РОЗДІЛ 2
ПЛАНЕТАРНІ ХВИЛІ У ЗАГАЛЬНОМУ ВМІСТІ ОЗОНУ:
ДАНІ ТА МЕТОДИ АНАЛІЗУ
У розділі 2 охарактеризовано використані для аналізу планетарних хвиль дані, а
також застосовану методику їх опрацювання, спрямовану на визначення параметрів
ПХ у розподілі озону над Антарктикою, їх спектрального складу і тенденцій
багаторічних змін.
2.1. Експериментальні дані про розподіл озону
У цьому підрозділі наведено короткий опис використаних у роботі даних. Головну
увагу приділено результатам спостережень із допомогою супутникового
спектрометра TOMS, які наявні у режимі вільного доступу в мережі Internet.
Переважну частину результатів дисертації отримано на основі опрацювання автором
саме цих даних за 1979 – 2005 рр. Викладено способи їх первинної обробки, яка
проводиться з метою переведення даних у зручний для подальшого аналізу формат.
Також охарактеризовано вимірювання загального вмісту озону з допомогою
спектрофотометра Добсона, оскільки в дисертації використано дані, отримані з
допомогою такого приладу на українській антарктичній станції Академік
Вернадський.
2.1.1. Супутниковий спектрометр TOMS. Систематичні супутникові вимірювання ЗВО
з допомогою спектрометрів TOMS проводяться з кінця 1978 р. Алгоритм
перетворення результатів вимірювань інтенсивності розсіяного ультрафіолетового
випромінювання на значення загального вмісту озону час від часу модифікується.
У даній роботі використовуються дві останні версії даних TOMS – версія 7 та
версія 8, яка була презентована влітку 2004 року
(http://toms.gsfc.nasa.gov/version8.html).
У дисертації використані результати вимірювань, отриманих із допомогою трьох
супутників зі спектрометром TOMS на борту: Nimbus-7 (1978 – 1993), Meteor?3
(1991 – 1994) та Earth Probe (1996 – 2005). На сайті
http://toms.gsfc.nasa.gov/ftpdata.html наведені щоденні дані глобальних
вимірювань спектрометром TOMS із 1.11.1978 до 31.12.2005 включно. З 2006 р.
моніторинг ЗВО виконується з допомогою іншого інструмента, Ozone Monitoring
Instrument (OMI). Слід зауважити, що згідно з наведеною хронологією роботи TOMS
існує пропуск для 1995 р. На час виконання дисертації дані Meteor-3 не були
представлені у 8-ій версії, тому скрізь, де застосована ця версія, пропуск
охоплює 1993 – 1995 рр.
Щоденні дані про розподіл ЗВО над поверхнею Землі за вимірюваннями
супутникового спектрометра TOMS створюються з кроком 1° по широті та 1.25° по
довготі, тобто, вздовж широтного кола існує 288 значень. Центри комірок, для
яких вказується ЗВО, припадають на широти 89.5°S...89.5°N та довготи
179.375°W...179.375°E. У роботі аналізується розподіл озону вздовж широтних
кілець, що є, отже, смугами шириною 1°. Для скорочення вони надалі позначаються
цілим числом (наприклад, запис 50°S відповідає масиву супутникових даних для
кільця шириною 1°, центрованого на 50.5°S). Таке тлумачення 1-градусної
широтної смуги (з поперечними розмірами близько 110 км) цілком виправдане у
випадку хвиль планетарного масштабу із характерними просторовими параметрами
кілька тисяч кілометрів. Воно є звичним у роботах інших авторів (див.,
наприклад, [108, 121]).
Протяжність 1 градуса довготи в кілометрах змінюється з широтою і, наприклад,
на широті станції Академік Вернадський (уздовж паралелі 65.5°S довжиною близько
16 600 км) крок 1.25° відповідає 58 км на поверхні Землі. Внаслідок зближення
меридіанів у напрямі полюса, у розглянутому в дисертації широтному діапазоні 50
– 80°S вказаний крок змінюється від 90 до 24 км, тоді як поле зору апарата в
надирі (визначається висотою орбіти, для EP/TOMS до грудня 1997 р. 26 км x 26
км, згодом – 38 км x 38 км, див. рис. 2.1) зі зміною широти залишається
постійним. Через меншу відстань між центрами сусідніх комірок у високих широтах
значення ЗВО принаймні для двох із них стають однаковими, що зумовлює наявність
для певної паралелі із досліджуваної широтної області не більш як 144 різних
значень.
Результати вимірювань подаються у вигляді щоденних і середньомісячних масивів
даних та карт ЗВО, що відтворюють його розподіл як для всієї Землі, так і
окремо для північної й південної півкуль. Відповідно до цілей цієї роботи, із
глобальних масивів даних ЗВО виокремлювалася інформація для широт 50 – 80°S із
кроком 5°. При малій кутовій висоті Сонця над горизонтом та на нічних ділянках
траєкторії супутника спостереження не проводяться, тому, наприклад, весь
серпень покривається вимірюваннями лише до 65°S, а для вищих широт даних за цей
місяць немає. Супутниковий спектрометр вимірює інтенсивність розсіяного
ультрафіолетового випромінювання на шести довжинах хвиль (308.6, 312.5, 317.5,
322.3, 331.2, 360.4 нм) біля надира [122]. Сканування відбувається
перпендикулярно до орбіти з кроком 3° і охоплює з кожного її боку область у 51°
(рис. 2.1).
Рис. 2.1. Характер сканування поверхні при спостереженнях EP/TOMS до і після
грудня 1997 р. (зверху та знизу, відповідно). Показане покриття на екваторі.
Числа 18...35 відповідають номеру окремого вимірювання в одному скануванні
(половина вимірювань справа від супутника); 1, 2, 3 – частина сканування при
проходженні сусіднього витка орбіти (рис. 2.1 із [122]).
Вимірювання проводяться на освітленій частині сонячно-синхронної полярної
орбіти. Інтенсивність розсіяного випромінювання залежить, зокрема, від рівня
ЗВО, геометрії спостережень, відбивної здатності поверхні, наявності хмарного
покриву, що враховується при розробці алгоритму визначення вмісту озону. Вплив
хмар оцінюється на основі визначення щільності хмарного покриву зі спостережень
на довжині хвилі 360 нм, на якій вплив озону відсутній.
Розробники алгорит
- Київ+380960830922