Применение метода лебеговского осреднения для нахождения радиационного баланса в атмосфере Земли

• Автор: Шилькова, Светлана Валерьевна
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 97 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА
1.1 Основные радиационные потоки
1.2. Уравнение переноса излучения в атмосфере
1.3 Высотный профиль атмосферных газов.
Интерполяция и интегрирование табличных значений
1.4. Микросечения молекулярного поглощения и рассеяния
ГЛАВА
2.1 Выделение носителей резонансов
2.2 Метод лебеговского осреднения
2.3 Подготовка лебеговских коэффициентов
ГЛАВА
3.1 Сходимость решений уравнения переноса методом лебеговского осреднения к решению спектрального уравнения
3.2 Расчеты переноса теплового излучения
в стандартной летней атмосфере средних широт
3.3 Расчеты переноса солнечного излучения
в стандартной летней атмосфере средних широт с учетом и без учета молекулярного рассеяния
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Необходимость нахождения радиационного баланса атмосферы возникает во многих задачах моделирования климата, прогноза погоды, оценки последствий человеческой деятельности. Одна из основных проблем, возникающих при численном моделировании атмосферной радиации, связана с наличием большого числа молекулярных линий поглощения, что сильно затрудняет вычисление интегральных по спектру характеристик излучения. Атмосфера не является оптически тонкой или оптически толстой одновременно для всех участков спектра. Резко меняющиеся вероятности поглощения квантов в близлежащих энергиях приводят к сложному закону пространственного затухания интегральной интенсивности излучения, заметно отличающемуся от экспоненциального. Спектр излучения коррелирует с каждым резонансом поглощения [1-2]. Основная передача радиации происходит в крыльях линий. Кроме того, имеет место значительная изменчивость и неоднородность по высоте концентраций поглощающих и рассеивающих компонент атмосферы.
В настоящее время усилиями экспериментаторов, теоретиков и вычислителей накоплено большое количество спектроскопических данных о сечениях поглощения в линиях атмосферных газов и малых примесей [3-8], а также данных о рассеянии и поглощении радиации частицами облаков и атмосферными аэрозолями. Информация о сечениях поглощения сведена в компьютерные библиотеки данных, что облегчает ее уточнение и, главное, значительно увеличивает доступность информации для использования. Например, банк данных НГГКАИ-92 [4] в диапазоне от 40 см'1 до 22650 см'1 содержит параметры примерно 700 тысяч линий молекулярного поглощения 32 атмосферных газов с учетом разного изотопного состава молекул (всего с изотопами

70). Точность данных для основных линий лежит в пределах 5%. Наличие столь подробной и полной информации делает возможным проведение прецизионных расчетов переноса излучения в атмосфере. Прецизионный расчет предполагает:
• Использование только детальных микроскопических сечений поглощения, без привлечения каких-либо дополнительных эмпирических констант и априорных предположений о характере интегрального по спектру поглощения.
• Контролируемость точности расчета спектров излучения, т.е. возможность сознательно регулировать точность, поддерживая ее, например, не ниже уровня точности спектроскопических данных.
• Наличие надежного комплекса компьютерных программ для подготовки входных данных для расчета переноса излучения из большого объема спектроскопической информации.
• Можно говорить о недостаточности знания далеких крыльев линий и характера поглощения в континууме, о неопределенности параметров облачного рассеяния, о неясности влияния малых атмосферных газов, защищая тот или иной полуэмпирический метод расчета атмосферной радиации. Но, реально только прецизионный расчет и его аккуратное сопоставление с экспериментальными данными позволит ответить на эти и многие другие вопросы.
Самый простой способ проведения прецизионного расчета спектров излучения состоит в применении многогруппового приближения [9,10]. Увеличиваем число групп до тех пор, пока не будет достигнута сходимость результатов расчетов к стабильному решению в смысле фундаментальной последовательности. Но, так как в атмосфере существенен перенос в крыльях конкретных линий, многогрупповое приближение сходится крайне медленно. Фактически, его применение

определяется соотношениями
(1.24)
Данной линией можно пренебречь вообще, если граница обрезания А. не превышает двух полуширин 2, откуда:
Ниже приведены значения параметров в ряде важных случаев. При степенном законе изменения отношений смеси С (<д) »£,и, получаем
где для определенности принимается, что поверхность Земли совпадает с уровнем моря.
Для хорошо перемешанных газов (.С02, 02, СН4..), у которых иО,
давление ровно в два раза меньше давления у поверхности Земли. Параметр е для вычисления пороговой силы линий равен
е = 4.4-10-2/ . Падение давления наполовину в стандартной летней
Сопоставляя данный результат с данными по распределению атмосферных газов (Таблица 1.1), видим, что поглощение излучения хорошо перемешанными газами происходит в нижнем слое атмосферы толщиной порядка 15км. Здесь сосредоточено 90% массы хорошо перемешанных газов, и, следовательно, происходит 90% поглощения.
имеем: £ = 1/2, Р’- Р°/2, т.е. среднее сечение берется на высоте, где
атмосфере средних широт достигается на высоте |г'| = 5.7км.