Восстановление оптических и микрофизических характеристик аэрозоля в столбе атмосферы по данным наземных спектральных измерений прямой и рассеянной солнечной радиации

2
Содержание
Введение...................................................................... 5
Список основных аббревиатур...................................................... 15
Список основных обозначений...................................................... 16
Глава 1. Статистическое моделирование распространения солнечной радиации в детерминированной атмосфере и стохастической облачности 17
1.1. Уравнение переноса излучения: основные понятия, определения, обозначения 17
1.1.1. Интенсивность излучения............................................ 17
1.1.2. Уравнение переноса излучения....................................... 18
1.2. Уравнение переноса излучения в плоскопараллельной модели атмосферы Земли............................................................................ 21
1.2.1. Горнзонтально однородная и неоднородная атмосфера.................. 22
1.2.2. Оптические характеристики среды.................................... 25
1.2.3. Модель отражения излучения от подстилающей поверхности............. 26
1.3. Алгоритмы метода Монте-Карло для расчета радиационных характеристик в безоблачной атмосфере............................................................ 26
1.3.1.11лотность потока частиц и плотность столкновений................... 27
1.3.2. Моделирование траекторий фотонов с использованием канонических процедур.................................................................. 28
1.3.3. Метод сопряженных блужданий........................................ 31
1.4. Алгоритмы метода Монте-Карло для расчета радиационных характеристик в облачной атмосфере............................................................... 32
1.4.1. Изолированное облако............................................... 32
1.4.2. Поле однослойной разорванной облачности............................ 34
1.5. Оценка влияния вертикальной неоднородности атмосферы на яркость рассеянной радиации в альмукантарате Солнца...................................... 36
1.6. Некоторые аспекты методов решения обратных задач аэрозольного светорассеяния................................................................... 40
1.6.1. Математический аппарат решения обратных задач...................... 40
1.6.2. О подходе к решению обратной задачи, основанном на логнормальной статистике погрешностей измерений и методе максимального правдоподобия............................................................. 45
1.6.3. Итерационная схема решения образной задачи на основе формулы Шахина.................................................................... 46
Основные результаты г лавы 1 .................................................... 48
Глава 2. Методы восстановлении оптических н микрофизических характеристик аэрозоля в столбе атмосферы по данным наземных спектральных измерений прямой и рассеянной солнечной радиации............... 49
2.1. Восстановление оптических характеристик аэрозоля (мезод 1).................. 50
2.1.1. Метод восстановления индикатрисы и альбедо однократного рассеяния аэрозоля и его модификации А и В.......................................... 50
2.1.2. Исследование чувствительности метода без учета ошибок измерений .. 55
2.1.2.1. Входные параметры и тестовые модели аэрозоля............... 55
2.1.2.2. Вклад однократного рассеяния............................... 57
2.1.2.3. Выбор начального приближения............................... 58
2.1.2.4. Сходимость итерационных схем............................... 59
2.1.2.5. Погрешности восстановления индикатрисы и альбедо однократного рассеяния аэрозоля..................................... 62
2.1.3. Исследование чувствительности метода с учетом ошибок измерений ... 66
2.2. Восстановление микрофизичееких характеристик аэрозоля (метод 2)............. 69
3
2.2.1. Алгоритм решения обратной задачи по данным измерений спектральной прозрачности и яркости рассеянной радиации в альмукантарате Солнца...................................................... 69
2.2.2. Исследование чувствительности алгоритма без учета ошибок измерений........................................................... 71
2.2.2.1. Входные параметры и тестовые модели аэрозоля................ 72
2.2.22. Однокомпонентный аэрозоль.................................... 74
2.2.2.3. Многокомпонентный аэрозоль.................................. 77
2.2.2.4. Влияние величины ЛОГ и углового диапазона КНС на точность решения обратной задачи..................................... 78
