Аппаратура, методы и результаты радиофизических исследований атмосферного озона тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.01 ВАК РФ

Учреждение Российской академии наук ФИЗИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ им. П.НЛЕБЕДЕВА РАН

003465170

На правах рукописи

Соломонов Сергей Вячеславович

АППАРАТУРА, МЕТОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАДИОФИЗИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ АТМОСФЕРНОГО ОЗОНА

01.04.01 - Приборы и методы экспериментальной физики

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

г з мдр 2с:з

Москва 2009 г.

003465170

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Физическом институте им. П.Н.Лебедева РАН

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук

Дагкесаманскин Р.Д.

доктор физико-математических наук, профессор Кутуза Б.Г.

доктор физико-математических наук, профессор Ларин И.К.

Ведущая организация: Учреждение Российской академии наук

Институт физики атмосферы им. А.М.Обухова РАН

Защита состоится 27 апреля 2009 г. в 12 часов

на заседании диссертационного совета Д 002.023.02 ФИАН по адресу:

119991, г. Москва, Ленинский проспект, д.53, ФИАН

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФИАН

Автореферат разослан_ /б MaptC,_2009 г.

Учёный секретарь

диссертационного совета

профессор, доктор физ.-мат. наук / j

А /Я.Н.Истомин /

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

В работе представлены результаты создания спектральной аппаратуры и методов дистанционного зондирования озоносферы на миллиметровых (ММ) волнах, а также представлены результаты мониторинга вертикального распределения озона в стратосфере и мезосфере этими методами, показывающие эффективность дистанционного зондирования озоносферы на ММ-волнах с поверхности Земли.

Актуальность работы обусловлена важностью проблемы происходящих в атмосфере глобальных изменений ключевых малых газовых составляющих, наметившимся уменьшением озона, возникновением таких аномалий, как озонные «дыры». Озабоченность по поводу надежности атмосферной системы как основы биосферы неоднократно высказывалась на представительных научных форумах. При этом отмечался значительный уровень неопределенности в решении проблемы глобальных изменений в атмосфере, в ее защитном озонном слое из-за неполноты информации об эволюции окружающей среды под влиянием естественных причин и антропогенных факторов.

Как показывает опыт проводимых исследований, в решении этой проблемы важную роль играет дистанционное зондирование атмосферы Земли, использующее бортовые и наземные методы наблюдения в различных участках спектра электромагнитных волн. Одним из наиболее эффективных способов получения ценной информации об атмосферных параметрах и происходящих в атмосфере изменениях является дистанционное зондирование атмосферы радиофизическими методами в свервысокочастотной области спектра, на миллиметровых волнах. Дистанционное зондирование в этой области спектра имеет ряд достоинств. В диапазоне ММ-волн сосредоточены многочисленные спектральные линии озона, водяного пара, окиси хлора и ряда других газов, играющих ключевую роль в атмосферных процессах. Радиофизические методы позволяют проводить круглосуточные наблюдения атмосферы по ее собственному тепловому радиоизлучению при различных погодных условиях, поскольку ослабление излучения в облаках и слоях аэрозоля в радиодиапазоне существенно меньше, чем в оптической области спектра.

В работе отмечен вклад ведущих отечественных и зарубежных организаций в развитие этих методов, а также сформулированы актуальные задачи ра-

диофизических исследований, поставленные перед данной работой и решённые в ходе её выполнения.

Эффективность радиофизических методов исследования состава атмосферы на миллиметровых волнах с поверхности Земли проиллюстрирована результатами дистанционного зондирования атмосферного озона в стратосфере и ме-зосфере, где молекулы озона играют ключевую роль в атмосферных процессах.

Объектом исследований в данной работе является наблюдаемая по собственному тепловому радиоизлучению земная атмосфера, предметом изучения -радиофизические методы и исследуемые этими методами изменения вертикального распределения атмосферного озона.

Цели и задачи работы. Целью данной работы является развитие радиофизических методов исследования озоносферы по ее тепловому излучению на ММ-волнах, создание чувствительной спектральной аппаратуры, мониторинг вертикального распределения озона, изучение методами радиофизики физических явлений в земной атмосфере, в ее озонном слое.

Цель первого этапа работы - теоретическое исследование спектров теплового радиоизлучения атмосферы. Сформулированы задачи наблюдений атмосферы и ее озонного слоя радиофизическими методами, на основе численных экспериментов сформулированы требования к спектральной аппаратуре. Цель следующих этапов - создание отвечающих этим требованиям спекгрорадиомет-ров, проведение мониторинга вертикального распределения озона и анализ полученных результатов. Задачи наблюдений: изучение происходящих в озоно-сфере изменений в широком диапазоне высот, от нижней стратосферы и до области мезопаузы, включая высоты, наиболее чувствительные к техногенным загрязнениям, и в широком диапазоне характерных времен: короткопериодных, сезонных и межгодовых изменений. Среди решённых в данной работе задач было участие в комплексных исследованиях атмосферы по международным программам, подспутниковые наблюдения вертикального распределения озона, практические рекомендации по внедрению результатов работы.

Достоверность полученных результатов обусловлена применением чувствительной аппаратуры, высокой точностью спектральных измерений, применением эффективных методов наблюдений и современных математических методов обработки результатов эксперимента, адекватных требованиям поставлен-

ных задач. Достоверность результатов подтверждена их хорошим соответствием данным независимых измерений.

Научная новизна. К новым результатам относятся следующие положения: 1. Созданы чувствительные супергетеродинные спектрорадиометры 2-х миллиметрового диапазона волн, характеризуемые оригинальной конструкцией и оптимизированными спектральными характеристиками.

2. Разработаны и применены оригинальные методы дистанционного зондирования, включающие эффективную методику решения обратной задачи -восстановления вертикального распределения озона в стратосфере и мезосфере из измеренных спектров методом регуляризации Тихонова.

3. Впервые выполнены многолетние (с 1987 г. по настоящее время) регулярные наблюдения атмосферного озона над Московским регионом на ММ-волнах. Построено высотно-временное распределение содержания озона. Получены новые данные об особенностях этого распределения.

5. Впервые осуществлены (совместно с ИФА РАН) исследования содержания озона и других газовых составляющих в верхней атмосфере методом одновременных наблюдений спектров её излучения на ММ-волнах и в ближнем ИК-диапазоне

6. Впервые проведены на ММ-волнах одновременные наблюдения вертикального распределения озона из удаленных друг от друга наземных пунктов: Москва, обсерватории Франции и Швеции (в период 1988-1990 гг.). Впервые выполнены исследования озоносферы (совместно с ИПФ РАН) по результатам одновременных наблюдений на миллиметровых волнах над Москвой (ФИАН), над Апатитами (наблюдения выполнялись ИПФ РАН) и над Шпицбергеном (наблюдения университета Берна). Получены новые данные об особенностях пространственного распределения озона.

7. Показана высокая эффективность мониторинга озоносферы радиофизическими методами в умеренных и высоких широтах.

Научное и практическое значение работы определяется её актуальностью. В результате проведённых наблюдений зарегистрированы и исследованы короткопериодные, сезонные и межгодовые изменения содержания озона. Обнаружены и исследованы явления, характеризуемые значительной деформацией профилей вертикального распределения озона. Установлена связь этих явлений с крупномасштабными атмосферными процессами, с влиянием процессов в

стратосферном полярном вихре. Обнаружены пониженные среднемесячные значения содержания озона в наиболее чувствительных к загрязнениям верхних слоях стратосферы.

Характеризуя значение работы, необходимо подчеркнуть следующее:

1. Созданная математическая модель радиоизлучения атмосферы необходима для формулировки требований к создаваемой аппаратуре и для прогнозирования результатов планируемых экспериментов по дистанционному зондированию озона и других малых газовых составляющих атмосферы.

2. Разработанная спектральная аппаратура и методы, включающие эффективную методику решения обратной задачи, необходимы для продолжения проводимого в ФИАН многолетнего мониторинга озоносферы. Дистанционное зондирование вертикального распределения озона с поверхности Земли осуществляется более простыми средствами, чем в случае экспериментов с дорогостоящим спутниковым оборудованием.

3. Показана эффективность созданных методов для решения задач комплексных исследований озоносферы по международным программ, для валида-ции спутниковых измерений.

4. Сформулированы практические рекомендации:

— Необходимо создание наземной сети мониторинга озона и других атмосферных газов на ММ-волнах на территории нашей страны и ближнего зарубежья с последующей ее интеграцией в международную глобальную сеть (с использованием опыта данной работы). Важны комплексные наблюдения на ММ-волнах озона, окиси хлора, азотных окислов и других газовых составляющих.

— Для изучения мезосферных процессов перспективным являются одновременные наблюдения озона на ММ-волнах и гидроксила в ИК-области спектра из одной и той же области мезосферы по методикам ФИАН и ИФА РАН.

— Применение созданных методов необходимо для решения актуальных фундаментальных и прикладных задач, включающих изучение изменений в атмосфере под влиянием естественных и техногенных факторов, а также в целях подспутникового мониторинга атмосферы.

— Результаты выполненных исследований показывают важность внедрения развитых в данной работе методов в народное хозяйство, в службы экологического мониторинга для оперативного обнаружения аномальных явлений на ранних стадиях их развития и наблюдения за их эволюцией. Результаты мониторинга крайне важны для рационального природопользования, для принятия ре-

шений по защите биосферы в интересах экологической безопасности страны и её устойчивого развития.

5. Внедрение созданных автором методов и полученных результатов исследований выполнялось по следующим направлениям:

— Проведение многолетнего мониторинга вертикального распределения озона в стратосфере и мезосфере над Московским регионом с помощью созданной аппаратуры и методов.

— Проведение одновременных наблюдений озоносферы на ММ-волнах в ФИАН и в зарубежных обсерваториях, создание единой методики обработки и анализа полученных данных.

— Проведение в ФИАН в содружестве с ИПФ РАН исследования пространственного распределения озона на ММ-волнах методом одновременных наблюдений озоносферы из двух пунктов нашей страны (Москва, Апатиты). При этом была применена разработанная в ФИАН единая методика обработки (восстановления вертикального распределения озона) и анализа результатов наблюдений в этих наземных пунктах.

— Изучение верхней атмосферы путем синхронных наблюдений на ММ-волнах (ФИАН) и в ИК-диапазоне (ИФА РАН).

— Участие в комплексных исследованиях атмосферы в составе глобальной озонометрической сети по международным программам DYANA, CRISTA/MAHRSI, SOLVE 2000. Полученные новые данные о вертикальном распределении озона над Московским регионом были вкладом ФИАН в решение задач указанных международных программ.

— Проведение подспутникового мониторинга вертикального распределения озона.

Личный вклад автора в проведённые исследования.

Вклад автора заключался в постановке задач исследований, в формулировке требований к аппаратуре, в её создании, в разработке методов наблюдения и обработки информации, в проведении мониторинга озоносферы, включая наблюдения по международным программам, анализе полученных результатов и рекомендации по их внедрению. Эта работа выполнялась автором в руководимой им группе спектроскопии миллиметровых волн в отделе спектроскопии Отделения оптики ФИАН (к.ф.-м.н. С.Б.Розанов, к.ф.-м.н. Е.П.Кропоткииа, А.Н.Лукин, к.ф.-м.н. А.Н.Игнатьев). При обработке результатов спектральных наблюдений применён предложенный К.П.Гайковичем итерационный алгоритм

на основе метода регуляризации Тихонова. Автором проведены исследован! этого метода, выполнен анализ точности решения обратной задачи с его пом( щью. Входящие в состав аппаратуры анализаторы спектра разработаны в ИП' РАН с участием ФИАН.

Автор являлся инициатором первых одновременных наблюдений озон< сферы из удаленных друг от друга обсерваторий (в ФИАН на 142,175 ГГЦ, в о( серваториях Франции и Швеции на 110,8 ГГц), выполненных с целью изучен) влияния крупномасштабных атмосферных процессов на пространствен» временное распределение озона. Успешно выполнена программа подспутшт вых наблюдений вертикального распределения озона над Москвой на Mtv волнах, а также проведены исследования (в части ФИАН) по международны программам DYANA, CRISTA/MAHRSI, SOLVE 2000.

