WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

КОСЦОВ ВЛАДИМИР СТАНИСЛАВОВИЧ

ИССЛЕДОВАНИЕ МЕЗОСФЕРЫ СО СПУТНИКОВ (ЭКСПЕРИМЕНТ CRISTA): ТЕМПЕРАТУРА, СОДЕРЖАНИЕ УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА И ОЗОНА, НЕРАВНОВЕСНАЯ НАСЕЛЕННОСТЬ КОЛЕБАТЕЛЬНЫХ СОСТОЯНИЙ МОЛЕКУЛ

25.00.29 – физика атмосферы и гидросферы А в т о р е ф е р а т диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Санкт-Петербург – 2008

Работа выполнена на физическом факультете Санкт-Петербургского государственного университета

Научный консультант: доктор физико-математических наук, профессор Тимофеев Юрий Михайлович

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор Успенский Александр Борисович доктор физико-математических наук, доцент Погорельцев Александр Иванович доктор физико-математических наук, старший научный сотрудник Нерушев Александр Федорович

Ведущая организация: Институт физики атмосферы им. А.М.Обухова РАН, г. Москва

Защита состоится _________________________________ в ________ часов на заседании совета Д 212.232.35 по защите докторских и кандидатских диссертаций при Санкт-Петербургском государственном университете по адресу: 199034, Санкт-Петербург, Университетская набережная, д. 7/

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СПбГУ.

Автореферат разослан “_____” ____________________2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, к.ф.-м.н. А.Л. Котиков

Общая характеристика работы

(Список используемых сокращений представлен в конце автореферата перед списком публикаций.)

Актуальность работы Состав мезосферы, ее температурный режим, происходящие в ней динамические и химические процессы, а также энергетический баланс интенсивно изучаются в настоящее время, что обусловлено, в частности, развитием исследований в области антропогенного влияния на климат Земли и климатических прогнозов. В отличие от нижних слоев атмосферы, изменения параметров средней и верхней атмосферы ожидаются раньше, чем параметров нижних атмосферных слоев, поскольку амплитуда этих изменений существенно больше, чем в нижней атмосфере. Во многих исследованиях мезосферу рассматривают совместно с нижней термосферой, например, при изучении области мезопаузы, поэтому ниже мы будем следовать такому подходу и говорить об области мезосферы – нижней термосферы (МНТ).

Температура является ключевым параметром состояния атмосферы, влияющим на динамику и энергетику. Анализ температуры в области МНТ до настоящего времени проводился в гораздо меньшем объеме, чем для нижних слоев атмосферы. Существенно подчеркнуть, что в опубликованных данных по температурным трендам имеются значительные расхождения. Интересным, но малоизученным явлением также являются мезосферные инверсии температуры.

Проблема контроля, моделирования и прогноза термического режима МНТ тесно связана с исследованиями газового состава. Спутниковые данные о составе атмосферы необходимы для изучения физических механизмов, ответственных за температурные тренды.

Одним из важных поглотителей солнечной радиации является озон. Озон играет фундаментальную роль как в формировании термического режима, так и химического состава МНТ. Другой важной газовой составляющей, влияющей на термический режим МНТ, является углекислый газ. Радиационное выхолаживание МНТ происходит главным образом за счет углекислого газа. Таким образом, изменения состава МНТ, в том числе изменения за счет антропогенных факторов, влияют на энергетический баланс этой области атмосферы.

Радиационный баланс МНТ в существенной степени определяется отклонениями от условий локального термодинамического равновесия (ЛТР). Информация о населенности колебательных состояний молекул необходима для расчета радиационных изменений температуры в верхних слоях атмосферы. Современные модели средней атмосферы используют параметризации радиационного выхолаживания атмосферы в 15 мкм полосе CO2, учитывающие эффект нарушения ЛТР (НЛТР). Параметризации основаны на так называемых "эталонных" расчетах, в которых детально моделируются процессы, приводящие к неравновесному заселению колебательных состояний. Большая часть информации о неравновесных населенностях получена в настоящее время расчетным путем.

В тоже время проверка теоретических расчетов требует получения экспериментальных данных.

Важную роль в исследовании МНТ играют методы дистанционного зондирования атмосферы из космоса. К преимуществам космических дистанционных методов зондирования относятся глобальный охват и высокая периодичность. Появление в последнее время спутниковых спектральных приборов, таких как CRISTA и MIPAS, работающих в инфракрасном (ИК) диапазоне и обладающих высоким спектральным разрешением и высокой чувствительностью, позволяет регистрировать слабое ИК излучение верхних слоев атмосферы, что, в свою очередь, дает возможность получать информацию об атмосферных параметрах в этих слоях на основе решения соответствующих обратных задач.

Интерпретация измерений собственного ИК излучения атмосферы на касательных трассах с прицельными высотами, соответствующими области МНТ, осложняется эффектом НЛТР.

Необходимо отметить, что большинство использующихся в настоящее время методов интерпретации измерений уходящего неравновесного ИК излучения предполагают предварительное моделирование неравновесных населенностей. При этом точность современных моделей в ряде случаев недостаточна. В связи с этим важное значение имеет создание новых методов зондирования неравновесной атмосферы, не использующих в качестве априорной информации модели процессов, контролирующих неравновесную населенность колебательных состояний. Разработанный в диссертации метод решения обратной задачи дистанционного зондирования МНТ принадлежит к этому классу методов.

Цель работы Основная цель работы: разработка нового метода интерпретации спутниковых измерений неравновесного излучения лимба Земли, интерпретация спектров, зарегистрированных в экспериментах с аппаратурой CRISTA, получение новых данных о газовом составе, термическом режиме МНТ, неравновесной населенности колебательных состояний молекул углекислого газа и озона и анализ этих данных.

Поставленная цель достигается в результате решения следующих задач:

- построение физико-математической модели переноса неравновесного ИК излучения в атмосфере и его регистрации современной спутниковой аппаратурой;

- компьютерная реализация алгоритма расчета значений неравновесного излучения ("прямая" задача) и оценка его точности;

- исследование спектрально-высотной структуры уходящего излучения лимба Земли в полосах поглощения углекислого газа и озона;

- формулировка многопараметрической (комплексной) задачи определения температуры, концентрации газов и неравновесной населенности колебательных состояний молекул по спутниковым спектрально-высотным измерениям неравновесного излучения на касательных трассах;

- разработка метода решения сформулированной "обратной" задачи, не требующего привлечения дополнительной информации в виде данных численного моделирования процессов, контролирующих неравновесную населенность колебательных состояний;

- компьютерная реализация алгоритма решения "обратной" задачи;

- выбор и анализ априорной информации, необходимой для решения обратной задачи;

- оценка погрешностей определения параметров;

- обработка измерений неравновесного излучения аппаратурой CRISTA в экспериментах 1994 и 1997 года в полосах поглощения СО2 15 мкм и О3 9,6 мкм;

- валидация полученных результатов;

- анализ полученных результатов (пространственно-временных распределений температуры, содержания углекислого газа и озона, значений неравновесной населенности нижних колебательных состояний молекул углекислого газа и озона), сравнение с данными численного моделирования.

Научная новизна Разработан оригинальный метод интерпретации измерений уходящего неравновесного ИК излучения лимба Земли, позволяющий одновременно определять вертикальные профили температуры, давления, концентрации газов и значений неравновесной населенности колебательных состояний молекул. Преимущества метода состоят в следующем:

- метод разработан специально для интерпретации спектров атмосферного ИК излучения, обусловленных колебательно-вращательными переходами в условиях НЛТР;

- восстановление профилей кинетической температуры, давления, концентрации атмосферных газов и неравновесных населенностей колебательных состояний молекул (колебательных температур) исследуемых газов осуществляется одновременно, что позволяет, с одной стороны, использовать при решении обратной задачи физически обоснованные связи между определяемыми параметрами, а с другой стороны, получить в результате решения обратной задачи согласованный комплекс данных о различных атмосферных параметрах;

- метод не требует предварительного численного моделирования процессов заселения колебательных уровней и использует минимум априорной информации (следует особо подчеркнуть важность данного преимущества, поскольку для целого ряда газов, в частности озона, существующие модели заселения требуют совершенствования).

Разработанный метод реализован в виде пакета компьютерных программ и применен для обработки спектров, зарегистрированных в экспериментах с аппаратурой CRISTA.

Получен согласованный комплекс экспериментальных данных о параметрах средней атмосферы в глобальном масштабе.

Впервые экспериментально определены значения величины эффекта НЛТР для совокупности колебательных состояний молекул углекислого газа и озона в глобальном масштабе для различного времени суток.

Определены с высокой точностью вертикальные профили температуры в диапазоне высот 40-120 км.

На основе анализа восстановленных профилей температуры получено большое количество новой информации о параметрах мезосферных инверсий температуры – амплитуде, вертикальной протяженности, высоте максимума температуры и других.

Получены новые данные о содержании в мезосфере важного парникового газа - СО2.

Проанализированы пространственно-временные вариации озона в верхней стратосфере и мезосфере. Получен большой объем данных о профилях содержания озона в мезосфере в нестационарных условиях (в период сумерек на заходе и восходе Солнца).

Впервые рассмотрена задача расчета неравновесного излучения при наличии горизонтальных градиентов населенности колебательных состояний.

Основные положения, выносимые на защиту 1. Спутниковые измерения неравновесного ИК излучения среднего и высокого спектрального разрешения на касательных трассах позволяют комплексно определять совокупность параметров средней атмосферы, включая значения неравновесной населенности колебательных состояний молекул.

