Оценка влияния природных и инструментальных факторов на точность измерения общего содержания атмосферного озона по спектрам энергетической освещенности. - презентация

1 Оценка влияния природных и инструментальных факторов на точность измерения общего содержания атмосферного озона по спектрам энергетической освещенности земной поверхности солнечным УФ излучением

2 Оглавление Зачем нужны измерения озона? Метод Добсона Метод Стамнеса Цель работы Пакет LibRadTran Пакет LibRadTran Методика исследований Ozone Estimation Workshop Аэрозольный показатель преломления Альбедо подстилающей поверхности Оптическая толщина облачности Солнечный зенитный угол Выводы

3 Зачем нужны измерения озона? Изучение глобального озонового тренда Построение климатических моделей Прогноз УФ индекса Зачем нужны измерения озона? Зачем нужны измерения озона? Метод Добсона Метод Стамнеса Цель работы Пакет LibRadTran Пакет LibRadTran Методика исследований Методика исследований Ozone Estimation Workshop Ozone Estimation Workshop Аэрозольный показатель преломления Аэрозольный показатель преломления Альбедо подстилающей поверхности Альбедо подстилающей поверхности Оптическая толщина облачности Оптическая толщина облачности Солнечный зенитный угол Солнечный зенитный угол Выводы

4 Монохроматический DS- метод (метод Добсона) Предполагает реализацию как можно более полного приближения к закону Бугера Расчетная модель предполагает, что прямое солнечное излучение, достигающее поверхности Земли, ослабляется в результате поглощения газовыми составляющими атмосферы, молекулярного рассеяния, а также поглощения и рассеяния на аэрозолях. Поэтому при ориентации прибора на солнечный диск и при условии малости апертурного угла регистрируемые сигналы S( ) можно описать формулой: Зачем нужны измерения озона? Зачем нужны измерения озона? Метод Добсона Метод Стамнеса Цель работы Пакет LibRadTran Пакет LibRadTran Методика исследований Методика исследований Ozone Estimation Workshop Ozone Estimation Workshop Аэрозольный показатель преломления Аэрозольный показатель преломления Альбедо подстилающей поверхности Альбедо подстилающей поверхности Оптическая толщина облачности Оптическая толщина облачности Солнечный зенитный угол Солнечный зенитный угол Выводы

5 Трудности применения DS- метода в Беларуси Cамым существенным фактором, приводящим к серьезным ограничениям DS-метода, является наличие облачности. При сплошной облачности измерения данным методом НЕВОЗМОЖНЫ! Для таких стран как Республика Беларусь это может привести к значительным «пробелам» в непрерывных рядах мониторинга ОСО. Зачем нужны измерения озона? Зачем нужны измерения озона? Метод Добсона Метод Стамнеса Цель работы Пакет LibRadTran Пакет LibRadTran Методика исследований Методика исследований Ozone Estimation Workshop Ozone Estimation Workshop Аэрозольный показатель преломления Аэрозольный показатель преломления Альбедо подстилающей поверхности Альбедо подстилающей поверхности Оптическая толщина облачности Оптическая толщина облачности Солнечный зенитный угол Солнечный зенитный угол Выводы

6 Суть метода Стамнеса ОСО можно получить, используя отношение освещенностей на двух длинах волн солнечного спектра, одна из которых попадает в область поглощения атмосферного озона, а другая - находится вне этой области. Экспериментально измеренное отношение указанных освещенностей сравнивается с подобными отношениями, теоретически рассчитанными для набора значений ОСО и солнечных зенитных углов (SZA) при различных параметрах и моделях атмосферы. Для расчета переноса солнечного излучения в атмосфере используется пакет прикладных программ, объединенных в библиотеку LibRadTran. Зачем нужны измерения озона? Зачем нужны измерения озона? Метод Добсона Метод Стамнеса Цель работы Пакет LibRadTran Пакет LibRadTran Методика исследований Методика исследований Ozone Estimation Workshop Ozone Estimation Workshop Аэрозольный показатель преломления Аэрозольный показатель преломления Альбедо подстилающей поверхности Альбедо подстилающей поверхности Оптическая толщина облачности Оптическая толщина облачности Солнечный зенитный угол Солнечный зенитный угол Выводы

