Діагностування стану та довготермінових змін озонового шару за даними космічних спостережень - Автореферат

Зміна кількості озону на різних висотах викликає збурення вертикального розподілу температури (ВРТ) в атмосфері, коливання радіаційних потоків та переміщення повітряних мас. Зміни в стані озонового шару та можливі негативні наслідки таких змін стимулювали створення та функціонування різноманітних вимірювальних приладів та їх мереж. Вже досить довго функціонує наземна мережа спостережень за станом озонового шару, велика увага приділяється вимірюванням з літаків та аеростатів, але найбільш інформативними виявились дані супутникових вимірювань. Мета роботи полягає в розробці, обґрунтуванні та реалізації нових підходів до використання спостережних засобів космічного базування для вирішення фундаментальних та прикладних задач моніторингу озонового шару. Розробка методик порівняння довготермінових рядів спостережень загального вмісту озону (ЗВО) приладами наземного та космічного базування з метою контролю якості даних, що надходять з окремих станцій наземної мережі, та довготермінової стабільності супутникового приладу.Приведено дані про: супутникові експерименти, наукові результати, отримані у ході їх проведення на відповідній оптико-спектральній апаратурі, похибки вимірювань озону; основні результати вимірювань загального вмісту озону та його вертикального розподілу. Цей прилад призначений для виміру спектральної інтенсивності УФ - випромінювання, відбитого земною атмосферою, а це дає можливість відтворювати поля загального вмісту озону та його вертикального розподілу. Це забезпечує більшу однорідність рядів спостережень і відсутність лакун, які мав TOMS у 1994-1996 рр. Щодо вимірювань ВРО, то БУФС мав перед SAGE важливу перевагу - за його допомогою можна проводити вимірювання не лише у приполярних зонах, а над всією земною кулею, виключаючи область полярної ночі. Приведено порівняння спостережень загального вмісту озону, які одержані станціями наземної озонометричної мережі України та тими, що надійшли від супутникового приладу TOMS, який має найбільш довгі та однорідні ряди порівняно з іншими вимірювальними засобами космічного базування. За цей час станціями був накопичений спостережуваний матеріал, який дозволив провести аналіз його якості за допомогою результатів отриманих приладами TOMS (“Nimbus-7”, 1978 - 1993 рр., а з липня 1996 - на борту “Earth Probe”).На основі дослідницької роботи з експлуатації розробленого озонометричного приладу космічного базування - бортового УФ-спектрометру (БУФС), встановленого на штучному супутнику Землі типу „Метеор”, проведено порівняння даних про загальний вміст, та вертикальний розподіл озону в атмосфері, які одержано за допомогою (БУФС) і результатів спостережень моніторингових систем TOMS i SAGE. Розроблено методики порівняння довготермінових рядів спостережень загального вмісту озону приладами наземного та космічного базування з метою контролю якості даних ЗВО, що надходять з окремих станцій наземної мережі, та довготермінової стабільності супутникового приладу. За розробленою методикою розраховано кліматичні норми загального вмісту озону та спектральної щільності енергетичної опроміненності УФ для України, а також виконано аналіз довготермінових змін загального вмісту озону над Україною. Розроблено та обґрунтовано емпіричну модель для розрахунку спектральної щільності енергетичної опроміненності УФ за даними загального вмісту озону та балу загальної хмарності, що одержано від приладів космічного базування. Розроблено програмне забезпечення для щодобового мапування полів спектральної щільності енергетичної опроміненності УФ та виявлення регіонів з небезпечно високими значеннями спектральної щільності енергетичної опроміненності УФ за даними, що надходять від приладів космічного базування на ШСЗ “Earth Probe” та “Meteosat”.

2. Основний зміст роботи

1. На основі дослідницької роботи з експлуатації розробленого озонометричного приладу космічного базування - бортового УФ-спектрометру (БУФС), встановленого на штучному супутнику Землі типу „Метеор”, проведено порівняння даних про загальний вміст, та вертикальний розподіл озону в атмосфері, які одержано за допомогою (БУФС) і результатів спостережень моніторингових систем TOMS i SAGE. Підтверджено придатність його до використання у моніторингових системах.

