПРОГНОЗ ОСО
2.3.4. СРЕДНЕГОДОВОЙ ПРОГНОЗ ОСО.
2.3.5. ИНТЕГРАЛЬНЫЙ ПРОГНОЗ ПО НЕСКОЛЬКИМ УДАЛЕННЫМ ТОЧКАМ
2.4. ПОЛИНОМИАЛЬНЫЙ И ЛИНЕЙНЫЙ ПРОГНОЗ ОСО
2.5. ПОСТРОЕНИЕ ДОЛГОСРОЧНЫХ ПРОГНОЗОВ ОСО
2.5.1. ВЕКТОРНЫЙ ПРОГНОЗ ОСО.
2.5.2. АНСАМБЛЕВЫЙ ПРОГНОЗ ОСО.
2.6. ПОСТРОЕНИЕ ДОЛГОСРОЧНЫХ ПРОГНОЗОВ СРЕДНЕМЕСЯЧНЫХ ЗНАЧЕНИЙ ОСО ДЛЯ СЕВЕРНОГО ПОЛУШАРИЯ.
2.7. СВЯЗЬ ВАРИАЦИЙ ОСО С ПРОСТРАНСТВЕННОВРЕМЕННЫМИ ОСОБЕННОСТЯМИ ОБЩЕЙ ЦИРКУЛЯЦИИ АТМОСФЕРЫ.
2.8. ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 2.
3. ПРИЧИНЫ ИЗМЕНЕНИЯ СВОЙСТВ ВРЕМЕННЫХ РЯДОВ ОСО
3.1. О ВЫЯВЛЕНИИ ПРЕДВЕСТНИКОВ ИЗМЕНЕНИЙ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ВРЕМЕННЫХ РЯДОВ
3.2. ЭКСПЕРИМЕНТЫ ПО ПРОГНОЗИРОВАНИЮ ОСО С УДАЛЕНИЕМ ЗНАЧЕНИЙ.
3.3. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТОВ.
3.4. ФИЗИЧЕСКАЯ ИНТЕРПРЕТАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ.
3.5. ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 3.
ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИИ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. ПРИМЕРЫ НЕКОТОРЫХ ИЗ РАЗРАБОТАННЫХ
ПРОГРАММ
П1.1. ПРИМЕР ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ПРОГРАММЫ
ПОЛИНОМИАЛЬНЫЙ ПРОГНОЗ.
П 1.2. ПРИМЕР ПРОГРАММЫ ПОДГОТОВКИ СПУТНИКОВЫХ.
ДАННЫХ.
П 1.3. ПРИМЕР ПРОГРАММЫ ПОДГОТОВКИ СПУТНИКОВЫХ.
ДАННЫХ ПО КООРДИНАТАМ
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. АКТЫ О ВНЕДРЕНИИ
П 2.1. АКТ ОБ ИСПОЛЬЗОВАНИИ В ИНСТИТУТЕ ОПТИКИ АТМОСФЕРЫ
П 2.2. АКТ О ВНЕДРЕНИИ В КРАСНОЯРСКОМ ГОСУДАРСТВЕННОМ
УНИВЕРСИТЕТЕ.
П 2.3. АКТ О ВНЕДРЕНИИ В КРАСНОЯРСКОМ ГОСУДАРСТВЕННОМ
ТЕХНИЧЕСКОМ УНИВЕРСИТЕТЕ.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


Создать методику построения локальных прогнозов общего содержания озона (ОСО) над определенными географическими точками для средних широт на основе нейронных сетей в условиях жестко лимитированной реальной информации о функционировании атмосферных процессов. Оценить возможность выделения предвестников изменения характерных свойств временного ряда концентрации озона в озоносфсрс над определенными географическими точками Земной поверхности. Провести сравнительный анализ метода прогнозирования с помощью нейронных сетей с линейным и полиномиальным методами. Исследовать зависимость концентрации озона от циркуляции атмосферы. Земли. Полученные результаты внедрены в Институте оптики атмосферы СО РАН (г. Томск), в Красноярском государственном университете и Красноярском государственном техническом университете. На основе выполненных исследований готовится дальнейшее изучение озоносферы Земли с ориентацией на построение глобальных моделей динамики ОСО. Достоверность результатов работы подтверждается корректным применением методов нейроинформатики; экспериментальными данными, полученными спутниковыми и наземными методами; результатами, опубликованными в литературе. Личный вклад. Автором впервые предложены и использованы методы моделирования динамики озонового слоя на базе нейронных сетей. Работа полностью проведена автором самостоятельно. Апробация работы. Международная конференция "Физика ионосферы и атмосферы Земли" (Иркутск, г. Международный симпозиум "Оптика атмосферы и океана" (Томск, г. VII Всероссийская конференция "Нейрокомпьютеры и их применение" с международным участием "НКП- " (Москва, г. VIII объединенный международный симпозиум "Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы" (Иркутск, г. Всероссийская научно-практическая конференция "Химико-лесной комплекс - проблемы и решения" (Красноярск, г. Международная научно-практическая конференция "Сибирский авиакосмический салон" (САКС-) (Красноярск, г. VIII Всероссийская конференция "Нейрокомпьютеры и их применение" с международным участием "НКП-" (Москва, г. II Всесибирский конгресс женщин-математиков (в день рождения Софьи Васильевны Ковалевской) (Красноярск, г. Международная конференция "Континуальные алгебраические логики, исчисления и нейроматематика в науке, технике и экономике - КЛИН-" (Ульяновск, г. IX объединенный международный симпозиум "Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы" (Томск, г. V Всероссийский семинар "Моделирование неравновесных систем" (Красноярск, г. Нейроинформатика-" (Москва, г. X объединенный международный симпозиум "Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы" (Томск, г. Нейроинформатика-" (Москва, г. Публикации. По теме диссертации опубликовано печатные работы. Работа поддержана фантом Красноярского краевого фонда науки №Р1С. Атмосферный озон - это одна из малых, но весьма важных, примесей атмосферы. Молекула озона представляет собой относительно устойчивое соединение, состоящее из трех атомов кислорода. Молекула озона О имеет массу 7,7-' г. Озон составляет 0,6 массы всей атмосферы [1]. Озон в атмосфере располагается в виде сферического слоя, внутренняя поверхность которого совпадает с поверхностью Земли. Толщина озонового слоя составляет приблизительно 0 км. Озон в этом слое распределен неравномерно как в вертикальном, так и в горизонтальном направлении. Максимум его содержания наблюдается в среднем слое - км. Выше концентрация озона быстро убывает и на высотах выше км достигает состояния фотохимического равновесия. В тропосфере она также значительно меньше, чем в слое максимума и составляет 8-% от его общего содержания в столбе атмосферы. Средняя условная толщина озонового слоя, приведенного к нормальному давлению и температуре, составляет около 0,3 см. Его средняя плотность в слое 0- км равна 0,9-' г/см3. Общая масса озона в атмосфере составляет около 3,3-9 т. Из всего потока солнечной энергии, падающей на Землю, озон поглощает около 3%, или 5* Дж/сутки, что не мешает ему оказывать существенное влияние на состояние живых организмов и динамику атмосферных процессов. Плотность озона рз - масса газообразного озона в единице объема воздуха, выражаемая в микрограммах на метр кубический (мкг/м3).