Результаты теоретических и экспериментальных исследований автора сс ставили основу проектов, выполненных в ФИАН в рамках отечественных и м< ждународных научных программ исследований атмосферного озона. К ним от носятся выполнявшиеся под руководством автора (в части ФИАН) научные прс екгы по программам: «Интеграция» (проект ИО 679/908), Федеральная целева научно-техническая программа (госконтракт № 43.044.11.2642 от 31.01.2002 г. Программа фундаментальных исследований ОФН РАН «Проблемы радиофиз» ки», поддержанные РФФИ и выполненные под руководством автора проекл №№ 96-02-19093, 99-02-18132, 03-02-17436, поддержанные ISF проект >. NA1000, поддержанный ISF и Правительством РФ проект № NA1300, а также исследования по программам международного сотрудничества с обсерваториями Франции, Швеции, Германии и Южной Кореи.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Разработанные радиофизические методы и аппаратура для мониторинга озоносферы обеспечивают надежную регистрацию с поверхности Земли вертикального распределения озона в стратосфере и мезосфере. С помощью этих методов и аппаратуры выполнен многолетний мониторинг атмосферного озона, включая наблюдения озоносферы в составе глобальной озонометрической сети по международным программам и подспутниковые наблюдения.

2. Созданная спектральная аппаратура для мониторинга вертикального распределения озона на миллиметровых волнах удовлетворяет требованиям, сформулированным на основании численных экспериментов, и характеризуется следующими параметрами:

— Центральная рабочая частота- 142,175 ГТц

— Ширина диаграммы направленности антенной системы - 1,5°

— Ширина полосы анализируемых частот составляет 475 МГц

— Количество спектральных каналов - 96

3. Частоты и полосы пропускания спектральных каналов оптимизированы для надежной регистрации спектров озона, частотное разрешение спектрора-диометра меняется от ОД МГц в центре полосы анализа (в центре линии) до 20 МГц на её краях

4. Полученное в результате мониторинга высотное распределение озона в стратосфере и мезосфере над Москвой характеризуется изменениями различного масштаба времени, которые отражают особенности эволюции озоносферы:

— зарегистрированы межгодовые, сезонные и более короткопериодные изменения вертикального распределения стратосферного озона, обнаружены значительные изменения формы профилей озона в отдельные периоды холодного полугодия

— установлена связь вариаций содержания озона с крупномасштабными атмосферными процессами, с влиянием процессов в полярном стратосферном вихре на озоносферу умеренных широт

— обнаружены межсуточные и более короткопериодные вариации излучения мезосферного озона

— зарегистрировано пониженное содержание озона в наиболее чувствительных к техногенным воздействиям слоях верхней стратосферы.

Апробация результатов работы. Результаты работы опубликованы в рецензируемых журналах, были представлены на отечественных и международных конференциях: 2-й, 3-й, 4-й Всес. школах-симп. по распространению ММ- и субМ-волн в атмосфере (Фрунзе, 1986, Харьков, 1989 г., Н.Новгород, 1991 г.), 2-м и 4-м Всес. симп. по ММ- и субММ-волнам (Харьков, 1984, 1987, гг.), XX, XXI, XXIII съездах по спектроскопии (Киев, 1988 г., Звенигород, 1995 г., Звенигород, 2005 г.), 14-й, 16-й Всес. конф. по распространению радиоволн (Ленинград, 1984 г., Харьков, 1990 г.), 17-й, 18-й, 19-й, 20-й, 21-й, 22-й Всеросс. научн. конф. по распространению радиоволн (Ульяновск, 1993 г., С.Петербург, 1996 г., Казань, 1999 г., Н.Новгород, 2002 г., Йошкар-Ола, 2005 г., п.Лоо, 2008 г.), Всес. конф. по атмосферному озону (Суздаль, 1988 г.), 21 Всес. конф. Радиоастрономическая аппаратура (Ереван, 1989 г.), Всес.симпозиуме «Геофизические аспекты переноса примесей в верхней атмосфере» (Обнинск, 1990 г.), XVI General As-

sembly of the European Geophysical Society (Wiesbaden 1991), Научн. конф. «Применение дистанционных радиофизических методов в исследовании природной среды» (Муром, 1992 г.), XVII General Assembly of the European Geophysical Society (Edinburg, 1992), International Workshop on Electrodynemics and composition of mesosphere (N. Novgorod, 1992), 2-th, 3-rd, 4-th Int. Symp. Phys. and Eng. of MM and submillimeter waves (Kharkov, 1994,1998,2001), 1-й, 2-й, 3-й, 4-й Всеросс. научной конф. «Физические проблемы экологии» (Москва, 1997г., 1999 г., 2001г., 2004г.), Всеросс. научн. конф. «Применение дистанционных радиофизических методов» (Муром, 1999 г.), Int. Radiat. Symp. "Current Problems in atmospheric Radiation" (St.-Petersburg, 2000), Юбилейной Всеросс. научной конф. «Фундаментальные исследования взаимодействия суши океана и атмосферы» (Москва 2002 г.), Международной конф. «Ломоносов 2004» (Москва, 2004 г.), Международных симпозиумах стран СНГ «Атмосферная радиация» МСАР-99, МСАР-2002, МСАР-2006 (С.-Петербург, 1999, 2002, 2006гг.), 9-й Всеросс. школе-семинаре «Волны 2004» (Звенигород, 2004г), SPIE's Remote Sensing of Clouds and the Atmosphere XI Conference (Stockholm, Sweden, 2006), 1-й, 2-й, 3-й, 4-й Всеросс. научных конф. «Необратимые процессы в природе и технике» (Москва, 2001 г., 2003 г., 2005 г., 2007 г.), Всеросс. семинарах по радиофизике ММ-и субММ-диапазонов (Н.Новгород, 2005 г., 2007 г.).

Общая структура работы. Работа состоит из введения, 6 глав, заключения, содержит 2é9 страниц ;- текста и 100 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В введении рассмотрены объект и предмет исследований, актуальность темы, цель и содержание работы, научная новизна работы, её научное и практическое значение. Отмечена важность развития перспективного направления — создания аппаратурно-методической основы наземной системы мониторинга газового состава атмосферы радиофизическими методами, необходимость разработки отвечающих современным требованиям чувствительной спектральной аппаратуры и эффективных методов дистанционного зондирования озоносферы на MM-волнах, актуальность проведения мониторинга вертикального распределения озона в стратосфере и мезосфере этими методами.

Перечислены особенности радиофизических методов исследования атмосферы, ее защитного озонного слоя, отмечен вклад ведущих отечественных и зарубежных организаций в развитие этих методов.

Вместе с тем, к началу выполнения данной работы (1980-е годы) существовал заметный пробел в знаниях о высотно-временном распределении озона в стратосфере и мезосфере и его особенностях, не проводился микроволновый мониторинг вертикального распределения озона в стратосфере и мезосфере над такой густонаселенной областью, как Московский регион. Отсутствие необходимой промышленной аппаратуры и адекватных методов обработки экспериментальных данных усложняли решение задач мониторинга озоносферы на ММ-волнах.

Радиофизические исследования в данной работе как раз и были направлены на то, чтобы внести вклад в развитие указанного научного направления. Перечислены результаты, полученные автором, отмечена их значимость и отличие от предыдущих работ. Указан личный вклад автора в проведённые исследования. Сформулированы положения, выносимые на защиту.

В главе 1 (разделы 1.1-1.7) сформулированы задачи радиофизических исследований озоносферы. К ним относятся:

Теоретические и экспериментальные исследования спектров теплового радиоизлучения атмосферы. Разработка методов и аппаратуры для регистрации спектров озона и их интерпретации. Мониторинг вертикального распределения озона в стратосфере и мезосфере с целью изучения «откликов» озоносферы на возмущения естественного происхождения, исследования изменений содержания озона в наиболее чувствительных к техногенным загрязнениям слоях верхней стратосферы, обнаружения и изучения аномальных изменений в озоносфере. Исследование изменений пространственного распределения озона в составе сети обсерваторий по отечественным и международным программам. Регистрация профилей озона с поверхности Земли для валидации спутниковых измерений.

Отмечена важная роль математического моделирования для прогнозирования результатов экспериментов и выработки требований к создаваемой спектральной аппаратуре, изложены физические основы построенной математической модели теплового радиоизлучения атмосферных газов. Приведены основные соотношения для расчета спектров поглощения и радиоизлучения. Представлены примеры результатов выполненных расчетов спектров теплового излучения атмосферы на ММ-волнах с учетом спектральных линий Оэ, 02, Н20, СЮ, ЫгО,Ж) и других малых газовых составляющих атмосферы.

В главе 2 представлены результаты математического моделирования радиоизлучения атмосферы для различных условий наблюдения.

В разделе 2.1-2.5 представлены результаты теоретического исследования спектрального состава теплового радиоизлучения атмосферы Земли, оценка эффектов при проведении планируемых экспериментов, формулировка требований к создаваемой спектральной аппаратуре. Расчеты интенсивности излучения и значений оптических толщин выполнены на частотах спектральных линий Оз, Ог, Н20, СЮ, N20, N0 и других малых газовых составляющих атмосферы для различных условий наблюдения (с поверхности Земли, с аэростата, из космоса). Сформулированы аэрономические задачи, для решения которых необходимы наблюдения этих линий. Эти данные важны для оптимизации планируемых экспериментов по мониторингу содержания малых газовых составляющих в различных слоях атмосферы.

В разделе 2.6 представлены результаты расчетов спектров собственного теплового радиоизлучения атмосферного озона при наблюдении с поверхности Земли. Рассмотрены удобные для наблюдения спектральные линии 03. Представлены результаты расчетов спектров излучения атмосферы на частотах выбранной спектральной линии озона с центром на 142,175 ГГц. Рассчитан вклад молекул озона в излучение атмосферы в зависимости от зенитного угла наблюдения и от влагосодержания тропосферы. Выполнены оценки чувствительности формы результирующей спектральной линии к изменениям вертикального распределения содержания озона в стратосфере и мезосфере, которые вызваны естественными причинами (сезонными вариациями, влиянием атмосферной динамики, фотохимическими явлениями и др.), а также техногенными загрязнениями атмосферы. Выполнены расчеты ожидаемых эффектов при наблюдениях стратосферного и мезосферного озона с поверхности Земли. Описан алгоритм решения обратной задачи, основанный на методе регуляризации Тихонова.

В разделе 2.7. представлены результаты расчетов по оптимизации характеристик спектрорадиометра для наблюдений вертикального распределения озона на ММ-волнах с поверхности Земли. На основании результатов численных экспериментов сформулированы требования к основным параметрам спектрорадиометра: рабочим частотам, чувствительности, спектральному разрешению, числу спектральных каналов анализатора спектра (АС) и их центральным частотам, оптимальным зенитным углам наблюдения и др. Показано, что оптимальным является применение АС с переменным шагом по частоте и по спектральному разрешению, что позволяет вносить минимальные искажения в форму регистрируемой линии. Представлены результаты расчета оптимальной частотной сетки многоканального фильтрового анализатора спектра.

В разделе 2.8 представлены результаты численных экспериментов по исследованию точности восстановления различного вида вертикальных профилей озона на высотах от нижней стратосферы и до области мезопаузы. Расчеты выполнены с учетом установленных оптимальных значений параметров спектро-радиометра.

Исследовано влияние на точность ряда факторов: шума аппаратуры, погрешности задания профилей температуры и давления атмосферы, погрешности из-за диаграммного и спектрального сглаживания» погрешности учета тропосферного ослабления, дискретизация задачи при ее численном решении и др. Получено, что при оптимальных условиях суммарная погрешность восстановленных профилей не превышает 5-7% на высотах 20-50 км в холодное полугодие, постепенно возрастая в более низких и более высоких слоях.

Исследована разрешающая способность метода восстановления, ее зависимость от шума аппаратуры. Сделан вывод, что параметры спектральной аппаратуры, которые определены в результате выполненных расчетов, удовлетворяют требованиям восстановления вертикального профиля озона в стратосфере и мезосфере с точностью, необходимой для решения задач, сформулированных в главе 1.