2. Розроблено методики порівняння довготермінових рядів спостережень загального вмісту озону приладами наземного та космічного базування з метою контролю якості даних ЗВО, що надходять з окремих станцій наземної мережі, та довготермінової стабільності супутникового приладу. Розроблені методи взаємоконтролю можна рекомендувати до впровадження в оперативну практику національної озонометричної мережі.

3. За розробленою методикою розраховано кліматичні норми загального вмісту озону та спектральної щільності енергетичної опроміненності УФ для України, а також виконано аналіз довготермінових змін загального вмісту озону над Україною. Отримані результати можуть свідчити про коливальний характер цих змін.

4. Розроблено та обґрунтовано емпіричну модель для розрахунку спектральної щільності енергетичної опроміненності УФ за даними загального вмісту озону та балу загальної хмарності, що одержано від приладів космічного базування. Це дає змогу своєчасно отримувати інформацію про небезпечні рівні ультрафіолетового опромінення та діагностувати геофізичні ситуації, що становлять небезпеку для здоровя людини, нормального функціонування біологічних та екологічних систем регіону та подавати цю інформацію до відповідних служб.

5. Розроблено програмне забезпечення для щодобового мапування полів спектральної щільності енергетичної опроміненності УФ та виявлення регіонів з небезпечно високими значеннями спектральної щільності енергетичної опроміненності УФ за даними, що надходять від приладів космічного базування на ШСЗ “Earth Probe” та “Meteosat”. Запропонована система моніторингу перевищує рівні світових аналогів за інформаційними можливостями і показником ціна/якість.

6. Проведено порівняльний аналіз початкової фази весняної озонової Антарктичної аномалії (ВОАА) та сибірської озонової аномалії 1997 року. Він показує, що явище ВОАА розпочинається на 3-4 тижні раніше, ніж це вважалося досі, внаслідок умов полярної ночі. Ми вважаємо, що це явище з великою ймовірністю обумовлене прямим руйнуванням озону на частинках аерозолю. Результати даного дослідження підтвердили домінуючий внесок природних процесів у формуванні весняної озонової антарктичної аномалії.

Основні результати опубліковані в роботах

Фахові видання: 1.Д.А. Андриенко, Л.М. Белокриницкая, В.Н. Ващенко и др. Спутниковый спектрометр БУФС-2 для измерения озона методом обратного рассеяния // Косм. наука и техника.-1992. - Вып. 7. -С.115-120.

2.Andrienko D.A., Belokrinitskaya L.M., Kalsin A.V., et all. Satellite spectrometer BUFS-2 for ozone measurements BY Backscattering. //Adv. Space Res. -1993. -Vol. 13, № 1. - Р. 329-330.

3.Белокриницкая Л.М., Калинина И.М., Крученицкий Г.М. Мониторинг поля общего содержания озона над Украиной средствами наземного и космического базирования //Космічна наука і технологія. -2004.- Т.10, №4. -C. 96-103.

4.Белокриницкая Л.М., Белявский А.В., Крученицкй Г.М. Украинская национальная система мониторинга СПЕО УФ-радиации. // Космічна наука і технологія. -2004.- Т.10, №1. -C. 41-44.

5.Белокриницкая Л.М., Галкина И.М., Крученицкий Г.М. Особенности вертикального распределения озона в канун весенней антарктической аномалии // Космічна наука і технологія.-2004. -Т.10, № 2/3. - С. 45 -50

Результати дисертації додатково висвітлені в працях: 6.Андриенко Д.А., Белокриницкая Л.М., Карпенко А.В. Спектральные характеристики хлор-фтор-метанов, влияющие на состояние озонного слоя. -K., 1999.- 43 c. - Pyc.- Деп. в ГНТБ Украины 10.11.99, № 310 -УК 99.