2. Разработанный новый метод интерпретации спутниковых измерений неравновесного ИК излучения (решение обратной задачи с целью одновременного определения профилей температуры, давления, содержания углекислого газа и озона, колебательных температур ряда колебательных состояний молекул CO2 и O3) оптимально использует информацию, содержащуюся в спектральных измерениях, а его высокая точность обусловлена в значительной степени учетом в алгоритме решения обратной задачи физически обоснованных связей между определяемыми параметрами.

3. Разработанный новый метод обладает рядом преимуществ по сравнению с методами, использованными авторами эксперимента CRISTA, что позволило, в результате его применения к обработке данных экспериментов CRISTA, получить новую информацию о параметрах МНТ (значения температуры до высоты 120 км, содержание CO2 в ночных условиях, содержание O3 в условиях сумерек, значения колебательных температур CO2 и O3).

4. Полученные в работе вертикальные профили температуры в диапазоне высот 40-120 км для всего земного шара определены с высокой точностью (погрешность менее 5 К до высоты 90 км и 5-15 К на высотах 90-120 км), что позволило получить новую информацию о параметрах мезосферных инверсий температуры (амплитуда, вертикальная протяженность, высота основания, температура основания, количество инверсий в расчете на один профиль) в глобальном масштабе.

5. Уменьшение значений отношения смеси СО2 начинается существенно ниже (в области 70 км) по сравнению с данными большинства современных моделей (85-90 км).

6. По данным эксперимента CRISTA-2 (август 1997 г.) в области 60-90 км наблюдается увеличение значений отношения смеси озона в южном направлении от экватора на всех высотах, при этом уже на широте 40о начинает формироваться третий мезосферный максимум на высоте 62,5 км (этот максимум узкий до широты 65о, на широтах 65о-72о он становится широким, охватывая диапазон высот 62,5-72,5 км, значения отношения смеси в этом максимуме находятся в пределах 1,75-2,0 млн.-1).

7. Впервые в глобальном масштабе и для различного времени суток экспериментально определены колебательные температуры и значения величины эффекта нарушения ЛТР (разность между кинетической и колебательными температурами) для совокупности колебательных состояний молекул углекислого газа и озона (состояния 01101, 02201, 000молекул CO2 и состояния 001, 011, 002, 021, 012, 003 молекул O3). Результаты сравнения экспериментальных данных с модельными расчетами обнаружили в ряде случаев существенные расхождения. В частности, экспериментальные значения величины эффекта НЛТР для состояния 01101 молекул CO2 различных изотопических разновидностей преимущественно выше модельных, что косвенно указывает на завышенное значение константы скорости деактивации (тушения) состояний молекул CO2 атомарным кислородом в модельных расчетах.

8. Впервые получены оценки погрешности расчета интенсивности неравновесного излучения лимба в области 9,6 мкм, обусловленные использованием приближения сферической однородности атмосферы, которые указывают на необходимость учета горизонтальной неоднородности атмосферы при определения профилей озона в области терминатора дистанционным методом.

Практическая ценность работы Разработанный алгоритм решения комплексной обратной задачи и пакет программ могут быть использованы для обработки спектров ИК излучения, зарегистрированных спутниковой аппаратурой среднего и высокого спектрального разрешения (с характеристиками, аналогичными характеристикам приборов CRISTA и MIPAS) при касательной геометрии наблюдений в условиях нарушения ЛТР.

Полученный в ходе исследований согласованный комплекс экспериментальных данных о параметрах средней атмосферы является уникальным как по объему, так и по полноте описания слоя МНТ. Этот комплекс может использоваться:

- для валидации и совершенствования трехмерных численных химико-климатических моделей атмосферы;

- для валидации моделей процессов формирования неравновесной населенности колебательных состояний молекул углекислого газа и озона;

- при решении различных задач переноса неравновесного излучения в средней атмосфере Земли.

Достоверность полученных результатов обеспечена:

- использованием в работе современных спутниковых спектральных измерений, характеризующихся высокой точностью, современных данных о параметрах спектральных линий атмосферных газов и данных численного моделирования значений неравновесной населенности колебательных состояний молекул;

- использованием регуляризационного алгоритма решения некорректной обратной задачи, построенного с учетом набора физически обоснованных дополнительных условий и ограничений, касающихся определяемых параметров;

- сравнением точности используемого алгоритма расчета интенсивности неравновесного излучения с точностью зарубежных аналогов;

- подробным анализом погрешностей спектральных измерений аппаратурой CRISTA, проведением численных экспериментов при разработке алгоритма решения обратной задачи;

- строгим и всесторонним анализом погрешностей определения атмосферных параметров по спектрально-высотным измерениям неравновесного ИК излучения;

- сопоставлением результатов исследования с независимыми данными измерений.

Апробация работы Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на семинарах отдела (кафедры) физики атмосферы НИИ физики (физического факультета) СПбГУ, на семинарах Института метеорологии Макса Планка (Гамбург, ФРГ), Института метеорологии и исследования климата (Карлсруэ, ФРГ), а также на следующих международных конференциях:

- SPIE’s International Symposium on Remote Sensing (1993, 2001, 2003);

- COSPAR Scientific Assembly (COSPAR-1996);

- Atmospheric Spectroscopy Application Workshop (ASA-1990, ASA-1996);

- XXV Annual European Meeting on Atmospheric Studies by Optical Methods (1998);

- CRISTA/MAHRSI Workshop, 17-18 February 1999, Physics Department, Wuppertal University, Germany;

- Международный симпозиум по атмосферной радиации (МСАР-1999, МСАР-2002, МСАР2004, МСАР-2006);

- European Symposium on Atmospheric Measurements from Space (ESAMS-1999);

- International Radiation Symposium (IRS-1992, IRS-2000, IRS-2004);

- American Geophysical Union Meeting (AGU 2002 Spring Meeting);

- International Union of Geodesy and Geophysics XXIII General Assembly (IUGG-2003);

- 31st International Symposium on Remote Sensing of Environment (ISRSE-2005);

- Scientific Assembly of The International Association of Meteorology and Atmospheric Sciences (IAMAS-2005).

Основные результаты диссертационной работы изложены в статьях, опубликованных в рецензируемых журналах (позиции 1-18 в списке публикаций по теме диссертации, приведенном в конце автореферата), научных отчетах (позиции 19-21 в списке), а также докладах на научных конференциях (позиции 22-35 в списке), опубликованных в соответствующих рецензируемых сборниках. Цикл статей в журнале "Известия РАН. Физика атмосферы и океана" (позиции 13-16) удостоен Главной премии издательства МАИК Наука/Интерпериодика 2005 года.

Личный вклад автора Все результаты, представленные в диссертации, были получены автором самостоятельно или при его непосредственном участии. Лично автором разработан метод комплексного определения параметров атмосферы по спектральным измерениям неравновесного ИК излучения из космоса, проведен анализ его точности, обработаны спектры, зарегистрированные в экспериментах с аппаратурой CRISTA в режиме сканирования МНТ. Анализ спектральной структуры неравновесного излучения в полосах CO2 15 мкм и O3 9,6 мкм проведен в сотрудничестве с Ю.М.Тимофеевым, А.А. Кутеповым, Р.О. Мануйловой. Анализ результатов определения температуры, содержания СO2 и O3, а также колебательных температур состояний молекул СO2 и O3 проведен в сотрудничестве с Ю.М. Тимофеевым, В.П. Огибаловым, М. Кауфманном, Й. Оберхайде. Оценки влияния приближения сферически однородной атмосферы на результаты расчетов уходящего неравновесного излучения получены в сотрудничестве с А.В. Ракитиным.

Структура и объем диссертации Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения, списка используемых сокращений и списка цитируемой литературы (220 наименований). Общий объем работы составляет 300 страниц, она содержит 123 рисунка и 27 таблиц.

Краткое содержание работы Во введении указаны актуальность и цель работы, перечислены основные поставленные задачи, отмечена научная новизна работы, приведены основные публикации по теме диссертации и описана общая структура работы.

Первая глава диссертации "ПЕРЕНОС НЕРАВНОВЕСНОГО ИК ИЗЛУЧЕНИЯ В АТМОСФЕРЕ" посвящена проблеме расчета значений интенсивности ИК излучения в условиях НЛТР с целью решения задач дистанционного зондирования атмосферы.

Высоты нарушения ЛТР по вращательным, колебательным и электронным состояниям молекул различны для различных атмосферных газов. Для углекислого газа и озона в средней атмосфере эффект нарушения ЛТР имеет место по колебательным степеням свободы. Значения неравновесной населенности колебательных состояний принято описывать в терминах так называемых "колебательных температур". "Стандартное" определение колебательной температуры:

Ev Tv =, (1) gvn k ln g0nv где Ev – энергия колебательного состояния, n0 и nv – населенности основного и возбужденного состояний, g0 и gv – соответствующие статистические веса, k – постоянная Больцмана. Широко используемым приближением является допущение, что населенность основного состояния равна полной счетной концентрации молекул.

Алгоритм расчета интенсивности неравновесного излучения реализован в виде программного комплекса SPIRT-NLC. Программный комплекс содержит модули решения "прямой" задачи (расчет спектров) и "обратной" задачи (определение параметров атмосферы по спектрально-высотным измерениям интенсивности излучения). Модель атмосферы определяется вертикальными распределениями давления, температуры, концентрации газов, а также вертикальными распределениями колебательных температур набора колебательных состояний молекул рассматриваемых газов.

