3. Характеристики среднего годового хода ОС СО для 1995-2007 гг. показывают, что амплитуда среднего годового хода составляет 20 %, максимальные значения ОС СО наблюдаются в феврале, минимальные - в июле-сентябре.
4. Сезонные изменения ОС СО для 2007 г. характеризуются более поздним двойным минимумом (июль и сентябрь) и максимумом (март) по сравнению со средним годовым ходом. Вид годового хода 2007 г. практически повторяет «фоновый» 2000 год. При этом значения ОС СО в 2007 г. для всех месяцев (исключение – январь) систематически выше (на ~ 6%) значений, полученных в 2000 г.
- На основе интерпретации данных космических измерений с помощью прибора SAGE III получен большой объем новых данных о состоянии озоносферы в 2002-2005 гг – вертикальных профилей содержания озона, двуокиси азота и коэффициентов аэрозольного ослабления. Проведен анализ данных.
- Получены новые данные о временных вариациях общих содержаний озона и двуокиси азота, в том числе в условиях грозовой деятельности, что позволит проверить и усовершенствовать численные модели атмосферы. Сопоставление данных измерений ОС О3 с эталонными измерениями спектрометра Добсона в Главной геофизической обсерватории (п. Воейково) показало их хорошее соответствие (отличия 1-3 %). Осуществлена валидация спутниковых измерений вертикальных профилей содержания озона м двуокиси азота, общего содержания NO2 (эксперименты с аппаратурой SCIAMACHY и GOME) по данным проведенных наземных измерений ОС NO2 в С. Петербурге.
- Получены новые данные о различных физических параметрах верхней атмосферы на основе интерпретации данных международного космического эксперимента с аппаратурой CRISTA.
- Разработан новый метод комплексного восстановления профилей содержания озона и населенностей возбужденных состояний молекул озона и СО2 из измерений интенсивности уходящего излучения горизонта в спектральной области 10 мкм в условиях нарушения ЛТР. Метод был успешно использован для интерпретации данных двух международных космических экспериментов с аппаратурой CRISTA. Основным результатом проведенных исследований является получение впервые в мире большого объема экспериментальных данных о колебательных температурах различных возбужденных состояний молекулы озона.
- Разработаны методы определения микрофизических характеристик стратосферного аэрозоля и полярных стратосферных облаков (ПСО) по измерениям спектрального коэффициента аэрозольного ослабления космическими приборами SAGE III и SAGE II и получен большой объем новых данных (1998–2005 гг.) об интегральных площадях (S) и объемах (V) стратосферных частиц и характеристик ПСО (2002–2005 гг.). Изучены временные и пространственные вариации этих параметров.
- Разработана новая методика интерпретации свечений верхней атмосферы для получения вертикальных профилей содержания озона.
- Усовершенствованы физико-математические основы дистанционных методов мониторинга и разработаны: 1) новый метод интерпретации измерений геостационарного спутника (прибор SEVIRI) для получения региональных полей общего содержания озона; 2) новый метод определения элементов вертикальной структуры содержания озона из наземных измерений солнечного излучения с высоким спектральным разрешением, предназначенный для интерпретации данных Фурье-спектрометра Брюкера (закупленного физическим факультетом СПбГУ в рамках национального проекта «Образование»).
Проанализированы погрешности определения общего содержания (ОСО) и профилей озона по данным вышеуказанных измерений.
В процессе разработки первого метода 1) созданы архивы данных наземных, спутниковых измерений ОСО и термического состояния атмосферы и подстилающей поверхности; 2) разработаны алгоритмы и создано программное обеспечение поиска и выборки согласованной информации из указанных выше архивов в географической зоне наблюдений прибора SEVIRI; 3) построены и обучены нейронные сети, решающие обратную задачу определения ОСО по результатам измерения уходящего излучения аппаратурой SEVIRI; 4) выполнены тестовые расчеты и проведено сопоставление полученных восстановленных значений ОСО с независимыми данными наземной озонометрической сети. Показано, что средние и среднеквадратичные отклонения результатов восстановления по разработанным алгоритмам от данных наземных измерений составляют 2.0 и 5.8 %, соответственно.
Для второго метода показано, что:
1. Рассматриваемый метод позволяет восстанавливать профиль содержания озона с высоким вертикальным разрешением в тропосфере с погрешностью 20-25 %.
2. Существенное снижение погрешностей определения озона может быть достигнуто для относительно толстых атмосферных слоев, толщина которых согласована с вертикальными возможностями дистанционного метода. Тропосферный озон (0-10 км) определяется с погрешностью 3-4 %, наилучшая точность достигается при увеличении отношения сигнал/шум до 1000 (за счет увеличения времени измерений) и использовании длинноволновых линий поглощения озона. Для высот 10-40 км при спектральном разрешении измерений 0.002 см-1 и вертикальном разрешении порядка 5 км погрешность измерения озона составляет 3-7 %, при спектральном разрешении 0.01 см-1 - 8-10 %.
