WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 ||

Производительность описанного метода оказалась недостаточной для обработки всего объема данных AIRS, поэтому для восстановления полного содержания метана в работе была использована однонаправленная нейронная сеть. После обучения, сеть была протестирована на контрольном наборе, ошибка восстановления составила 0.014 моль/м2. В сравнительном эксперименте по восстановлению полного содержания метана методом минимизации с ограничениями и нейронной сетью из измеренных спектров AIRS расхождение результатов не превысило погрешностей восстановления обоими методами.

Начиная с весны 2004 г. производился сбор спектров AIRS, измеренных в условиях безоблачного неба над исследуемым районом Западной Сибири. Также собирались доступные зондовые измерения профилей температуры и концентрации водяного пара, измеренные на ближайших метеостанциях. С помощью описанных методик все данные обрабатывались с целью получения карт содержания метана над исследуемым районом. Пример карты полного содержания метана в атмосферном столбе, полученной из одного безоблачного снимка AIRS в мае 2004 г., показан на рисунке 8 (слева).

Карты среднесезонного содержания метана строились путем усреднения значений totalCH4, восстановленных по выборке безоблачных спектров AIRS за сезон. Было установлено, что неравномерное распределение содержания метана в зимний период 2004–2005 г.г. (рис. 8, справа) обусловлено находящимися в исследуемой области антропогенными источниками значительной эмиссии метана (объекты нефтегазового комплекса: компрессоры газопроводов и факелы нефтепроводов).

Для построения хода сезонных вариаций содержания метана в атмосфере над районом болот Западной Сибири (рис. 9, слева) использовались полученные сезонные карты totalCH4, усредненные по площади. Содержание метана для весны 2004 г. совпадает в пределах погрешности со значением, полученным в работе [21] из обработки спектров сенсора IMG в апреле 1997 г. Оценка вклада природной эмиссии метана из болот в общее содержание метана в атмосфере (рис. 9, справа) определялась как разница среднесезонных распределений содержания метана в атмосфере за лето 2005 г. и зиму 2004–2005 г.г.

восточная долгота восточная долгота Рис. 8. Слева: карта содержания метана [моль/м2] в атмосфере над районом Западной Сибири (60–67 С.Ш., 60–90 В.Д.), полученная из одного снимка AIRS в мае 2004 г. Справа: карта сезонного содержания метана в атмосферном столбе [моль/м2] над районом Западной Сибири, полученная из данных AIRS для зимы 2004–2005 г.г.

сезоны восточная долгота Рис. 9. Слева: сезонный ход содержания метана, усреднённого по району Западной Сибири (60–67 С.Ш., 60–90 В.Д.), полученный из обработки серии спектров AIRS/AQUA за 2004–г.г. Прямая линия – среднее по всем значениям; звезда – значение содержания метана, полученное над исследуемой областью в апреле 1997 г. из обработки спектров IMG/ADEOS в работе [21]. Справа: Горизонтальное распределение вклада природной эмиссии метана из болотной экосистемы Западной Сибири, определенного как разница средне сезонных распределений содержания метана в атмосфере (моль/м2) за лето 2005 г. и зиму 2005–2006 г.г.

Для оценки дополнительного теплового эффекта, вызванного эмиссией метана из болотной экосистемы в летний период с помощью ПО FIRE-ARMS были рассчитаны потоки теплового излучения вниз (4) с учётом и без учёта дополнительной концентрации метана, их разница составила 0.07 Вт/м2. Суммарный эффект по всей площади болот Западной Сибири составил ~125 ГВт.

северная широта северная широта северная широта среднее содержание метана ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ 1) Разработана методика определения вертикального профиля относительного содержания HDO в атмосфере из спектров уходящего теплового излучения Земли высокого разрешения (~0.1 см-1), основанная на методе главных компонент.

2) Получено широтное распределение вертикальных профилей отношения HDO/H2O в атмосфере над океаном из спектров сенсора IMG/ADEOS. Вариации относительного содержания HDO в атмосферном столбе лежат в интервале от 120‰ вблизи экватора до -220‰ на высоких широтах около 60 градусов. Точность метода, оцененная по схеме замкнутых модельных экспериментов, составила ~20‰.