Рабочая группа RSMA, работавшая в рамках международной комиссии по радиации IRC, провела сопоставление различных компьютерных программ расчета неравновесного излучения, в котором приняли участие:

- Институт метеорологии и исследования климата университета Карлсруэ и Исследовательского центра Карлсруэ (Institute for Meteorology and Climate Research at Karlsruhe University and Forschungszentrum Karlsruhe), ФРГ, с программой KOPRA;

- Национальный центр атмосферных исследований (National Center for Atmospheric Research), США, с программой GENLN2;

- Оксфордский университет (Oxford University), Великобритания, с программой RFM;

- Санкт-Петербургский государственный университет, Россия, с программой SPIRT-NLC.

Общий вывод по результатам сопоставления: спектры, рассчитанные с помощью разных программ, хорошо согласуются между собой, как в случае НЛТР, так и в случае ЛТР, как для среднего (1 см-1), так и для высокого (0,01 см-1) спектрального разрешения. В терминах разности значений интенсивности, отнесенных к максимальному значению интенсивности в спектральном интервале, наблюдалось согласие между всеми программами в пределах 2,0% для высокого разрешения и ЛТР и 2,9% для высокого разрешения и НЛТР.

Спектры среднего разрешения согласуются в пределах 0,8% и 0,6% соответственно для случаев ЛТР и НЛТР. Рабочей группой было сделано заключение о том, что при использовании любой из участвовавших в сравнении компьютерных программ для определения параметров атмосферы по спутниковым измерениям неравновесного излучения лимба вклад алгоритмических погрешностей в общую погрешность определения параметров будет пренебрежимо мал, как в случае ЛТР, так и в случае НЛТР.

Проведенные в диссертации модельные расчеты вертикальных распределений коэффициентов поглощения и излучения CO2 и O3, а также спектральной структуры уходящего неравновесного излучения на касательных трассах в полосах поглощения CO15 мкм и O3 9,6 мкм показали: (1) нарушение ЛТР оказывает значительное влияние на формирование спектральной структуры уходящего излучения на касательных трассах в средней атмосфере; (2) эффекты неравновесности проявляются в спектрах высокого конечного разрешения для прицельных высот, значительно меньших, чем уровни нарушения ЛТР в атмосфере; (3) при использовании измерений сверхвысокого спектрального разрешения существует принципиальная возможность зондирования сферической неоднородной атмосферы.

Во второй главе диссертации "КОМПЛЕКСНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ АТМОСФЕРЫ ПО СПУТНИКОВЫМ ИЗМЕРЕНИЯМ НЕРАВНОВЕСНОГО ИК ИЗЛУЧЕНИЯ" всесторонне рассмотрен разработанный новый метод интерпретации спутниковых измерений неравновесного ИК излучения лимба, позволяющий определять комплекс атмосферных параметров, включая значения неравновесной населенности колебательных состояний молекул (в терминах колебательных температур): физические основы решения многопараметрической обратной задачи, исходные данные, особенности применения, погрешности определения параметров, численные эксперименты, результаты валидации.

В настоящее время существуют следующие основные подходы к интерпретации измерений неравновесного ИК излучения:

- выбор спектральных интервалов (микроокон), где влияние эффекта НЛТР на результаты интерпретации измерений минимально;

- построение алгоритма интерпретации измерений на основе использования численных моделей процессов формирования неравновесной населенности колебательных состояний молекул;

- определение параметров атмосферы, включая значения неравновесной населенности колебательных состояний молекул, непосредственно из зарегистрированных спектров без привлечения численных моделей процессов формирования неравновесной населенности.

В диссертации разработан комплексный метод определения параметров атмосферы на основе третьего подхода. Метод дает возможность, во-первых, извлекать из измерений уходящего излучения максимум информации о состоянии атмосферы и, во-вторых, избегать погрешностей, характерных для второго подхода и обусловленных неопределенностью параметров модели.

В общей формулировке задачи уходящее излучение лимба рассматривается как нелинейный функционал, зависящий от вертикального распределения совокупности параметров состояния атмосферы, включая параметры, описывающие неравновесную населенность колебательных состояний. Ставится задача определения вертикальных распределений параметров (температура, давление, концентрация газов и колебательные температуры различных состояний различных газов) по результатам спектральных измерений излучения. Получение вертикальных распределений обеспечивается за счет высотного сканирования, так как спектры, зарегистрированные на различных прицельных высотах, несут информацию о состоянии атмосферы главным образом в слоях непосредственно над прицельной высотой. "Разделение переменных" задачи на конкретной высоте основано на следующем:

- зависимость от давления в нижних слоях атмосферы обусловлена механизмом уширения за счет столкновений, В более высоких слоях, где преобладает доплеровское уширение, возможно восстановление профиля давления на основе использования уравнения гидростатического равновесия, данных о профиле температуры и о давлении в нижних слоях;

- измерения в оптически толстых спектральных линиях фундаментальных переходов дают информацию о концентрации газов;

- колебательные температуры (населенности возбужденных колебательных состояний молекул) определяются по излучению в тонких спектральных линиях фундаментальных и "горячих" переходов.

- информация о температуре содержится во вращательной структуре спектров (поскольку по вращательным степеням свободы выполняется условие ЛТР).

Для обеспечения стабильности и повышения точности решения многопараметрической обратной задачи привлекается дополнительная физически обоснованная априорная информация о связях между неизвестными параметрами или о специфических ограничениях, например, о "внутреннем ЛТР", которое выполняется для групп близко расположенных (по значению энергии) состояний, о высотах, до которых допустимо использование приближения ЛТР. Обратная задача формулируется в линеаризованной форме в виде системы векторно-матричных уравнений:

y = ym + Ax z1 = z1m + C1x (2) .....

= zNm + CNx zN где y – вектор, компонентами которого являются измеренные значения интенсивности излучения на наборе прицельных высот и частот, A – линеаризованный интегральный оператор переноса излучения, образованный из значений весовых функций с соответствующими квадратурными коэффициентами, zi – специальные векторы (которые можно назвать векторами "псевдоизмерений"), введенные для описания дополнительных условий (ограничений), Ci - линейные операторы, описывающие N дополнительных условий, x – совокупный вектор вариаций параметров по отношению к их средним значениям, индексом "m" обозначены средние значения. В общем случае, совокупный вектор вариаций искомых параметров имеет вид:

xT = ( T(z1), T(z2),..., T(zL), p(z1), p(z2),..., p(zL), ng(z1), ng(z2),..., ng(zL), Tvgs(z1), Tvgs(z2),..., Tvgs(zL) ), (3) где z – высотные уровни, пронумерованные от 1 до L, Т – температура, p – давление, n – концентрация газа, Tv – колебательная температура, g – индекс, обозначающий конкретный газ, s – индекс, обозначающий конкретное колебательное состояние ("T" обозначает транспонирование). Выражение для решения, получаемого в итерационном процессе с целью нейтрализации ошибок, обусловленных линеаризацией, имеет вид:

-N T T xk+1 = xm + AkS-1Ak + CnEn1Cn n=1 (4) N T -1 T () ( ) AkS y - yk + Akxk + CnEn1 zn - znk + Cnkxk n=1 где S – ковариационная матрица случайных ошибок измерений, E – матрица, описывающая точность выполнения дополнительных условий, k – номер итерации. В данной записи априорная информация о принадлежности решения статистическому ансамблю с заданными средним значением и ковариационной матрицей, которая стандартно используется в методе статистической регуляризации при решении некорректных обратных задач, включена в дополнительные условия.

Разработанный комплексный метод адаптирован для интерпретации спектральных измерений в экспериментах с аппаратурой CRISTA (ноябрь 1994 г. и август 1997 г.).

Использовались измерения в полосе поглощения углекислого газа 15 мкм в диапазоне прицельных высот 40-140(150) км (канал SCL2 642-685 см-1 в эксперименте CRISTA-1 и канал SCS8_ext 661-700 см-1 в эксперименте CRISTA-2, спектральная разрешающая способность /=525). Также использовались измерения в полосе поглощения озона 9,6 мкм (канал SCS3, 980-1100 см-1, /=390).

Погрешности определения параметров оценивались по значениям матрицы ошибок, а также на основе численных экспериментов. Оценки погрешностей определения параметров представлены в таблице 1 (дан диапазон погрешностей, с увеличением высоты погрешности увеличиваются, исключение составляют случайные погрешности для колебательных температур состояний молекул озона ночью на высотах 75-90 км).

Основные различия методов интерпретации спектров, разработанных в Вуппертальском университете (ФРГ) авторами эксперимента CRISTA и в СанктПетербургском университете автором диссертационной работы, представлены в таблице 2.

Валидация разработанного метода осуществлялась сравнением профилей температуры, содержания углекислого газа и озона с независимыми данными. Профили температуры сопоставлялись с профилями, полученными методом падающих сфер. Профили углекислого газа сравнивались с профилями, полученными независимым методом по измерениям спектров аппаратурой CRISTA в полосе поглощения CO2 4,3 мкм. Профили озона сравнивались с результатами, полученными в эксперименте НALOE. В качестве валидации результатов определения колебательных температур использовалось сопоставление профилей колебательных температур с результатами специальных модельных расчетов, в которых учитывалось конкретное состояние атмосферы при проведении измерений. Результаты валидации продемонстрировали согласие значений параметров в пределах декларируемых погрешностей их определения.

Таблица 1. Погрешности определения параметров.

