Аппаратура, методы и результаты радиофизических исследований атмосферного озона
Закономерности высотно-временного распределения озона над Москвой. Бортовые методы наблюдения в различных участках спектра электромагнитных волн. Комплексные исследования озоносферы по международным программам, для валидации спутниковых экспериментов.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | автореферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 02.03.2018 |
| Размер файла | 87,0 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
В разделе 6.6 представлено обсуждение полученных результатов. Дается краткий обзор результатов теоретических и экспериментальных исследований по проблеме влияния полярного вихря, где происходит разрушение озона, на озоносферу в средних широтах. Установленный нами факт, что в воздухе полярного вихря в средней стратосфере продолжительное время сохраняется вертикальное распределение озона с пониженным содержанием, соответствует концепции изолированности воздуха полярного вихря от богатого озоном воздуха за пределами вихря. Представленные в разделе 5.4 результаты одновременных наблюдений озоносферы на ММ-волнах в ФИАН и в других обсерваториях показали, что явления значительного уменьшения содержания озона в средней и верхней стратосфере в холодные полугодия часто наблюдаются как в умеренных широтах (над Москвой), так и в высоких широтах. Вместе с тем, полученные нами результаты наблюдений показывают, что происходит постепенное увеличение содержания озона в вихре на высотах средней и верхней стратосферы к концу холодного периода, что можно объяснить известными данными о неполной изолированности воздушных масс в вихре. Скорость этого увеличения содержания озона в вихре определяется, по-видимому, интенсивностью перемешивания воздушных масс при активизации планетарных волн и определяется частотой и амплитудой колебаний полярного вихря, которые меняются год от года. Межгодовые изменения атмосферных процессов отражаются и на зарегистрированных нами связях Соз и PV. Аналогичные выводы об изменениях в озоносфере и их причинах сделаны авторами работ по наблюдениям озона в высоких широтах по программе POAM III.
Эффекты возникновения обнаруженных на ММ-волнах над Москвой деформированных профилей вертикального распределения озона, отражающих слоистую структуру на высотах около 30 км, нередко наблюдались нами в холодные полугодия и были зарегистрированы также из космоса с помощью радиометра MLS на борту спутника Aura. Изучение таких явлений необходимо, поскольку они оказывают влияние на распределение озона и на химию атмосферы.
Таким образом, радиофизические методы важны для исследования эволюции озоносферы.
Заключение содержит основные результаты работы и выводы.
Основными результатами работы являются следующие положения:
1. Выполнено теоретическое исследование спектров теплового радиоизлучения атмосферы, включающих линии озона, водяного пара, окиси хлора, окислов азота и др. газовых составляющих атмосферы, для различных условий наблюдения. Рассмотрены особенности этих спектров. Сформулирована задача создания чувствительной спектральной аппаратуры и эффективных методов дистанционного зондирования озоносферы на миллиметровых волнах. На основе численных экспериментов сформулированы требования к спектральной озонометрической аппаратуре, необходимой для мониторинга атмосферы методами миллиметровых волн. Сформулированы актуальные задачи радиофизических исследований озоносферы, имеющих целью изучение её эволюции в условиях влияния естественных и техногенных возмущений.
2. Создана спектральная аппаратура, отвечающая сформулированным требованиям. Она отличается оригинальной конструкцией, оптимизированными характеристиками и по основному параметру - уровню собственных шумов - эта аппаратура превосходит современные зарубежные аналоги, работающие в том же диапазоне длин волн. Созданы эффективные методы дистанционного зондирования озоносферы на миллиметровых волнах, включающие решение обратной задачи - восстановление вертикального распределения озона из измеренных спектральных линий. Выполнены оценки точности восстановления вертикальных профилей озона. Показано, что спектральная приемная аппаратура с оптимизированными параметрами и разработанные математические методы обработки информации позволяют регистрировать вертикальное распределение озона в стратосфере и мезосфере с точностью, необходимой для решения сформулированных задач.
Созданная аппаратура была включена в состав глобальной озонометрической сети по международным программам DYANA, CRISTA/MAHRSI, SOLVE 2000.