2.2.2.5. Внутренняя и внешняя смеси аэрозольных частиц............... 80
2.2.2.6. О чувствительности функционала невязки к комплексному показателю преломления............................................... 81
2.2.3. Исследование чувствительности алгоритма с учетом ошибок измерений........................................................... 82
2.3. Программный комплекс для интерпретации данных измерений солнечных фотометров........................................................................ 90
2.3.1. Описание программного комплекса..................................... 90
2.3.2. Графический интерфейс............................................... 91
Основные результаты главы 2....................................................... 93
Глава 3. Оптическая диагностика оптических и микрофизических характеристик аэрозоля в столбе атмосферы на примере экспериментальных данных Томской станции AERONET............................................. 95
3.1. Характеристика экспериментальных данных и критерии их отбора................. 96
3.1.1. Квазисимметрия углового распределения рассеянной радиации........... 97
3.1.2. Соответствие ‘Sun' и ‘Sky’ канатов солнечного фотометра СЕ 318...... 98
3.2. Оптические и микрофизические характеристики аэрозоля: частные случаи 99
3.2.1. Мсгод 1. Повышенное замутнение атмосферы (лесные пожары) 101
3.2.2. Метод 1. Фоновая атмосфера......................................... 102
3.2.3. Метод 2............................................................ 104
3.3. Средние оптические и микрофизические характеристики аэрозоля................ 107
3.3.1. Метод! ............................................................ 108
3.3.2. Метод 2............................................................ 109
3.4. О некоторых связях микрофизических параметров аэрозоля с
климатолог ическими и метеорологическими факторами............................ 113
Основные результаты главы 3...................................................... 116
Глава 4. Исследование угловой структуры нисходящей рассеянной радиации в условиях облачности............................................................. 118
4.1. Особенности угловой структуры рассеянной радиации при наличии в атмосфере локального облака..................................................... 120
4.1.1. Спектрально-угловые характеристики рассеянной радиации............. 121
4.1.2. Особенности формирования яркости в облаке и околооблачном пространстве....................................................... 123
4.1.3. Зависимость угловых характеристик рассеянной радиации от оптико-геометричсских параметров облака и его положения в пространстве.... 126
4.1.4. Влияние формы облака на угловую структуру нисходящей радиации ... 129
4.1.5. Сравнение результатов численного моделирования полей яркости с данными натурных измерений в облачной атмосфере.................... 132
4.2. Особенности угловой структуры рассеянной радиации в разорванной облачности...................................................................... 134
4
4.3. О возможности восстановления аэрозольных характеристик в условиях
разорванной облачности............................................................ 136
Основные результаты главы 4....................................................... 141
Заключение........................................................................ 142
Литература........................................................................ 143
Приложение А. Результаты тестирования алгоритмов расчета полей нисходящей рассеянной радиации в разорванной облачности...................................... 154
Приложение В. Программное обеспечение «SADPro» (SAtellite Data PROccssing)... 156
Приложение С. Программное обеспечение «PWC» (Properties of Water Clouds) 158
5
Введение
Актуальность темы диссертации
Аэрозольные частицы, рассеивающие и поглощающие солнечное и тепловое излучение в атмосфере, оказывают как прямое, так и косвенное воздействие на формирование радиационного баланса Земли [1-4]. Сильная пространственно-временная изменчивость, множество и разнообразие антропогенных и естественных источников образования, трансформации и стока делают аэрозоль одним из наиболее сложных объектов для исследования. С точки зрения глобального мониторинга атмосферного аэрозоля предпочтительны спутниковые методы, однако, на сегодняшний день они не обладают необходимой точностью, особенно над сушей 15-7]. Более детальную и надежную информацию о содержании и свойствах аэрозоля дают наземные методы активного (лидарный мониторинг) и пассивного (солнечно-небесная фотометрия) зондирования атмосферы.