Параметр Диапазон высот Случайная Систематическая определения, км компонента компонента погрешности погрешности Температура 40-120 0,6-12 К 0,5-15 К Давление 40-120 2-5% 3-12% Отношение смеси CO2 65–90 11% 4–26% Отношение смеси O3 40–90 2–41% днем 2–36% днем 2–20% ночью 3–22% ночью Колебательные температуры состояний молекул CO2 различных изотопических разновидностей (626, 636, 628, 627) 01101 (626)* 90–120 2–18 К 0,5–13 К 02201 (626)* 70–90 1–2 К 0,4–0,5 К 01101 (636) 70–110 1–13 К 0,6–16 К 01101 (628) 70–100 1–10 К 1–13 К 01101 (627) 70–90 1,4–7 К 1–6 К 00011** 45–90 0,6–9 К днем 1 К днем 0,6–38 К ночью 1–7 К ночью Колебательные температуры состояний молекул O3 ** 001 60–90 0,7–12 К днем 0,8–13 К днем 0,7–6 К ночью 2–14 К ночью 011 50–90 0,8–18 К днем 1–10 К днем 0,8–15 К ночью 2–21 К ночью 002 50–90 0,8–18 К днем 1–10 К днем 0,8–15 К ночью 2–21 К ночью 021 55–90 днем 10–30 К днем 8–15 К днем 75–90 ночью 17–23 К ночью 17–20 К ночью 012 55–90 днем 8–20 К днем 14–22 К днем 75–90 ночью 7–22 К ночью 17 К ночью 003 55–90 днем 10–20 К днем 9–26 К днем 75–90 ночью 6–23 К ночью 22–25 К ночью * Фактически определялась одна "эффективная" колебательная температура, которая в указанных диапазонах высот близка к колебательным температурам состояний 01101 и 02201.

** Колебательные температуры состояния 00011 молекул углекислого газа и всех рассматриваемых состояний молекул озона предполагались одинаковыми для всех изотопических разновидностей молекул.

Таблица 2. Основные различия методов интерпретации спектров (эксперимент CRISTA), разработанных в Вуппертальском (ФРГ) и Санкт-Петербургском университетах.

Определяемые параметры Вуппертальский Санкт-Петербургский университет университет Температура Определяется до высоты Определяется до высоты 80 км в приближении ЛТР, 120 км, алгоритм выше используются учитывает НЛТР**.

модельные данные Концентрация CO2. Используются измерения Используются измерения излучения в полосе CO2 излучения в полосе CO4,3 мкм. Метод не работает 15 мкм. Метод работает в ночных условиях.* вне зависимости от условий освещенности.** Концентрация O3. Метод не работает в Метод работает вне условиях сумерек.* зависимости от условий освещенности.** Колебательные Не определяются, Определяются по температуры состояний используются модельные спектрально-высотным молекул CO2 и O3. данные. измерениям излучения совместно с другими параметрами.

* Привлекаются численные модели, контролирующие неравновесную населенность колебательных состояний молекул.

** Без привлечения численных моделей, контролирующих неравновесную населенность колебательных состояний молекул.

Третья глава работы "ТЕРМИЧЕСКИЙ РЕЖИМ МНТ" посвящена анализу результатов определения температуры в мезосфере и нижней термосфере по данным экспериментов CRISTA-1 и CRISTA-2.

Полученные высотно-широтные распределения температуры соответствуют климатологическим данным. Во втором эксперименте CRISTA в среднем наблюдались более низкие температуры мезопаузы, чем в первом эксперименте. В полярных широтах Северного полушария (лето) среднезональные значения температуры мезопаузы по данным эксперимента CRISTA-2 составляли менее 140 К.

Обращают на себя внимание очень низкие значения температуры, зарегистрированные в отдельных случаях: в эксперименте CRISTA-1 на высоте 95 км (115 К) и в эксперименте CRISTA-2 на высоте около 87,5 км (121 К). В эксперименте CRISTA-1 можно выделить две широтные зоны с наибольшим количеством наблюдений низких температур – около 50о ю.ш.

и 15о-25о ю.ш. Наибольшее количество измерений, в которых были зарегистрированы низкие температуры в эксперименте CRISTA-2, соответствуют полярным широтам северного полушария (астрономический сезон – лето). Таким образом, подавляющее большинство таких измерений отражают "холодную летнюю мезопаузу". Для других широт были отмечены единичные случаи экстремально низких температур.

По полученным данным были определены высоты стратопаузы и мезопаузы (по абсолютным максимуму и минимуму температуры, соответственно, в соответствующих диапазонах высот). Проведено сравнение высот мезопаузы и стратопаузы, полученных по химико-климатической модели HAMMONIA для условий проведения эксперимента CRISTA, с экспериментальными данными. Сравнение демонстрирует очень хорошее согласие данных модельных расчетов с экспериментальными результатами, как качественное, так и количественное, за исключением области около 50о с.ш. и условий эксперимента CRISTA-(расхождение модельных и экспериментальных значений высоты мезопаузы достигают 8 км).

Из полученного в экспериментах массива профилей температуры получены характеристики мезосферных инверсий температуры (МИТ): амплитуда, вертикальная протяженность, высота основания, температура основания, количество инверсий в расчете на один профиль. Амплитуда инверсий максимальна в экваториальных широтах и ее среднее значение достигает 23-30 К. Максимальная амплитуда инверсии, зарегистрированная в экспериментах CRISTA, составляет 102 К. Среднее значение высоты основания МИТ находится в диапазоне 72-82 км и имеет широтных ход, увеличиваясь при переходе из "зимнего" полушария в "летнее". Вертикальная протяженность МИТ для всех рассматриваемых широт одинакова и составляет 6-7 км. В эксперименте CRISTA-наибольшее число температурных профилей характеризовались одной и двумя инверсиями.

В 15% случаев профили не имели МИТ, в 9% случаев наблюдались три инверсии на профиле. Были отмечены единичные случаи с четырьмя инверсиями. В эксперименте CRISTA-2 частота регистрации профилей без МИТ, с одной МИТ и с двумя МИТ примерно одинакова (около 32%, 32% и 27% соответственно). Профили с тремя и четырьмя МИТ наблюдались соответственно в 8% и 1% случаев). Наибольшее число множественных инверсий характерно для средних широт и зимнего сезона.

Сравнение параметров МИТ, полученных экспериментально, с модельными параметрами (модель HAMMONIA) показало, что модель не воспроизводит экспериментально наблюдаемые множественные инверсии, которые характерны для "зимнего" полушария. При этом модель очень хорошо воспроизводит профили с единичными инверсиями и профили без инверсий, характерные для "летнего" полушария, см. рис. 1.

2 1.1.1.0.0.0.0 -70 -50 -30 -10 10 30 50 70 -70 -50 -30 -10 10 30 50 Широта, град. Широта, град.

Рис. 1. Распределение по широте значений количества МИТ в расчете на один профиль N по данным экспериментов (сплошные линии, CRISTA-1 слева, CRISTA-справа) и модели HAMMONIA (пунктир).

Четвертая глава диссертации "СОДЕРЖАНИЕ УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА И ОЗОНА В МЕЗОСФЕРЕ" посвящена анализу результатов определения содержания углекислого газа и озона. Представлены средние профили и широтные зависимости концентрации и отношения смеси CO2, полученные по данным двух экспериментов CRISTA. В связи с обнаруженным уменьшением значений отношения смеси CO2, начиная с высоты 70 км, рассмотрены результаты численного моделирования вертикального распределения CO2 в мезосфере и нижней термосфере. Представлены результаты сравнения средних профилей отношения смеси озона, полученных в дневных и ночных условиях в двух экспериментах CRISTA, с климатологическими данными. Анализируется содержание озона в области третьего мезосферного максимума, который был зарегистрирован в эксперименте CRISTA-2 в средних и полярных широтах Южного полушария, и изменчивость содержания озона в условиях существенной нестационарности (на заходе и восходе Солнца). Полученные по данным эксперимента CRISTA зависимости содержания озона на различных высотах от зенитного угла Солнца сравниваются с результатами модельных расчетов.

Разработанный комплексный метод решения обратной задачи позволил провести интерпретацию измерений в 15 мкм полосе независимо от времени суток (условий освещенности). Метод определения профилей содержания CO2, созданный в Вуппертальском университете авторами эксперимента CRISTA, в силу своих особенностей не мог быть использован для обработки ночных измерений. Этот метод основан на интерпретации спектров в полосе CO2 4,3 мкм и на использовании модели заселения колебательных состояний молекул CO2, формирующих полосу 4,3 мкм. Модель может применяться для решения обратной задачи только для дневных измерений, когда населенность рассматриваемых состояний определяется главным образом поглощением солнечного излучения, поскольку константы скоростей соответствующих процессов известны с достаточной точностью. В ночных условиях неопределенность параметров модели слишком велика, чтобы решать обратную задачу с приемлемой точностью. Таким образом, полученные при выполнении диссертационной работы данные о профилях CO2 по результатам ночных измерений аппаратурой CRISTA, являются уникальными.

Средние профили отношения смеси CO2, полученные в двух экспериментах CRISTA-и CRISTA-2, практически совпадают до высоты 80 км. Величина отношения смеси начинает уменьшаться с высоты 70 км. На высоте 90 км среднее значение отношения смеси CO2 по данным CRISTA-1 составляет 225 млн.-1, по данным CRISTA-2 – 277 млн.-1, что существенно меньше априорного значения на этой высоте (343 млн.-1). Современные численные модели, в частности SOCRATES, не в состоянии воспроизвести уменьшение значений отношения смеси с высоты около 70 км. В связи с этим, необходимо особо подчеркнуть, что уменьшение значений отношения смеси на указанной высоте было обнаружено в ходе интерпретации измерений аппаратурой CRISTA независимо двумя коллективами (в Вуппертальском университете и Санкт-Петербургском университете) и принципиально различными методами, см. рис. 2.