3. В результате многолетнего мониторинга озоносферы на ММ-волнах над Московским регионом получено высотно-временное распределение содержания озона, отражающее происходящие изменения в озоносфере.
Зарегистрированы и исследованы короткопериодные, сезонные и межгодовые изменения содержания озона. Исследованы явления в озоносфере, характеризуемые значительной деформацией профилей вертикального распределения озона, возникновением аномальных снижений содержания озона в стратосфере в холодные полугодия. Установлена связь этих явлений с крупномасштабными атмосферными процессами, с влиянием процессов в стратосферном полярном вихре на озоносферу умеренных широт. Обнаружены пониженные среднемесячные значения содержания озона в наиболее чувствительных к загрязнениям верхних слоях стратосферы.
4. Выполнены подспутниковые наблюдения вертикального распределения озона над Московским регионом с целью оценки (валидации) спутниковых методов наблюдений. Получено хорошее согласие результатов одновременных наблюдений в ФИАН и из космоса. Наблюдения из космоса выполнялись с помощью инфракрасных телескопов, запущенных на US Space Shuttle (программы CRISTA/MAHRSI), а также с помощью аппаратуры MLS на спутнике EOS Aura.
5. Впервые проведены наблюдения вертикального распределения озона на ММ-волнах из различных наземных пунктов: над Московским регионом в ФИАН и в зарубежных обсерваториях Франции и Швеции. Получены и проанализированы результаты одновременных наблюдений озоносферы на ММ-волнах над Москвой и Шпицбергеном. В содружестве с ИПФ РАН выполнены первые одновременные наблюдения на ММ-волнах вертикального распределения озона над Москвой и в высоких широтах над Апатитами, сделаны практические шаги к созданию отечественной сети мониторинга озоносферы на миллиметровых волнах,
6. Отмечена важность внедрения разработанных методов в народное хозяйство, в службу экологического мониторинга с целью оперативного обнаружения аномальных явлений в защитном озонном слое на ранних стадиях их развития и наблюдения за эволюцией этих явлений.
Перспективами работы являются следующие направления:
? продолжение мониторинга вертикального распределения озона на ММ-волнах с целью исследования эволюции озоносферы в условиях влияния естественных и техногенных факторов (в содружестве с отечественными и зарубежными обсерваториями)
? создание отечественной наземной озонометрической сети, работающей на миллиметровых волнах, с последующим включением ее в глобальную сеть
? развитие мониторинга радиофизическими методами пространственно-временного распределения озона, окиси хлора и других важнейших малых газовых составляющих атмосферы, играющих ключевую роль в атмосферных процессах.
Таким образом, в диссертационной работе выполнены исследования по развитию перспективного направления - созданию отвечающей современным требованиям аппаратурно-методической основы наземной системы мониторинга газового состава атмосферы, ее озонного слоя радиофизическими методами, выполнению мониторинга озоносферы на миллиметровых волнах. В рамках этого направления в данной работе создана высокочувствительная спектральная аппаратура и эффективные методы дистанционного зондирования озоносферы на миллиметровых волнах, выполнен многолетний мониторинг вертикального распределения озона в стратосфере и мезосфере. Результаты первых одновременных наблюдений на миллиметровых волнах вертикального распределения озона, выполненных в ФИАН в содружестве с другими обсерваториями в умеренных и в высоких широтах, показали важность и реальность создания отечественной наземной сети мониторинга озоносферы радиофизическими методами с последующей интеграцией ее в глобальную озонометрическую сеть.
В заключении необходимо отметить большой вклад проф. А.Е.Саломоновича, А.С.Хайкина и чл.-корр. РАН И.И.Собельмана в развитие данного научного направления.
Автор благодарен проф. Р.Л.Сороченко за консультации и помощь в работе, руководству и коллегам в ФИАН, а также коллегам в других организациях за содействие в работе.
Публикации по теме диссертации
Автором опубликовано свыше 100 работ по теме диссертации. Ниже представлены 40 работ из них, отражающих содержание результатов исследования.