7.Андриенко Д.А., Белокриницкая Л.М., Карпенко А.В.Исследование земной атмосферы с целью контроля окружающей среды. Ч. ІІ. Изучение малых составляющих земной атмосферы методом лазерного зондирования.-K.,2000.-30 c. - Pyc.- Деп. в ГНТБ Украины 03.07.2000, № 135 -УК 2000.

8.Андриенко Д.А., Белокриницкая Л.М., Карпенко А.В.Исследование земной атмосферы с целью контроля окружающей среды. Ч.ІІІ. Эффекты взаимодействия лазерного излучения с атмосферой. Лидарное зондирование метеорологических объектов. K., 2001.- 16 c. - Pyc.- Деп. в ГНТБ Украины 12.11.01, №175-УК 01.

Матеріали конференцій: 9.Andrienko D.A., Belokrinitskaya L.M., Vachtenko V.N.et all. Satellite spectrometer BUFS-2 for ozone measurements BY Backscattering.Paper to be presented of the XXVIII COSPAR MA 5. The Netherlands, Scientific Commission Meting No. 51.10. June 25 - July 6, 1990.

Тези конференцій: 10.Андриенко Д.А., Белокриницкая Л.М. Белявский и др. Спутниковый спектрометр БУФС-2 для измерения озона методом обратного рассеяния //Тезисы докладов Всесоюзного симпозиума по атмосферному озону, М. : ЦАО Госкомгидромет СССР, г.Суздаль, октябрь 1988г.- С.7.

11.Белокриницкая Л.М., Белявский А.В., Крученицкй Г.М. Украинская национальная система мониторинга СПЕО УФ-радиации. //Тр.Третьей Украинск. конф. по перспект. косм. исслед.- Кацивели, Крым , 2003. С. 216

12.Белокриницкая Л.М., Галкина И.Л.,Крученицкий Г.М. Диагностика ранней фазы ВОАА по данным аппаратуры CRISTA-2. //Тр.Третьей Украинск. конф. по перспект. косм. исслед.- Кацивели, Крым, 2003. -С. 234.

13.Белокриницкая Л.М., Галкина И.Л., Крученицкий Г.М. Диагностика весенней антарктической аномалии по данным спутниковых измерений ИК- радиометром “CRISTA”. //Тр. Другої Української антарктичної конференції. -Київ, Україна 22-24 червня 2004 р. - С.79.

14.G.M. Kruchenitsky, N.E. L.M. Belokrinitskaya, Kadygrov, I.L. Galkina, V.N. Marichev. Diagnostics of formation of spring Antarctic ozone anomaly based on optical measurements data. //XI Joint International Symposium. Atmospheric and ocean Optics.Atmospheric Physics June 23-26, 2004,Tomsk,P-07,p. 40.

15.Краснопольский В.А.УФ спектр отраженного земной атмосферой излучения и его использование для определения общего содержания и вертикального распределения атмосферного озона // Геомагнетизм и аэрономия. - 1966.- T.6,№2. - C. 298 -306.

16.Андриенко Д.А., Барышева В.И., Ващенко В.Н., и др. Бортовой ультрафиолетовый спектрометр БУФС-1 // Исследование Земли из космоса. -1990.- №1. - С. 67-73.

17.Белявский А.В., Грищенко В.Ф., Крученицкий Г.М., и др. Эмпирическая модель для расчета солнечной ультрафиолетовой облученности по данным измерений, выполненных в ходе Второй Украинской Антарктической экспедиции // Науч. тр. УКРНИИГМИ.- 1999 .- Вып. 247.- Киев.- C. 30-35.

18.Звягинцев А.М., Зуев В.В.,. Крученицкий Г. М., и др. О вкладе гетерофазных процессов в формирование весенней озоновой аномалии в Антарктиде.// Известия РАН.- Исследование Земли из космоса. -2002.- №3.- С. 29-34.

19.Борисов Ю.А., Звягинцев А.М., Зуев В.В., Крученицкий Г.М., Перов С.П., Черников А.А. Тенденции изменения озонового слоя по наблюдениям с помощью спутниковой аппаратуры TOMS и наземной озонометрической сети.// Известия РАН.- Исследование Земли из космоса. -2000.- №6.- С. 23-32.