150 200 250 300 350 4Отношение смеси, млн.- Рис. 2. Средние профили отношения смеси CO2, полученные двумя методами, эксперимент CRISTA-1 (1 – Санкт-Петербургский университет, 2 – Вуппертальский университет). 3, 4 – профили, рассчитанные по модели SOCRATES. 5 – априорный профиль, использованный в диссертации при решении обратной задачи.

Измерения, в которых зарегистрированы профили CO2 c постоянным отношением смеси до высоты 85-90 км, очень немногочисленны. В эксперименте CRISTA-1 такие профили регистрировались преимущественно в Южном полушарии на широте около 50о. В эксперименте CRISTA-2 такие профили регистрировались преимущественно в Северном полушарии на широтах около 60о-70о. Таким образом, профили с постоянным отношением смеси наблюдались в "летний" астрономический сезон в средних и полярных широтах.

Результаты определения CO2 по данным двух экспериментов указывают на различие широтных зависимостей концентрации СО2 на высотах 70-80 и 90 км. На высоте 90 км максимальные значения концентрации наблюдаются в тропических широтах. На высотах Высота, км 70-80 км максимальная концентрация наблюдалась в средних и высоких широтах "летнего" полушария.

Разработанный комплексный метод решения обратной задачи позволил провести интерпретацию измерений в 9,6 мкм полосе озона независимо от времени суток (условий освещенности). Метод определения профилей содержания O3 по измерениям в полосе 9,6 мкм, созданный в Вуппертальском университете авторами эксперимента CRISTA, в силу своих особенностей не мог быть использован для обработки сумеречных измерений (диапазон зенитных углов Солнца 80о-110о) из-за неопределенности параметров модели неравновесной населенности колебательных состояний молекул озона в условиях существенной нестационарности, в частности неопределенности вертикальных распределений концентрации атомарного кислорода. Таким образом, полученные при выполнении диссертационной работы данные о профилях O3 по результатам измерений аппаратурой CRISTA в условиях сумерек, являются уникальными.

Средние профили содержания озона, полученные по результатам измерений в дневное и ночное время во время двух экспериментов с прибором CRISTA, практически совпадают в диапазоне высот 40-55 км. На высотах более 55 км отношение смеси озона ночью существенно выше, чем днем, и эти различия превышают сумму значений систематической компоненты погрешности определения содержания озона.

На высоте 90 км (в области основного мезосферного максимума содержания озона) среднее значение отношения смеси озона составляет по результатам эксперимента CRISTA-1 2 млн.-1 днем и 9,8 млн.-1 ночью, по результатам эксперимента CRISTA-0,9 млн.-1 днем и 1,3 млн.-1 ночью. Средние профили отношения смеси озона, полученные в дневных и ночных условиях, а также их отношение показаны на рис. 3.

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.0.1 1 r О3, млн.- Рис. 3. Слева: сравнение средних дневных и ночных профилей содержания озона (CRISTA-1 день, ночь – 1, 2; CRISTA-2 день, ночь – 3, 4). Справа: отношение r средних дневных значений содержания озона к средним ночным (CRISTA-1 – 5, CRISTA-2 – 6), отрезками показан диапазон значений r по данным моделей и эксперимента MLS.

Высота, км Высота, км Анализ отношения r средних дневных значений содержания озона к средним ночным значениям на различных высотах показывает, что:

- начиная с высоты 55 км, отношение r начинает уменьшаться;

- на высоте 67,5-70 км r=0,30 и r=0,13 (эксперименты CRISTA-1 и CRISTA-соответственно), а в области высот 77,5-80 км наблюдается локальный максимум со значениями r соответственно 0,55 и 0,45;

- сравнение полученных значений отношения r в диапазоне высот 55-70 км с данными эксперимента MLS и с результатами моделирования демонстрирует хорошее согласие.

Сравнение средних профилей содержания озона, полученных по данным дневных и ночных измерений, с набором модельных профилей показало следующее:

- в диапазоне высот 55-75 км, а также 85-90 км результаты эксперимента CRISTA-1 для ночных условий дают значения содержания озона, существенно превышающие модельные;

- на высотах более 70 км результаты эксперимента CRISTA-1 для дневных условий дают значения содержания озона, существенно превышающие модельные;

- в диапазоне высот 55-75 км обработка результатов эксперимента CRISTA-2 (так же, как и эксперимента CRISTA-1) дает значения содержания озона в ночных условиях, существенно превышающие модельные;

- на высотах 80-90 км обработка результатов эксперимента CRISTA-2 дает значения содержания озона в ночных условиях, которые хорошо согласуются со значениями, соответствующими нескольким моделям;

- сравнение среднего дневного профиля, полученного по результатам эксперимента CRISTA-2, с модельными профилями показывает, что профили очень хорошо согласуются во всем диапазоне высот.

Широтно-высотные зависимости значений отношения смеси озона, полученные по данным эксперимента CRISTA-1, характеризуются следующими особенностями:

- широтные зависимости проявляются выше 70 км;

- днем содержание озона в экваториальной области увеличивается плавно на высотах 50-60 км и резко на высоте около 80 км, на высоте 90 км наблюдаются два максимума в средних широтах обоих полушарий и локальный минимум в экваториальной области;

- на высоте 50 км ночная концентрация озона в Северном полушарии выше, чем в Южном, на высотах более 80 км содержание озона растет от южных широт к северным и проходит через локальный максимум в экваториальной области (на высоте 80 км - в области 0о-20о с.ш.).

Широтно-высотные зависимости значений отношения смеси озона, полученные по данным эксперимента CRISTA-2, характеризуются следующими особенностями:

- дневные измерения проводились в Северном полушарии от тропических до полярных широт (лето), заметная широтная зависимость имеет место в диапазоне высот 70-82,5 км, где значение отношения смеси уменьшается в северном направлении;

- ночные измерения осуществлялись в средних и полярных широтах Южного полушария (зима), и для них широтные зависимости резко выражены;

- в области 40-60 км значение отношения смеси примерно постоянно в средних широтах и начинает уменьшаться в полярных широтах;

- в области 60-90 км наблюдается увеличение значений отношения смеси в южном направлении от экватора на всех высотах, при этом уже на широте 40о начинает формироваться локальный максимум на высоте 62,5 км (этот максимум узкий до широты 65о, на широтах 65о-72о он становится широким, охватывая диапазон высот 62,5-72,5 км, значения отношения смеси в этом максимуме находятся в пределах 1,75-2,0 млн.-1);

- отмеченный выше максимум является так называемым "третьим" максимумом содержания озона, который, как правило, наблюдается от границы полярной ночи в экваториальном направлении.

- ночью в диапазоне высот 80-90 км значения отношения смеси озона, полученные с помощью разработанного в диссертации комплексного метода, существенно меньше, чем полученные независимым методом в Вуппертальском университете.

Анализ значений содержания озона, полученных по результатам экспериментов CRISTA-1 в условиях существенной нестационарности (при заходах и восходах Солнца), позволил сделать следующие выводы:

- имеет место качественное согласие экспериментальной зависимости отношения смеси озона от зенитного угла Солнца с модельными зависимостями (химико-климатическая модель SOCOL);

- экспериментальные результаты в большинстве случаев демонстрируют меньшую амплитуду изменения отношения смеси озона на восходах и заходах Солнца, чем модельные расчеты.

В пятой главе "НЕРАВНОВЕСНАЯ НАСЕЛЕННОСТЬ КОЛЕБАТЕЛЬНЫХ СОСТОЯНИЙ МОЛЕКУЛ" рассматриваются результаты определения колебательных температур состояний молекул углекислого газа и озона. Проводятся сравнения средних профилей колебательных температур, полученных по данным экспериментов CRISTA, с данными модельных расчетов для различных сезонов и широт. Анализируются высотные уровни нарушения ЛТР для различных колебательных состояний молекул углекислого газа и озона и высотно-широтные распределения величины эффекта нарушения ЛТР (разность между колебательной и кинетической температурой).

Важно подчеркнуть, что в результате применения разработанного комплексного метода решения обратной задачи для интерпретации спектров ИК излучения мезосферы, зарегистрированных в экспериментах CRISTA, впервые в глобальном масштабе получены экспериментальные данные о колебательных температурах (населенностях) нижних колебательных состояний молекул углекислого газа и озона.

Анализ колебательных температур и величины эффекта НЛТР для колебательных состояний молекул углекислого газа показал следующее:

1) Уровень нарушения ЛТР для состояния 02201 для молекул CO2 изотопической разновидности 626, а также для состояния 01101 молекул CO2 разновидности 636 варьирует от 70 км до 90 км в зависимости от сезона.

2) Уровень нарушения ЛТР для состояния 01101 для молекул CO2 изотопических разновидностей 628 и 627 варьирует от 70 км до 80 км и 75 км соответственно.

3) Величина эффекта нарушения ЛТР в мезосфере имеет ярко выраженную широтную (сезонную) зависимость. Эффект НЛТР максимален в летний астрономический сезон и минимален в зимний астрономический сезон. Летом в области мезопаузы в полярных широтах (эксперимент CRISTA-2) средние значения эффекта НЛТР для молекул COразновидностей 626, 628 и 627 и рассмотренных колебательных состояний достигают соответственно 626=30 К, 628=40 К и 627=50 К.