В настоящее время наиболее обширной системой наземного мониторинга аэрозоля является сеть расположенных по всему миру автоматизированных солнечных фотометров AERONET (AErosol RObotic NETwork) |8]. Для восстановления микрофизических и радиационных параметров аэрозоля (индикатрисы и альбедо однократного рассеяния (АОР), микроструктуры аэрозоля, комплексного показателя преломления (КИП) аэрозольного вещества) по данным измерений спектральной прозрачности атмосферы и яркости дневного неба в сети AERONET используется автоматизированный алгоритм О. Дубовика и М. Кинга [9, 10]. За более чем десятилетний период оперативного использования в обработке объемных массивов данных натурных измерений алгоритм показал свою высокую эффективность, однако в условиях умеренной и высокой прозрачности атмосферы восстановленные значения таких важных характеристик как КПП и АОР могут быть нереалистичны. Поэтому на уровне достоверности Level 2.0 на сайте AERONET (http://acronct.gsfc.nasa.gov) эти величины доступны только для ситуаций, когда аэрозольная оптическая толща (ЛОТ) на длине волны /=440 нм превышает 0.4.
Интеграция эффективных методов численного моделирования потоков солнечного излучения с климатологическими данными, полученными на основе фотометрических наблюдений глобальной аэрозольной сети AERONET, используется, например, для оценки прямого радиационною воздействия горящей биомассы (Южная Америка и Южная Африка), пылевого (Северная Африка и Аравийский полуостров) и индустриального аэрозолей (Северная Америка, Европа и Восточная Азия) [11]. В то же время высокая прозрачность атмосферы, характерная для обширной территории земного
6
шара, является одной из причин недостаточной обеспеченности надежными данными об оптических и микрофизических характеристиках аэрозоля.
В силу некорректности обратной задачи светорассеяния все существующие методы ее решения нуждаются во взаимном сопоставлении. Важным в связи с этим является вопрос валидации и алгоритма [9J, чему посвящены, например, работы [12, 13]. Более того, в фоновых условиях атмосферы, когда величина аэрозольной оптической толщи сопоставима с погрешностью ее измерения и ошибки восстановления в связи с этим наиболее высоки, информация об аэрозольных характеристиках тем надежней, чем больше реализовано независимых и идеологически разных подходов и методов восстановления.
Актуальным остается также вопрос, касающийся развития современных моделей оптических и микрофизических характеристик аэрозоля, которые бы учитывали сезонные особенности того или иного региона. Актуальность этого вопроса обусловлена тем, что в основе более общих моделей, таких как WCP (World Climate Program [14]), ОРАС (Optical Properties of Aerosols and Clouds [15]), оптико-локационная (а также се модификации -фоновая и среднециклическая) [16] и др., лежит информация, обобщающая сведения об аэрозольных характеристиках в большом пространственно-временном масштабе. Отметим, что для обширной, но мало изученной территории Западной Сибири единственной на сегодняшний день является модель вертикальных профилей оптических и микрофизических хараклеристик аэрозоля, разрабатываемая на основе данных самолетного зондирования [ 17].
В настоящее время данные натурных радиационных измерений в солнечном альмукантарате используются для решения обратной задачи аэрозольного светорассеяния только тогда, когда для определенной совокупности направлений визирования выполняется условие квазисимметрии яркости неба относительно плоскости главного солнечного вертикала [18, 19]. Это обстоятельство существенно ограничивает реализацию методов восстановления и требует применения процедур селекции экспериментальных данных - идентификации измерений, полученных в присутствии облаков [20]. К сожалению, используемые процедуры недостаточно эффективны, что, в конечном счете, сказывается на качестве восстанавливаемых характеристик аэрозоля и требует дальнейшего развития методов облачной фильтрации [21-23]. Следует учитывать, однако, что применение все более жестких критериев отбора измерений приведет одновременно к сокращению числа наблюдательных ситуаций, пригодных для восстановления аэрозольных характеристик, особенно в умеренных широтах, где количество безоблачных ситуаций и так невелико. В связи с этим болсс актуальной представляется задача
7
расширения границ применимости существующих методов восстановления путем их распространения на малооблачные ситуации.
