Исследование влияния молекулярного поглощения на лучистый теплообмен атмосферы и "эталонные" расчеты атмосферной радиации

• Автор: Фомин, Борис Алексеевич
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1997
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 302 с. : ил.

РОССИЙСКИЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР “КУРЧАТОВСКИЙ ИНСТИТУТ”
ИНСТИТУТ МОЛЕКУЛЯРНОЙ ФИЗИКИ
На правах рукописи УДК 535.345.1:551
ФОМИН БОРИС АЛЕКСЕЕВИЧ
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ МОЛЕКУЛЯРНОГО ПОГЛОЩЕНИЯ НА
ЛУЧИСТЫЙ ТЕПЛООБМЕН АТМОСФЕРЫ И “ЭТАЛОННЫЕ” РАСЧЕТЫ АТМОСФЕРНОЙ РАДИАЦИИ
01.04.14 - теплофизика и молекулярная физика ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени доктора физико-математических наук
МОСКВА
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. Алгоритмы и программы для расчёта ИК-спектр о к молекулярного поглощения методом ПИ
1.1 Моделирование контуров спектральных линий
1.2 Эффективная интерполяционная техника для расчёта ИК-спектров молекул
ГЛАВА 2. Алгоритмы и программы для решения методом ПИ уравнений переноса радиации в неоднородной, плоскостраткфицировакной атмосфере
2.1 Расчёт потоков тепловой радиации и радиационных выхолаживаний
2.2 Расчёт потоков солнечной радиации и лучистых нагревов
2.3 Расчёт параметров рассеяния плоской электромагнитной волны на сферических однородных частицах
ГЛАВА 3. Эталонные расчёты потоков тепловой радиации в чистой, безоблачной атмосфере
3.1 Экспериментальная проверка меходики расчётов потоков тепловой радиации
3.2 Эталонные расчёты потоков тепловой радиации
ГЛАВА 4. Эталонные расчёты потоков солнечной радиации и
исследование влияния микрофизических свойств облаков на лучистый теплообмен атмосферы
4.1 Эталонные расчеты потоков солнечной радиации в нерассеивающей атмосфере
4.2 Эталонные расчёты потоков солнечной радиации в рассеивающей атмосфере
4.3 Исследование связи микрофизических и радиационных свойств облаков
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЦИТИРОВАННОЙ ЛИТЕРА,ТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ

1 О V»

ВВЕДЕНИЕ
Общеизвестно, что радиационные процессы играют центральную роль в атмосферном тепло-энергообмене и, следовательно, в формировании климата Земли, так-как “глобальные долговременные динамические процессы регулируются реальными притоками тепла, среди которых одним из главных является лучистый" [I]. Мало того, климат крайне чувствителен даже к казалось-6ы незначительным изменениям в механизме радиационных процессов. Так, по данным ряда исследований [2], уменьшение в прошлом солнечной постоянной всего на ~1% провоцировало ледниковые периоды. В настоящее же время отмечается глобальное потепление климата, связываемое, в первую очередь, с нарушением естественных радиационных процессов в атмосфере из-за антропогенного увеличения концентрации оптически активных атмосферных газов ( СОг, СЩ и др.), приводящего к увеличению так называемого “парникового эффекта” [3]. Парниковым эффектом называется повышение температуры поверхности Земли (или иных планет) вследствие относительно хорошей прозрачности атмосферы по отношению к солнечному излучению и её непрозрачности по отношению к инфракрасному (ИК) излучению. Интересно отметить, что механизм “парникового эффекта”, вызванного углекислым газом, был описан ещё в 1860 г. известным английским физиком Тиндалом. В общих чертах он объясняется поглощением в атмосфере теплового ИК излучения, исходящего от земной поверхности (нагретой солнцем), с последующим его изотропным переизлучением в атмосфере, приводящем к возвращению части первоначального теплового излучения к поверхности. Эта добавка к энергии, падающей на земную поверхность, и вызывает её дополнительный разогрев[4-6]. Без парникового эффекта была бы вообще невозможна жизнь на Земле (во всяком случае в привычных формах), так как средняя глобальная температура

эффективных ПИ алгоритмов так важна до настоящего времени, несмотря на то, что они начали разрабатываться с 60х годов [55-56] и сейчас можно насчитать около десятка разработанных пакетов программ и их версий для ПИ вычислений
£0,у*) занимают основную часть работы компьютера. Поэтому можно повысить эффективность ПИ алгоритмов, если уменьшить (без потери точности) число течете, где требуется вычислить контур каждой лилии.
Это возможно благодаря тому факту, что контур линии становится более плавным на дальних расстояниях от центра линии, как видно из рис. 8. Было разработано несколько способов увеличения скорости вычислений.
Один из способов был предложен ещё Дрэйсоном [56]. Он заключался в том, что крылья линий как-бы отрезались на расстояниях 5-Ю см1 от центра (в [і і2]
25 см-*) и суммировались, образуя достаточно гладкий “континуум”. Так как ДйЛЯСОС ЇСрЬІЛО ЛИШШ ПрОЇЇОрДйОІІйЛЬЇЇО 66 яоренцевасой полуширине (см. (6)) схь, пропорциональной давлению,
то, следовательно, полученный “континуум” так же пропорционален давленито. Поэтому его можно вычислить один раз для разных температур на сетке волновых чисел с шагом 1-10 см ! и затем использовать в ПИ вычислениях, используя интерполяции по частоте и температуре, а также свойство его пропорциональности давлению. Таким образом, собственно в ПИ вычислениях останется рассмотрение контура на интервалах порядка 10 см1.
Второй способ ещё более прост: вычислять спектр в узлах неравномерных сеток волновых чисел, сгущающихся около центров линий. Однако этот метод, используемый в [134], хорошо работает лишь для достаточно редких линий.
[81], [95], [112], [114], [130-135]. Следует заметить, что, как правило, вычисления