3) Идентифицированы сигналы HDO в ИК спектрах пропускания атмосферы высокого разрешения (~0.002 см-1). Разработана и апробирована методика определения вертикального профиля отношения HDO/H2O из спектров, измеряемых Фурье спектрометрами наземного базирования, основанная на методе регрессии главных компонент.

4) Реализовано два подхода для определения полного содержания метана в атмосферном столбе из спектров уходящего теплового излучения Земли высокого разрешения (~0.5 см-1). Первый основан на методе наименьших квадратов с ограничениями, во втором используется нейронная сеть. Относительная ошибка определения полного содержания метана в атмосферном столбе по обеим методикам составила ~2.5%.

5) Получены карты сезонного содержания метана в атмосфере над районом Западной Сибири (60–67 С.Ш., 60–90 В.Д.) в период 2004–2006 г.г. из спектров сенсора AIRS/AQUA. Средне-сезонные значения меняются от 0.57 моль/м2 в зимний период до 0.62 моль/м2 в летний период. Вклад природной эмиссии метана из болот в общее содержание метана в атмосфере над исследуемым районом в летний период составил ~0.05 моль/м2. Дополнительный тепловой эффект, рассчитанный с помощью ПО FIRE-ARMS, составил ~125 ГВт.

ЦИТИРУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА 1. Кондратьев, К.Я. Природные и антропогенные изменения климата / К.Я. Кондратьев. – Л.: Наука, 1986. – 56 с.

2. Углекислый газ в атмосфере / пер. с англ. под ред. В. Баха, А. Крейна, А.Берже, А.Лонгетто. – М.: Мир, 1987. – 534 с.

3. Schmidt, G.A. Present day atmospheric simulations using GISS ModelE: Comparison to in-situ, satellite and reanalysis data / G.A. Schmidt et al // J. Climate. – 2006.

– №19. – P. 153–192. – doi:10.1175/JCLI3612.1.

4. Hoffmann, G. Water isotope module of the ECHAM atmospheric general circulation model: A study on timescales from days to several years / G. Hoffmann, M.

Werner, M. Heimann // J. Geophys. Res. – 1998. – V. 103. – №16. – P. 871–896.

5. Тимофеев, Ю.М. Спутниковые методы исследования газового состава атмосферы (обзор) / Ю.М. Тимофеев // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. – 1989. – Т. 26. – №5. – С. 451–472.

6. Грибанов, К.Г. Пакет программ FIRE-ARMS и его применение в задачах пассивного ИК-зондирования атмосферы / К.Г. Грибанов, В.И. Захаров, С.А.

Ташкун // Оптика атмосферы и океана. – 1999. – Т. 12. – №4. – С. 372–378.

7. Математическое моделирование общей циркуляции атмосферы и океана / Г.И.

Марчук [и др.]. – Л.: Гидрометеоиздат, 1984. – 544 с.

8. Тимофеев, Ю.М. Теоретические основы атмосферной оптики / Ю.М. Тимофеев, А.В. Васильев. – С-Петербург: Наука, 2003. – 474 с.

9. Яговкина, С.В. Оценки потоков метана в атмосферу с территории газовых месторождений севера Западной Сибири с использованием трехмерной модели переноса / С.В. Яговкина, И.Л. Кароль, В.А. Зубов, В.Е. Лагун, А.И. Решетников, Е.В. Розанов // Метеорология и гидрология. – 2003. – №4. – С. 49–62.

10. Васин, В.В. Некорректные задачи с априорной информацией / В.В. Васин, А.Л. Агеев. – Екатеринбург: УИФ "Наука", 1993. – 262 с.

11.Успенский, А.Б. Применение метода главных компонент для анализа ИК - спектров высокого разрешения, измеренных со спутников / А.Б. Успенский, С.В. Романов, А.Н. Троценко // Исследования Земли из космоса. – 2003. – №3.

– С. 26–33.

12.Rothman, L.S. The HITRAN 2004 molecular spectroscopic database / L.S. Rothman et al // JQSRT. – 2005. – V. 96. – P. 139–204.

13.Mlawer, E.J. Revised perspective on the water vapor continuum: The MT_CKD model / E.J. Mlawer, D.C. Tobin, S.A. Clough // Atmos. and Environ. Res. – 2004.

14.Worden, J.R. TES observations of the tropospheric HDO/H2O ratio: retrieval approach and characterization / J.R. Worden, K. Bowman, D. Noone and TES Team Members // J. Geophys. Res. – 2006. – 111(D16). – D16309. – 10.1029/2005JD006606.