3. Общее содержание озона можно восстанавливать рассмотренным методом с погрешностью не более 0.5 %.
- На основе современных параметров взаимодействия излучения с газовой и аэрозольной средой и численного моделирования созданы новые радиационные модели атмосферы для зондирования озоносферы с помощью прибора SAGE III и интерпретации измерений космического прибора CRISTA.
- Проведено новое статистическое моделирование микрофизических и оптических параметров стратосферного аэрозоля с учетом полученной новой информации.
- Созданы банки данных физических параметров атмосферы, характеристик молекулярного поглощения и радиационные коды в различных областях спектра для анализа погрешностей и реализации различных дистанционных методов измерений параметров атмосферы:
1. Банки реализаций вертикальных профилей температуры, влажности и содержания озона (по данным измерений и моделирования).
2. Первые и вторые моменты (средние профили и ковариационные матрицы) вертикальных профилей температуры, влажности и содержания озона. Сформированные банки данных созданы для различных широтных зон Земли и различных сезонов.
3. Новые статистические модели микрофизических и оптических характеристик тропосферных и стратосферных аэрозолей и глобальная модель атмосферного аэрозоля.
- Разработана теория переноса излучения атмосферы в колебательно-вращательных молекулярных полосах при нарушениях ЛТР с учетом континуального поглощения.
- Разработан обобщенный метод расчета переноса излучения в молекулярных полосах при нарушении ЛТР, впервые исследованы закономерности формирования неравновесных населенностей возбужденных колебательных состояний молекул углекислого газа в задаче переноса излучения в полосах БИК спектрального диапазона при учёте поглощения излучения в континууме, создаваемом аэрозолями (на примере атмосферы Марса).
- Разработана параметризация лучистого притока тепла, обусловленного переносом излучения в полосах СО2 в атмосфере Земли.
- Разработана общая теория планетной термосферы с использованием безразмерных переменных и параметров.
- Изучена глобальная климатология волновых и турбулентных вариаций атмосферы по данным ГПС-спутников и наземных радарных и оптических наблюдений.
- Проанализирован механизм динамических вариаций и циркуляционного переноса при тропосферно-стратосферном обмене газовых компонент.
1. Выполнено исследование вертикальных потоков озона в тропо-стратосфере по данным одновременных измерений японским МУ-радаром и озонозондами в Шигараки, Япония, в апреле 1998 г. Получены вертикальные профили средних значений диффузионных потоков озона.
2. Выполнено сравнение 10-летнего цикла самолетных измерений отношения смеси (ОС) СО2 на высотах 2–8 км в пункте Карр (США) и оптических измерений на станции Иссык-Куль (Киргизия). Результаты анализа многолетних самолетных измерений позволяют предположить хорошую перемешанность атмосферы и постоянство отношения смеси СО2 над пунктами наблюдений, расположенными в горных районах. Показано, что резкое изменение вертикального градиента температуры в области тропопаузы может приводить к росту амплитуд и неустойчивости гравитационных волн. Создаваемая при этом повышенная турбулентность может делать область тропопаузы более прозрачной для диффузии озона и других газовых примесей через тропопаузу.
- Выполнены экспериментальные исследования свойств аэрозолей, включающие: исследования: 1) механизмов образования и динамики роста дымовых частиц с фракталоподобной структурой; 2) процессов трансформации аэрозольных частиц при воздействии электрических сил, капиллярных сил конденсирующегося водяного пара и температурного поля; 3) гироскопического роста частиц. Создана термодинамическая модель обводнения органико-солевых аэрозолей.
Создано уникальное оборудование для измерения оптических свойств обводненной фракции дымового аэрозоля. Разработана методика измерений в лабораторных условиях объемных коэффициентов и средних сечений экстинкции, рассеяния и поглощения углеродсодержащего аэрозоля в среде с регулируемой относительной влажностью (вплоть до насыщения). Измерены средние сечения экстинкции, рассеяния и поглощения сажевых частиц как в сухих, так и во влажных условиях. Показано, что с ростом содержания гидрофильного (органического) компонента углеродсодержащей частицей увеличивается толщина водной оболочки, образующейся на сажевом ядре во влажных условиях, что приводит к существенному изменению оптических параметров аэродисперсной системы. Данные оптических измерений показали, что прямой и косвенный радиационный форсинг сажесодержащего компонента атмосферного аэрозоля во многом определяется гигроскопичностью частиц сажи, которые зависят от их химического состава.