Введение к работе
Актуальность работы. Озон, несмотря на незначительное его содержание в атмосфере, играет существенную роль, как в происходящих в ней динамических процессах, так и в защите биосферы от жёсткого ультрафиолетового излучения Солнца. Функция нагрева озона в существенной степени формирует ход температуры в стратосфере, оказывая тем самым заметное влияние на формирование атмосферной циркуляции, а поглощение озоном солнечной УФ-Б радиации (излучения в диапазоне длин волн 280-315 нм) определяет радиационный климат в этой части спектра. Известно, что резкие изменения радиационного климата в УФ-Б диапазоне могут вызвать неблагоприятные последствия для целого ряда биологических и экологических систем, а также привести к заметным погодным и климатическим изменениям. В связи с этим возможность антропогенного влияния на состояние озоносферы вызвала серьёзную озабоченность не только научной, но и широкой мировой общественности и привела к заключению первых в истории человечества глобальных природоохранных международных соглашений. Несмотря на то, что в последние годы общепризнано, что в оценке наблюдавшихся долговременных тенденций эволюции озонового слоя Земли была допущена существенная недооценка естественных причин и преувеличение роли причин антропогенных, озоновая проблема продолжает привлекать серьёзное внимание научной общественности. Это обусловлено следующими обстоятельствами:
остались до конца не выясненными причины наблюдавшихся резких изменений в
состоянии озонового слоя;
для озоносферных исследований было разработано большое количество разнообразной
аппаратуры, прежде всего, спутникового базирования, с помощью которой получены
огромные массивы данных, значение которых далеко выходит за пределы озоновой
проблемы;
озоновая проблема является одной из составляющих климатической проблемы, которая
остаётся на сегодняшний день в центре внимания, как научной, так и широкой
общественности.
Теоретические исследования в области озоносферных процессов в настоящее время ведутся в двух основных направлениях. Первое представлено разработкой циркуляционных моделей с более или менее развитыми фотохимическими блоками, а второе - статистическим моделированием с привлечением максимальных объёмов экспериментальных данных. Настоящая диссертация относится ко второму направлению и поэтому затрагивает проблемы создания информационных баз, содержащих эти данные.
Цели и задачи работы.
Целями данной работы являются разработка методов усвоения, архивации, анализа и доведения до пользователя спутниковых данных о полях температуры, озона и других малых газовых составляющих (МГС) атмосферы, а также анализ статистических свойств полученных трёхмерных полей озона и температуры. Для достижения этих целей необходимо решить следующие задачи: 1. Разработать методы усвоения, архивации и визуализации указанной информации
обеспечивающие:
преемственность, т.е. возможность работы в едином формате, как с ранее созданными, так и с вновь создаваемыми базами данных о состоянии озонового слоя;
усвоение информации с максимально высокимиП-ТОТНОУИГМ-н-етс'К'тОР в ирастранстве и
СПет*і 09
да>/
доступность для пользователя, не имеющего специальной программистской
подготовки;
возможности неограниченного обмена данными в форматах основных стандартных систем управления базами данных (СУБД);
возможность привлечения для анализа стандартных пакетов аналитических программ.
-
Создать базы данных спутниковых измерений трёхмерных полей температуры, давления, озона и других МГС атмосферы.
-
Исследовать статистические свойства трёхмерных полей озона и температуры, а именно:
Построить и исследовать осредненные по коротким промежуткам времени (порядка синоптического цикла) глобальные поля температуры и отношения смеси озона на различных высотных уровнях.
Исследовать незональности в названных полях и их широтно-высотное распределение.
Исследовать авто- и взаимно-корреляционне функции названных полей, как внутризональные, так и межвысотные.
Научная новизна.
1. Впервые получены для данных с высоким пространственно-временным разрешением
щиротно-высотные распределения моментов полей озона и температуры с минимальным
временным осреднением (~7 суток), а именно:
построены глобальные поля температуры и отношения смеси озона на различных высотных уровнях.
количественно оценена незональность полей озона и температуры в широтных поясах от70с.ш. до70ю.ш.
построены авто- и взаимяокорреляционные функции названных полей, как внутризональные, так и межвысотные.
-
Впервые количественно определено влияние различных глобальных геофизических факторов на формирование вертикального распределения озона и температуры над Западной Сибирью.
-
Впервые получены данные по пространственной и временной локализации двухмодальных профилей отношения смеси озона в периоды непосредственно примыкающие к ВОАА.