4) Полученные в эксперименте широтно-высотные зависимости эффекта НЛТР качественно согласуются с результатами модельных расчетов. Однако, экспериментальные значения величины эффекта НЛТР преимущественно выше модельных (для сравнения использовалась модель, принятая в качестве эталонной в исследованиях, проводимых рабочей группой RSMA Международной комиссии по радиации):

- в летнем полушарии на широте 70о в окрестности мезопаузы модель дает величину 6около 25 К, в то время как экспериментальные значения превышают 40 К (эксперимент CRISTA-2). Во-вторых, в экваториальном поясе до высоты порядка 85 км модельные значения 626 отрицательные, а экспериментальные значения положительные. В полярных широтах "зимнего" полушария модель дает отрицательные значения 626 в высотном диапазоне 65-100 км (максимум по абсолютной величине 6 К на высоте 85 км). В эксперименте CRISTA-2 в полярных широтах "зимнего" полушария до высоты 90 км значения 626 находятся в диапазоне от -5 К до 5 К.

- в средних и полярных широтах "зимнего" полушария в модели, в отличие от эксперимента, значения 628 отрицательны. Они могут достигать -10 К на высоте порядка 85 км. В полярных широтах "летнего"полушария в области мезопаузы результаты моделирования дают значение 628 40 К и выше, что полностью согласуется с экспериментальными данными (CRISTA-2). В экваториальной области наблюдаются заметные различия между экспериментальными и модельными данными. Диапазон модельных значения 628 в высотной области до 95 км от -1 К до 10 К, в то время как диапазон экспериментальных значений 628 в этой области то 0 К до 20 К. В области мезопаузы большие значения эффекта НЛТР, зарегистрированные в эксперименте, могут объясняться тем, что эффект уменьшения населенности за счет столкновений с атомарным кислородом незначителен. Модельные расчеты дают меньшие значения величины эффекта НЛТР, что может быть обусловлено как завышенной концентрацией атомарного кислорода по сравнению с концентрацией во время проведения экспериментов, так и завышенной константой скорости обмена энергией с атомарным кислородом в модельных расчетах. Высотно-широтная зависимость величины эффекта НЛТР (разность между колебательной и кинетической температурой) для состояния 01101 молекул COизотопической разновидности 628 по данным эксперимента CRISTA-2 представлена на рис. 4.

1-60 -40 -20 0 20 40 Широта, град.

Рис. 4. Высотно-широтная зависимость величины эффекта НЛТР (разность между колебательной и кинетической температурой, градусы Кельвина) для состояния 01101 молекул CO2 изотопической разновидности 628 по данным эксперимента CRISTA-2.

5) Вертикальные распределения колебательной температуры состояния 00011 молекул CO2 зависят от времени суток (условий освещенности). Уровень нарушения ЛТР составляет 45-52 км днем и около 60 км ночью. На высоте 80-90 км значения колебательной температуры днем достигают 110-150 К, ночью 40-110 К (разброс значений обусловлен широтой и сезоном).

6) В тропических широтах во время проведения эксперимента CRISTA-1 наблюдался максимум величины эффекта НЛТР для состояния 00011 (00011) на высотах 80-90 км.

Данные эксперимента CRISTA-2 показали в диапазоне высот 75-90 км ярко выраженный широтный ход 00011 в Северном полушарии (лето). С увеличением широты значение 000увеличивается (например, на высоте 85 км от 90 К на экваторе до 150 К и более в полярных широтах).

Анализ колебательных температур и величины эффекта НЛТР для колебательных состояний молекул озона показал следующее:

1) Значения колебательной температуры состояния 001, полученные в эксперименте CRISTA-1, не показывают суточного хода. Для первого эксперимента имеет место хорошее согласие модельных расчетов с экспериментальными.

2) В области третьего максимума содержания озона, зарегистрированного в эксперименте CRISTA-2 на высоте 62,5-72,5 км в полярных и средних широтах зимой колебательная температура состояния 001 (T001) существенно ниже кинетической Высота, км температуры (отличия достигают 10-15 К). Экспериментальные результаты (CRISTA-2) для средних и полярных широт (ночные условия, зима) существенно отличаются от модельных.

С высоты около 75 км в эксперименте наблюдается резкое увеличение значений T001. На высоте 90 км T001 достигает 260-280 К. Модельные данные для соответствующих условий характеризуются уровнем нарушения ЛТР на 75 км и значением T001 около 220 К на высоте 90 км. Высокие экспериментальные значения T001 в средних и полярных широтах Южного полушария на высотах 80-90 км, полученные в эксперименте CRISTA-2, соответствуют очень низким значениям содержания озона на высотах 80-90 км.

3) Для дневных условий модельные расчеты колебательной температуры состояния 002 хорошо согласуются с экспериментальными данными во всем рассматриваемом диапазоне высот. Для ночных условий наблюдаются существенные расхождения модельных расчетов с экспериментом. Модельные профили для ночных условий указывают на высоту нарушения ЛТР для состояния 002 75 км и резкое увеличение населенности в вышележащих слоях. Модельные значения T002 на высотах 85-90 км достигают 330 К. Уровень нарушения ЛТР согласно экспериментальным данным – около 65 км. Максимальные значения T0составляют 260-270 К на высотах 80-90 км. Эти значения существенно (на 60-70 К) меньше, чем результаты модельных расчетов.

4) Необходимо отметить высокие значения колебательной температуры T003 в дневных условиях, полученные в обоих экспериментах. Максимальные значения T003 достигаются на высоте 85-90 км и составляют около 450-460 К. Эти значения заметно больше модельных значений, которые составляют около 390 К.

5) В условиях отсутствия освещенности уровень нарушения ЛТР для состояния 011, зарегистрированный в экспериментах, заметно ниже (67,5-72,5 км), чем получаемый в рассмотренных модельных расчетах (75 км). Значения колебательной температуры T011 в диапазоне высот 80-90 км, полученные в эксперименте CRISTA-1, составляют 240-260 К, что намного меньше модельных значений (280-340 К).

6) Для средних профилей колебательной температуры состояний 012 и 021 молекул озона наблюдается хорошее количественное согласие экспериментальных и модельных значений для дневных условий измерений.

Шестая глава диссертации "ПОГРЕШНОСТИ ПРИБЛИЖЕНИЯ СФЕРИЧЕСКОЙ ОДНОРОДНОСТИ АТМОСФЕРЫ В ЗАДАЧЕ РАСЧЕТА УХОДЯЩЕГО НЕРАВНОВЕСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА КАСАТЕЛЬНЫХ ТРАССАХ" посвящена проблеме расчета неравновесного ИК-излучения в условиях нестационарной горизонтально неоднородной атмосферы. Рассматриваются колебательные состояния молекул CO2 и O3, для которых характерны существенные суточные вариации населенности. Описана модель переноса неравновесного излучения в полосе поглощения озона 9,6 мкм с учетом горизонтальных градиентов атмосферных параметров, включая значения неравновесной населенности нижних колебательных состояний молекул озона и состояния 00011 молекул углекислого газа. Проводится сопоставление полученных по данным CRISTA распределений параметров атмосферы вдоль оптических трасс с распределениями, рассчитанными по модельным данным (модель HAMMONIA). Представлены результаты расчетов интенсивности излучения для случаев сферически неоднородной атмосферы (СНА) и сферически однородной атмосферы (СОА). Проводится сопоставление погрешностей расчета, обусловленных использованием приближения СОА, с погрешностями спектральных измерений аппаратурой CRISTA.

При расчете распределений параметров вдоль оптических трасс были взяты за основу экспериментальные данные о глобальных полях параметров атмосферы, полученные в результате интерпретации результатов эксперимента CRISTA: температура, давление, содержание углекислого газа и озона, колебательные температуры состояний молекул озона и состояния 00011 молекул углекислого газа. Рассматривались трассы с прицельными высотами 70-90 км, расположенные в области терминатора.

Сопоставление полученных по данным CRISTA распределений параметров атмосферы вдоль трасс с распределениями, рассчитанными по модельным данным (модель HAMMONIA, расчеты для ноября месяца, что соответствует сезону проведения эксперимента CRISTA-1), показало, что: (1) распределения температуры, давления и содержания углекислого газа согласуются как качественно, так и количественно;

(2) горизонтальные градиенты содержания озона более существенны на трассах, построенных по данным CRISTA.

Расчеты интенсивности излучения выполнялись для случаев СНА и СОА в спектральной области 980-1100 см-1 со спектральным разрешением, соответствующим аппаратуре CRISTA.

Значения интенсивности излучения в случаях, когда прибор находится на "дневной" или на "ночной" стороне трассы практически одинаковы, в силу малого поглощения для трасс с прицельными высотами более 70 км.

Согласно проведенным расчетам, в относительном выражении максимальные погрешности расчета излучения, обусловленные приближением СОА, имеют место в центре полосы озона и составляют на прицельных высотах 70, 80 и 90 км соответственно 10%, 20% и 10% от значений интенсивности излучения. Погрешности, обусловленные использованием приближения СОА, на прицельной высоте 90 км пренебрежимо малы по сравнению с полной погрешностью спектральных измерений аппаратурой CRISTA. На прицельных высотах 70 км и 80 км в центре полосы они сравнимы с полной погрешностью. Это обстоятельство, а также систематический (по спектру и прицельным высотам) характер погрешностей, обусловленных приближением СОА, указывают на необходимость учета горизонтальной неоднородности атмосферы при определения профилей озона в области терминатора дистанционным методом.

В заключении сформулированы основные полученные результаты и выводы, данный раздел также содержит подраздел "благодарности".

В конце работы приведены список используемых сокращений и список цитируемой литературы.