15.Зуев, В.Е. Дистанционное оптическое зондирование атмосферы / В.Е. Зуев, В.В. Зуев. – С-Петербург: Гидрометеоиздат, 1992. – 275 с.

16.Рао, С.Р. Линейные статистические методы и их применения / С.Р. Рао – М.:

Наука, 1968. – 548 с.

17. Schneider, M. Ground-based remote sensing of HDO/H2O ratio profiles: introduction and validation of an innovative retrieval approach / M. Schneider, F. Hase, T.

Blumenstock // Atmos. Chem. Phys. Discuss. – 2006. – V. 6. – P. 5269–5327.

18.Грибанов, К.Г. Разработка методов определения атмосферных параметров по результатам измерения теплового излучения Земли с высоким спектральным разрешением: дис. канд. физ.-мат. наук: 01.04.14: защищена 8.01.2001: утв.

12.23.2002 / Грибанов К.Г. – Заречный, 2001. – 103 с.

19.Nakazawa, T. Aircraft measurements of the concentrations of CO2, CH4, N2O, and CO and the carbon and oxygen isotopic ratios of CO2 in the troposphere over Russia / T. Nakazawa, S. Sugawara, G. Inoue, T. Machida, S. Maksyutov, H. Mukai // J.

Geophys. Res. – 1997. – V. 102. – №D3. – P. 3843–3859.

20.Rogers, C.D. Inverse methods for atmospheric sounding. Theory and practice / C.D.

Rogers. – World Scientific, 2000. – 206 p.

21. Clerbaux, C. Trace gas measurements from infrared satellite for chemistry and climate applications / C. Clerbaux, J. Hadji-Lazaro, S. Turquety, G. Megie, P.F. Coheur // Atmos. Chem. Phys. Discuss. – 2003. – V. 3. – P. 2027–2058.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Грибанов, К.Г. Восстановление профилей температуры и влажности по ИК спектрам Земли на основе сингулярного разложения ковариационных матриц / К.Г. Грибанов, В.И. Захаров, А.Ю. Топтыгин // Оптика атмосферы и океана. – 2003. – Т. 16. – №07. – С. 576–581.

2. Топтыгин, А.Ю. Широтные вариации вертикальных профилей и полного содержания HDO/H2O в атмосфере над океаном, полученные из данных IMG/ADEOS / А.Ю. Топтыгин, К.Г. Грибанов, Р. Имасу, Г. Шмидт, В.И. Захаров // Оптика атмосферы и океана. – 2006. – Т. 19. – №10. – С. 875–879.

3. Топтыгин, А.Ю. Определение вертикального профиля HDO/H2O из спектров пропускания атмосферы высокого разрешения / А.Ю. Топтыгин, К.Г. Грибанов, В.И. Захаров, Я. Касай, А. Кагава, Я. Мураяма, Р. Имасу, Г.А. Шмидт, Г.

Хоффманн, Ж. Жузель // Оптика атмосферы и океана. – 2007. – №2.

4. Топтыгин, А.Ю. Восстановление параметров атмосферы по данным орбитальных Фурье спектрометров / А.Ю. Топтыгин, К.Г. Грибанов // Тез. докл. IX всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых.

Красноярск, 23-29 марта 2003 г. – Красноярск: Изд-во Крас. ун-та, 2003. – Т. 2.

– С. 767–769.

5. Топтыгин, А.Ю. Восстановление относительного содержания HDO в атмосферном столбе с помощью нейронной сети / А.Ю. Топтыгин, К.Г. Грибанов // Тез. докл. X всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых. Москва, 24-31 марта 2004 г. – Екатеринбург: Изд-во УрГУ, 2004.

– Т. 2. – С. 233–234.

6. Топтыгин, А.Ю. Определение полного содержания метана в атмосферном столбе с помощью нейронной сети по данным сенсора AIRS/AQUA / А.Ю.

Топтыгин, К.Г. Грибанов, В.И. Захаров // Тез. докл. международного симпозиума стран СНГ «Атмосферная радиация». С-Петербург, 22-27 июня 2004 г. – С-Петербург: Изд-во СПбГУ, 2004. – С. 112.