1. Соломонов С.В. Радиофизические исследования озоносферы //Успехи соврем. радиоэлектроники - 2003. - №1.- С.9-25.
2. Соломонов С.В., Кропоткина Е.П., Розанов С.Б. Исследование вертикального распределения озона в стратосфере и мезосфере на миллиметровых волнах //Изв. вузов. Радиофизика. - 2003. - Т.46, №8-9.- С.764-770.
3. Solomonov S.V., Rozanov S.B., Kropotkina E.P., Lukin A.N. Techniques of ground-based remote sensing of the ozone layer by millimeter-wave heterodyne spectroscopy //Proc. SPIE. - 1998. - V.3406. - P.135-157
4. Solomonov S.V., Kropotkina E.P., Lukin A.N., Ponomarenko N.I., Rozanov S.B., Ellder J. Some features of the vertical ozone distribution from millimeter wave measurements at Pushchino and Onsala observatories //J. Atmos. Terr. Phys. - 1994. - V.56, No.1. - P.9-15.
5. Собельман И.И., Соломонов С.В., Сороченко Р.Л. Миллиметровые волны: новые возможности мониторинга озоносферы//Вестник РАН - 1993, т.63, №8, 721-729.
6. Соломонов С.В., Кропоткина Е.П., Семенов А.И. Наблюдения мезосферного озона на миллиметровых волнах //Краткие сообщения по физике ФИАН. - 2001, №10, с.30-38.
7. Соломонов С.В., Розанов С.Б., Кропоткина Е.П., Лукин А.Н. Спектрорадиометр для дистанционного зондирования атмосферного озона на миллиметровых радиоволнах //Радиотехника и электроника. - 2000, т.45, №12, с.1519-1525.
8. Соломонов С.В., Кропоткина Е.П., Леонов В.Н., Лукин А.Н., С.Б.Розанов. Подспутниковые измерения атмосферного озона на миллиметровых радиоволнах. Всерос. научная конф. «Дистанционное зондирование земных покровов и атмосферы аэрокосмическими средствами», Муром, 20-22 июня 2001 г. Сборник докладов, Изд. ВлГУ, Муром 2001, с.472-476.
9. Соломонов С.В., Кропоткина Е.П., Лукин А.Н., Розанов С.Б. Изменения в озонном слое над Московским регионом по наблюдениям на миллиметровых волнах. //Краткие сообщения по физике ФИАН - 1998, № 1, с.23-27.
10. Кидиярова В.Г., Кропоткина Е.П., Соломонов С.В. О влиянии атмосферной динамики на вертикальное распределение озона по результатам наземных измерений на миллиметровых радиоволнах. Известия АН. Физика атмосферы и океана. 1995, т.31, №1, с.81-87.
11. Гайкович К.П., Кропоткина Е.П., Соломонов С.В. Определение вертикального профиля атмосферного озона по наземным измерениям излучения в миллиметровом диапазоне//Известия АН. Физика атмосферы и океана. - 1999, т.35, №1, с.86-95.
12. Соломонов С.В., Кропоткина Е.П., Лукин А.Н., Розанов С.Б. Особенности вертикального распределения озона над Москвой зимой 1996 г. по наблюдениям на миллиметровых волнах в ФИАН //Краткие сообщения по физике ФИАН - 1997, № 1-2, с.75-82.
13. Соломонов C.В., Е.П.Кропоткина, А.Н.Лукин, С.Б.Розанов. О вариациях атмосферного озона по наблюдениям на миллиметровых волнах// Известия АН Физика атмосферы и океана.- 1993, - т.29, № 4, - с.525-531
14. Саломонович А.Е., Сороченко Р.Л., Кропоткина Е.П., Лукин А.Н., Розанов С.Б., Соломонов С.В., Гусев В.А., Павлов Г.А., Смирнов Г.Т., Цивилев А.П. Спектрорадиометр для наземных исследований атмосферного озона в диапазоне длин волн 2 мм// Известия вузов. Радиофизика - 1990,-т.33,№5, С. 546-555.
