Дистанционный метод спутниковой метеорологии позволяет охватить наблюдениями всю атмосферу Земли в различных участках спектра, а также судить о термодинамических свойствах и газовом составе атмосферы. Здесь мы остановимся на двух основных, уже апробированных и применяемых в практике методах измерения озона наблюдении обратного ультрафиолетового рассеяния Солнца и наблюдении собственного излучения озона в полосе 9,6 мкм (ОУФР и ИК методы).[ ...]
Как и в методе обращения, со спутника можно наблюдать рассеянный в различных участках спектра и соответственно в различных слоях озоносферы свет. Очевидно, задача определения плотности озона упрощается в верхних слоях озоносферы, где молекулярное и аэрозольное рассеяние ослабевает, а поглощение возрастает по мере смещения наблюдаемых длин волн к середине полосы Хартли. Экспериментальные трудности, правда, увеличиваются, поскольку необходимо измерять с высокой точностью рассеянную радиацию в интервале 250 . . . 340 нм, где ее интенсивность меняется на четыре порядка, а линейная поляризация может изменяться от 0 до 100 % [252].[ ...]
Впервые идея использовать рассеянную радиацию для определения профиля озона со спутника была высказана в работе [390], а практически апробирована 15 февраля 1961 г. в ракетном эксперименте А. А. Львовой, А. Е. Микирова и С. М. Полоскова при исследовании эффекта солнечного затмения на озон в стратосфере и мезосфере. Ракетный фотометр для наблюдения рассеянной радиации в интервале 220 . . . 320 нм сканировал по кругу полосу небесного свода с целью регистрации распределения по высоте яркости рассеянного света над горизонтом. Эта информация использовалась для вычисления профилей озона от 40 до 90 км [86].[ ...]
В основе метода определения профиля озона в стратосфере лежит возможность зондирования различных толщ атмосферы лучом той или иной длины волны, так что каждому эффективному рассеивающему слою соответствует своя длина волны, зависящая от содержания озона и угла Солнца. На рис. 37 дан пример расчета таких слоев при угле I = 60° и X = 336 Д. Е. с учетом всех порядков рассеяния [252].[ ...]
Задача получения профиля озона по УФ спектру атмосферы предъявляет довольно высокие требования к измерительной аппаратуре. Как показал В. А. Краснопольский, чтобы получить ошибку в вычислении вертикального распределения озона около 10 %, необходимо измерять УФ спектр с точностью до 1 %. Отсюда следуют такие требования к прибору: во-первых, его поле зрения не должно быть слишком велико, иначе будет сказываться зависимость от угла зрения [76] (Дер = 0,5 ср ведет к ошибке в 0,5 %); во-вторых, спектральное разрешение должно быть не хуже 2,5 нм (это соответствует ошибке в 0,5 %); в-третьих, отношение сигнал-шум должно быть достаточно высоким. В настоящее время все эти проблемы решены и сложность заключается в долговременном сохранении и периодическом качественном контроле приборных параметров с целью получения многолетних (11-летних) однородных данных.[ ...]
Коротковолновые весовые функции, приведенные на рис. 37, можно «поднять» выше, в мезосферу, если использовать наблюдения в надир при больших зенитных углах Солнца. Такие наблюдения мезосферного озона проводились на спутнике «Atmospheric Explorer Е», запущенном в декабре 1975 г. на орбиту с малым (20°) наклонением к экватору. Высотные профили озона между 50 и 62 км и содержание его в столбе выше 56 км получаются путем комбинирования данных по интенсивности ОУФР на длинах волн 255,5, 273,5 и 283,0 нм с расчетами на основе уравнений переноса с использованием параметризованного профиля озона. Первые результаты, опубликованные в [335], оказались труднообъяснимыми на основе существующих фотохимических моделей и эмпирической модели [292], хорошее согласие с которой наблюдалось выше 50 км только в вечернее время при Z>80°. Содержание озона выше 56 км днем, при Z< 75°, оказалось больше модельного в 2—3 раза. Утром после восхода происходило возрастание озона, которое авторы объясняют фотодиссоциацией 02 (1Ag).[ ...]
Метод ОУФР имеет, как мы видели, ряд недостатков, связанных с влиянием аэрозоля и необходимостью введения поправок на альбедо тропосферы и подстилающей поверхности. Одно из принципиальных ограничений метода — невозможность получения информации с участков атмосферы, не освещенных Солнцем. Этого недостатка лишен метод наблюдения собственного излучения озона в полосе 9,6 мкм. Технически метод более прост и позволяет производить дистанционные измерения в дневном и ночном полушариях, в любом географическом районе. Интерпретация результатов является более простой в том смысле, что в рассматриваемой области спектра можно пренебречь процессами рассеяния и влиянием прямой радиации Солнца. По идеологии этот метод относится к классическим методам обратных задач спутниковой метеорологии в ИК диапазоне. Основой для решения таких задач служит уравнение переноса излучения, ранее использовавшееся в астрофизике [112]. Постановка и общая характеристика задач метеорологического зондирования и математические аспекты решения содержатся в фундаментальной монографии К. Я. Кондратьева и Ю. М. Тимофеева [70].[ ...]
В литературе существует длительная дискуссия о степени репрезентативности ИК измерений озона. Отмечено, что несмотря на относительно малое влияние других примесей, ИК излучение обладает сравнительно малой информативностью о распределении озона, позволяющей получить не более двух независимых параметров этого распределения [119].[ ...]
Как было показано Ю. М. Тимофеевым, А. Д. Кузнецовым, Д. Шпенкухом, точность восстановления профиля озона зависит от: точности измерения /Ду, точности задания характеристик поглощения реальной атмосферы, точности определения термической структуры атмосферы, облачной и термической неоднородности атмосферы в поле зрения прибора, оптимальности условий измерений и методики интерпретации имеющейся информации [118].[ ...]
Рисунки к данной главе:
| Сравнение альбедных характеристик атмосферы в УФ области над экватором по данным, полученным на спутниках «Космос» (1965 . . . 1966 гг.) и «Нимбус-4» (1970 г.). Ось ординат—///^о в ср-1 |
 |