Инверсия инфракрасных спектров поглощения шар-зондового спектрометра высокого разрешения
Диссертация
Автор: Еременко, Максим Николаевич
Заглавие: Инверсия инфракрасных спектров поглощения шар-зондового спектрометра высокого разрешения
Справка об оригинале: Еременко, Максим Николаевич. Инверсия инфракрасных спектров поглощения шар-зондового спектрометра высокого разрешения : диссертация ... кандидата технических наук : 05.00.00 Париж, 2004 171 c. : 61 05-5/67
Физическое описание: 171 стр.
Выходные данные: Париж, 2004
500 руб. |
|
Введение
Глава L Методология пассивного дистанционного зондирования земной атмосферы
11 Земная атмосфера
111 Общее описание земной атмосферы
1111 Классификация состава атмосферы
1112 Распределение давления
1113 Химический состав
112 Молекулярная спектроскопия атмосферы
12 Методология дистанционного зондирования
121 Процессы
1211 Уравнение переноса излучения
1212 Поглощение
1213 Тепловое излучение
1214 Нарушение ЛТР
1215 Спектроскопические базы данных
122 Поле зрения и пространственное разрешение
123 Методы решения обратной задачи
13 Эксперимент LPMA (Limb Profile Monitor of the Atmosphere)
131 Общее описание прибора
132 Исследуемый спектральный диапазон
133 Запуск шар-зонда и геометрия измерений
134 Анализ спектров
Глава L Методология пассивного дистанционного зондирования земной атмосферы
11 Земная атмосфера
111 Общее описание земной атмосферы
1111 Классификация состава атмосферы
1112 Распределение давления
1113 Химический состав
112 Молекулярная спектроскопия атмосферы
12 Методология дистанционного зондирования
121 Процессы
1211 Уравнение переноса излучения
1212 Поглощение
1213 Тепловое излучение
1214 Нарушение ЛТР
1215 Спектроскопические базы данных
122 Поле зрения и пространственное разрешение
123 Методы решения обратной задачи
13 Эксперимент LPMA (Limb Profile Monitor of the Atmosphere)
131 Общее описание прибора
132 Исследуемый спектральный диапазон
133 Запуск шар-зонда и геометрия измерений
134 Анализ спектров
Введение:
Представленная работа является результатом аспирантуры под совместным руководством между Лабораторией молекулярной физики и приложений (ЬРМА, Университет Пьер и Мари Кюри, Париж) и Томским Университетом Систем Управления и Радиоэлектроники.
Первая глава содержит общее описание методов, изученных и примененных в работе для дистанционного пассивного зондирования химического состава земной атмосферы посредством методов спектроскопии. В ней описаны вертикальная структура и состав земной атмосферы, дано понятие о переносе излучения и молекулярной спектроскопии необходимой для моделирования оптических свойств атмосферных составляющих. Все атмосферные процессы рассмотрены нами в ИК диапазоне спектра, где доминируют процессы эмиссии и поглощения излучения (влиянием диффузии можно пренебречь). Здесь также описаны методы решения обратной задачи, которые позволяют посредством соответствующей обработки атмосферных спектров, восстановить свойства изучаемой среды и в особенности, ее химический состав. В конце главы, мы представляем описание прибора ЬРМА, позволяющего записывать спектры поглощения земной атмосферы при помощи стратосферного шар-зонда, используя солнце в качестве источника.
Вторая глава посвящена детализации проблем, возникающих при решении уравнения переноса излучения в условиях высокого спектрального разрешения с использованием полинейного метода расчета поглощения. Мне пришлось работать с уже существующим алгоритмом обработки спектров, созданным сотрудниками ЬРМА и участвовать в оптимизации этого алгоритма в различных аспектах его работы. Эта глава содержит в частности описание разработанных банков данных сечений поглощения, называемых также Look-up Tables (LUT). Описаны достоинства этой оптимизации, точность и время необходимое для работы метода. Представлены примеры, касающиеся важных для атмосферной физико-химии примесей, таких как HN03, 03, CFC-12 и C10N02.
Третья глава касается многочисленных проблем, возникающих при расчете спектров поглощения при обработке широких спектральных диапазонов. Обычно при использовании узких спектральных интервалов (ширина не более 1 см"1), называемых микро-окнами, таких проблем не возникает. Трудности при решении обратных задач возникают при работе со спектрами с высоким спектральным разрешением в интервалах шире 10 см"'(что необходимо для примесей имеющих широкие полосы поглощения, таких как HN03 или CFC-12).
Помимо увеличения времени работы, компенсируемого использованием LUT, описанным во второй главе, необходимо качественно моделировать следующие феномены:
• Инструментальный фон измерений, проявляющийся из-за присутствия в приборе неоптимизированных оптических элементов.