4. Разработан алгоритм оценки среднезонального ветра по спутниковым данным о давлении
и температуре, и определены условия его применимости в зависимости от контрастности и замороженности зонального распределения давления.
Достоверность результатов. Достоверность результатов обеспечивается высокой статистической надёжностью полученных оценок, основанных на беспрецедентно большом объёме исходных данных, надёжностью и контролируемостью программной реализации применяемых аналитических методов, а также совпадением в предельных случаях полученных результатов с ранее известными.
Практическая значимость. В ходе выполнения диссертационной работы создано программное обеспечение, позволяющее осуществлять усвоение, архивацию, анализ и доведение до пользователя спутниковых данных о полях температуры, озона и других малых газовых составляющих атмосферы (МГС). Это программное обеспечение легко реализует обслуживание информационных потоков с наивысшей из существующих в современной практике плотностью отсчётов (свыше 30 000 профилей в сутки) и обеспечивает
пользовательские удобства на уровне самых массовых программных продуктов. Созданное программное обеспечение позволяет в единых форматах хранить, сравнивать, анализировать, визуализировать и доводить до пользователя все виды данных, имеющих отношение к озоносферным исследованиям: наземные, баллонные, спутниковые, лидарные и пр. Созданные базы данных представляют исследователям надёжный, просто организованный и легко доступный исходный материал для разработки и тестирования разнообразных моделей: динамических, эмпирических, статистических.
Личный вклад соискателя. Личный вклад соискателя состоит в разработке программного обеспечения, проведении расчетов и анализа экспериментальных данных, участии в обсуждении и объяснении результатов.
На защиту выносятся:
1. Статистическое описание трёхмерных полей озона и температуры с минимальным
временным осреднением (~7 суток), включающее:
пространственное распределение средних значений и стандартных отклонений; авто-и взаимные корреляционные функции для названных полей;
результаты исследования пространственной зависимости параметров энергетического спектра (Фурье-образа АКФ) этих полей; результаты анализа аномалий в полях температуры и озона; количественные оценки пространственного распределения незональности этих полей
-
Оценки пространственной привязки границы области фотохимического равновесия озона и её модификации в различных условиях (периоды 4-12 ноября 1994г. (CRISTA-1) и 8-16 августа 1997г. (CRISTA-2))
-
Оценки пространственной и временной локализации двухмодальных профилей отношения смеси озона перед началом BOAA (CRISTA-2) и после ее окончания (CRISTA-1).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 16 печатных работ.
Апробация работы. Основные результаты, изложенные в диссертации, были представлены на:
Международной конференции "Физика атмосферного аэрозоля", Москва, Россия, 12-17 апреля 1999г.;
XXV Генеральной Ассамблее Европейского Геофизического Общества, Ницца,
Франция, 25-29 апреля 2000г.;
XXVI Генеральной Ассамблее Европейского Геофизического Общества, Ницца,
Франция, 25-30 марта 2001г.;
Байкальской Молодежной Научной Школе по Фундаментальной Физике, Иркутск, Россия, 15-20 сентября 2001г. (работаудостоена III премии);
XXVII Генеральной Ассамблее Европейского Геофизического Общества, Ницца,
Франция, 21-26 апреля 2002г.
Международном симпозиуме "Атмосферная радиация", Санкт-Петербург, Россия, 18-21 июня 2002 г.
Международном научно-техническом семинаре "Системы контроля окружающей среды - 2002", Севастополь, Украина, 15-18 сентября 2002г.
XXVIII Генеральной Ассамблее Европейского Геофизического Общества, Ницца, Франция, 21-26 апреля 2003г.
Международной конференции «Структуры и потоки в жидкостях», Санкт-Петербург, Россия, 23-26 июня 2003 г.
X Международном симпозиуме «Оптика атмосферы и океана», Томск, Россия, 24 - 28 июня 2003 г.
Байкальской Молодежной Научной Школе по Фундаментальной Физике, Иркутск, Россия, 15-20 сентября 2003 г.
III Украинской конференции по перспективным космическим исследованиям, Кацивели, Украина, 15-23 сентября 2003 г.
Всероссийской конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса», Москва, Россия, 10-12 ноября 2003 г.
Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 191 странице машинописного текста, состоит из введения, четырёх глав и заключения, а также списка литературы, включающего 129 наименований, и 4 приложений.
