Использование спутниковых технологий для мониторинга состояния атмосферы на

полученных на основе данных прибора OMPS космического аппарата Suomi NPP
ФГБУ

«НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЦЕНТР КОСМИЧЕСКОЙ ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИИ «ПЛАНЕТА» СИБИРСКИЙ ЦЕНТР

определяются наличием и свойствами ее газовой оболочки — атмосферы.

климатическую систему Земли являются аэрозоли. В атмосфере аэрозольные загрязнения воспринимаются

в виде дыма, тумана, мглы или дымки. Источниками аэрозолей могут быть лесные пожары, пустынные бури, извержения вулканов и пр. В связи с тем, что проводить наземные наблюдения по всему Земному шару затруднительно, а влияние пустынных бурь и лесных пожаров распространяется на большие расстояния, проводить полномасштабный мониторинг этих атмосферных составляющих возможно только путём спутниковых измерений.

Извержение вулкана Гримсвотн

Дымы от лесных пожаров в Якутии

Аэрозоли

как озоновый слой в стратосфере поглощает вредную ультрафиолетовую радиацию и

ограждает от неё Земную поверхность. В тропосфере озон - главным образом результат антропогенного загрязнения, и поэтому более высокие его концентрации характерны для городских областей. Измерение концентрации озона - важная задача для экологов всего мира. Отдельные наблюдения за озоном проводились еще в 1920-х годах, но систематические измерения начались лишь 50 лет назад. Спутниковые наблюдения концентрации озона проводятся уже более 40 лет.

Распределение озона в области Антарктики по данным прибора TOMS (1999)

Озон

озона, полученные прибором OMPS, установленным на космическом аппарате SUOMI NPP.

SUOMI NPP — американский метеорологический спутник, управляемый NOAA, запущенный в 2011 году, на данный момент является одним из самых лучших метеорологических спутников.

Космический аппарат SUOMI NPP

измерений озонового слоя.
Этот инструмент ежедневно измеряет глобальное распределение озона в

атмосфере. Один из приборов осуществляет измерения в надире, в то время как инструмент Limb направлен под углом к ​​поверхности Землиизмеряет вертикальное распределение озона в слое атмосферы примерно от 15 км до 60 км. . Третий аппарат системы управляет работой двух других, осуществляет коррекцию их положения, а затем захватывает и направляет данные с космических аппаратов.

определенном спектре. Область поглощения коротковолнового УФ излучения называется полосами Хиггинса-Хартли.

Для создания карт концентрации озона используются излучение с длинами волн короче 340 нм. Излучение с длиной волн более 340 нм используется для поиска и определения свойств аэрозолей, облаков а так же ряда газов (OClO, BrO, HCHO, NO2).

Кривая интенсивности поглощения озоном УФ излучения

изображена зависимость вклада рассеянного излучения от высоты (давления). Назовём эту

зависимость функцией вклада в излучение.

На изображении видно, что основная часть коротковолнового УФ излучения рассеивается на промежутке шириной в 16 км в районе 40 км от поверхности.
Это излучение используется для анализа распределения концентрации озона по высоте.

Для измерения количества всего озона в атмосферном столбе используется излучение с длиной волны >310 нм.

1967, и в 1971 он уже был реализован на космическом

аппарате Nimbus-4. За прошедшие годы алгоритм был усовершенствован и доработан.

Алгоритм основывается на двух допущениях. Первое допущение заключается в том, что количество рассеянного излучения с длиной волны более 310 нм пропорционально количеству озона во всём атмосферном столбе. Второе допущение связано с тем, что модели взаимодействия излучения с атмосферой, в которой облака, аэрозоли и подстилающая поверхность рассматриваются как Ламбертовы отражатели.

В алгоритме для определения О3 используется излучение двух длин волн: слабо поглощаемое излучение с λ=331.2 нм для оценки эффективной поверхности отражения, и излучение с λ=317.5 нм поглощаемое озоном для оценки общего его количества.

количества озона используются набор профилей концентрации озона, которые соответствуют широте

и месяцу года. Также используется набор данных соответствия озонового и температурного профилей. В итоге, имеем набор профилей, сочетающий в себе температуру, концентрацию озона, широту и время года (всего 1512 профилей).

Профили О3, используемые для генерации таблиц излучения.

Слева показаны 3 профиля экваториальных широт (прерывистые линии) и 8 профилей со средних широт. Справа изображены 10 профилей околополярных и полярных широт.

эффективное отражение сцены  Sb.

где Im это измеренная яркость, а

Ia и Ir - смоделированные яркости над водной или земной поверхностью соответственно.

где Iap - смоделированная интенсивность, а Io - измеренная.

Используя полученное R, необходимо сопоставить измеренную яркость излучения с длиной волны 317.5 нм и смоделированную на основе априорных файлов. Разница между измеренной и смоделированной интенсивностью излучения обычно не более 3%, но при определённых углах солнца эта разница может доходить до 10%. В таком случае проводится коррекция оценки общего атмосферного озона по формуле

результатов работы алгоритма по вычислению общего озона в атмосфере с

данными наземных станций были получены следующие результаты

Максимальная разница между значениями оценки по данным прибора OMPS и результатами измерений наземной станции ‑ 12 DU, что попадает в оценку точности метода-3%.

спектральный контраст в УФ­области спектра, где поглощение озона очень мало.

Аэрозольный индекс - это разность между отношением измеренных интенсивностей отраженного излучения с длинами волн 360 нм и 331 нм и отношением интенсивностей, рассчитанных по теории Рэлеевского рассеяния частицами в атмосфере.

аэрозолей, таких как дым, минеральная пыль или вулканические аэрозоли.
Отрицательные

значения АИ означают присутствие непоглощающих аэрозолей (например, сульфатов и частиц морской соли) из природных и антропогенных источников.
Нулевые значения характерны для облачности.

.
Мониторинг дыма от лесных пожаров
и вулканического пепла от

извержений.

Мониторинг качества воздуха.
Используется в модели переноса излучения.
Используется для расчета энергетического баланса Земли.

Применение аэрозольного индекса:

возможных продуктов, которые можно получать со спутника SUOMI NPP. Представляется

возможным создание карт распределения углекислого газа, дыма, аэрозольной оптической толщины и многих других. Однако основной проблемой можно назвать невостребованность такого рода продуктов, так как потенциальные заказчики о них просто не знают. Хочется надеяться, что данный семинар послужит толчком к распространению информации о нашей продукции.

Заключение