• Солнечные линии, присутствующие во всем спектре в случае ^ использования солнца в качестве источника излучения.
• Влияние дополнительного поглощения водяным паром в окрестности шарзонда.
• Влияние неточности наведения на центр солнечного диска в процессе измерений на низких касательных высотах.
В данной главе описано решение и учет всех этих проблем, усложняющих анализ широких атмосферных спектров.
Последняя глава посвящена описанию того, как данная работа вписывается в дальнейшую деятельность лаборатории LPMA по обработке измерений спектров шар-зонда. LPMA вовлечена в кампанию так называемых коррелятивных измерений, которые подразумевают независимое определение профилей концентрации атмосферных примесей по спутниковым данным и по совпадающим с ними во времени и в пространстве шар-зондовым измерениям. В этой главе описаны три инструмента наблюдения за атмосферой, установленных на спутнике ENVISAT, и показано каким образом моя работа способствовала улучшению использования данных ILAS (путем моделирования солнечного спектра) и подготовке эксперимента IASI (посредством использования « Look-up Tables »).
В заключение приводятся основные результаты работы, показаны возможные дальнейшие исследования в данном направлении.
Приложение содержит детализированный список параметров солнечных линий (моделирование которых подробно обсуждается в третьей главе).
Первая глава содержит общее описание методов, изученных и примененных в работе для дистанционного пассивного зондирования химического состава земной атмосферы посредством методов спектроскопии. В ней описаны вертикальная структура и состав земной атмосферы, дано понятие о переносе излучения и молекулярной спектроскопии необходимой для моделирования оптических свойств атмосферных составляющих. Все атмосферные процессы рассмотрены нами в ИК диапазоне спектра, где доминируют процессы эмиссии и поглощения излучения (влиянием диффузии можно пренебречь). Здесь также описаны методы решения обратной задачи, которые позволяют посредством соответствующей обработки атмосферных спектров, восстановить свойства изучаемой среды и в особенности, ее химический состав. В конце главы, мы представляем описание прибора ЬРМА, позволяющего записывать спектры поглощения земной атмосферы при помощи стратосферного шар-зонда, используя солнце в качестве источника.
Вторая глава посвящена детализации проблем, возникающих при решении уравнения переноса излучения в условиях высокого спектрального разрешения с использованием полинейного метода расчета поглощения. Мне пришлось работать с уже существующим алгоритмом обработки спектров, созданным сотрудниками ЬРМА и участвовать в оптимизации этого алгоритма в различных аспектах его работы. Эта глава содержит в частности описание разработанных банков данных сечений поглощения, называемых также Look-up Tables (LUT). Описаны достоинства этой оптимизации, точность и время необходимое для работы метода. Представлены примеры, касающиеся важных для атмосферной физико-химии примесей, таких как HN03, 03, CFC-12 и C10N02.
Третья глава касается многочисленных проблем, возникающих при расчете спектров поглощения при обработке широких спектральных диапазонов. Обычно при использовании узких спектральных интервалов (ширина не более 1 см"1), называемых микро-окнами, таких проблем не возникает. Трудности при решении обратных задач возникают при работе со спектрами с высоким спектральным разрешением в интервалах шире 10 см"'(что необходимо для примесей имеющих широкие полосы поглощения, таких как HN03 или CFC-12).
Помимо увеличения времени работы, компенсируемого использованием LUT, описанным во второй главе, необходимо качественно моделировать следующие феномены:
• Инструментальный фон измерений, проявляющийся из-за присутствия в приборе неоптимизированных оптических элементов.
• Солнечные линии, присутствующие во всем спектре в случае ^ использования солнца в качестве источника излучения.
• Влияние дополнительного поглощения водяным паром в окрестности шарзонда.
• Влияние неточности наведения на центр солнечного диска в процессе измерений на низких касательных высотах.
В данной главе описано решение и учет всех этих проблем, усложняющих анализ широких атмосферных спектров.
Последняя глава посвящена описанию того, как данная работа вписывается в дальнейшую деятельность лаборатории LPMA по обработке измерений спектров шар-зонда. LPMA вовлечена в кампанию так называемых коррелятивных измерений, которые подразумевают независимое определение профилей концентрации атмосферных примесей по спутниковым данным и по совпадающим с ними во времени и в пространстве шар-зондовым измерениям. В этой главе описаны три инструмента наблюдения за атмосферой, установленных на спутнике ENVISAT, и показано каким образом моя работа способствовала улучшению использования данных ILAS (путем моделирования солнечного спектра) и подготовке эксперимента IASI (посредством использования « Look-up Tables »).
В заключение приводятся основные результаты работы, показаны возможные дальнейшие исследования в данном направлении.
Приложение содержит детализированный список параметров солнечных линий (моделирование которых подробно обсуждается в третьей главе).
