Эмпирическая региональная модель вертикального профиля аэрозольного коэффициента рассеяния

• Автор: Терпугова, Светлана Александровна
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 162 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
ГЛАВА 1. МЕТОДИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ САМОЛЕТНЫХ НЕФЕ-
ЛОМЕТРИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ
§ 1.1 Бортовая нефелометрическая установка
§ 1.2 Искажения, вносимые при заборе пробы
§ 1.3 Методика калибровки нефелометра
§ 1.4 Методика измерений и обработки данных
§ 1.5 Оценка погрешности измерений
Основные результаты главы
ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗМЕНЧИВОСТИ ВЕРТИКАЛЬНОГО ПРОФИЛЯ КОЭФФИЦИЕНТА РАССЕЯНИЯ И ВОЗМОЖНОСТЕЙ ЕЕ ПАРАМЕТРИЗАЦИИ
§ 2.1 Общая характеристика района измерений и массива полученных данных
2.1.1. Климатическая характеристика региона
2.1.2. Структура массива данных
2.1.3. Оценка репрезентативности полученных данных
§ 2.2 Годовой ход коэффициента рассеяния на разных высотах
§ 2.3 Внутрисезонные факторы изменчивости аэрозольной стратификации
2.3.1. Влияние воздушных масс на характер аэрозольного профиля
2.3.2. Суточный ход
§ 2.4 Применение трехслойного представления для описания вертикального профиля коэффициента рассеяния
Основные результаты главы
ГЛАВА 3. СТАТИСТИЧЕСКИЙ АЛГОРИТМ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ВЕРТИКАЛЬНОГО ПРОФИЛЯ КОЭФФИЦИЕНТА РАССЕЯНИЯ СУХОГО АЭРОЗОЛЯ

§ 3.1 Оценка возможностей использования данных наземных измерений для восстановления вертикального профиля коэффициента рассеяния
3.1.1. Анализ межуровневых корреляционных связей коэффициента рассеяния
3.1.2. Оценка высоты слоя перемешивания
§ 3.2 Принципы построения схемы восстановления аэрозольного
профиля
§ 3.3 Восстановление профиля сухой основы по приземному
значению коэффициента рассеяния
§ 3.4 Учет температуры при восстановлении вертикального профиля коэффициента рассеяния
Основные результаты главы
ГЛАВА 4. ВОССТАНОВЛЕНИЕ ПРОФИЛЕЙ КОЭФФИЦИЕНТА
РАССЕЯНИЯ IN SITU
§ 4.1 Восстановление профиля относительной влажности
§ 4.2 Восстановление профиля коэффициента рассеяния с учетом относительной влажности
4.2.1 Сравнение различных способов восстановления профиля
ст (Л)
§ 4.3 Учет оптической толщи при восстановлении вертикального профиля коэффициента рассеяния
4.3.1. Оценка оптической толщи слоя Л> 5 км
4.3.2 Коррекция профиля
§ 4.4 Анализ точностных характеристик модели
Основные результаты главы
Заключение
Литература

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы.
Атмосферный аэрозоль является неотъемлемой составляющей атмосферы и играет существенную роль в формировании ее оптического состояния [5, 7, 11, 36, 41-45, 47, 52, 56, 61, 63, 67, 68, 70, 71, 76, 78-81, 99, 103, 104, 107, 110, 112, 121, 137]. Исследование его свойств тесно связано с такими актуальными проблемами физики атмосферы как теория климата и прогноз погоды [7, 21, 22, 43, 44, 63, 68, 81, 121], распространение световых волн в атмосфере [5, 33, 41, 42, 56, 70, 102, 107, 113], включая задачи дистанционного зондирования атмосферы и подстилающей поверхности [13, 14, 42, 43, 45, 70, 78, 80, 102]. Знание оптических параметров атмосферного аэрозоля необходимо для радиационных расчетов и оценки эффективности систем, работающих через атмосферу в оптическом диапазоне [45, 78, 80, 112]. Особую актуальность исследования по оптике аэрозолей приобретают в связи с бурным развитием в последние годы климатических моделей.
В то же время сильная пространственно-временная изменчивость свойств аэрозоля и их сложная связь со всеми атмосферными процессами приводит к тому, что имеющихся на сегодня сведений явно недостаточно для однозначного понимания роли аэрозольных частиц в изменении глобального климата [7, 63, 81, 121, 137]. В частности, не исключено, что корректный учет оптики аэрозоля сможет компенсировать прогнозируемое в современных моделях потепление, обусловленное парниковыми газами [81, 121, 137].
Отсюда понятно, что в радиационном блоке моделей общей циркуляции атмосферы, наряду с облачностью и парниковыми газами, необходим корректный учет оптических свойств атмосферного аэрозоля.
Точная математическая модель пространственно-временной структуры аэрозоля могла бы быть создана, если решить систему уравнений, опи-

фере составляет несколько порядков величины. Если в приземном слое он, в среднем, превышает молекулярный в 10 и более раз, то выше 3 км аэрозольное рассеяние составляет лишь доли от молекулярного. Таким образом, максимальная случайная погрешность измерения коэффициента аэрозольного рассеяния составляет 10 —12% в приземном слое и может достигать 100% на высотах 4-5 км. Значения указаны для доверительной вероятности 70%. Забегая вперед, отметим, что все обсуждаемые в работе ошибки рассчитаны для этого же уровня доверительной вероятности.
Измерение коэффициента рассеяния в абсолютных единицах требует калибровки нефелометра, и неточность в вычислении калибровочной константы может приводить к появлению систематической погрешности.
Для проверки правильности калибровки было проведено сопоставление данных, полученных на описанной бортовой нефелометрической установке и ее наземном аналоге с данными параллельных измерений, проводимых сотрудниками ИФА РАН.
Интеркалибровка осуществлялась в комплексных экспериментах в Одессе 1987 г. и Душанбе 1989 г, — в прибрежной и аридной зонах. Это означает, что исследуемые аэрозольные образования значительно отличались друг от друга по своим микрофизическим характеристикам и структуре вертикальных профилей. В экспериментах параллельно осуществлялись наземные измерения коэффициента рассеяния нефелометрами ИОА и ИФА, самолетное зондирование аэрозольного профиля, а также наземные измерения спектральной аэрозольной оптической толщи та(л) [54]. Значения аэрозольной оптической толщи оценивались также путем интегрирования измеренного нами вертикального профиля коэффициента рассеяния в диапазоне высот 0 — 5 км. Несколько слов о правомерности таких оценок. Измерения проводились в годы, когда стратосфера находилась в фоновом состоянии, т.е. была свободна от продуктов вулканических извержений. В этих условиях более 90% оптически активных частиц сосредоточено в нижней тропосфере [3, 21, 41, 48, 51, 52, 61, 67], и, как по-