15. Розанов С.Б., Платонов Ю.М., Лукин А.Н., Соломонов С.В. Охлаждемые квазиоптические поглощающие нагрузки для радиометров коротковолновой части миллиметрового диапазона волн// Радиотехника и электроника.- 1999, т.44,№3,С.359-365.
16. Розанов С.Б., Собельман И.И., Божков В.Г., Есепкина Н.А., Игнатьев А.Н., Кропоткина Е.П., Круглов С.К., Никифоров П.Л., Перфильев В.И, Пирогов Ю.А., Саенко И.И., Соломонов С.В., Штанюк А.М. Создание радиоспектрометров в 1,5 и 2-миллиметровом диапазонах длин волн для атмосферных исследований с оптимизированными характеристиками// Известия вузов. Радиофизика. - 2005 - т.48, №10-11, С. 857-862.
17. Игнатьев А.Н., Гайкович К.П., Кропоткина Е.П., Пирогов Ю.А., Розанов С.Б., Соломонов С.В. Моделирование расчетов содержания окиси хлора в атмосфере по данным наземных наблюдений на миллиметровых волнах//Радиотехника и электроника - 2007- т.52, №5, С. 538-544.
18. Соломонов С.В., Кропоткина Е.П., Розанов С.Б., Игнатьев А.Н., Леонов В.Н., Лукин А.Н.. Исследование особенностей вертикального распределения озона над Москвой //Краткие сообщения по физике ФИАН. - 2004.- №1.- С.23-31.
19. Соломонов С.В., Кропоткина Е.П., Розанов С.Б. Спектральные исследования атмосферного озона на миллиметровых радиоволнах //В монографии «Оптическая спектроскопия и стандарты частоты». Под. ред. Л.Н.Синицы и Е.А.Виноградова. Томск: Изд. Ин-та оптики атмосферы СО РАН, 2004. С.52-85.
20. Соломонов С.В., Кропоткина Е.П., Розанов С.Б., Игнатьев А.Н., Леонов В.Н., Лукин А.Н. Дистанционное зондирование атмосферного озона на миллиметровых волнах // Сб. докладов 21 Всерос. научн. конф. «Распространение радиоволн», Йошкар-Ола 25-27 мая 2005 г. Т.1 - С. 246-250, Йошкар-Ола, Изд. МГТУ 2005.
21. Rozanov. S.B., Solomonov S.V., Kropotkina E.P., Ignatyev A.N., Lukin A.N. Ground-based remote sensing of the atmospheric ozone over Moscow at millimeter waves //Proc. 13th SPIE Europ. Symp. on Remote Sensing, Stockholm, 11-14 Sept. 2006. - Proc. SPIE. - 2006. - V.6362, Paper No.6362-74.
22. Соломонов С.В., Кропоткина Е.П., Лукин А.Н., Розанов С.Б. Результаты исследования озонного слоя на миллиметровых волнах над Московским регионом в 1986-1987 гг. //Вестник Московского университета. Серия 3.Физика. Астрономия. 1998, №4, с.16-19.
23. Cоломонов С.В.Розанов С.Б. Мониторинга атмосферного озона на миллиметровых радиоволнах. Электроника НТБ, 2002, №2, с.62-65.
24. Solomonov S.V. ,. Kropotkina E.P, Rozanov S.B. , Lukin A.N. Variations of the stratospheric ozone vertical distribution from results of ground-based remote sensing at millimeter waves, in IRS 2000: Current Problems in Atmospheric Radiation, W.L.Smith and Yu.M.Timofeyev (Eds.). A.Deepak Publishing, Hampton, Virginia, 2001. - P.1150-1152.
25. Solomonov S.V., Kropotkina E.P., Lukin A.N., Rozanov S.B. Millimeter-wave investigations of the vertical ozone distribution over Moscow //Proc. 4th Int. Symp. on Phys. and Engineering MM and subMM Waves, Kharkov, June 4-9, 2001. - V.1. - P.445-447. Харьков: Изд. ИРЭ НАНУ, 2001.