7 Плюсы метода Стамнеса Возможность проведения измерений при наличии облачности, экранирующей прямое излучение солнечного диска Снижение издержек на достаточно сложное и специфическое программное и инструментальное обеспечение, необходимое для движения оптической оси озонометра по эклиптике Отпадают «штатив-эффекты», связанные с эффектом Форбса и эффектом «паразитного» влияния многократно рассеянного света Получение непрерывных рядов натурных наблюдений Зачем нужны измерения озона? Зачем нужны измерения озона? Метод Добсона Метод Стамнеса Цель работы Пакет LibRadTran Пакет LibRadTran Методика исследований Методика исследований Ozone Estimation Workshop Ozone Estimation Workshop Аэрозольный показатель преломления Аэрозольный показатель преломления Альбедо подстилающей поверхности Альбедо подстилающей поверхности Оптическая толщина облачности Оптическая толщина облачности Солнечный зенитный угол Солнечный зенитный угол Выводы

8 Цель работы Провести исследование зависимости результатов восстановления ОСО по методу Стамнеса от выбора аналитических пар длин волн и природных параметров, задаваемых в с помощью модели земной атмосферы, реализованной в программном пакете Libradtran. Зачем нужны измерения озона? Зачем нужны измерения озона? Метод Добсона Метод Стамнеса Цель работы Пакет LibRadTran Пакет LibRadTran Методика исследований Методика исследований Ozone Estimation Workshop Ozone Estimation Workshop Аэрозольный показатель преломления Аэрозольный показатель преломления Альбедо подстилающей поверхности Альбедо подстилающей поверхности Оптическая толщина облачности Оптическая толщина облачности Солнечный зенитный угол Солнечный зенитный угол Выводы

9 Пакет LibRadTran Пакет прикладных программ для проведения расчетов в области атмосферной оптики; Поддерживает моделирование переноса излучения в атмосфере с учётом целого набора параметров; Был протестирован как своими создателями, так и сторонними исследователями, и результаты расчётов с использованием данного пакета оказались хорошо согласованы с экспериментальными данными. Зачем нужны измерения озона? Зачем нужны измерения озона? Метод Добсона Метод Стамнеса Цель работы Пакет LibRadTran Пакет LibRadTran Методика исследований Методика исследований Ozone Estimation Workshop Ozone Estimation Workshop Аэрозольный показатель преломления Аэрозольный показатель преломления Альбедо подстилающей поверхности Альбедо подстилающей поверхности Оптическая толщина облачности Оптическая толщина облачности Солнечный зенитный угол Солнечный зенитный угол Выводы

10 Методика исследований 1. Анализ данных об актуальных значениях атмосферных и других природных параметров; 2. Формирование на основе полученных данных входных файлов для расчетов с помощью LibRadTran; 3. Расчет модельных значений спектральной освещенности земной поверхности с учетом типичных наборов параметров; 4. Отыскание среди наборов инструментальных и природных факторов тех, которые в наибольшей степени влияют на погрешности определения ОСО; 5. Получение значений ОСО с использованием «стандартных» таблиц Стамнеса и входных файлов с наборами параметров, моделирующих типичные отклонения от заложенного при расчете таблиц стандарта. Зачем нужны измерения озона? Зачем нужны измерения озона? Метод Добсона Метод Стамнеса Цель работы Пакет LibRadTran Пакет LibRadTran Методика исследований Методика исследований Ozone Estimation Workshop Ozone Estimation Workshop Аэрозольный показатель преломления Аэрозольный показатель преломления Альбедо подстилающей поверхности Альбедо подстилающей поверхности Оптическая толщина облачности Оптическая толщина облачности Солнечный зенитный угол Солнечный зенитный угол Выводы