Таким образом, основная цель диссертационной работы состоит в развитии и апробации методов восстановления отнесенных ко всему столбу атмосферы оптических и микрофизических характеристик аэрозоля по данным измерений спектральной прозрачности и яркости рассеянной радиации в альмукантарате Солнца и их использовании для получения информации о радиационно-значимых аэрозольных параметрах в условиях Западной Сибири.
Для достижения поставленной цели сформулированы следующие основные задачи:
1. Разработка и адаптация к данным натурного эксперимента метода восстановления оптических характеристик аэрозоля непосредственно из данных радиационных измерений;
2. Реализация и адаптация к данным натурного эксперимента алгоритма решения обратной задачи светорассеяния по данным измерений спектральной прозрачности и яркости рассеянной радиации в солнечном альмукантарате, обеспечивающего восстановление распределения аэрозольных частиц по размерам и комплексного показателя преломления аэрозольного вещества; разработка вычислительной системы с дружественным интерфейсом пользователя, предназначенной для оперативного решения обратной задачи аэрозольного светорассеяния;
3. Исследование чувствительности методов восстановления к входным параметрам и погрешностям измерений, определение границ применимости методов, их апробация на данных натурных экспериментов;
4. Взаимное сопоставление оптических и микрофизических характеристик аэрозоля, (а) восстановленных на основе предложенных подходов, (б) восстановленных с использованием алгоритма О. Дубовика и М. Кинга, (с) представленных в общепринятых аэрозольных моделях;
5. Построение региональной модели оптических и микрофизических характеристик атмосферного аэрозоля на основе развитых методов и данных фотометрических измерений Томской станции ЛЕ1ЮМЕТ в 2004-2009 гг. в летних фоновых условиях;
6. Разработка алгоритмов статистическою моделирования переноса радиации в облачной атмосфере; исследование особенностей трансформации угловой структуры яркости безоблачного неба при появлении локального облака или поля однослойной разорванной облачности.
8
Научная новизна диссертационной работы заключается в том, что
1. Разработаны две модификации метода восстановления оптических характеристик аэрозоля в столбе атмосферы, основанного на идее выделения из измерений яркости сигнала однократного рассеяния; установлены границы их применимости, получены оценки погрешности восстанавливаемых параметров с учетом и без учета ошибок измерений;
2. На основе алгоритма решения обратной задачи аэрозольного светорассеяния по данным измерений спектральной прозрачности и яркости рассеянной радиации получены оценки погрешности восстановления оптических и микрофизических характеристик аэрозоля с учетом и без учета ошибок измерений, установлены границы примени мости ал г ори гм а;
3. Получена оценочная модель оптических (альбедо однократного рассеяния и фактор асимметрии) и микрофизических (микроструктура, комплексный показатель преломления) характеристик атмосферного аэрозоля для летних фоновых условий Западной Сибири;
4. Разработаны алгоритмы статистического моделирования переноса солнечной радиации в облачной атмосфере (изолированное облако, поле однослойной разорванной облачности); установлено, что влиянием ЗП-эффектов облаков на поле яркости можно пренебречь вне зоны их радиационного воздействия, что открывает возможности решения обратной задачи аэрозольного светорассеяния в малооблачных ситуациях.
Достоверность полученных результатов обеспечивается использованием сертифицированных приборов (фотометр СЕ 318), проходящих ежегодную калибровку в ОЯРС ЫЛБА (США). Радиационные расчеты выполнены на базе решения фундаментального уравнения переноса излучения в атмосфере Земли. Их надежность обеспечивается взаимным соответствием результатов вычислений, выполненных по различным алгоритмам метода Монте-Карло в пространственно однородной и неоднородной моделях атмосферы, а также результатами сравнения с эталонным расчетами и экспериментальными данными. Разработанные методы восстановления оптических и микрофизических характеристик аэрозоля протестированы с использованием разнообразных аэрозольных моделей в рамках замкнутых численных экспериментов. Достоверность результатов восстановления подтверждается их соответствием результатам других авторов.
