Методические вопросы определения параметров атмосферы по данным самолетных измерений спектральных потоков солнечного излучения

• Автор: Васильев, Александр Владимирович
• Шифр специальности: 04.00.23
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 191 с. : ил.

Оглавление.
Введение
1. Спектральная аппаратура и методика получения вертикальных профилей потоков солнечного излучения в атмосфере
1.1. Аппаратура для измерения спектральных полусферических потоков солнечного излучения с борта самолета
1.2. Схема измерений вертикальных профилей нисходящих и восходящих потоков с борта самолета (зондировка)
1.3. Алгоритм первого этапа обработки зондировок: устранение ’’сбоев” в исходных спектрах
1.4.Алгоритм второго этапа обработки зондировок: приведение потоков к единому зенитному углу Солнца и набору давлений
1.5.Результаты измерений
2.Расчеты вертикальных профилей потоков солнечного излучения в
атмосфере
2.1.Метод Монте-Карло для расчета потоков солнечного излучения
в атмосфере
2.2.Эталонный алгоритм расчета потоков
2.3.Оценка точности расчета потоков. Определение степени влияния
на величину потоков различных параметров
2.4.Вычисление производных от потоков по параметрам атмосферы и поверхности
3.Априорные модели атмосферы и поверхности. Статистическая аэрозольная модель
3.1.Априорные модели атмосферы и поверхности
3.2.Статистические оптические аэрозольные модели для районов Ладожского озера и пустыни Каракум
4.Восстановление параметров атмосферы и поверхности из измерений вертикальных профилей потоков солнечного излучения
4.1.Формальная постановка задачи восстановления параметров атмосферы из оптических измерений и ее решение методом статистической регуляризации
4.2.Анализ производных. Выбор вертикальной и спектральной сеток для восстанавливаемых параметров
4.3.Результаты восстановления и их анализ
Заключение
Список литературы

Введение.
Актуальность темы. Перенос излучения в атмосфере принадлежит к числу тех процессов, которые наиболее существенно влияют на энергетику и термодинамику атмосферы [56,75,78]. Учет лучистого притока солнечного излучения, как ведущей компоненты энергетики системы ’’подстилающая поверхность — атмосфера” является неотъемлемой частью численного моделирования общей циркуляции атмосферы и климата. В настоящее время в центре проблемы интерпретации современных изменений климата находится вопрос о влиянии на климат вариаций состава атмосферы, а именно, облачности, аэрозоля и оптически активных газовых компонент (в том числе и малых). Причем указанные вариации могут вызываться как естественными причинами, в частности катастрофическими (мощными извержениями вулканов, падением крупных метеоритов), так и антропогенным воздействием на природу [2,54,57,58].
Результаты экспериментальных исследований свидетельствуют о сильной изменчивости поля концентрации аэрозоля в атмосфере и больших вариациях его оптических характеристик, вызванных вариациями микроструктуры, химического состава и формы частиц [36,42,50]. При этом, аэрозоль, наряду с облачностью, является одним из главных факторов, определяющих перенос излучения в атмосфере, особенно в коротковолновой области, где находится максимум энергии в спектре Солнца. Это обуславливает необходимость экспериментального измерения оптических характеристик атмосферного аэрозоля наряду с концентрацией оптически активных газов.

в которой 11 + 21 неизвестных и (J + К)1 + ,7 уравнений (уровни по давлению выбирались так, чтобы число измерений более чем в два раза превышало число неизвестных).
Для одновременного нахождения из (1.6) всех неизвестных, воспользуемся МНК — формула (1.4). В нашем случае вектор X — совокупный вектор неизвестных (11 + 21 элементов), А—матрица системы (11 + 21 на (J + K)I + J элементов, часть из них равна нулю и в формулах (1.6) опущена), Y вектор правых частей системы ((,/ + K)I + J элементов).
Остановимся подробнее на выборе матрицы весов X. Формально результат работы МНК зависит только от соотношения между весами, поэтому абсолютные величины весов могут быть произвольными. Однако важным свойством МНК является то, что при использовании в качестве весов погрешностей измерений (квадратов СКО), матрица Р = (A+S А) есть ковариационная матрица восстановленных параметров (в частности, ее диагональные элементы— квадраты их СКО). Следовательно, МНК позволяет корректно находить случайную погрешность определяемых параметров по известной случайной погрешности искомых измерений.
Для дисперсии измерений а2 примем следующую оценку:
а2 = f8l+822 + 81 + 61), (1.7)
где / — значение измеренного потока (fj или /J соответственно),
61 — 64— относительные погрешности: — собственно приборная,
62 — вызванная отклонением измерений от ’’закона косинусов”, 63— вызванная ’’болтанкой”, 64 — вызванная тангажем самолета. Погрешность 62 носит не случайный, а систематический характер, но, к