Водяной пар в атмосфере Венеры по данным оптической и ИК спектрометрии на АМС "Венера-11-15"

• Автор: Игнатьев, Николай Игоревич
• Шифр специальности: 01.03.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 80 с. : ил.

Содержание
1 Введение
1.1 Измерения содержания водяного пара на Венере
1.2 Перенос излучения в атмосфере Венеры
2 Спектрофотомерический эксперимент на спускаемых аппаратах Венера-11-Ц
2.1 Прибор и данные
2.2 Методика интерпретации
2.3 Определение вертикального профиля водяного пара
3 ИК фурье-спектрометрия на орбитальном аппарате Венера
3.1 Прибор и данные
3.2 Профили температуры и аэрозоля
3.3 Восстановление содержания Н20: формализм статистической регуляризации
3.4 Результаты
4 Заключение
4.1 Сравнение результатов с данными других экспериментов
4.2 Выводы
А Некоторые подробности моделирования переноса излучения в атмосфере Венеры
А.1 Рэлеевское рассеяние
А.2 Расчет газового поглощения
А.З Метод дискретных ординат
А.4 Венера-11, 13: физические характеристики атмосферы и модели вертикального профиля коэффициента экстинкции аэрозольной среды, принятые при расчёте синтетических спектров
Основные публикции по теме диссертации
Литература

Список рисунков
2.1 Спектры солнечного излучения, полученные на СА Венера
2.2 К расчету синтетических спектров: выбор шага монохроматического спектра
2.3 Венера-И: измеренные и синтетические спектры
2.4 Венера-13: измеренные и синтетические спектры
2.5 “Пропускание” tj (отношение интенсивностей на границах) изо-
лированного слоя (16-24 км) при различных содержаниях Н20 в этом слое
2.6 Венера-11: сравнение измеренных и синтетических спектров для
“старой” модели вертикального распределения Н20 из работы [Мороз и др., 1979]
2.7 Венера-И: сравнение измеренных и синтетических спектров, рассчитанных для модели с постоянным отношением смеси Н20
30 и 40 ррш
2.8 Отношение смеси Н20 в атмосфере Венеры по результатам Венеры-11, 13 и
3.1 Примеры спектров Венеры, полученных при помощи фурье-спек-
трометра на КА Венера-15 в двух режимах обработки интерфе-рограмм
3.2 Венера-15: геометрия наблюдений
3.3 Примеры измеренных и синтетических спектров для средних широт, “горячего диполя” и “холодного воротника”
3.4 Восстановленные по спектрам на рис. 3.3 профили температуры
и аэрозоля
3.5 Влияние многократного рассеяния на спектр
3.6 Спектр в полосах Н20
3.7 Нормированные, ядра обратной задачи Ки(z)
3.8 Пример восстановленного содержания Н20 с ошибками соответствующими RC0Tr = оо и Rcorr = 0
3.9 Координаты широта - местное солнечное время для сеансов измерений с наземной обработкой интерферограммы

3.10 Зависимость измеренного отношения смеси водяного пара от широты
3.11 Отношение смеси, усредненное по широтным интервалам и по всем шести сеансам с наземной обработкой интерферограммы
3.12 Отношение смеси Н2О, усредненное по широтным интервалам
для каждого из сеансов с наземной обработкой интерферограммы
3.13 Усредненная по широтным интервалам зависимость от широты содержания водяного пара над уровнем т = 1 в микронах осажденной воды для каждого сеанса
3.14 Высота уровня т
3.15 Сильно усредненный бортовой спектр в области полос воды
3.16 Содержание Н2О, полученное по сильно усредненным “бортовым” спектрам
3.17 Оценка профиля Н20: численный эксперимент для модельных профилей
3.18 Оценка профиля Н20 по сильно усредненным бортовым спектрам
3.19 Содержание Н20, полученное по “бортовым” спектрам в сеансе
с разворотом аппарата
4.1 Сравнение различных измерений содержания водяного пара в атмосфере Венеры
4.2 Венера-11: сравнение измеренных и синтетических спектров при отношении смеси Н20 в облачном слое / = 1000 ppm
4.3 Венера-15: спектры, рассчитанные для содержания Н20 11.8
и 200 ppm
А.1 Измеренный в лаборатории и синтетический спектры Н20
А.2 К расчету газового поглощения интерполяционными методами

зующие метод, практически одинаковы. Он был подробно разработан Устиновым применительно к восстановлению профиля малых газовых составляющих в работе [Устинов, 1991].
Сразу же подчеркнем, что в нашем случае, как показал расчет, практически отсутствуют физические основания для восстановления сколько-нибудь полного профиля (т. е. зависимости содержания от высоты в некотором диапазоне высот) водяного пара. Разность высот, с которых приходит излучение в области полос Н20 в различных каналах, составляет несколько километров (1-2 км), даже если иметь ввиду полосы, расположенные на разных краях диапазона спектрометра, т. е. при v < 400 см-1 и > 1400 см-1. Формально, невозможно найти систему независимых ядер обратной задачи (см. ниже). Ситуация усложняется шумом, особенно в короковолновой части, а также влиянием неоднозначности в аэрозольном профиле. Существовала надежда, что возможно, по крайней мере, оценить шкалу высот распределения водяного пара по спектрам, полученным после обработки интерферограммы. Тщательное исследование влияния указанных факторов па спектр в полосах Н20 показало, что даже получение шкалы высот по индивидуальным спектрам (точнее, усредненным описанным выше образом) вряд ли возможно. В этом смысле метод статистической регуляризации применяется только как удобный математический аппарат. Формальная иллюстрация сказанному в виде ядер обратной задачи и ошибок полученного профиля дана ниже.
В таких условиях желательно выражать результаты в форме, подходящей для сравнения различных спектров, сеансов, положений. Часто используют количество воды на 1 см2 над каким-то уровнем. Эта величина зависит не только от конкретного выбора уровня и его изменчивости, но и от формы получаемого профиля, которая, в свою очередь, зависит от параметров алгоритма (Rcorr> ст0, см. ниже), условий окончания итерационного процесса. Существующие измерения содержания водяного пара над облаками (см. § 1.1) не позволяют наложить универсальные ограничения типа 1 ррм над высотой 60 км. Существуют аргументы в пользу того, что на самом деле отношение смеси Н20 падает с высотой. Характерные временные масштабы турбулентного перемешивания и удаления водяного пара из облачного слоя с падающими каплями аэрозоля — величины одного порядка, так что постоянный профиль, соответствующий однородному перемешиванию может не иметь места. Теоретическая модель [Krasnopolsky and Pollack, 1994] так же подтверждает, что отношение смеси Н20 убывает с высотой благодаря конденсации. В любом случае возможные ограничения трудно четко формализовать, и, следовательно, возможны большие неточности в характеристиках содержания Н20. Таким образом, принять постоянное отношение смеси, которое все же будет соответствовать некоторой высоте, представляется разумным решением. Восстановленный постоянный профиль сопровождается оценкой ошибки, показывающей, каковы