9
Научная и практическая значимость полученных результатов
1. Ввиду отсутствия строгой привязки к конкретному типу фотометра предложенные методы могут быть использованы для восстановления осредненных по столбу атмосферы оптических и микрофизических характеристик аэрозоля в разных географических регионах земного шара. Полученные данные будут полезны при выявлении пространственных и временных особенностей свойств аэрозоля, определении его ключевых типов, связей с климатологическими и метеорологическими факторами;
2. Полученная оценочная модель радиационно-значимых харакгсристик атмосферною аэрозоля дополняет знания о его свойствах и может быть использована в различных радиационных расчетах, учитывающих климатологическую специфику Западно-Сибирскою региона в летних фоновых условиях атмосферы. Учитывая высокую чувствительность радиационных характеристик к величине альбедо однократного рассеяния аэрозоля, возможность восстановления этого параметра в периоды проведения экспериментов способствует более точной интерпретации экспериментальных данных;
3. Разработанные алгоритмы статистического моделирования переноса солнечной радиации в разорванной облачности позволяю! оценить радиационное воздействие облаков на формирование углового распределения нисходящей радиации и упростить интерпретацию реальных наблюдений с поверхности Земли в условиях облачности;
4. Вычислительная система «SSM.ART» (Sun-Sky Measurement for Aerosol ReTrieval), разработанная для восстановления оптических характеристик, микроструктуры аэрозоля и комплексного показателя преломления вещества аэрозоля, применяется при интерпретации данных регулярных фотометрических измерений сети AER.ONET; созданные специализированные приложения «SADPro» (SAtellite Data PROcessing) (статистическая обработка тематических продуктов MODIS с возможностью работы с локальными фрагментами территории) и «PWC» (Properties of Water Clouds) (расчет оптических свойств жидкокапельных облаков в широком спектральном диапазоне 0.2 - 1000.0 мкм на основе гамма-распрсделения частиц по размерам) используются в решении научных задач;
Результаты работы использованы при выполнении грантов Российского Фонда Фундаментальных Исследований № 09-05-00961 и 09-05-00963, государственных контрактов 02.740.11.0674 и 14.740.11.0204. программ ОНЗ РАН.
10
На защиту вынося геи следующие положения:
1. Разработанный метод восстановления индикатрисы и альбедо однократного рассеяния аэрозоля в столбе атмосферы посредством выделения сигнала однократного рассеяния из измерений яркости рассеянной радиации в альмукантарате Солнца позволяет определить эти характеристики в видимой области спектра и фоновых условиях атмосферы (АОТ(440 нм)=0.15) с погрешностью 15 и 10% соответственно, уменьшающейся с возрастанием аэрозольной оптической толщи.
2. Алгоритм решения обратной задачи по данным измерений спектральной прозрачности и яркости рассеянной радиации в солнечном альмукантарате обеспечиваег восстановление оптических и микрофизических параметров аэрозоля в столбе атмосферы в видимом и ближнем ИК-диапазонах спектра с погрешностями, не превышающими в фоновых условиях 0.05 в оценке действительной части комплексного показателя преломления, 20% - микроструктуры в диапазоне радиусов частиц 0.1-7 мкм, 8 и 4% - апьбедо однократного рассеяния и фактора асимметрии соответственно.
3. Предложена оценочная модель оптических и микрофизических характеристик аэрозоля для летних фоновых условий Западной Сибири, развитая на основе данных измерений спектральной прозрачности и яркости рассеянной радиации и результатов решения обратной задачи аэрозольного светорассеяния.
4. Присутствие облачности в солнечном альмукантарате вызывает изменение угловой структуры нисходящей рассеянной радиации, достигающее десятков процентов в околооблачной зоне, но не превышающее 1-2% вне зоны влияния 31)-эффектов облаков, что расширяет возможности применения методов решения обратной задачи аэрозольного светорассеяния в малооблачных ситуациях.
