Методические вопросы определения параметров атмосферы по данным самолетных измерений спектральных потоков солнечного излучения

Оглавление.
Введение........................................................1
1. Спектральная аппаратура и методика получения вертикальных профилей потоков солнечного излучения в атмосфере.............11
1.1. Аппаратура для измерения спектральных полусферических потоков солнечного излучения с борта самолета...................11
1.2. Схема измерений вертикальных профилей нисходящих и восходящих потоков с борта самолета (зондировка)...................15
1.3. Алгоритм первого этапа обработки зондировок: устранение ”сбоев" в исходных спектрах...................................21
1.4.Алгоритм второго этана обработки зондировок: приведение потоков к единому зенитному углу Солнца и набору давлений 28
1.5.Результаты измерений......................................38
2.Расчеты вертикальных профилей потоков солнечного излучения в
атмосфере.....................................................57
2.1.Метод Монте-Карло для расчета потоков солнечного излучения
в атмосфере...................................................57
2.2.Эталонный алгоритм расчета потоков........................67
2.3.Оценка точности расчета потоков. Определение степени влияния
на величину потоков различных параметров......................83
2.4.Вычисление производных от потоков но параметрам атмосферы и поверхности 110
3.Априорные модели атмосферы и поверхности. Статистическая аэрозольная модель.............................................123
3.1.Априорные модели атмосферы и поверхности.................123
3.2.Статистические оптические аэрозольные модели для районов Ладожского озера и пустыни Каракум...........................125
4.Восстановление параметров атмосферы и поверхности из измерений вертикальных профилей потоков солнечного излучения 143
4.1.Формальная постановка задачи восстановления параметров атмосферы из оптических измерений и ее решение методом статистической регуляризации.........................................143
4.2.Анализ производных. Выбор вертикальной и спектральной сеток для восстанавливаемых параметров.............................149
4.3.Результаты восстановления и их анализ....................163
Заключение...................................................176
Список литературы
177
в диалогово — графическом режиме) разработано и создано автором данной работы.
1.2. Схема измерений вертикальных профилей нисходящих и восходящих потоков с борта самолета (зондировка).
Случайная погрешность измерений потоков прибором К-3 оценивалась в лабораторных условиях по серии спектров от одинакового источника (лампы СИ - 8) и составила около 5% в УВ и около 1% в ВД и БИК диапазонах. Но реальная случайная погрешность измерений потоков с борта самолета оказывается значительно боль-, шей. Это вызвано воздействием таких факторов полета как тангаж и ''болтанка1', нарушающих горизонтальность приемной поверхности световода. Подробная оценка влияния этих факторов приведена в [11], здесь укажем лишь, что вызванная ими погрешность измерений .может достигать 10%.
Очевидно, что никакое повышение точности собственно спектрометра не приведет к уменьшению погрешности самолетных измерений. Единственный способ получения высокоточных самолетных измерений спектральных потоков — их последующая статистическая обработка. Если под статистической обработкой понимать ее простейший вариант — усреднение данных, то для получения вертикальных профилей нисходящих и восходящих потоков следовало бы измерять по несколько спектров на каждой высоте. Но такая схема измерений невозможна по техническим условиям полетов на ИЛ-14 (перерасход горючего при длительном полете на высотах свыше
15
4000 м), кроме того, при любых продолжительных измерениях солнечной радиации непрерывно меняется зенитный угол Солнца, что требует более сложного анализа полученных данных, чем их простое усреднение.
Поэтому, исходя из поставленной задачи повышения точности измерений путем статистической обработки их результатов и технических возможностей самолета ИЛ-14, Васильевым О. Б. была разработана специальная схема измерений, получившая название ” зондировка” [24,86]. Выполнялись два или три подъема и спуска от 50 м (1000 мбар) до 5600 м (500 мбар) с измерениями через 100 мбар и подробный спуск в районе полдня (при минимальном изменении зенитного угла Солнца) с 5600 м до 50 м с измерениями через 100 м — рис.2. Минимальная высота измерений (50 м) обусловлена нормативными требованиями безопасности полетов, максимальная (5600 м)—техническими возможностями самолета ИЛ-14. При полете на оптимальных режимах удавалось выполнять только два подъема и спуска, однако в большинстве случаев экипажи самолета активно помогали выполнению измерений, соглашаясь летать с предельно допустимыми вертикальными скоростями и выполнять по три подъема и спуска.
Отметим, что при зондировках менялась высота полетов, однако при дальнейшей обработке имеет смысл перейти от шкалы высот к шкале давлений воздуха (рис.2б). Действительно, на высотах более 500 м при измерениях использовалась авиационная абсолютная высота: высота, измеряемая по альтиметру, относительно уровня
16