Введение к работе
Актуальность темы
Аэрозольная компонента атмосферы влияет на многие физико-химические процессы и относится к числу климатообразующих факторов. Создание методов обработки экспериментальных данных по атмосферным параметрам с целью исследования временной изменчивости аэрозольной оптической толщи (АОТ) атмосферы является важной задачей, поскольку АОТ является одним из основных параметров, характеризующих рассеивающий и поглощающий эффекты для солнечной радиации в атмосфере. Их необходимо учитывать в задачах тепло - и влагообмена между атмосферой и подстилающей поверхностью, а также при исследовании процессов опустынивания.
Как известно, временная изменчивость величин, характеризующих состояние атмосферы, происходит в широком диапазоне временных масштабов от высокочастотных пульсаций до общей циркуляции атмосферы и колебаний климата. Кроме того, имеет место взаимное влияние процессов разных масштабов.
Влияние общей циркуляции атмосферы на мезомасштабные процессы является существенным фактором, определяющим временную изменчивость метеорологических и атмосферно-оптических параметров наряду с суточными и сезонными изменениями.
Исследованию временной изменчивости метеорологических и атмосферно-оптических параметров атмосферы посвящено множество работ. Наиболее изученным является суточный и сезонный ход метеорологических и атмосферно-оптических параметров. Их временная изменчивость на малых временных интервалах (менее суток), межсуточные колебания этих величин, а также влияние синоптических колебаний на связь между ними являются менее изученными вопросами.
Таким образом, разработка новых методов обработки экспериментальных данных по атмосферным параметрам для исследования временной изменчивости АОТ атмосферы представляет собой актуальную проблему физики атмосферы.
Цель работы:
Разработка методов обработки экспериментальных данных по атмосферным
параметрам для исследования временной изменчивости АОТ атмосферы.
Для достижения цели были решены следующие задачи:
1. Разработан метод обработки экспериментальных данных по атмосферно-оптичееким параметрам для интерпретации результатов измерения АОТ атмосферы «долгим» методом Бугера. Метод
использован для выделения «оптически стабильных» дней на примере данных для аридной территории юго-восточного Казахстана.
2. Оценена область применения нового метода калибровки фотометров в
условиях высокой прозрачности атмосферы.
3. Разработан метод обработки комплексных наблюдений АОТ, давления
] и влагосодержания атмосферы позволяющего выявить влияние
различных типов атмосферной циркуляции на временную изменчивость АОТ и влагосодержания атмосферы. Метод реализован на примере данных для пустынных территорий в условиях субтропического климата.
4. Создана методика обработки экспериментальных данных по
атмосферным параметрам для установления связи между логарифмами
АОТ и влагосодержания атмосферы.
Научная новизна
Предложен новый метод обработки экспериментальных данных по атмосферно-оптическим параметрам для интерпретации результатов измерения АОТ атмосферы «долгим» методом Бугера. Метод использован для выделения «оптически стабильных» дней в процессе анализа архивных данных для территории юго-восточного Казахстана.
Оценена область применения нового метода калибровки фотометров в условиях высокой прозрачности атмосферы.
Предложен новый метод обработки результатов комплексных наблюдений АОТ, давления и влагосодержания атмосферы позволяющего выявить влияние различных типов атмосферной циркуляции на временную изменчивость АОТ и влагосодержания атмосферы. Метод реализован на примере данных для пустынных территорий в условиях субтропического климата.
Предложена методика обработки экспериментальных данных по атмосферным параметрам для установления связи между логарифмами АОТ и влагосодержания атмосферы. Впервые учтено влияние периодической смены полей высокого и низкого давления на связь между логарифмами исследуемых параметров. Методика позволяет получить линейные регрессионные соотношения между логарифмами АОТ и влагосодержания атмосферы, а также оценить АОТ атмосферы в коротковолновой области спектра по влагосодержанию атмосферы для аридных территорий.
Достоверность полученных результатов обеспечивается:
1. использованием тестированного программного обеспечения: модели переноса излучения (разработана в Институте оптики атмосферы), подпрограмм из библиотеки IMSL, а так же программ Statistica и Matlab;
использованием многолетнего экспериментального материала сети AERONET по оптическим параметрам атмосферного аэрозоля и влагосодержанию атмосферы, полученного с применением самого современного оборудования;
хорошим согласием результатов расчетов и экспериментальных данных с учетом погрешности измерений;
оценкой статистической значимости полученных результатов.
Теоретическая и практическая значимость результатов работы
Предлагаемый метод обработки экспериментальных данных по атмосферно-оптическим параметрам для интерпретации результатов измерения АОТ атмосферы «долгим» методом Бугера может найти практическое применение для интерпретации архивных данных и оценок внеатмосферных значений потока солнечной радиации. Эта величина необходима для калибровки фотометров, а также для измерения АОТ «коротким» методом Бугера.
Оценена область применения метода калибровки фотометров в условиях высокой атмосферной прозрачности.
Предложенный метод обработки результатов комплексных наблюдений АОТ, давления и влагосодержания атмосферы позволяет установить влияние различных типов атмосферной циркуляции на временную изменчивость АОТ и влагосодержания атмосферы может найти практическое применение при изучении процессов опустынивания и тепло - влагообмена между атмосферой и подстилающей поверхностью. Кроме того, влияние периодической смены полей высокого и низкого давления на временную изменчивость исследуемых параметров и на корреляционную связь между ними необходимо учитывать при построении регрессионных соотношений между метеорологическими и атмосферно-оптическими параметрами, используемыми на практике.
Предлагаемая методика обработки экспериментальных данных по атмосферным параметрам для установления связи между логарифмами АОТ и влагосодержания атмосферы позволяет получить линейные регрессионные соотношения для АОТ в диапазоне длин волн 0,380-0,870 мкм для теплого периода года (март-октябрь), а также для АОТ в коротковолновой области спекгра 0,380-0,440 мкм для всего года. Полученные регрессионные соотношения позволяют оценить АОТ атмосферы в коротковолновой области спектра по влагосодержанию атмосферы для значений АОТ больших 0,1 с относительной погрешностью не более 28%.
Апробация работы
Результаты и основные положения диссертационной работы представлялись на следующих научных форумах:
Международной конференции «Вычислительные технологии и математическое моделирование в науке, технике и образовании» (Алматы, 2008);
Международной конференции «Аэрозоли Сибири», XV Рабочая группа (Томск 2008);
IX Конференции молодых ученых ИВЭП СО РАН (Барнаул 2009);
Международной конференции «Аэрозоли Сибири», XVI Рабочая группа (Томск 2009): * X Конференции молодых ученых ИВЭП СО РАН (Барнаул 2010);
Международной конференции по измерениям, моделированию и информационным системам для изучения окружающей среды ENVIROMIS (Томск 2010);
Международной научно-практической конференции «Наука и современность» (Новосибирск 2010);
Международной конференции International Aerosol Conference (Хельсинки 2010).
Результаты диссертации обсуждались на семинарах в Лаборатории экологии атмосферы Института водных и экологических проблем СО РАН (Барнаул 2010), и Институте мониторинга климатических и экологических систем СО РАН (Томск 2010).
Публикации
По результатам выполненного исследования опубликовано 10 печатных работ.
Структура и объем диссертации