Апробация работы. Результаты, изложенные в диссертации, докладывались на 6-ом Международном симпозиуме «Контроль и реабилитация окружающей среды» (2008; г. Томск); VII Всероссийской научно-практической конференции «Молодежь и современные информационные технологии» (2009 г.; г. Томск); Международной школе «Winter College on Optics in Environmental Science» (2009; г. Триест, Италия); Международном симпозиуме стран СНГ «Атмосферная радиация» (2009 г.; г. Санкт-Петербург); Четвертой Всероссийской конференции молодых ученых «Материаловедение, технологии и экология в 3-м тысячелетии» (2009 г.; г. Томск); XVII Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «ЛОМОНОСОВ» (2010 г.; г. Москва); VII Международной конференции студентов и молодых ученых «Перспективы развития
11
фундаментальных наук» (2010 г.; г. Томск); NATO Advanced Study Institute «Special Detection Technique (Polarimetry) and Remote Sensing» (2010 г.; г. Киев. Украина); Международном симпозиуме «Атмосферная Радиация и Динамика» (2011 г.; г. Санкт-Петербург); XVII Международном симпозиуме «Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы» (2011 г.; г. Томск); Workshop on «Aerosol Impact in the Environment: From Air Pollution to Climate Change» (2011 r.; r. Триест, Италия); XV-XVIII Совещаниях рабочей группы «Аэрозоли Сибири» (2008-2011 гт.; г. Томск).
По результатам исследований опубликовано 6 статей в рецензируемых отечественных журналах, рекомендованных ВАК, 9 работ в сборниках трудов и тезисов всероссийских и международных симпозиумов и конференций. Результаты диссертационной работы в полном объеме докладывались на семинарах ИОА СО РАН (г. Томск) и ИФА РАН (г. Москва).
Личный вклад автора. Основные научные результаты получены либо совместно с научным руководителем Т.Б. Журавлевой, либо самостоятельно. Модификации метода восстановления оптических характеристик по данным радиационных измерений предложены автором самостоятельно. Алгоритм решения обратной задачи аэрозольного светорассеяния разработан в ИФА им. А.М. Обухова РАН (М.А. Свириденков). Программная реализация, исследование чувствительности, тестирование и апробация методов восстановления выполнены автором самостоятельно. Анализ полученных результатов выполнен совместно с Т.Б. Журавлевой и М.А. Свириденковым. Автором самостоятельно реализованы и протестированы алгоритмы статистическою моделирования переноса солнечной радиации в атмосфере с локальным облаком на основе аналогового способа моделирования траекторий фотонов; модификация алгоритма .для расчета радиационных нолей в разорванной облачности выполнена совместно с Т.Б. Журавлевой. Разработка вычислительного комплекса «SSMART», приложений «SADPro» и «PWC» выполнена непосредственно автором. В работе использованы данные Томской станции AERONET (М.В. Панченко, С.М. Саксрин).
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, списка литературы, 3 приложений, списка основных аббревиатур и обозначений. Общий объем работы составляет 153 страницы текста (без приложений), включая 43 рисунка, 16 таблиц, 128 ссылок на литературные источники.
12
Аннотации диссертационной работы по главам
Вводная часть первой главы носит обзорный характер и посвящена теоретическим вопросам переноса солнечного излучения через детерминированную среду. Вводятся определения основных характеристик поля излучения атмосферы. Рассматриваются фундаментальное уравнение переноса излучения для плоскопараллельной модели атмосферы и алгоритмы его решения методом Монте-Карло. В основной части описывается разработанный алгоритм статистического моделирования переноса солнечног о излучения при наличии в атмосфере локального объекта. Рассматриваются две модификации алгоритма, моделирование траекторий фотонов в одном из которых осуществляется методом максимального сечения, а в другом - с использованием канонических процедур. Обсуждаются алгоритмы метода Монте-Карло для расчета радиационных характеристик в разорванной облачности. Описывается используемая в алгоритме математическая модель облачного ноля. Заключительная часть главы посвящена математической постановке и краткому обзору методов решения обратной задачи аэрозольною светорассеяния. Более подробно освещены идеология метода О. Дубовика и М. Кинга и итерационная схема восстановления микроструктуры аэрозоля, используемая в рамках алгоритма, разработанного в ИФЛ РАН.