В главе 3 (разделы 3.1-3.3) изложены принципы построения радиометрической аппаратуры для атмосферных исследований на ММ-волнах. Рассмотрены основные соотношения, описывающие чувствительность радиометра, характеристики антенной системы, соотношения, используемые при калибровке аппаратуры.

Приведён обзор характеристик известных спекгрорадиометров для дистанционного зондирования атмосферного озона на ММ-волнах, представлены характеристики спектрорадиометра ФИАН. Регулярные наблюдения (включая круглосуточные) вертикального распределения озона на частотах спектральной линии 142,175 ГГц, проводятся над Московским регионом с 1987 г. Описаны первые модификации созданной в ФИАН спектральной озонометрической аппаратуры ММ-диалазона волн с преобразователями частоты на диоде с барьером Шотгки.

В последние 14 лет мониторинг вертикального распределения озона осуществляется с помощью спектрорадиометра ФИАН с улучшенными характеристиками. Шумовая температура (основная характеристика, определяющая чувствительность аппаратуры) этого спектрорадиометра существенно меньше шу-

мовых температур зарубежных микроволновых озонометров, работающих на той же частоте в составе сети №>АСС.

В главе 4, в разделе 4.1, представлено описание действующего спектрора-диометра ФИАН для наблюдений вертикального распределения озона над Москвой. Эта аппаратура состоит из приёмного блока с размещенным в азотном криостате смесителем оригинальной конструкции на планарном диоде с барьером Шоттки АА138В-3, многоканальных анализаторов спектра с оптимизированным переменным шагом по частоте и персонального компьютера.

Супергетеродинный приемник спектрорадиометра крепится на опорно-поворотном устройстве (ОПУ). Конструкция обеспечивает возможность установки на ОПУ либо заливного азотного криостата с охлаждаемым смесителем на диоде Шоттки до азотных температур, либо криоблока для охлаждения смесителя до температуры 15-20К с помощью микрокриогенной системы замкнутого цикла, либо гелиевого криостата с вакуумным подвалом для охлаждения смесителя на переходе сверхпроводник-изолятор-сверпроводник до 4 К (криостаты разработаны В.Ф.Троицким в Криогенном отделе ФИАН).

Антенный узел, использующий квазиоптические устройства на свободных гауссовых пучках, характеризуется низким уровнем боковых лепестков диаграммы направленности (подавление их не менее 35-40 дБ) и малыми потерями мощности сигнала (около 1 дБ). Диплексер приемника собран по модифицированной схеме Маха-Цандера. На выходе применены оптимизированные анализаторы спектра с переменным шагом и спектральным разрешением по частоте (анализаторы спектра разработаны в ИПФ РАН с участием ФИАН).

Разработаны методики оперативного контроля параметров и режимов работы спектрорадиометра и регламентных работ. Зарегистрированные спектры озона пересчитываются к внетропосферным условиям (радиоастрономическими методами) и затем решается обратная задача - восстанавливается вертикальное распределение Оз в широком диапазоне высот от нижней стратосферы до области мезопаузы в верхней атмосфере. Применяется автоматизированная система накопления и обработки информации с использованием современных математических методов.

Профили температуры и давления атмосферы, используемые при восстановлении профилей озона, получены из радиозондовых и спутниковых данных. Температура в области мезопаузы определялась из выполненных под руководством проф. А.И.Семенова синхронных инфракрасных наблюдений гидроксила из того же участка неба на Звенигородской станции ИФА РАН,

Отмечено, что надежность созданной озонометрической аппаратуры позволила проводить многолетний мониторинг вертикального распределения озона при высоком качестве получаемых результатов. Аппаратура ФИАН была включена в состав глобальной озонометрической сети по ряду международных программ. Результаты дистанционного зондирования озонного слоя над Москвой хорошо согласуются с озонозондовыми и спутниковыми данными.

В разделе 4.2 рассмотрены основные узлы действующего спектрорадио-метра. В приемнике применяется созданный в ФИАН малошумящий смеситель на планарном диоде с барьером Шоттки, который характеризуется простой и надежной конструкцией, делающей его пригодным для длительной эксплуатации и охлаждения до низких температур.

Описан антенный узел спектрорадиометра, представлены основные соотношения теории гауссовых пучков излучения, использованные при создании входных узлов спектрорадиометра. Описана методика и результаты измерений потерь мощности во входном тракте и диаграммы направленности антенной системы спектрорадиометра.

Описаны созданные тепловые излучатели для калибровки спектрорадиометра. Исследованы материалы, поглощающие ММ-волны, и на их основе разработаны близкие к абсолютно черному телу тепловые излучатели при температуре жидкого азота и при комнатной температуре. Описана методика измерений и измерительные стенды для исследования характеристик этих излучателей при комнатной и азотной температурах.

В разделе 4.3 описаны методики исследования и результаты измерений основных характеристик созданной аппаратуры. Получено, что значение эквивалентной шумовой температуры спектрорадиометра составляет около 700 К в однополосном режиме при охлаждении смесителя и предварительного усилителя промежуточной частоты до температуры жидкого азота. Рассмотрены разработанные методики настройки и регламентных проверок спектрорадиометра ФИАН.

В разделе 4.4 описана методика спектральных наблюдений атмосферного озона на ММ-волнах, позволившая получать в течение многих лет наблюдений ряды надежных экспериментальных данных с информацией о вертикальном распределении содержания озона и его вариациях. В соответствии с этой методикой наблюдения проводятся в «квазинулевом» режиме (с близкими уровнями полезного сигнала и сигнала в канале сравнения), выполняется периодическая калибровка спектрорадиометра по тепловым излучателям типа «чёрное тело»

при стабильных и известных температурах, оперативно контролируются рабочие параметры аппаратуры, обеспечиваются стабильные температурные условия работы спектральной аппаратуры.

В главе 5 представлены результаты наблюдений атмосферного озона на миллиметровых волнах в ФИАН, полученные в период с 1987 по 2008 гг.

В разделе 5.1 дана общая характеристика программы наблюдений, соответствующей задачам, сформулированным в главе 1. Отмечено, что в ходе многолетнего мониторинга озоносферы неоднократно проводились наблюдения по международным программам, а также выполнялись подспутниковые наблюдения вертикального распределения озона.

В разделе 5.2. представлены результаты наблюдений вертикального распределения озона над Московским регионом, выполненных по международным программам. Отмечены обнаруженные особенности этого распределения.

В период наблюдений по программе DYANA обнаружено сильное возмущение озоносферы во время стратосферного потепления в феврале 1990 г., зарегистрированы короткопериодные вариации озона.

Низкие значения отношения смеси озона Ст были зарегистрированы на высотах 25-45 км над Москвой в холодное полугодие 1999-2000 гг. при наблюдениях по программе SOLVE 2000. Такое состояние озоносферы сохранялось с непродолжительными перерывами в течение 3-х месяцев.

Получено хорошее соответствие результатов наблюдений на ММ-волнах в ФИАН с озонозондовыми и спутниковыми данными по программе CR1STA/MAHRSI. Например, различие усредненных за время наблюдений по этой программе профилей вертикального распределения озона, зарегистрированных в области высот 25-55 км над Москвой на ММ-волнах с помощью спек-трорадиометра ФИАН и с помощью ИК телескопов, выведенных на орбиту космическим кораблем Space Shuttle (STS-85) в августе 1997 г., не превосходило 5%.

В разделе 5.3 представлены результаты наблюдений профилей вертикального распределения озона в 1987-1991 гг. Наблюдались профили отношения смеси озона Сот, близкие к справочной модели, а также деформированные профили с пониженным или с повышенным Сю. Установлены периоды, когда профили озона характеризовались незначительными межсуточными изменениями. Вместе с тем зарегистрированы быстропротекающие изменения в озоносфере во время возмущений стратосферы, в периоды стратосферных потеплений.

В разделе 5.4. представлены результаты выполненных впервые (в период 1988 - 1990 гг.) одновременных наблюдений на ММ-волнах вертикального распределения озона из удаленных друг от друга наземных обсерваторий: над Московским регионом на 142,175 ГГц, над Швецией в Космической обсерваторией Онсала и над Францией в обсерватории университета г. Бордо на 110,8 ГТц. Эти наблюдения проведены по инициативе ФИАН. Нами была разработана и применена общая методика обработки и анализа результатов наблюдений над Москвой и Швецией. Были проанализированы также результаты проведенных в более поздний период, в 1996-2003 гг., одновременных наблюдений озоносферы на 142,175 ГТц в ФИАН (55,8N, 37,6Е) и на Шпицбергене (78,9N, 11,9Е). В результате перечисленных наблюдений были получены новые данные об откликах озоносферы на сильные возмущения в периоды стратосферных потеплений, об особенностях пространственно-временного распределения озона и его вариациях различного масштаба в стратосфере и мезосфере над умеренными и высокими широтами. Обнаружена значительная межгодовая изменчивость в пространственном распределении озона.

В ФИАН в содружестве с ИПФ РАН были проведены одновременные наблюдения на ММ-волнах вертикального распределения озона над Москвой и Апатитами. При этом была применена разработанная в ФИАН единая методика обработки (восстановления вертикального распределения озона) и анализа результатов наблюдений в этих наземных пунктах. Выполненные совместные наблюдения явились важными практическими шагами к созданию отечественной наземной сети мониторинга озоносферы на ММ-волнах.

В разделе 5.5 представлены результаты наблюдения на ММ-волнах высот-но-временного распределения озона в стратосфере и мезосфере над Москвой в 1996-2008 гг., рассмотрены его особенности. Получено, что наиболее значительные вариации в озоносфере над Московским регионом происходили в холодные полугодия. Обнаружены аномальные явления, характеризуемые значительным снижением содержания озона. Зарегистрированы деформированные профили вертикального распределения отношения смеси озона С«,. Обнаружены эффекты образования мелкомасштабной струетуры на вертикальных профилях С03 на высотах около 30 км.

Приведены результаты подспутниковых наблюдений. Получено хорошее соответствие результатов наблюдений в ФИАН со спутниковыми данными. Например, различие среднемесячных профилей озона, зарегистрированных над Московским регионом в ФИАН и с борта EOS AURA в марте 2005 г., не пре-

восходит 7% в средней и верхней стратосфере. Эти профили отличаются не более, чем на 5% в области высот между 26 и 43 км, и практически совпадают на 40-42 км.

Значительное внимание уделено наблюдениям мезосферного озона (выше 50 км). Впервые осуществлены одновременные наблюдения излучения из одного и того же участка неба ночного мезосферного озона на ММ-волнах (ФИАН) и гидроксила в инфракрасной области спектра (ИФА РАН). Зарегистрирован суточный ход мезосферного озона. Увеличение содержания мезосферного озона ночью соответствует выводам фотохимической теории. Обнаружены значительные межсуточные и более короткопериодные вариации ночного мезосферного озона.

В главе 6 рассмотрены закономерности высотно-временного распределения озона над Москвой и приведено обсуждение результатов наблюдений на ММ-волнах.

В разделе 6.1. представлены данные, иллюстрирующие изменчивость вертикального распределения озона различного масштаба времени. Обсуждаются особенности сезонного хода стратосферного озона, на фоне которого происходят более короткопериодные вариации. Анализ показал, что колебания в озоносфере с характерными временами от суток до нескольких недель связаны с изменениями других параметров стратосферы: высотой изобарических поверхностей (Н), потенциальной завихренностью (РУ), температурой (Т), общим содержанием озона (ОСО). Спектральный анализ временного хода содержания озона показал, что помимо гармонической составляющей с периодом 1 год и более короткопе-риодных изменений существует также спектральная составляющая с периодом, близким к двум годам. Последняя может быть обусловлена известной квазидвухлетней изменчивостью атмосферных процессов.