26. Соломонов С.В., Кропоткина Е.П., Розанов С.Б. Результаты дистанционного зондирования стратосферного и мезосферного озона на миллиметровых волнах //Труды ХХ Всерос. конф. по распростр. радиоволн, Нижний Новгород, 2-4 июля 2002 г. - С.362-363. Н.Новг.: Изд. НИРФИ, 2002.
27. Solomonov S.V., Kropotkina E.P., Lukin A.N., Ponomarenko N.I. Investigations of vertical ozone distribution from millimeter-wave observations// 16-th General Assembly of the European Geophys. Society, Wiesbaden, 1991, Annales Geophysicae Atmosphere 1991, Supplement to v.9.
28. Кропоткина Е.П., Куликов Ю.Ю., Рыскин В.Г., Соломонов С.В. Исследование изменений вертикального распределения озона над Москвой и Апатитами на миллиметровых волнах//Изв. вузов. Радиофизика. - 2005. - Т.48, №10-11.- С.899-904.
29. Кропоткина Е.П., Куликов Ю.Ю., Рыскин В.Г., Соломонов С.В. Исследование пространственно-временного распределения стратосферного озона по наблюдениям на миллиметровых волнах в умеренных и высоких широтах //Изв. вузов. Радиофизика. - 2007. - Т.50, №10-11.- С.954-960.
30. Solomonov S.V., Rozanov S.B., Kropotkina E.P., Lukin A.N. Investigation of the altitude ozone distribution by millimeter wave spectrometer, in CRISTA/MAHRSI Campaign 2. Handbook. - Prep. By G.Lemacher and D.Offermann. Physics Departament. University of Wuppertal, - Wuppertal, Germany, 1997. с. 68-70.
31. Логвиненко С.В., Соломонов С.В., Розанов С.Б., Кропоткина Е.П., Лукин А.Н. Автоматизированные наземные измерения спектров радиоизлучения атмосферного озона на частотах вращательного перехода 100,10-101,9 (142175 ГГЦ) //Краткие сообщения по физике ФИАН. - 1997, №5-6, с.40-46.
32. Кропоткина Е.П., Соломонов С.В. Спектры субмиллиметрового излучения атмосферы Земли в космос// Исследование Земли из космоса - 1988, №1, с.81-88.
33. Кропоткина Е.П., Лукин А.Н., Саломонович А.Е., Соломонов С.В. Результаты наземных наблюдений атмосферного озона в диапазоне длин волн 2 мм. В сборнике «Атмосферный озон». Ред. Г.А.Кокин. - М.: Гидрометеоиздат. 1990, 17-23.
34. Соломонов С.В., Кропоткина Е.П., Лукин А.Н., Пономаренко Н.И., Розанов С.Б. Дистанционное зондирование озонного слоя на миллиметровых волнах. В сборнике «Исследование атмосферного озона». Ред. Н.А.Зайцева, В.У.Хаттатов - М.: Гидрометеоиздат, 1992, с.137-142.
35. S.V.Solomonov, E.P.Kropotkina, A.N.Lukin, S.B.Rozanov. Ground-based monitoring of stratospheric ozone at millimeter-waves //Proc. Intern. Symp. Physics and Engineering of Millimeter and Submillimeter Waves, Kharkov, June 7-10, 1994. - V.III. -. Kharkov, IRE NASU, 1994. P.584-587
36. Перминов В.И., Кропоткина Е.П., Перцев Н.Н., Соломонов С.В., Розанов С.Б., Лукин А.Н. Определение концентрации основных и малых газовых составляющих атмосферы на высотах мезопаузы //Геомагнетизм и аэрономия, 2002. - Т.42, №6. - С.814-820.
37. Розанов С.Б., Соломонов С.В., Игнатьев А.Н., Кропоткина Е.П. Оптимизация характеристик радиоспектрометров миллиметрового диапазона волн для исследований озона и окиси хлора в атмосфере Земли// Физические проблемы экологии (экологическая физика) №12 - Сборник научных трудов, Москва, МАКС ПРЕСС, 2004, С.186-199.