Основные результаты работы В 1994 г. (3-14 ноября) и в 1997 г. (7-19 августа) были проведены уникальные международные космические эксперименты с аппаратурой CRISTA для комплексного изучения средней атмосферы. Для измерений собственного инфракрасного излучения лимба Земли использовался созданный сотрудниками Вуппертальского университета (ФРГ) уникальный высокоточный спектрометр (охлаждение приемника жидким гелием для измерений очень малых потоков ИК излучения). В рамках деятельности международной рабочей группы по исследованию неравновесного ИК излучения "Mesosphere/thermosphere NLTE emissions" сотрудники Санкт-Петербургского государственного университета, в том числе и автор диссертационной работы, участвовали в интерпретации спектров, зарегистрированных аппаратурой CRISTA.

Автором диссертационной работы создан оригинальный метод интерпретации измерений уходящего неравновесного ИК излучения лимба Земли, который позволяет одновременно определять вертикальные профили температуры, давления, концентрации газов и значений неравновесной населенности колебательных состояний молекул (в терминах колебательных температур). Преимущества метода состоят в следующем:

- метод разработан специально для интерпретации спектров атмосферного ИК излучения, обусловленных колебательно-вращательными переходами при наличии эффекта нарушения локального термодинамического равновесия и регистрируемых со средним или высоким спектральным разрешением;

- определение профилей кинетической температуры, давления, концентрации атмосферных газов и неравновесных населенностей колебательных состояний молекул (колебательных температур) исследуемых газов осуществляется одновременно, что позволяет, с одной стороны, использовать при решении обратной задачи физически обоснованные связи между определяемыми параметрами, а с другой стороны, получить в результате решения обратной задачи самосогласованный комплекс данных о различных атмосферных параметрах;

- метод не требует предварительного численного моделирования процессов заселения колебательных уровней и использует минимум априорной информации (следует особо подчеркнуть важность данного преимущества, поскольку для целого ряда газов, в частности озона, существующие модели требуют совершенствования).

Важно подчеркнуть, что разработанный комплексный метод решения обратной задачи позволил провести интерпретацию измерений независимо от времени суток (условий освещенности). Метод определения профилей содержания CO2 и озона, созданный в Вуппертальском университете авторами эксперимента CRISTA, в силу своих особенностей не мог быть использован для получения информации о CO2 по результатам ночных измерений и об озоне в условиях существенной нестационарности атмосферы при заходах и восходах Солнца. Таким образом, полученные при выполнении диссертационной работы данные о профилях CO2 по результатам ночных измерений аппаратурой CRISTA и данные о профилях озона по результатам сумеречных измерений аппаратурой CRISTA при зенитных углах Солнца 80о-110о являются уникальными.

К наиболее значительным результатам, полученным в ходе проведенных исследований с помощью разработанного нового метода, можно отнести следующее:

1) Впервые в глобальном масштабе и для различного времени суток экспериментально определены колебательные температуры и значения величины эффекта нарушения ЛТР (разность между кинетической и колебательными температурами) для совокупности колебательных состояний молекул углекислого газа и озона (состояния 01101, 02201, 000молекул CO2 и состояния 001, 011, 002, 021, 012, 003 молекул O3). Результаты сравнения экспериментальных данных с модельными расчетами обнаружили в ряде случаев существенные расхождения. В частности, экспериментальные значения величины эффекта НЛТР для состояния 01101 молекул CO2 различных изотопических разновидностей преимущественно выше модельных, что косвенно указывает на завышенное значение константы скорости деактивации (тушения) состояний молекул CO2 атомарным кислородом в модельных расчетах.

2) Определены с высокой точностью вертикальные профили температуры в диапазоне высот 40-120 км для всего земного шара (погрешность менее 5 К до высоты 90 км и 5-15 К на высотах 90-120 км). Получена важная информация о высоте и температуре мезопаузы на различных широтах в периоды проведения экспериментов CRISTA.

3) На основе анализа восстановленных профилей температуры получено большое количество новой информации о параметрах мезосферных инверсий температуры (МИТ) – амплитуде, вертикальной протяженности, высоте и температуре основания, количестве инверсий в расчете на один профиль. Получены широтные зависимости параметров МИТ.

Исследованы частота наблюдений и характеристики множественных температурных инверсий.

4) Получены новые данные о содержании важного парникового газа - СО2.

Результаты экспериментов с аппаратурой CRISTA свидетельствуют о том, что уменьшение отношения смеси СО2 начинается существенно ниже (в области 70 км) по сравнению с данными большинства современных моделей (85-90 км).

5) Проанализированы пространственно-временные вариации озона в верхней стратосфере и мезосфере. Проведено сопоставление средних профилей содержания озона (день, ночь) с рядом модельных профилей: ночью на высотах 85-90 км и днем выше 70 км результаты обработки данных эксперимента CRISTA существенно превышают модельные значения. Проанализировано содержание озона в области третьего мезосферного максимума, который был зарегистрирован в эксперименте CRISTA-2 в средних и полярных широтах Южного полушария. Получен большой объем данных о профилях содержания озона в мезосфере в нестационарных условиях (в период сумерек на заходе и восходе Солнца).

Проведено сопоставление с нестационарными моделями суточных вариаций.

Таким образом, настоящая диссертационная работа представляет собою законченное исследование, охватывающее разработку оригинального метода интерпретации спутниковых измерений неравновесного излучения лимба Земли, использование этого метода для получения новых данных о температуре, содержании углекислого газа и озона в области МНТ, неравновесной населенности колебательных состояний молекул CO2 и O3, а также всесторонний анализ этих важнейших параметров области МНТ.

Полученный в диссертации согласованный комплекс экспериментальных данных о параметрах средней атмосферы является уникальным как по объему, так и по высотному диапазону слоя МНТ. Этот комплекс может использоваться для валидации и совершенствования трехмерных численных химико-климатических моделей, моделей процессов формирования неравновесной населенности колебательных состояний молекул атмосферных газов, а также при решении различных задач переноса неравновесного излучения в верхней атмосфере Земли. Данные, полученные автором диссертационной работы, уже активно используются учеными ФРГ и США для анализа и прогнозирования состояния слоя МНТ.

Список сокращений, используемых в автореферате (в алфавитном порядке) на русском языке ИК инфракрасный ЛТР локальное термодинамическое равновесие МНТ мезосфера и нижняя термосфера МИТ мезосферные инверсии температуры НЛТР нарушение локального термодинамического равновесия СНА сферически неоднородная атмосфера СОА сферически однородная атмосфера на английском языке CRISTA Cryogenic Infrared Spectrometers and Telescopes for the Atmosphere HAMMONIA Hamburg Model of Neutral and Ionized Atmospehere IRC International Radiation Commission MAHRSI Middle Atmosphere High Resolution Spectrograph Investigation MLS Microwave Limb Sounder MIPAS Michelson Interferometer for Passive Atmospheric Sounding RSMA Remote Sensing of the Middle Atmosphere SOCOL Solar-Climate-Ozone Links SOCRATES Simulation of Chemistry, Radiation, and Transport of Environmentally important Species SPIRT-NLC Simulation Program for Infrared Radiative Transfer – non-LTE Code Список публикаций по теме диссертации 1. Косцов В.С., Розанов В.В., Тимофеев Ю.М., Грассл Х., Кутепов А.А. Спектральная структура неравновесного уходящего излучения горизонта в полосе поглощения СО15 мкм // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. – 1992. – Т. 28. – № 3. – С. 283–293.

2. Косцов В.С., Тимофеев Ю.М., Грассл Х. Возможности определения профилей колебательных температур 15-мкм полосы СО2 по измерениям излучения лимба Земли // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. – 1992. – Т. 28. – № 6. – С. 604–614.

3. Timofeyev Yu.M., Kostsov V.S., Grassl H. Numerical investigations of the accuracy of the remote sensing of non-LTE atmosphere by space-borne spectral measurements of limb i.r.

radiation: 15 µm CO2 bands, 9.6 µm O3 bands and 10 µm CO2 laser bands // Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer. – 1995. – V. 53. – № 6. – P. 613–632.

4. Kostsov V.S., Timofeyev Yu.M., Grassl H. On the accuracy of the limb sounding of the atmosphere in the 10.4 µm, 15 µm CO2 and 9.6 µm O3 bands with account for non-LTE // Advances in Space Research. – 1995. – V. 16. – № 10. – P. (10)87– (10)90.

5. Косцов В.С., Мануйлова Р.О. Спектральная структура неравновесного излучения лимба Земли в полосе озона 9,6 мкм // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. – 1997. – Т. 33. – № 4. – С. 339–347.

6. Kostsov V.S., Fischer H., Timofeyev Yu.M., Stiller G. MIPAS used as a nonlocal thermodynamic equilibrium sounder for NO 5.3 µm band // Journal of Geophysical Research. – 1997. – V. 102. – № D25. – P. 30003–30015.

7. Kostsov V.S. On the application of a priori information to the solution of inverse problems of remote sensing of the non-LTE atmosphere in the infrared region by high-resolution spectral instruments // Advances in Space Research. – 1998. – V. 21. – № 3. – P. 405-408.

8. Kostsov V.S., Polyakov A.V., Timofeyev Yu.M., Fischer H., Clarmann T.v., Stiller G.P.

Intercomparison between the Global Fit and the Optimal Estimation Inversion Methods in Case of the Limb Radiance Measurements: Temperature and Pressure Profile Retrievals // Исследование Земли из космоса. – 1999. – № 1. – С. 43–49.

9. Kostsov V.S., Polyakov A.V., Timofeyev Yu.M., Fischer H., Clarmann T.v., Stiller G.P.

Intercomparison between the Global Fit and the Optimal Estimation Inversion Methods in Case of the Limb Radiance Measurements: Ozone and Water Vapour Profile Retrievals // Исследование Земли из космоса. – 1999. – № 3. – С. 21–26.