В разделе 6.2 представлены результаты анализа корреляционных связей между содержанием озона на разных высотных уровнях стратосферы и Н, РУ, Т и ОСО. В слоях стратосферы примерно до высот 40-45 км получены относительно высокие значения (по модулю) коэффициентов корреляции между С03 и РУ, С03 и Н, Соз и ОСО. Например, коэффициенты корреляции для ОСО и Сш на высотных уровнях 10 мбар и 2,5 мбар для зимних условий составили 0,78±0,05 и 0,66±0,07 соответственно. Установленные связи между содержанием озона на разных высотах в средней и верхней стратосфере и другими упомянутыми параметрами атмосферы свидетельствуют о значительном влиянии динамических процессов на содержание озона в указанных слоях. Рассчитаны средние значе-

ния и среднеквадратические отклонения содержания озона для разных высотных уровней и сезонов, построены гистограммы для отклонений содержания озона от средних значений.

Наблюдения показали, что географическое расположение пункта наблюдений в Москве оказывается удобным для изучения вертикального распределения озона в воздухе, характерном для умеренных широт, а также и в воздухе полярного вихря при часто возникающей смене воздушных масс в стратосфере над Москвой в холодное полугодие. Воздух полярного вихря с пониженным содержанием озона может сохраняться над Москвой в холодные полугодия продолжительное время. Содержание озона в полярном вихре в слоях средней и верхней стратосферы может быть в 1,5-2 раз ниже содержания озона вне вихря.

Сделан вывод, что изменчивость озона, наблюдаемая на фоне сезонного хода, обусловлена процессами атмосферной динамики, приводящими к чередованию различных воздушных масс в стратосфере над Москвой, а обнаруженные межгодовые изменения в высотном распределении озона отражают происходящие год от года изменения крупномасштабных атмосферных процессов.

В разделе б.З отмечена важность исследования влияния процессов в полярном вихре на озоносферу не только в нижней стратосфере, но и в её средних и верхних слоях. Анализ результатов показал, что минимальное содержание озона в этих слоях было зарегистрировано в области полярного вихря, а максимальное вне этой области. Полученные данные свидетельствуют о постепенном увеличении содержания озона в средней и верхней стратосфере в воздухе полярного вихря к концу холодного периода. Обнаружена значительная межгодовая изменчивость этого явления.

В разделе 6.4 представлены результаты наблюдения колебаний содержания озона в средней и верхней стратосфере с периодами, характерными для планетарных волн. Установлена связь обнаруженных колебаний в озоносфере над Москвой со смещениями полярного вихря и с изменениями его формы. Область высот, на которых эти колебания содержания озона имеют заметную амплитуду, простирается до верхних слоев стратосферы.

В разделе 6.5 проанализированы результаты наблюдений на ММ-волнах содержания озона в верхних слоях стратосферы над Москвой. Получено, что среднемесячные значения Ст в чувствительных к техногенным воздействиям слоях верхней стратосферы (40-45 км), зарегистрированные над Москвой в последнее десятилетие, заметно ниже значений, полученных со спутников в конце 70-х - начале 80-х гг. Как известно из результатов фотохимического моделиро-

вания, такое понижение среднемесячные значения С03 на указанных высотах может быть связано с разрушением озона из-за техногенного загрязнения атмосферы хлорсодержащими веществами. Вместе с тем, результаты наблюдений на ММ-волнах над Москвой свидетельствуют в пользу представлений о замедлении долговременного уменьшения содержания озона. Обнаруженные на ММ-волнах пониженные значения Ст в верхней стратосфере согласуются с результатами других экспериментов и с известными теоретическими данными. Сделан вывод о важности мониторинга атмосферного озона на ММ-волнах для ответа на вопросы о дальнейшем развитии изменений в озоносфере.

В разделе 6.6 содержится обсуждение полученных результатов.

Представленные результаты одновременных наблюдений озоносферы на ММ-волнах в ФИАН и в других обсерваториях показали, что явления уменьшения содержания озона в средней и верхней стратосфере в холодные полугодия часто наблюдаются как в умеренных широтах (над Москвой), так и в высоких широтах. Обнаруженное пониженное содержание озона в воздухе полярного вихря соответствует представлениям об изолированности воздуха вихря. Вместе с тем результаты наблюдений показывают, что к концу холодного полугодия происходит ослабление влияния процессов в полярном вихре на озоносферу умеренных широт, которое подвержено межгодовым изменениям. Межгодовые изменения атмосферных процессов отражаются и на зарегистрированных нами связях С03 и PV. Полученные результаты подтверждаются данными спутниковых наблюдений озона.

Эффекты возникновения обнаруженных на ММ-волнах над Москвой профилей вертикального распределения озона с локальными особенностями, отражающими слоистую структуру на высотах около 30 км, нередко наблюдались нами в холодные полугодия и были зарегистрированы также из космоса с помощью радиометра MLS на борту спутника Aura. Изучение таких явлений необходимо, поскольку они оказывают влияние на распределение озона и на химию атмосферы.

Сделан вывод о важности исследования эволюции озоносферы радиофизическими методами.

Заключение содержит основные результаты работы и выводы.

Основными результатами работы являются следующие положения:

1. Выполнено теоретическое исследование спектров теплового радиоизлучения атмосферы, включающих линии озона, водяного пара, окиси хлора, оки-

слов азота и др. газовых составляющих атмосферы, для различных условий наблюдения. Рассмотрены особенности этих спектров. Сформулирована задача создания чувствительной спектральной аппаратуры и эффективных методов дистанционного зондирования озоносферы на миллиметровых волнах. На основе численных экспериментов сформулированы требования к спектральной озо-нометрической аппаратуре, необходимой для мониторинга атмосферы методами миллиметровых волн. Сформулированы актуальные задачи радиофизических исследований озоносферы, имеющих целью изучение её эволюции в условиях влияния естественных и техногенных возмущений.

2. Создана спектральная аппаратура, отвечающая сформулированным требованиям. Она отличается оригинальной конструкцией, оптимизированными характеристиками и более низким уровнем собственных шумов по сравнению с зарубежными аналогами, работающими на той же частоте. Созданы эффективные методы дистанционного зондирования озоносферы на миллиметровых волнах. Выполнены оценки точности восстановления вертикальных профилей озона. Показано, что спектральная приемная аппаратура с оптимизированными параметрами и разработанные математические методы обработки информации позволяют регистрировать вертикальное распределение озона в стратосфере и ме-зосфере с точностью, необходимой для решения сформулированных задач.

Созданная аппаратура была включена в состав глобальной озонометриче-ской сети по международным программам DYANA, CR1STA/MAHRSI, SOLVE 2000.

3. В результате многолетнего мониторинга озоносферы на ММ-волнах над Московским регионом получено высотно-временное распределение содержания озона, отражающее происходящие изменения в озоносфере.

Зарегистрированы и исследованы короткопериодные, сезонные и межгодовые изменения содержания озона. Исследованы явления в озоносфере, характеризуемые значительной деформацией профилей вертикального распределения озона, возникновением аномальных снижений содержания озона в стратосфере в холодные полугодия. Установлена связь этих явлений с крупномасштабными атмосферными процессами, с влиянием процессов в стратосферном полярном вихре на озоносферу умеренных широт. Обнаружены пониженные среднемесячные значения содержания озона в наиболее чувствительных к загрязнениям верхних слоях стратосферы.

4. Выполнены подспутниковые наблюдения вертикального распределения озона над Московским регионом. Получено хорошее согласие результатов одно-

временных наблюдений в ФИАН и из космоса. Наблюдения из космоса выполнялись с помощью инфракрасных телескопов, запущенных на US Space Shuttle (программы CRISTA/MAHRSI), а также с помощью аппаратуры MLS на спутнике EOS Aura. Показана эффективность радиофизических методов для валидации спутниковых измерений.

5. Впервые проведены наблюдения вертикального распределения озона на ММ-волнах из различных наземных пунктов: над Московским регионом в ФИАН и в зарубежных обсерваториях Франции и Швеции. Получены и проанализированы результаты одновременных наблюдений озоносферы на ММ-волнах над Москвой и Шпицбергеном. В содружестве с ИПФ РАН выполнены первые одновременные наблюдения на ММ- волнах вертикального распределения озона над Москвой и в высоких широтах над Апатитами, сделаны практические шаги к созданию отечественной сети мониторинга озоносферы на миллиметровых волнах,

6. Отмечена важность внедрения разработанных методов в народное хозяйство, в службу экологического мониторинга с целью оперативного обнаружения аномальных явлений в защитном озонном слое на ранних стадиях их развития и наблюдения за эволюцией этих явлений.

Перспективами работы являются следующие направления:

• продолжение мониторинга вертикального распределения озона на ММ-волнах с целью исследования эволюции озоносферы в условиях влияния естественных и техногенных факторов (в содружестве с отечественными и зарубежными обсерваториями)

■ участие в создании отечественной наземной озонометрической сети, работающей на миллиметровых волнах, с последующим включением ее в глобальную сеть

• развитие мониторинга радиофизическими методами пространственно-временного распределения озона, окиси хлора и других важнейших малых газовых составляющих атмосферы, играющих ключевую роль в атмосферных процессах.

Таким образом, в диссертационной работе выполнены исследования по развитию перспективного направления - созданию отвечающей современным требованиям аппаратурно-методической основы наземной системы мониторинга газового состава атмосферы, ее озонного слоя радиофизическими методами, вы-

полнешио мониторинга озоносферы на миллиметровых волнах. В рамках этого направления в данной работе создана высокочувствительная спектральная аппаратура и эффективные методы дистанционного зондирования озоносферы на миллиметровых волнах, выполнен многолетний мониторинг вертикального распределения озона в стратосфере и мезосфере. Результаты первых одновременных наблюдений на миллиметровых волнах вертикального распределения озона, выполненных в ФИАН в содружестве с другими обсерваториями в умеренных и в высоких широтах, показали важность и реальность создания отечественной наземной сети мониторинга озоносферы радиофизическими методами с последующей интеграцией ее в глобальную озонометрическую сеть.

В заключении необходимо отметить важную роль безвременно ушедших чл.-корр. РАН И.И.Собельмана, проф. А.Е.Саломоновича и А.С.Хайкина в поддержке данного научного направления.

Автор благодарен проф. Р.Л.Сороченко за консультации и помощь в работе, руководству и коллегам в ФИАН, а также коллегам в других организациях за содействие в работе.

Публикации по теме диссертации

Автором опубликовано свыше 100 работ по теме диссертации. Ниже представлены 40 работ из них, отражающих содержание результатов исследования.

1. Соломонов C.B. Радиофизические исследования озоносферы //Успехи соврем, радиоэлектроники - 2003. - №1.- С.9-25.

2. Соломонов C.B., Кропоткина Е.П., Розанов С.Б, Исследование вертикального распределения озона в стратосфере и мезосфере на миллиметровых волнах //Изв. вузов. Радиофизика. - 2003. - Т.46, №8-9.- С.764-770.

3. Solomonov S.V., Rozanov S.B., Kropotkina Е.Р., Lukin A.N. Techniques of ground-based remote sensing of the ozone layer by millimeter-wave heterodyne spectroscopy IIProc. SPIE. -1998. - V.3406. - P.135-157

4. Solomonov S.V., Kropotkina E.P., Lukin A.N., Ponomarenko N.I., Rozanov S.B., Ellder J. Some features of the vertical ozone distribution from millimeter wave measurements at Pushchino and Onsala observatories //J. Atmos. Terr. Phys. - 1994. -V.56, No.l. - P.9-15.

5. Собельман И.И., Соломонов C.B., Сороченко P.JI. Миллиметровые волны: новые возможности мониторинга озоносферы/УВестник РАН - 1993. - Т.63, №8.- С.721-729.

6. Соломонов C.B., Кропоткина Е.П., Семенов А.И. Наблюдения мезо-сферного озона на миллиметровых волнах //Краткие сообщения по физике ФИАН. - 2001, №Ю. - С.30-38.

7. Соломонов C.B., Розанов С.Б., Кропоткина Е.П., Лукин А.Н. Спектрора-диометр для дистанционного зондирования атмосферного озона на миллиметровых радиоволнах //Радиотехника и электроника. - 2000,- Т.45, №12. - С.1519-1525.

8. Соломонов C.B., Кропоткина Е.П., Леонов В.Н., Лукин А.Н., С.Б.Розанов. Подспутниковые измерения атмосферного озона на миллиметровых радиоволнах. Всерос. научная конф. «Дистанционное зондирование земных покровов и атмосферы аэрокосмическими средствами», Муром, 20-22 июня 2001 г. Сборник докладов, Изд. ВлГУ, Муром 2001. - С.472-476.