38. Rozanov B.A., Solomonov S.V., Zrazhevsky A.A., Nagnibeda V., Kropotkina E.P., Rozanov S.B., Zharkova N.A., Lebedjuk T., Fetisov I., Loukicheva M. The atmospheric and solar investigations at millimeter waves// Journal of the Bauman Moscow State Technical University. Natural Sciences&Engineering - 2004 -P.211-216.
39. Соломонов С.В., Кропоткина Е.П., Лукин А.Н., Розанов С.Б. Исследование изменений в озоносфере радиофизическими методами. Труды четвертой Всеросс. Конф. «Необратимые процессы в природе и технике», 29-31 января 2007 г., Москва, ФИАН 2007,. Сборник научных трудов, ч.1, с. 78-81.
40. Соломонов С.В., Игнатьев А.Н., Кропоткина Е.П., Лукин А.Н., Розанов С.Б.. Мониторинг вертикального распределения озона на миллиметровых волнах. Труды XXII Всероссийской научной конференции «Распространение радиоволн, РРВ-22», 22-26 сентября 2008 г., Ростов-на Дону, п. Лоо, изд. ФГОУ ВПО «Южный федеральный университет», Актуальные проблемы современной науки, г. Ростов-на-Дону, 2008 г. Сборник научных трудов, т.3, с.9-12.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Понятие электромагнитных волн, их сущность и особенности, история открытия и исследования, значение в жизни человека. Виды электромагнитных волн, их отличительные черты. Сферы применения электромагнитных волн в быту, их воздействие на организм человека.
реферат [776,4 K], добавлен 25.02.2009Основные методы описания распространения электромагнитных волн в периодических средах с использованием волновых уравнений. Теории связанных волн, вывод уравнений. Выбор метода для описания генерации второй гармоники в периодически поляризованной среде.
дипломная работа [1,1 M], добавлен 17.03.2014Анализ теорий распространения электромагнитных волн. Характеристика дисперсии, интерференции и поляризации света. Методика постановки исследования дифракции Фраунгофера на двух щелях. Влияние дифракции на разрешающую способность оптических инструментов.
курсовая работа [2,0 M], добавлен 19.01.2015Связь между переменным электрическим и переменным магнитным полями. Свойства электромагнитных полей и волн. Специфика диапазонов соответственного излучения и их применение в быту. Воздействие электромагнитных волн на организм человека и защита от них.
курсовая работа [40,5 K], добавлен 15.08.2011Первичное действие электромагнитных колебаний на ткани организма. Методы и аппаратура для высокочастотной электротерапии. Физиотерапевтические аппараты высокочастотной терапии. Аппараты индуктотермии и УВЧ-терапии. Генераторы синусоидальных колебаний.
реферат [275,0 K], добавлен 25.02.2011Диапазон шкалы электромагнитных волн, особенности ее спектра (полоса частот). Скорость света, основные виды радиоволн. Излучение как поток квантов - фотонов, распространяющихся со скоростью света. Инфракрасное, световое и рентгеновское излучение.
презентация [635,5 K], добавлен 10.04.2014Предсказание Максвелла Дж.К. - английского физика, создателя классической электродинамики о существовании электромагнитных волн. Их экспериментальное получение немецким ученым Г. Герцем. Изобретение радио А.С. Поповым, основные принципы его действия.
реферат [13,5 K], добавлен 30.03.2011Основные методы, способы задания и описания состояния поляризации излучения. Граничные условия для естественно гиротропных сред. Формулы связи между амплитудами падающей, отражённой и преломлённой волн. Решение задач о падении электромагнитной волны.
курсовая работа [231,9 K], добавлен 13.04.2014Анализ взаимодействия электромагнитных волн с биологическими тканями. Разработка вычислительного алгоритма и программного обеспечения для анализа рассеяния монохроматических электромагнитных волн неоднородными контрастными объектами цилиндрической формы.
дипломная работа [3,3 M], добавлен 08.05.2012Понятие волны и ее отличие от колебания. Значение открытия электромагнитных волн Дж. Максвеллом, подтверждающие опыты Г. Герца и эксперименты П. Лебедева. Процесс и скорость распространения электромагнитного поля. Свойства и шкала электромагнитных волн.
реферат [578,5 K], добавлен 10.07.2011