Вторая глава посвящена методам восстановления оптических и микрофизических характеристик аэрозоля в столбе атмосферы по данным измерений спектральной прозрачности и яркости рассеянной радиации в солнечном альмукантарате. В первом разделе главы описываются две предложенные модификации итерационного метода восстановления оптических характеристик аэрозоля (индикатрисы и альбедо однократною рассеяния), основанного на идее выделения из измерений яркости сигнала однократного рассеяния; приводятся результаты исследования сходимости итерационных процессов, исследования чувствительности модификаций к входным параметрам и погрешностям измерений. Во втором разделе излагается развитый в ИФЛ РАН алгоритм решения обратной задачи светорассеяния, обеспечивающий восстановление одновременно распределения аэрозольных частиц но размерам и комплексного показателя преломления аэрозольного вещества. Представлены результаты (/) тестирования алгоритма с использованием различных оптико-мнкрофизических моделей однокомпонентного и многокомпонентного аэрозоля, (//') исследования чувствительности алгоритма к входным параметрам и погрешностям измерений. В заключительной части главы кратко описывается вычислительный комплекс «SSMART» (Sun-Sky Measurements for Aerosol ReTrieval), разработанный для оперативного решения обратной задачи аэрозольного светорассеяния по алгоритму ИФА РАН.
13
В третьей главе рассматриваются результаты (/') апробации предложенных методов восстановления и последующей (//) оптической диагностики свойств атмосферного аэрозоля на примере экспериментальных данных Томской станции AERONET. Приводятся результаты анализа измерений, полученных с использованием фотометра Cimel Electronique 318, в виде совокупности критериев, выполнение которых необходимо для отбора наиболее качественных реализаций. Рассматриваются частные случаи восстановления оптических и микрофизических характеристик аэрозоля в ситуациях как повышенною (лесные пожары), так и умеренною аэрозольного замутнения атмосферы, а также оценки средних значений аэрозольных характеристик, полученные по результатам обработки массива фотометрических измерений в 2004-2009 гг. в летних фоновых условиях атмосферы. Представлены результаты сопоставления восстановленных характеристик с литературными данными, данными самолетного зондирования, а также данными, полученными по алгоритму О. Дубовика и М. Кинга и представленными на сайте сети AERONET. Кратко излагается материал, иллюстрирующий некоторые связи восстановленных микрофизических параметров аэрозоля с климатологическими и метеорологическими факторами.
Четвертая глава посвящена исследованию особенностей трансформации яркости неба в альмукантарате Солнца при появлении облачных образований в рамках задачи по оценке возможности восстановления аэрозольных характеристик в условиях облачности. В первой части главы анализируются особенности яркости неба при наличии в атмосфере изолированного облака. Рассматриваются различные факторы, отвечающие за формирование яркости в облаке и околооблачном пространстве, эффекты формы, оптико-геометрических параметров облака и его положения в пространстве относительно солнечного альмукантарата. Приводятся результаты сравнения спектрально-угловых распределений нисходящей радиации, полученных с использованием численного моделирования и с помощью натурных измерений солнечным фотометром SP-6 при наличии на небосводе локального облака. Вторая часть главы посвящена анализу особенностей формирования угловой структуры солнечной радиации в разорванной облачности. В заключительной части главы обсуждается вопрос о возможности использования данных фотометрических измерений в присутствии облаков для решения обратной задачи аэрозольного светорассеяния.
В заключении отражены основные результаты диссертационной работы.