9. Соломонов C.B., Кропоткина Е.П., Лукин А.Н., Розанов С.Б. Изменения в озонном слое над Московским регионом по наблюдениям на миллиметровых волнах. //Краткие сообщения по физике ФИАН - 1998.- № 1. - С.23-27.

10. Кидиярова В.Г., Кропоткина Е.П., Соломонов C.B. О влиянии атмосферной динамики на вертикальное распределение озона по результатам наземных измерений на миллиметровых радиоволнах. Известия АН. Физика атмосферы и океана. - 1995. - Т.31, №1.- С.81-87.

11. Гайкович К.П., Кропоткина Е.П., Соломонов C.B. Определение вертикального профиля атмосферного озона по наземным измерениям излучения в миллиметровом диапазоне//Известия АН. Физика атмосферы и океана. - 1999. -Т.35, №1.- С.86-95.

12. Соломонов C.B., Кропоткина Е.П., Лукин А.Н., Розанов С.Б. Особенности вертикального распределения озона над Москвой зимой 1996 г. по наблюдениям на миллиметровых волнах в ФИАН //Краткие сообщения по физике ФИАН - 1997.- № 1-2. - С.75-82.

13. Соломонов C.B., Е.П.Кропоткина, А.Н.Лукин, С.Б.Розанов. О вариациях атмосферного озона по наблюдениям на миллиметровых волнах// Известия АН Физика атмосферы и океана,- 1993. - Т.29, № 4. - С.525-531

14. Саломонович А.Е., Сороченко Р.Л., Кропоткина Е.П., Лукин А.Н., Розанов С.Б., Соломонов C.B., Гусев В.А., Павлов Г.А., Смирнов Г.Т., Цивилев А.П. Спектрорадиометр для наземных исследований атмосферного озона в диа-

пазоне длин волн 2 мм// Известия вузов. Радиофизика - 1990. - Т.33,№5,- С. 546555.

15. Розанов С.Б., Платонов Ю.М., Лукин А.Н., Соломонов C.B. Охлажде-мые квазиоптические поглощающие нагрузки для радиометров коротковолновой части миллиметрового диапазона волн// Радиотехника и электроника.- 1999.-Т.44,№3.-С.3 59-365.

16. Розанов С.Б., Собельман И.И., Божков В.Г., Есепкина H.A., Игнатьев

A.Н., Кропоткина Е.П., Круглов С.К., Никифоров П.Л., Перфильев В.И, Пирогов Ю.А., Саенко И.И., Соломонов C.B., Штанюк A.M. Создание радиоспектрометров в 1,5 и 2-миллиметровом диапазонах длин волн для атмосферных исследований с оптимизированными характеристиками// Известия вузов. Радиофизика. - 2005. - Т.48, №10-11. - С. 857-862.

17. Игнатьев А.Н., Гайкович К.П., Кропоткина Е.П., Пирогов Ю.А., Розанов С.Б., Соломонов C.B. Моделирование расчетов содержания окиси хлора в атмосфере по данным наземных наблюдений на миллиметровых вол-нах//Радиотехника и электроника - 2007.- Т.52, №5. - С. 538-544.

18. Соломонов C.B., Кропоткина Е.П., Розанов С.Б., Игнатьев А.Н., Леонов

B.Н., Лукин А.Н.. Исследование особенностей вертикального распределения озона над Москвой //Краткие сообщения по физике ФИАН. - 2004,- №1,- С.23-31.

19. Соломонов C.B., Кропоткина Е.П., Розанов С.Б. Спектральные исследования атмосферного озона на миллиметровых радиоволнах //В монографии «Оптическая спектроскопия и стандарты частоты». Под. ред. Л.НСиницы и Е.АЛЗиноградова. Томск: Изд. Ин-та оптики атмосферы СО РАН. - 2004.-С.52-85.

20. Соломонов C.B., Кропоткина Е.П., Розанов С.Б., Игнатьев А.Н., Леонов В.Н., Лукин А.Н. Дистанционное зондирование атмосферного озона на миллиметровых волнах // Сб. докладов 21 Всерос. научн. конф. «Распространение радиоволн», Йошкар-Ола 25-27 мая 2005 г. Т.1 - С.246-250, Йошкар-Ола, Изд. МГТУ 2005.

21. Rozanov. S.B., Solomonov S.V., Kropotkina E.P., Ignatyev A.N., Lukin A.N. Ground-based remote sensing of the atmospheric ozone over Moscow at millimeter waves //Proc. 13th SPIE Europ. Symp. on Remote Sensing, Stockholm, 11-14 Sept. 2006. - Proc. SPIE. - 2006. - V.6362, Paper No.6362-74.

22. Соломонов C.B., Кропоткина Е.П., Лукин A.H., Розанов С.Б. Результаты исследования озонного слоя на миллиметровых волнах над Московским ре-

гионом в 1986-1987 гг. //Вестник Московского университета. Серия З.Физика. Астрономия. -1998. - №4. - C.16-I9.

23. Соломонов С.В.Розанов С.Б. Мониторинга атмосферного озона на миллиметровых радиоволнах. Электроника НТБ. - 2002.- №2.- С.62-65.

24. Solomonov S.V.,. Kropotkina Е.Р, Rozanov S.B., Lukin A.N. Variations of the stratospheric ozone vertical distribution from results of ground-based remote sensing at millimeter waves, in IRS 2000: Current Problems in Atmospheric Radiation, W.L.Smith and Yu.M.Timofeyev (Eds.). AJDeepak Publishing, Hampton, Virginia. -2001.-P. 1150-1152.

25. Solomonov S.V., Kropotkina E.P., Lukin A.N., Rozanov S.B. Millimeter-wave investigations of the vertical ozone distribution over Moscow //Proc. 4th Int. Symp. on Phys. and Engineering MM and subMM Waves, Kharkov, June 4-9, 2001. -V.l. - P.445-447. Харьков: Изд. ИРЭ НАНУ, 2001.

26. Соломонов С.В., Кропоткина Е.П., Розанов С.Б. Результаты дистанционного зондирования стратосферного и мезосферного озона на миллиметровых волнах //Труды XX Всерос. конф. по распростр. радиоволн, Нижний Новгород, 2-4 июля 2002 г. -С.362-363. Н.Новг.: Изд. НИРФИ, 2002.

27. Solomonov S.V., Kropotkina Е.Р., Lukin A.N., Ponomarenko N.I. Investigations of vertical ozone distribution from millimeter-wave observations// 16-th General Assembly of the European Geophys. Society, Wiesbaden, 1991, Annales Geo-physicae Atmosphere 1991, Supplement to v.9.

28. Кропоткина Е.П., Куликов Ю.Ю., Рыскин В.Г., Соломонов С.В. Исследование изменений вертикального распределения озона над Москвой и Апатитами на миллиметровых волнах//Изв. вузов. Радиофизика. - 2005. - Т.48, №1011.- С.899-904.

29. Кропоткина Е.П., Куликов Ю.Ю., Рыскин В.Г., Соломонов С.В. Исследование пространственно-временного распределения стратосферного озона по наблюдениям на миллиметровых волнах в умеренных и высоких широтах //Изв. вузов. Радиофизика. - 2007. - Т.50, №10-11.- С.954-960.

30. Solomonov S.V., Rozanov S.B., Kropotkina Е.Р., Lukin A.N. Investigation of the altitude ozone distribution by millimeter wave spectrometer, in CRISTA/MAHRSI Campaign 2. Handbook. - Prep. By G.Lemacher and D.Offermann. Physics Departament. University of Wuppertal, - Wuppertal, Germany. - 1997. - C. 68-70.

31. Логвиненко C.B., Соломонов C.B., Розанов С.Б., Кропоткина Е.П., Лукин А.Н. Автоматизированные наземные измерения спектров радиоизлучения

атмосферного озона на частотах вращательного перехода 10o,ie-10!)9 (142175 ГТЦ) //Краткие сообщения по физике ФИАН. -1997.- №5-6. - С.40-46.

32. Кропоткина ЕЛ, Соломонов C.B. Спектры субмиллиметрового излучения атмосферы Земли в космос// Исследование Земли из космоса - 1988. -№1.- С.81-88.

33. Кропоткина Е.П., Лукин А.Н., Саломонович А.Е., Соломонов C.B. Результаты наземных наблюдений атмосферного озона в диапазоне длин волн 2 мм. В сборнике «Атмосферный озон». Ред. Г.А.Кокин. - М.: Гидрометеоиздат. 1990,17-23.

34. Соломонов C.B., Кропоткина Е.П., Лукин А.Н., Пономаренко Н.И., Розанов С.Б. Дистанционное зондирование озонного слоя на миллиметровых волнах. В сборнике «Исследование атмосферного озона». Ред. Н.А.Зайцева, В.У.Хатгатов -М.: Гидрометеоиздат, 1992, с.137-142.

35. S.V.Solomonov, E.P.Kropotkina, A.N.Lukin, S.B.Rozanov. Ground-based monitoring of stratospheric ozone at millimeter-waves //Proc. Intern. Symp. Physics and Engineering of Millimeter and Submillimeter Waves, Kharkov, June 7-10, 1994. -V.IIL -. Kharkov, IRE NASU. - 1994.- P.584-587

36. Перминов В.И., Кропоткина Е.П., Перцев H.H., Соломонов C.B., Розанов С.Б., Лукин А.Н. Определение концентрации основных и малых газовых составляющих атмосферы на высотах мезопаузы //Геомагнетизм и азрономия.-2002. - Т.42, №6. - С.814-820.

37. Розанов С.Б., Соломонов C.B., Игнатьев А.Н., Кропоткина Е.П. Оптимизация характеристик радиоспектрометров миллиметрового диапазона волн для исследований озона и окиси хлора в атмосфере Земли// Физические проблемы экологии (экологическая физика) №12 - Сборник научных трудов, Москва, МАКС ПРЕСС, 2004. С.186-199.

38. Rozanov В.А., Solomonov S.V., Zrazhevsky A.A., Nagnibeda V., Kropot-kina E.P., Rozanov S.B., Zharkova N.A., Lebedjuk T., Fetisov I., Loukicheva M. The atmospheric and solar investigations at millimeter waves// Journal of the Bauman Moscow State Technical University. Natural Sciences&Engineering - 2004 -P.211-216.

39. Соломонов C.B., Кропоткина Е.П., Лукин A.H., Розанов С.Б. Исследование изменений в озоносфере радиофизическими методами. Труды четвертой Всеросс. Конф. «Необратимые процессы в природе и технике», 29-31 января 2007 г., Москва, ФИАН 2007,. Сборник научных трудов, чЛ, с. 78-81.

40. Соломонов С.В., Игнатьев А.Н., Кропоткина Е.П., Лукин А.Н., Розанов С.Б. Мониторинг вертикального распределения озона на миллиметровых волнах. Труды XXII Всероссийской научной конференции «Распространение радиоволн, РРВ-22», 22-26 сентября 2008 г., Ростов-на Дону, п. Лоо, изд. ФГОУ ВПО «Южный федеральный университет», Актуальные проблемы современной науки, г. Ростов-на-Дону, 2008 г. Сборник научных трудов, т.З, с.9-12.

Подписано в печать 2.5 //_' ~ 09

Формат60x84/16. Заказ .Тираж/^Оэкз. П. пА.

Отпечатано в РИИС ФИАН с оригинал-макета заказчика. 119991 Москва, Ленинский проспект, 53. Тел. 499 783 3640

Введение.

Глава 1. Озоносфера как объект радиофизических исследований.

1.1. О проблеме озона.'•.24'

1.2. Задачи радиофизических исследований озоносферы.

1.3. О задаче математического моделирования при изучении спектров радиоизлучения атмосферы.

1.4. Основные соотношения для описания теплового радиоизлучения земной атмосферы.

1.5. Общее выражение для коэффициента поглощения.

1.6. Применение теории излучения радиоволн к задачам дистанционного зондирования.

1.7. О влиянии атмосферных процессов на пространственное распределение излучающих газов.

1.8. Выводы.

Глава 2. Методы и результаты теоретического исследования спектров радиоизлучения озона и других газов атмосферы.