11 Расчет модельных значений спектральной освещенности земной поверхности и определение значений ОСО В связи с большим объемом выполняемых вычислений, целесообразно автоматизировать процесс создания входных файлов для приложения UVSpec и обработки получаемых с его помощью выходных данных. Для этого была специально разработана программа Ozone Estimation Workshop, позволяющая рассчитывать значения ОСО и строить зависимости полученных значений ОСО от модельных атмосферных параметров с использованием пакета Libradtran. Зачем нужны измерения озона? Зачем нужны измерения озона? Метод Добсона Метод Стамнеса Цель работы Пакет LibRadTran Пакет LibRadTran Методика исследований Методика исследований Ozone Estimation Workshop Ozone Estimation Workshop Аэрозольный показатель преломления Аэрозольный показатель преломления Альбедо подстилающей поверхности Альбедо подстилающей поверхности Оптическая толщина облачности Оптическая толщина облачности Солнечный зенитный угол Солнечный зенитный угол Выводы

12 Программа Ozone Estimation Workshop Зачем нужны измерения озона? Зачем нужны измерения озона? Метод Добсона Метод Стамнеса Цель работы Пакет LibRadTran Пакет LibRadTran Методика исследований Методика исследований Ozone Estimation Workshop Ozone Estimation Workshop Аэрозольный показатель преломления Аэрозольный показатель преломления Альбедо подстилающей поверхности Альбедо подстилающей поверхности Оптическая толщина облачности Оптическая толщина облачности Солнечный зенитный угол Солнечный зенитный угол Выводы

13 Аэрозольный показатель преломления Зачем нужны измерения озона? Зачем нужны измерения озона? Метод Добсона Метод Стамнеса Цель работы Пакет LibRadTran Пакет LibRadTran Методика исследований Методика исследований Ozone Estimation Workshop Ozone Estimation Workshop Аэрозольный показатель преломления Аэрозольный показатель преломления Альбедо подстилающей поверхности Альбедо подстилающей поверхности Оптическая толщина облачности Оптическая толщина облачности Солнечный зенитный угол Солнечный зенитный угол Выводы

14 Альбедо подстилающей поверхности Зачем нужны измерения озона? Зачем нужны измерения озона? Метод Добсона Метод Стамнеса Цель работы Пакет LibRadTran Пакет LibRadTran Методика исследований Методика исследований Ozone Estimation Workshop Ozone Estimation Workshop Аэрозольный показатель преломления Аэрозольный показатель преломления Альбедо подстилающей поверхности Альбедо подстилающей поверхности Оптическая толщина облачности Оптическая толщина облачности Солнечный зенитный угол Солнечный зенитный угол Выводы

15 Оптическая толщина облачности Зачем нужны измерения озона? Зачем нужны измерения озона? Метод Добсона Метод Стамнеса Цель работы Пакет LibRadTran Пакет LibRadTran Методика исследований Методика исследований Ozone Estimation Workshop Ozone Estimation Workshop Аэрозольный показатель преломления Аэрозольный показатель преломления Альбедо подстилающей поверхности Альбедо подстилающей поверхности Оптическая толщина облачности Оптическая толщина облачности Солнечный зенитный угол Солнечный зенитный угол Выводы

16 Солнечный зенитный угол Зачем нужны измерения озона? Зачем нужны измерения озона? Метод Добсона Метод Стамнеса Цель работы Пакет LibRadTran Пакет LibRadTran Методика исследований Методика исследований Ozone Estimation Workshop Ozone Estimation Workshop Аэрозольный показатель преломления Аэрозольный показатель преломления Альбедо подстилающей поверхности Альбедо подстилающей поверхности Оптическая толщина облачности Оптическая толщина облачности Солнечный зенитный угол Солнечный зенитный угол Выводы

17 Из исследованных параметров нет необходимости учитывать аэрозольный показатель преломления; Дальность видимости при хороших условиях наблюдения (отсутствии тумана) также не нуждается в учете; Наибольшую погрешность в получаемые значения ОСО вносят оптическая толщина аэрозоля и оптическая толщина облачности. Выводы Зачем нужны измерения озона? Зачем нужны измерения озона? Метод Добсона Метод Стамнеса Цель работы Пакет LibRadTran Пакет LibRadTran Методика исследований Методика исследований Ozone Estimation Workshop Ozone Estimation Workshop Аэрозольный показатель преломления Аэрозольный показатель преломления Альбедо подстилающей поверхности Альбедо подстилающей поверхности Оптическая толщина облачности Оптическая толщина облачности Солнечный зенитный угол Солнечный зенитный угол Выводы

18 Спасибо за внимание!