10. Косцов, В.С., Тимофеев Ю.М. Интерпретация спутниковых измерений уходящего неравновесного ИК излучения в 15 мкм полосе СО2: 1. Описание метода и анализ точности // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. – 2001. – Т. 37. – № 6. – С. 789-800.

11. Косцов В.С., Тимофеев Ю.М., Гроссманн К., Кауфман М., Оберхайде Й. Интерпретация спутниковых измерений уходящего неравновесного ИК излучения в 15 мкм полосе СО2:

2. Примеры обработки данных эксперимента CRISTA // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. – 2001. – Т. 37. – № 6. – С. 801-810.

12. Clarmann T.v., Dudhia A., Edwards D.P., Funke B., Hoepfner M., Kerridge B., Kostsov V., Linden A., Lopez-Puertas M., Timofeyev Yu. Intercomparison of radiative transfer codes under non-local thermodynamic equilibrium conditions // Journal of Geophysical Research. – 2002. – V. 107. – № D22. – P. 4631. – doi: 10.1029/2001JD001551.

13. Косцов В.С., Тимофеев Ю.М. Содержание углекислого газа в мезосфере по результатам интерпретации данных эксперимента CRISTA-1 // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. – 2003. – T. 39. – № 3. – С. 359–370.

14. Косцов В.С., Тимофеев Ю.М. Озон в мезосфере по данным спутникового эксперимента CRISTA-1: 1. Метод определения вертикальных профилей и анализ его точности // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. – 2005. – Т. 41. – № 2. – С. 201-214.

15. Косцов В.С., Тимофеев Ю.М. Озон в мезосфере по данным спутникового эксперимента CRISTA-1: 2. Пространственные распределения и суточные вариации // Известия РАН.

Физика атмосферы и океана. – 2005. – Т. 41. – № 2. – С. 215–226.

16. Косцов В.С., Тимофеев Ю.М. Мезосферные инверсии температуры по данным эксперимента CRISTA-1 // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. – 2005. – Т. 41. – № 6. – С. 814–823.

17. Ракитин А.В., Косцов В.С. Границы применимости приближения сферически однородной атмосферы в задаче спутникового дистанционного ИК-зондирования мезосферы на касательных трассах // Исследование Земли из космоса. – 2005. – №5. – С. 10–17.

18. Косцов В.С., Ракитин А.В. Погрешности приближения сферически однородной атмосферы в задаче расчета уходящего неравновесного излучения в полосе озона 9,6 мкм на касательных трассах в мезосфере // Исследование Земли из космоса. – 2006. – № 5. – С. 38–48.

19. Hollweg H. -D., Kostsov V.S., Schlssel G., Schlssel P., Timofeyev Yu.M., Tonkov M.V., Polyakov A.V., Filippov N.N. Interaction at mm and Optical Frequencies. Part II: Specific Atmospheric Absorption and Emission Features: Investigation and Modeling. Final Report.

ESA ESTEC Contract No. 10603/93/NL/NB. Zentrum fr Meeres- und Klimaforschung der Universitt Hamburg, Meteorologisches Institut, 1995.

20. Kostsov V.S., Fischer H., Timofeyev Yu.M., Oelhaf H. Numerical modeling of the influence of non-LTE effects on the MIPAS balloon and satellite limb radiance measurements.

Forschungszentrum Karlsruhe, Wissenschaftliche Berichte FZKA 5860, December, 1996, 50 p.

21. Kostsov V.S., Polyakov A.V., Timofeyev Yu.M., Clarmann T.v., Stiller G.P. Study for the Intercomparison between the Global Fit and the Optimal Estimation Methods in Case of the Limb Radiance Measurements, Forschungszentrum Karlsruhe, Wissenschaftliche Berichte FZKA 6047, December, 1997, 102 p.

22. Timofeev Yu.M., Kostsov V.S., Rozanov V.V., Kutepov A.A. Peculiarities of formation of fine structure of outgoing radiation under non-LTE conditions, Atmospheric Spectroscopy Applications Workshop. 6-8 June 1990, Moscow, USSR. Workshop Proceedings, Institute of Atmospheric Optics, Tomsk, USSR, 1990. – P. 197–203.

23. Timofeyev Yu.M., Kostsov V.S., Grassl H., Manuilova R.O. Calculations of non-LTE limb radiance spectral structure in 9.6 µm ozone band, in "Optical Methods in Atmospheric Chemistry", Harold I.Schiff, Ulrich Platt, Editors, Proc. SPIE. – 1993. – V. 1715. – P. 538-549.

24. Kostsov V.S., Timofeyev Yu.M., Grassl H., Hollweg H. -D. Possibilities of thermal sounding of the atmosphere under non-LTE conditions, in "Optical Methods in Atmospheric Chemistry", Harold I. Schiff, Ulrich Platt, Editors, Proc. SPIE 1715. – 1993. – P. 550–561.

25. Timofeyev Yu.M., Kostsov V.S., Grassl H. The possibility of retrieval of ozone profile and vibrational temperatures from non-LTE limb spectrum measurements in 9.6 µm band, in "IRS'92: Current Problems in Atmospheric Radiation", S.Keevallik, O.Krner, Editors, Deepak Publishing, 1993. – P. 371–374.

26. Kostsov V.S., Timofeyev Yu.M., Grassl H., Hollweg H. -D. Possibilities of thermal sounding of the atmosphere under non-LTE conditions, in "Optical Methods in Atmospheric Chemistry", Harold I.Schiff, Ulrich Platt, Editors, Proc. SPIE 1715. – 1993. – P. 550–561.

27. Kostsov V.S., Fischer H., Timofeyev Yu.M., Oelhaf H. Numerical modeling of the influence of non-LTE effects on the MIPAS balloon and satellite limb radiance measurements, in Atmospheric Spectroscopy Applications, ASA Reims 96 “Workshop Proceedings”, 1996. – P. 257–260.

28. Kostsov V.S., Timofeyev Yu.M., Vollmann K., Grossmann K. Preliminary results of the retrieval of the CO2 vibrational state populations from the 15 µm limb radiance spectra measured by CRISTA, Proceedings of the XXV Annual European Meeting on Atmospheric Studies by Optical Methods, 21–25 September 1998, Granada, Spain, Editorial Committee:

M.J.Lopez-Gonzalez, J.J.Lopez-Moreno, M.Lopez-Puertas, M.A.Lopez-Valverde, A.Molina, F.Moreno and R.Rodrigo, Instituto de Astrofisica de Andalucia, Granada, Spain, 1998. – P. 131–134.

29. Kostsov V.S., Timofeyev Yu.M., Grossmann K., Vollmann K., Fischer H. Interpretation of the limb radiance measurements accounting for the non-LTE conditions, In: "ESAMS’99 – European Symposium on Atmospheric Measurements from Space", ESTEC, Noordwijk, The Netherlands, 18–22 January 1999, Volume I, 1999. – P. 251–256.

30. Kostsov V.S., Timofeyev Yu.M., Grossmann K. Interpretation of the limb radiance measurements in the CO2 15 µm band by the CRISTA instrument accounting for the non-LTE conditions. In "IRS-2000: Current Problems in Atmospheric Radiation", Proceedings of the International Radiation Symposium, St. Petersburg, Russia, 24–29 July 2000, eds. W. Smith and Yu. Timofeyev, Deepak Publishing, 2001. – P. 158-161.

31. Kostsov V.S. Accounting for constraints in the multiparameter retrieval algorithm based on the optimal estimation, In "IRS-2000: Current Problems in Atmospheric Radiation", Proceedings of the International Radiation Symposium, St. Petersburg, Russia, 24-29 July 2000, eds. W. Smith and Yu. Timofeyev, Deepak Publishing, 2001. – P. 811-814.

32. Kostsov V.S., Ogibalov V.P., Timofeyev Yu.M. Comparison of the CO2 vibrational temperatures retrieved from the limb radiance measurements by the CRISTA instrument with model predictions, In "IRS-2000: Current Problems in Atmospheric Radiation", Proceedings of the International Radiation Symposium, St. Petersburg, Russia, 24-29 July 2000, eds. W. Smith and Yu. Timofeyev, Deepak Publishing, 2001. – P. 162-165.

33. Clarmann T.v., Linden A., Funke B., Dudhia A., Edwards D.P., Lopez-Puertas M., Kerridge B., Kostsov V., Timofeyev Yu. Intercomparison of non-LTE radiative transfer codes, In "IRS-2000: Current Problems in Atmospheric Radiation", Proceedings of the International Radiation Symposium, St. Petersburg, Russia, 24-29 July 2000, eds. W. Smith and Yu. Timofeyev, Deepak Publishing: 2001. – P. 765-768.

34. Timofeyev Y.M., Kostsov V.S. IR remote sensing of non-LTE atmosphere, Proceedings of SPIE, 8th International Symposium on Remote Sensing, 17–21 September 2001, Toulouse, France, Remote Sensing of Clouds and the Atmosphere VI. – 2002. – V. 4539. – P. 418-430.

35. Kostsov V.S., Timofeyev Yu.M., Manuilova R.O. Global distributions of temperature, carbon dioxide, ozone, and non-LTE parameters in mesosphere and lower thermosphere (CRISTA-experiment), in "Remote Sensing of Clouds and the Atmosphere VIII", edited by Klaus P.

Schaefer, Adolfo Comeron, Michel R. Carleer, Richard H. Picard, Proc. of SPIE. – 2004. – V. 5235. – P. 208–219. – doi: 10.1117/12.512269.







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

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.