2.1. О программах расчета спектров радиоизлучения атмосферы и решения обратной задачи дистанционного зондирования.

2.2. Спектры атмосферы при наблюдениях с поверхности Земли.

2.3. Наблюдения с аэростата.

2.4. Наблюдения с искусственного спутника Земли.

2.5. Требования к аппаратуре субмиллиметрового диапазона.

2.6. Расчеты спектров атмосферного озона при наблюдении с поверхности Земли —

2.7. Оптимизация характеристик спектрорадиометра для наблюдения озоносферы—

2.8. Исследование точности восстановления профилей озона.

2.9. Выводы.

Глава 3. Аппаратура ФИАН для радиофизических исследований атмосферного озона.

3.1. Из истории вопроса.

3.2. Принципы построения радиометрической аппаратуры.;.

3.3. Аппаратура для исследований атмосферного озона с поверхности Земли.

3.4. Выводы.

Глава 4. Спектрорадиометр для наблюдений вертикального распределения атмосферного озона на миллиметровых волнах.

4.1. Состав и основные параметры.

4.2. Основные узлы спектрорадиометра.

4.3. Методика исследования спектрорадиометра с преобразователем частоты на планарном диоде с барьером Шоттки.

4.4. Методика спектральных наблюдений атмосферного озона на миллиметровых волнах.

4.5. Выводы.

Глава 5. Результаты наблюдений атмосферного озона на миллиметровых волнах.

5.1. Общая характеристика программы наблюдений озонного слоя.

5.2. Наблюдения вертикального распределения озона над Московским регионом по международным программам DYANA, CRISTA/MAHRSI, SOLVE 2000.

5.3. Наблюдения озоносферы в период 1987-1991 гг.

5.4. Одновременные наблюдения озоносферы на миллиметровых волнах над Московским регионом, над Швецией, Францией и в высоких широтах.

5.5. Результаты мониторинга вертикального распределения озона над Москвой.

5.6. Наблюдения мезосферного озона.

5.7. Выводы.

Глава 6. О некоторых закономерностях высотно-временного распределения озона—

6.1. Общий характер изменений вертикального распределения озона.

6.2. Влияние динамики атмосферы на вертикальное распределение озона.

6.3. Озон в полярном вихре и межгодовая изменчивость состояния озоносферы.

6.4. Колебания и волны в озоносфере.

6.5. Озон в верхней стратосфере.

6.6. Обсуждение результатов.

6.7. О перспективах развития аппаратуры и радиофизических методов мониторинга атмосферы.

6.8. Выводы.

В работе представлены результаты создания высокочувствительной спектральной аппаратуры и эффективных методов дистанционного зондирования озоносферы в сверхвысокочастотном диапазоне (СВЧ) диапазоне, на миллиметровых (ММ) волнах, а также представлены результаты мониторинга вертикального распределения озона в стратосфере и мезосфере этими методами, показывающие эффективность дистанционного зондирования озоносферы на ММ-волнах с поверхности Земли.

Миллиметровые волны - это область спектра длин волн между 1 мм и 10 мм, соответствующая частотам колебаний от 30 ГГц до 300 ГГц. Рассмотренные в работе радиофизические спектральные методы изучения земной атмосферы основаны на регистрации спектров теплового радиоизлучения атмосферных газов в указанной области длин волн. Эти методы называют также радиоастрономическими, поскольку они широко используются для решения задач радиоастрономии [1-5] с применением радиометров и крупных радиотелескопов. Для подчеркивания их отличия от традиционных оптических методов дистанционного зондирования атмосферы рассматриваемые ниже радиофизические методы нередко называют также микроволновыми.

Актуальность работы обусловлена важностью рассмотренной в работе проблемы происходящих в атмосфере глобальных изменений концентрации важнейших малых газовых составляющих атмосферы, наметившейся убылью содержания озона, возникновением таких аномалий, как озонные «дыры». Озабоченность по поводу надежности атмосферной системы как основы биосферы неоднократно высказывалась на представительных научных форумах. При этом отмечался значительный уровень неопределенности в решении проблемы глобальных изменений в атмосфере, в ее защитном озонном слое из-за отсутствия необходимой информации об эволюции окружающей среды под влиянием естественных причин и антропогенных факторов [6-23].

Как показывает опыт проводимых исследований, в решении этой проблемы важную роль играет дистанционное зондирование атмосферы Земли, использующее бортовые и наземные методы наблюдения в различных участках спектра электромагнитных волн [4-6,11-18, 21-43, 48, 49]. Одним из наиболее эффективных способов получения ценной информации об атмосферных параметрах и происходящих в атмосфере изменениях является дистанционное зондирование атмосферы упомянутыми выше радиофизическими методами.

Дистанционное зондирование в этой области спектра имеет ряд достоинств. В диапазоне ММ-волн сосредоточены многочисленные спектральные линии озона, водяного пара, окиси хлора и ряда других газов, играющих ключевую роль в атмосферных процессах. Радиофизические методы позволяют проводить круглосуточные наблюдения атмосферы по ее собственному тепловому радиоизлучению при различных погодных условиях, поскольку ослабление излучения в облаках и слоях аэрозоля в радиодиапазоне существенно меньше, чем в оптической области спектра. Эти методы, позволяя наблюдать содержание озона в верхних слоях атмосферы, в ее мезосфере, по предельным высотам существенно превосходят традиционные наземные оптические методы, шары-озонозонды и лидары.

Ниже отмечен вклад ведущих отечественных и зарубежных организаций в развитие этих методов, а также сформулированы актуальные задачи радиофизических исследований, стоявшие перед данной работой и решённые в ходе её выполнения.

Еще в 50-х и начале 60-х годов в Физическом институте им. П.Н.Лебедева были выполнены пионерские работы по радиоастрономии и аэрономии в ММ диапазоне волн [3-5]. Обзор по результатам радиоастрономических исследований в ФИАН содержится в сборнике под редакцией Р.Д.Дагкесаманского [5], выпущенном к 50-летнему юбилею Пущинской радиоастрономической обсерватории Астрокосмического центра Физического института.

Помимо работ Физического института, в котором осуществлялась также координация отечественных исследований по этой тематике, важный вклад в развитие радиофизических методов был внесён рядом других ведущих организаций нашей страны: ИРЭ РАН, НИРФИ, ИПФ РАН, ИКИ, ИФА РАН, ГГО, ЦАО и др.

Радиофизические методы широко используются для исследований условий распространения радиоволн в атмосфере Земли. Анализ возможностей радиофизических исследований земной атмосферы, проведенный к началу этих работ в 1970-х годах, показал необходимость развития аппаратуры и методов в коротковолновых участках радиодиапазона [4]. Радиофизические наблюдения земной атмосферы, основанные на измерении собственного теплового радиоизлучения атмосферных газов, открыли новые возможности в изучении атмосферы и ее озонного слоя [4, 24-48, 50-54]. Эти методы развиваются в нашей стране, а также и за рубежом — в США, Франции, Швеции, Германии, Японии и в ряде других стран.

Фундаментальные исследования в области радиофизических исследований атмосферы были выполнены под руководством В.С.Троицкого, С.А.Жевакина в НИРФИ, под руководством Н.А.Арманда, М.А.Колосова, А.В.Соколова в ИРЭ РАН. Ряд важных вопросов изучения теплового радиоизлучения атмосферы освещен в монографиях К.Я.Кондратьева и Ю.М.Тимофеева. Получили заслуженное мировое признание работы в этой области, выполненные под руководством А.Е.Башаринова, А.С.Гурвича,

А.Ю.Зражевского, А.Г.Кислякова, Б.Г.Кугузы, А.П.Наумова, Б.А.Розанова, А.Е.Саломоновича, К.С.Станкевича, Е.В.Суворова, Г.М.Стрелкова, Н.М.Цейтлина, Г.Г.Щукина и др. Новые интересные результаты радиофизических исследований атмосферы на миллиметровых волнах получены К.П.Гайковичем, Е.Н.Кадыгровым, И.В.Кузнецовым, Ю.Ю.Куликовым, В.Г.Рыскиным, А.В.Троицким, Л.И.Федосеевым, А.М.Фейгиным, А.А.Швецовым и др.

В связи с рассматриваемой темой необходимо отметить также работы по дистанционному зондированию атмосферы в СВЧ диапазоне, выполняемые в зарубежных обсерваториях США, Франции, Германии, Швеции, Японии и др. стран (см., например, [48, 52-54]). Как известно, результаты первых измерений атмосферного поглощения в радиодиапазоне с помощью радиотелескопа были получены Дикки с сотрудниками [55].

Практические шаги к освоению рассматриваемой области радиоволн с целью проведения исследований с борта высотных аэростатов и спутников и для изучения верхних слоев атмосферы были начаты в ФИ АН во второй половине 60-х гг. [4,5,31,50]. Эта работа проводилась по инициативе и под руководством основоположника данного направления профессора А.Е.Саломоновича (1916-1989 гг.). Большой вклад в развитие этого направления был внесен А.С.Хайкиным (1937-1977 гг.).

Эффективность радиофизических методов исследования состава атмосферы с поверхности Земли проиллюстрирована в данной работе результатами дистанционного зондирования атмосферного озона на миллиметровых волнах в стратосфере и мезосфере, где молекулы озона играют ключевую роль в атмосферных процессах.

Объектом исследований в данной работе является наблюдаемая по собственному тепловому радиоизлучению земная атмосфера, предметом изучения - радиофизические методы и исследуемые этими методами изменения вертикального распределения атмосферного озона.

Как отмечалось выше, происходящие изменения в атмосфере, в ее защитном озонном слое являются предметом широкого обсуждения на представительных международных научных форумах и рассматриваются в качестве одной из важнейших проблем, с которой столкнулось человечество. Помимо работ в ФИАН, большой вклад в изучение изменений в атмосфере, в защитном слое атмосферного озона внесен коллективами ведущих отечественных организаций ИФА РАН, ИРЭ РАН, ИЭПХФ РАН, ИПФ РАН, ИПМ РАН, ИЗМИРАН, ИОФ РАН, ИГКЭ, МГУ, СПбГУ, ИОА СО РАН, ЦАО, ГГО, ИПГ и др., а также зарубежными исследователями [6-23].

Важный вклад в рассматриваемую проблему сделан в работе А.В.Гуревича, А.Г.Литвака, А.Л.Вихарева, О.А.Иванова, Н.Д.Борисова, К.Ф.Сергеичева [6], где представлен цикл теоретических исследований .и лабораторных экспериментов, в котором продемонстрирована принципиальная возможность генерации озона в стратосфере с помощью локального СВЧ-пробоя воздуха стратосферы.

Важные аспекты математического моделирования в проблемах окружающей среды рассмотрены в работах Г.И.Марчука (см., например, [8, 9]). Большой цикл трудов Г.И.Марчука посвящен моделированию климата и его изменений, исследованию проблем теории крупномасштабных атмосферных процессов и разработке численных методов решения прогностических задач. Исследования по диагностике климатических изменений выполнены И.И.Моховым.

В исследованиях по проблемам дистанционного зондирования атмосферы нашла широкое применение теория решения обратных задач, основанная на фундаментальных работах А.Н.Тихонова.

Исследованиям излучения верхней'атмосферы посвящена книга Н.Н.Шефова, А.И.Семенова, В.Ю.Хомича «Излучение верхней атмосферы - индикатор ее структуры и динамики», М. ГЕОС, 2006.

Широкую известность получили ставшие классическими книги А.Х.Хргиана и Г.И.Кузнецова [16] и С.П.Перова и А.Х.Хргиана [17].

В книге С.П.Перова и А.Х.Хргиана [17], вышедшей в 1980 г., дано, в частности, подробное описание различных методов наблюдений озоносферы: контактных и дистанционных, бортовых и наземных, и прозорливо отмечена перспективность наблюдений вертикального распределения озона радиоастрономическими методами на миллиметровых радиоволнах, выполненных за рубежом с поверхности Земли в конце 60-х гг.

Проблеме атмосферного озона и возможного разрушения озонного слоя посвящены известные книги А.Д.Данилова [19] и Э.Л.Александрова, Ю.А.Израэля, И.Л.Кароля, А.Х.Хргиана [20].

