Восстановление концентраций мезосферного озона и атомарного кислорода по данным спутниковых лимбовых наблюдений яркости атмосферы Шмаков, Андрей Владиславович

Введение к работе

Актуальность темы. Настоящая работа посвящена разработ-э методики восстановления озона и атомарного кислорода в взосфере, обработке большого количества данных, полученных элерадиометром "Фаза" с борта орбитального комплекса "Са-ют-7/Космос-1686", и построению широтных разрезов распреде-эния концентраций этих компонент.

Область высот от 40 до 100 км в настоящее время являет-и наименее исследованной частью верхней атмосферы. В то же эемя совокупность процессов, протекающих в ней, в достаточ-э большой степени контролирует состояние лежащих ниже слоев гмосферы, и именно в средней атмосфере следует искать решете нескольких проблем аэрономии, таких, как судьба озонного ноя, связь солнечной активности и погоды и т.д.

Одним из многочисленных составляющих средней атмосферы зляется озон - единственная компонента, способная эффектив-) поглощать ультрафиолетовое излучение в области 250 - 300 і, предохраняя растения и животный мир от опасной радиации, іагодаря этому вопрос о стабильности озонного слоя является 1ЖШМ в изучении средней атмосферы, особенно стратосферы, [е расположена основная его часть и происходит довольно ак-[вное разрушение, возможно связанное со все возрастающим [тропогенным воздействием. В связи с этим с конца 70-х го-

дов началось бурное изучение средней атмосферы и создание международной Программы средней атмосферы.

В то же время знание распределения озона в мезосфере необходимо для решения таких задач как изучение атмосферной циркуляции, фотохимических процесов, радиационного баланса. Все это убедительно показывает необходимость постоянного мониторинга озона, изучение его динамики и временных изменений. И если стратосферному озону уделяется большое внимание, то мезосферный озон в глобальном масштабе изучен в меньшей степени. В связи с этим, в данной работе предлагается методика получения высотной и широтной зависимости мезосферного озона в диапазоне высот 45- 90 км.

Цель работы. Целью настоящей работы является создание алгоритма восстановления концентрации озона в мезосфере с учетом переноса излучения в линиях и построение широтных разрезов малых газовых составляющих 0₃ и О в мезосфере.

Были решены следующие задачи:

1) Разработка методики восстановления концентрации
Og^A ) по данным высотной зависимости свечения 0_g в полосе
1.27 мкм.

1. Исследование и выбор замкнутой системы фотохимических уравнений, позволяющих получить из высотного хода концентрации 0₂(¹А ) высотный ход концентраций 0₃ и 0.

2. Обработка большого количества данных лимбового зондирования высотного хода яркости атмосферы из космоса и

строение широтных разрезов концентраций малых газовых сос-зляющих 0 и 0 в мезосфере за октябрь и ноябрь 1985 г.

Научная новизна и основные результаты работы состоят в ) дующем:

Разработана методика восстановления концентрации О (¹А ) основе решения обратной задачи рассеяния с учетом перено-излучения в линии; получены формулы для перехода к описа-) переноса излучения в полосе и учета спектрального конту-прибора.

Исследован, по возможности, наиболее полный круг фотохи-іеских реакций и других механизмов образования и потери ¹А ) в мезосфере; выбраны II реакций, которые образуют кнутуго систему для описания изменения концентрации ¹А ) в этом диапазоне высот.

Обработано большое количество данных, полученных телера-метром "Фаза" и построены широтные разрезы распределения высоте озона и атомарного кислорода за октябрь и ноябрь 5 года; проведен анализ ошибок, возникающих в данной ра-е и показано, что предложенная методика является работо-собной, и в диапазоне высот 45-75 км ошибка не превышает Ж.

Практическая значимость. Построенный алгоритм решения обратной задачи может приме-ься и для восстановления других газовых составляющих ат-5еры, находящихся в условиях сходных с теми условиями, в

которых находится возбужденный кислород 0₂('А ), а также для дальнейшей обработки уже имеющихся массивов данных, полученных телерадиометром "Фаза".

2) Полученные широтные профили могут быть использованы для составления моделей распределения озона и атомарного кислорода и для наблюдения глобальных сезонных и широтных изменений.

Апробация результатов. Основные результаты диссертаций опубликованы в 4 печатных работах, а также докладывались к обсуадались: на Всесоюзной конференции "Использование спутниковой информации в исследовании океана и атмосферы (Звенигород, 1989), на Международном симпозиуме по средней атмосфере (International Symposium on Middle Atmosphere Science Kyoto, Japan, 1992), на Международном радиационном симпозиуме (International Radiation Symposium Tallinn, Estonia, 1992), на семинарах в Институте Астрофизики и Физики Атмосферы Эстонской Академии Наук и семинарах Отдела распространения волн в атмосфере Института физики атмосферы РАН.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Она содержит 106 страниц машинописного текста, включая список литературы из 72 наименований, 17 рисунков и 4 таблицы.