7. Gribanov, K.G. Neural network retrieval of deuterium to hydrogen ratio in atmosphere from IMG/ADEOS spectra / K.G. Gribanov, R. Imasu, G.A. Schmidt, A.Yu.

Toptygin, V.I. Zakharov // SPIE. – 2005. – V. 5655. – P. 515–521.

8. Toptygin, A.Yu. Seasonal methane content in atmosphere of the permafrost boundary zone in Western Siberia determined from IMG/ADEOS and AIRS/AQUA data / A.Yu. Toptygin, K.G. Gribanov, R. Imasu, W. Bleuten, V.I. Zakharov // SPIE. – 2005. – V. 5655. – P. 508–514.

9. Gribanov, K.G. Method and results of CH4 content retrieval in the atmosphere from AIRS/AQUA spectra in thermal IR / K.G. Gribanov, R. Imasu, A.Yu. Toptygin, W.

Bleuten, V.I. Zakharov // Abstracts of Atmospheric Spectroscopy Applications Workshop, ASA Reims 2005, France, September 6-8. – 2005. – P. 76.

10. Топтыгин, А.Ю. Восстановление параметров атмосферы по данным теплового излучения Земли / А.Ю. Топтыгин, К.Г. Грибанов, В.И. Захаров // Тез. докл. VI молодежного семинара по проблемам физики конденсированного состояния вещества. Екатеринбург, 25-29 ноября 2005 г. – Екатеринбург: УИФ "Наука", 2005. – С. 55.

11. Грибанов, К.Г. Разработка элементов системы для мониторинга эмиссии метана в Западной Сибири по данным термического зондирования Земли из космоса с высоким спектральным разрешением / К.Г. Грибанов, В.И. Захаров, А.Ю.

Топтыгин, В.Г. Крупкин, В.М. Шмелев, К.С. Алсынбаев, В.В. Голомолзин // сб. ст. под ред. И.Г. Ассовского, О.Д. Хайдена «Ракетные двигатели и проблемы освоения космического пространства». – М.: ТорусПресс. – 2005. – Т. 1. – С. 469–479.

12. Gribanov, K.G. Method and results of CH4 content retrieval in the atmosphere from AIRS/AQUA spectra in thermal IR / K.G. Gribanov, R. Imasu, A.Yu. Toptygin, W.

Bleuten, V.I. Zakharov // Proceedings of International ASA-2005 Workshop, Reims-France, September 6-8. – 2005. – P. 1–4.

13. Захаров, В.И. Сезонные вариации содержания метана в атмосфере западной Сибири по данным термического зондирования сенсором AIRS со спутника AQUA / В.И. Захаров, К.Г. Грибанов, А.Ю. Топтыгин, Р. Имасу, В. Блойтен, Е.А. Дюкарев // Тез. докл. международного симпозиума стран СНГ «Атмосферная радиация». С-Петербург, 24-29 июня 2006 г. – С-Петербург: Изд-во СПбГУ, 2006. – С. 83.

14. Захаров, В.И. Широтное распределение тяжелой воды в атмосфере, полученное из данных термического зондирования сенсором IMG/ADEOS / В.И. Захаров, К.Г. Грибанов, А.Ю. Топтыгин, Р. Имасу, Г. Шмидт // Тез. докл.

международного симпозиума стран СНГ «Атмосферная радиация». СПетербург, 24-29 июня 2006 г. – С-Петербург: Изд-во СПбГУ, 2006. – С. 85.

15. Toptygin, A.Yu. Method and results of retrieval of HDO/H2O in atmosphere from IMG/ADEOS and FTIR data / A.Yu. Toptygin, K.G. Gribanov, V.I. Zakharov, Y.

Kasai, A. Kagawa, Y. Murayama, R.Imasu, G.A. Schmidt, G. Hoffmann, J. Jouzel // Abstracts of Reports of XV-th Symposium on High Resolution Molecular Spectroscopy, HighRus-2006, July 18-21, Nizhny Novgord – Kazan. – 2006. – P. 29.

16. Gribanov, K.G. Application of Multilayer Perceptron to High-Resolution Infrared Measurement Retrieval / K.G. Gribanov, A.Yu. Toptygin, V.I. Zakharov // Abstracts of Reports of XV-th Symposium on High Resolution Molecular Spectroscopy, HighRus-2006, July 18-21, Nizhny Novgord – Kazan. – 2006. – P. 80.

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 ||






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»