В последние годы достигнуты значительные успехи в развитии отечественной системы мониторинга атмосферы и ее озонного слоя. Под руководством Г.С.Голицина и Н.Ф.Еланского создана уникальная передвижная лаборатория в рамках проекта «TROICA». Под руководством В.В.Зуева1 проводится комплексный мониторинг озоносферы на Сибирской лидарной станции. Создана лидарная сеть CIS-LiNet на пространстве СНГ. Под руководством И.Л.Кароля и А.М.Шаломянского исследуются вариации общего содержания озона по данным наземной озонометрической сети России. Новые результаты по мониторингу озонного слоя контактными и дистанционными методами получены В.У.Хаттатовым и В.А.Юшковым с помощью высотного самолета М-55 «Геофизика». Под руководством Ю.М.Тимофеева разрабатываются и совершенствуются спутниковые методы мониторинга газового состава атмосферы. Важный вклад в исследования озона и других атмосферных газов сделан ЮЛ.Борисовым, Б.Ф.Гордиецом, А.Н.Груздевым, Б.В.Дементьевым, Н.Ф.Еланским, Е.А.Жадиным, В.В.Ивановым, В.С.Косцовым, А.М.Кручсницким, И.К.Лариным, А.В.Поляковым, А.И.Семёновым, В.А.Юшковым и др.

Большое значение в системе мониторинга озоносферы Земли и исследовании климата имеют численные фотохимические модели - работы И.Л.Кароля, А.А.Криволуцкого, И.И.Мохова, А.М.Фейгина и др.

Вместе с тем, как отмечалось, например, в материалах Всероссийской конференции «Развитие системы мониторинга состава атмосферы (РСМА)», состоявшейся в Москве 16-18 октября 2007 г., в России отсутствует наблюдательная база, необходимая для создания системы мониторинга высотного распределения озона и других малых газовых составляющих в средней атмосфере, также как отсутствует отечественная система глобальных спутниковых наблюдений вертикальных распределений озона и других МГС. В докладах, представленных автором данной диссертации на этой конференции, изложены результаты работ в ФИАН по развитию актуального направления - мониторингу озоносферы радиофизическими методами на ММ-волнах, и сделан вывод о необходимости создания отечественной наземной сети для мониторинга озоносферы этими высокоэффективными методами.

Результаты работ ФИАН по развитию радиофизических методов и первых шагов к созданию отечественной сети мониторинга озоносферы на ММ-волнах были доложены автором диссертации на ХХП Всероссийской конференции «Распространение радиоволн» в сентябре 2008 г. и поддержаны Решением этой конференции.

Развитию этого актуального научного направления посвящена данная диссертационная работа.

Цели и задачи работы Целью данной работы является развитие радиофизических методов исследования озоносферы по ее тепловому излучению на ММ-волнах, создание отвечающей современным требованиям чувствительной спектральной аппаратуры, мониторинг вертикального распределения озона, изучение методами радиофизики физических явлений в земной атмосфере, в ее озонном слое.

Целью первого этапа работы было теоретическое исследование спектров теплового радиоизлучения атмосферы. На основе численных экспериментов были сформулированы задачи наблюдений атмосферы и ее озонного слоя радиофизическими методами, сформулированы требования к спектральной аппаратуре. Целью следующих этапов было создание отвечающих этим требованиям спектрорадиометров, проведение наблюдений вертикального распределения озона (ВРО) и анализ полученных результатов [32,33, 3847].

В' задачи наблюдений вошло изучение происходящих в озоносфере изменений в широком диапазоне высот (от нижней стратосферы и до мезосферы), включая высоты, наиболее чувствительные к техногенным загрязнениям, и в широком диапазоне характерных времен (короткопериодных, сезонных, межгодовых и более долговременных изменений).

Среди рассмотренных важнейших задач были задачи, связанные с участием в комплексных исследованиях атмосферы по международным программам [56-58,59,60], с подспутниковыми наблюдениями озоносферы, а также с выработкой практических рекомендаций по результатам работы.

Уникальные возможности радиофизических методов рассмотрены в данной работе на примере исследований высотно-временного распределения содержания озона, полученного в результате многолетних наблюдений озоносферы на миллиметровых волнах с помощью разработанных высокочувствительных спектрорадиометров.

К началу данной работы над созданием методов и апаратуры для мониторинга озоносферы на ММ волнах в нашей стране уже были достигнуты успехи в изучении условий распространения радиоволн этого диапазона, были выполнены первые в нашей стране исследования оптической толщины атмосферы в ММ диапазоне волн и в том числе на частотах спектральных линий молекул озона с помощью транспортабельных радиометров (работы НИРФИ, ИПФ РАН) [25]. В последние годы наблюдения атмосферного озона на миллиметровых волнах в России проводятся также и в Госуниверситете Н.Новгорода.

За рубежом первые наблюдения спектров атмосферного озона были выполнены с помощью радиотелескопов США [52-54] на частотах 101,7 ГГц и 110,8 ГГЦ в 60-70-х гг. Позднее наблюдения атмосферного озона с помощью крупных радиотелескопов проводились также на ММ волнах во Франции, Японии и Швеции. При этом наблюдения озоносферы на ММ волнах в этих работах имели эпизодический характер в перерывах между проводимыми астрофизическими наблюдениями.

В зарубежных организациях, где была позднее создана автономная аппаратура для исследований озоносферы на ММ волнах (в США, Франции, Германии, Швейцарии, Японии), проводились относительно непродолжительные наблюдения, как правило, в периоды международных геофизических кампаний. Лишь в последние годы (значительно позднее начала проведения в ФИАН мониторинга озоносферы) вступили в строй озонометрические комплексы диапазона ММ волн в составе зарубежной наземной сети NDSC (NDACC), размещенные во Франции, на Шпицбергене, в Антарктиде и в др. обсерваториях.

Вместе с тем, к началу выполнения исследований по теме данной работы отсутствовали регулярно проводимые продолжительные (многолетние) наблюдения на ММ волнах вертикального распределения озона в стратосфере и мезосфере и существовал соответственно пробел в знаниях о состоянии озоносферы, о вариациях содержания озона в этих труднодоступных слоях атмосферы. В том числе отсутствовали полученные на основе таких наблюдений данные об особенностях высотно-временного распределения озона и изменениях в озоносфере (защитном озонном слое) над такой густонаселенной областью, как Московский регион. Не было однозначных ответов на вопрос, что происходит с вертикальным распределением озона в условиях естественных возмущений атмосферы и при неконтролируемых антропогенных нагрузках на нее. Не ясна была степень влияния .процессов в полярном стратосферном вихре Северного полушария, где, как теперь хорошо известно, происходит разрушение озона, на высотное распределение озона средних широт.

Необходима была экспериментальная проверка гипотез:

- О влиянии крупномасштабных атмосферных процессов на вертикальное распределение озона в средних и верхних слоях стратосферы и в мезосфере .

- О начальных стадиях прогнозируемого разрушения озона в чувствительной к техногенным воздействиям области озоносферы (высоты около 40 км) над средними широтами.

- О связи изменений в озоносфере над средними широтами в холодное полугодие с развитием полярного вихря.

- Об изолированности бедного озоном воздуха в полярном вихре.

Известная справочная модель озоносферы и ее улучшенный вариант, опубликованный в 1996 г. и вошедший в справочную атмосферу COSPAR [61], были построены по данным спутниковых наблюдений озонного слоя в 1978-1983 гг., т.е. до обнаружения аномальных явлений в озонном слое (озонные «дыры» и др.). Данные этой модели не отражают происшедшие с тех пор изменения и не содержат сведения о региональных особенностях этих изменений.

Дистанционное зондирование озона и ряда других малых газовых составляющих в последние годы выполнялось не только оптическими методами, но также и на миллиметровых и субмиллиметровых волнах со спутников UARS, ODIN, EOS AURA.

Спутниковые методы, основанные на наблюдениях у горизонта, при относительно высоком вертикальном разрешении дают низкое пространственное разрешение вдоль луча зрения, которое составляет несколько сотен километров (например, телескопы в эксперименте CRISTA характеризовались разрешением вдоль луча от 300 до 500 км [56]). Действующие и готовящиеся к запуску спутники (ERS-2, ENVISAT-1, AURA и др.), к сожалению, не могут дать достаточно плотные ряды данных для детального изучения вариаций вертикальных распределений малых газовых составляющих над выбранным районом и должны быть дополнены данными с наземных станций. Кроме того, спутниковая аппаратура нуждается в постоянном контроле путем регулярного сопоставления результатов наблюдений из космоса с данными подспутниковых измерений на наземных станциях, в том числе с использованием наземных радиофизических методов дистанционного зондирования на миллиметровых волнах (см., например, [56]).

Радиофизические исследования в данной работе как раз и были направлены на то, чтобы внести вклад в заполнение упомянутого выше пробела в знаниях о состоянии озоносферы.

Решение указанных выше задач, включая создание аппаратуры и развитие методов изучения земной атмосферы, ее озонного слоя радиофизическими методами, составляют основу данной работы.

Характерной чертой данной работы является выполнение теоретических исследований по оптимизации условий эксперимента и характеристик экспериментальной аппаратуры с последующим созданием такой аппаратуры и методик, а также проведением экспериментов с помощью этой аппаратуры, с последующей обработкой, анализом и интерпретацией полученных результатов наблюдений и выработкой соответствующих практических рекомендаций для их внедрения.

Касаясь научной новизны данной работы, необходимо отметить, недостаточную освоенность в научном и практическом плане рассматриваемого участка спектра. Так, например, к началу работы по рассматриваемой проблематике отсутствовали возможности проведения многолетнего мониторинга на миллиметровых волнах вертикального распределения атмосферного озона в стратосфере и мезосфере, с целью изучения изменений различного масштаба времени в труднодоступных для традиционных методов слоях озоносферы.

Новыми являются созданные аппаратура, методы и полученные, результаты исследований, иллюстрирующие эффективность радиофизических методов, примененных для решения рассматриваемых проблем. К новым результатам относятся следующие положения:

1. Сформулированы требования к спектральной аппаратуре и к условиям проведения наземных экспериментов на ММ волнах. Сделаны оценки ожидаемых при таких наблюдениях эффектов. Созданная радиометрическая аппаратура удовлетворяет предъявленным к ней требованиям.

2. Разработаны оригинальные методы наблюдений атмосферного озона и обработки получаемой информации, включающие оригинальную методику решения обратной задачи* - восстановления вертикального распределения озона в стратосфере и мезосфере из измеренных спектров. Созданные высокочувствительные супергетеродинные спектрорадиометры 2-х миллиметрового диапазона волн, характеризуются» оригинальной конструкцией и оптимизированными спектральными характеристиками.

3. С помощью наземных спектрорадиометров впервые выполнены многолетние (с 1987 г. по настоящее время) регулярные наблюдения атмосферного озона над Московским регионом на ММ волнах.

4. Построено' высотно-временное распределение содержания, озона. Получены новые данные о-вертикальном распределении озона и его особенностях в стратосфере и в мезосфере.

5: Впервые осуществлены совместно с ИФА РАН (на Звенигородской'научной базе) исследования верхней атмосферы методом* одновременных наблюдений спектров излучения озона на ММ волнах и гидроксила в ближнем ИК диапазоне из одной и той же области мезосферы.

6. В результате впервые проведенных (начиная с 1988 г.) одновременных наблюдений вертикального распределения озона на ММ волнах в ФИАН и в зарубежных обсерваториях получены новые данные об особенностях пространственного распределения озона.

Достоверность полученных результатов обусловлена применением в исследованиях созданных высокочувствительных радиометров, а также разработанных эффективных методик наблюдений-и обработки результатов эксперимента, адекватных требованиям-поставленных задач. Достоверность результатов подтверждена их хорошим согласием с данными независимых измерений (озонозондовые и спутниковые данные).

Выполненные автором исследования [32, 33, 37-47, 62-76] отличаются от предыдущих работ следующими положениями:

1. На основе результатов численных экспериментов сформулированы требования к условиям проведения экспериментов и к параметрам спектральной аппаратуры для исследований атмосферы в миллиметровой области спектра. Созданы удовлетворяющие этим требованиям супергетеродинные спектрорадиометры оригинальной конструкции с оптимизированными характеристиками диапазона миллиметровых волн для'атмосферных исследований с поверхности Земли. Разработана новая- методика спектральных наблюдений атмосферного озона на миллиметровых волнах с помощью спектральной аппаратуры с оптимизированными характеристиками и создана оригинальная методика обработки полученных результатов, включающая применение алгоритмов решения обратной задачи с использованием метода регуляризации Тихонова.

2. Впервые проведены многолетние регулярные наблюдения вертикального распределения атмосферного озона в средних широтах над Московским регионом (начиная с* 1987 г. по настоящее время). Построено высотно-временное распределение содержания этого газа в широком диапазоне высот в стратосфере и мезосфере; включая верхние слои атмосферы, недоступные для традиционных наземных оптических методов, лидаров, а также шаров-озонозондов.

3. В' результате осуществления практического многолетнего мониторинга вертикального распределения*озона в средних широтах (над Москвой) радиофизическими методами на ММ волнах получены важные данные о короткопериодных, сезонных межгодовых и более долговременных изменениях в озоносфере средних широт, что важно для решения актуальных задач радиофизики, аэрономии, экологии и ряда смежных областей науки и техники.

4. Разработана методика и впервые проведены (совместно с ИФА РАН) одновременные наблюдения озона на ММ волнах и гидроксила в ИЮдиапазоне из одной и той же области мезосферы. Данные о температуре на высотах мезопаузы, полученные в ИФА РАН по спектрам гидроксила, позволили повысить точность определения содержания озона в районе мезопаузы из измеренных в ФИАН на ММ волнах вращательных спектров излучения молекул озона.

5. Впервые методом одновременных наблюдений вертикального распределения атмосферного озона на миллиметровых волнах из удаленных друг от друга обсерваторий исследованы изменения в озоносфере Северного полушария, получены новые данные об особенностях влияния крупномасштабных атмосферных процессов на пространственно-временное распределение озона. Эти' данные получены в результате первых одновременных наблюдений на миллиметровых волнах в ФИАН в содружестве с обсерваториями Франции и Швеции в конце 80-х годов, а также в результате проведения комплексных исследований атмосферы по международным программам с участием ФИАН, выполненных в последующие годы. Сделан вывод о необходимости создания наземной озонометрической сети диапазона миллиметровых волн, включающей отечественные обсерватории.

При решении поставленных задач был преодолен ряд трудностей, связанных с созданием новых методик эксперимента и разработкой новой надежной и высокочувствительной аппаратуры, поскольку к началу исследований не существовало серийно освоенной промышленностью спектральной приемной аппаратуры и необходимой элементной базы для ее создания в коротковолновой части ММ' области спектра. Были преодолены также трудности, связанные с созданием высокоэффективных методик обработки информации.

Одна из задач, которая-была решена при создании новой аппаратуры и методик исследования, заключалась в математическом моделировании процессов излучения молекул атмосферных газов, в выполнении расчетов ожидаемых при наблюдениях эффектов и формулировке адекватных требований к аппаратуре и условиям экспериментов. При этом была учтена специфика задач дистанционного зондирования атмосферы, при решении которых недостаточно ограничиться только лишь определением каких-либо средних значений физических параметров, важны данные об их временных и пространственных вариациях. Регистрация этих вариаций предъявляет достаточно жесткие требования! к точности измерений соответствующих характеристик излучения. Поскольку дистанционное зондирование атмосферы приводит к решению обратных задач вида Az=u [77-89], то были предъявлены повышенные требования- к чувствительности аппаратуры и к методике решения этих задач (см. раздел 1.6.2). Сложности при решении этих задач усугубляются еще и тем, что в земной атмосфере происходят разнообразные трудно прогнозируемые, а подчас и совсем неожиданные явления, к которым, например, относятся обнаруженные нами аномальные изменения в озоносфере при появлении воздуха полярного стратосферного вихря, возникновение деформированных профилей вертикального распределения озона. Поэтому при исследовании вертикального распределения озона на ММ волнах в труднодоступных для других методов слоях стратосферы и мезосферы не приходилось рассчитывать на достоверную априорную информацию в виде статистических характеристик вертикальной и пространственной структуры полей озона во всей толще атмосферы.

Попытки решения обратных задач в силу их большой важности предпринимались достаточно давно. В то же время лишь благодаря появлению фундаментальных работ А.Н.Тихонова [79,80] была создана современная теория решения обратных задач. В основе математической постановки некорректных задач лежит понятие регуляризирующего алгоритма. В данной диссертационной работе решение основано на итерационном алгоритме [43], в котором на каждом шаге применяется метод регуляризации Тихонова, использующий весьма общую информацию о гладкости точного решения.

Научное и практическое4значение работы определяется её актуальностью. В результате проведённых наблюдений зарегистрированы и исследованы короткойериодные, сезонные и межгодовые изменения содержания озона. Обнаружены и. исследованы явления, характеризуемые значительной деформацией профилей вертикального распределения озона. Установлена связь этих явлений с крупномасштабными атмосферными процессами, с влиянием процессов в стратосферном полярном вихре. Обнаружены пониженные среднемесячные значения содержания озона в наиболее чувствительных к загрязнениям верхних слоях стратосферы.

Характеризуя значение работы, необходимо подчеркнуть следующее:

1. Созданная математическая1 модель радиоизлучения атмосферы необходима для формулировки требований к создаваемой аппаратуре и для прогнозирования результатов планируемых экспериментов по' дистанционному зондированию озона и других малых газовых составляющих атмосферы.

2. Разработанная'спектральная аппаратура и методы, включающие эффективную методику решения обратной задачи, необходимы для продолжения проводимого в ФИАН. многолетнего мониторинга озоносферы, результаты которого. получены наземными методами дистанционного зондирования, т.е. существенно более простыми средствами, чем в случае экспериментов с дорогостоящим спутниковым оборудованием.

3. В результате многолетних наблюдений зарегистрированы межгодовые, сезонные и более короткопериодные изменения ВРО.' Обнаружены явления, характеризующиеся возникновением пониженного содержания озона в чувствительных к техногенным загрязнениям верхних слоях стратосферы, а также образованием значительной деформации профилей ВРО в средних слоях стратосферы.

4. Показана эффективность созданных методов и аппаратуры для решения задач исследований озоносферы в рамках международных программ, в ходе выполнения которых получены новые данные о крупномасштабных процессах в озоносфере. На основании накопленного опыта участия в* таких комплексных программах сделан вывод о необходимости создания» отечественной наземной озонометрической сети, работающей на ММ-волнах, и ее последующее включение в состав глобальной сети обсерваторий.

5. Выполнены синхронные подспутниковые измерения вертикального распределения озона на ММ волнах, необходимые для проверки результатов наблюдений из космоса.

6. На основе результатов работы были сформулированы практические рекомендации:

Для изучения изменений в атмосфере необходимо создание наземной сети мониторинга атмосферных газов на ММ-волнах на территории нашей страны и ближнего зарубежья с последующей ее интеграцией в международную глобальную сеть. Создания этой сети приобретает особую актуальность в настоящее время, когда происходят трудно прогнозируемые изменения состояния атмосферы. В состав отечественной сети может быть включен действующий озонометрический комплекс ФИАН, а также создаваемые в ФИАН на основе современной элементной базы транспортабельные озонометры нового поколения. Важны комплексные наблюдения на ММ волнах озона, окиси хлора, азотных окислов и других газовых составляющих.

При создании новой спектральной аппаратуры и методик исследований может быть использован многолетний опыт, накопленный в ФИАН в ходе выполнения данной работы, включающей создание высокочувствительных спектрорадиометров с оптимизированными спектральными характеристиками, методов наблюдений, накопления и обработки информации и методики решения обратной задачи, а также опыт, полученный в ходе комплексных исследований атмосферы с участием отечественных и зарубежных организаций.

Перспективным для изучения мезосферных процессов являются одновременные наблюдения озона на ММ-волнах и гидроксила в ИК-области спектра из одной и той же области мезосферы по методикам, созданным в ФИАН и ИФА РАН.

Применение созданной методики наземных радиофизических исследований атмосферы весьма перспективно в целях подспутникового мониторинга атмосферы, для контроля работы и калибровки бортовой аппаратуры.

Рассмотренные в данной работе радиофизические методы необходимы для решения актуальных фундаментальных и прикладных задач, сформулированных в диссертации, для изучения изменений в атмосфере под влиянием естественных и техногенных факторов.

Результаты выполненных исследований и практических шагов к созданию отечественной сети наблюдений озоносферы на ММ-волнах показывают важность внедрения разработанных в данной работе методов в народное хозяйство, в службы экологического мониторинга с целью дальнейших наблюдений изменяющейся атмосферы на ММ-волнах, для оперативного выявления аномальных явлений на ранних стадиях их развития и наблюдения за их эволюцией.

7. Реализация полученных автором результатов исследований выполнялась по следующим направлениям:

Создание методики одновременных наблюдений озоносферы на ММ-волнах в ФИАН и в зарубежных обсерваториях и единой методики обработки и анализа полученных данных [40].

Проведение в ФИАН в содружестве с ИПФ РАН исследования пространственного распределения озона на ММ волнах методом одновременных наблюдений озоносферы из двух пунктов нашей страны (Москва, Апатиты) [63,73]. Эти наблюдения явились практическими шагами к созданию отечественной наземной сети для наблюдения озоносферы на ММ' волнах. Показана,реальная возможность осуществления отечественной озонометрической сети, работающей на ММ волнах.

Разработка оригинальной методики синхронных наблюдений верхней атмосферы в ФИАН в содружестве с отделом физики верхней атмосферы ИФА РАН [64].

Внедрение созданных в ФИАН озонометрической аппаратуры с и методик наблюдения* в комплексные исследования' атмосферы в составе глобальной, озонометрической сети [57, 58, 59, 60, 69]. Полученные нами новые данные о •ВРО'были вкладом ФИАН в решение задач указанных международных программ. ;

Передача результатов исследований и научных разработок ФИАН в другие заинтересованные организации [66, 67, 69, 81] . ,

Подспутниковый мониторинг вертикального распределения озона [82] .

Развитие методов и создание аппаратуры нового поколения на основе накопленного в ФИАН опыта спектральных исследований озоносферы на ММ волнах (в кооперации с академическими, промышленными организациями и университетами) [75].

Личный вклад автора

Вклад автора в проведённые исследования заключался в постановке задач исследований, в формулировке требований к аппаратуре и в её создании, в разработке методов наблюдения и обработки информации, в проведении мониторинга озоносферы, анализе полученных результатов исследований и рекомендации по их внедрению.

Разработка спектральной аппаратуры, новых методов наблюдений^ и обработки информации1 выполнялась автором в руководимой им группе спектроскопии миллиметровых волн в отделе спектроскопии Отделения, оптики ФИАН (к.ф.-м.н. С.Б.Розанов, к.ф.-м.н. Е.П.Кропоткина, А.Н.Лукин, к.ф.-м.н. А.Н.Игнатьев).

Криостаты разработаны В.Ф.Троицким в криогенном отделе ФИАН. Анализаторы спектра разработаны в ИПФ РАН с участием ФИАН.

Автором исследованы свойства сходимости предложенного К.П.Гайковичем итерационного алгоритма с применением метода регуляризации Тихонова и выполнен анализ точности решения обратной задачи с помощью этого алгоритма.

Автор являлся инициатором и участником проведения в период с 1988 по 1990 гг. первых одновременных наблюдений озоносферы на ММ-волнах в 2-х и 3-х миллиметровых окнах прозрачности атмосферы из удаленных друг от друга обсерваторий (в ФИАН) на 142,2 ГГЦ, в обсерваториях Франции (Bordeaux Observatory, France;) и Швеции (Onsala. Space Observatory, Sweden) на 110,8 ГГц с целью, изучения влияния крупномасштабных атмосферных процессов на пространственно-временное распределение озона.

Автором с сотрудниками успешно выполнена' программа подспутниковых наблюдений вертикального распределения, озона над Москвой на ММ-волнах, а также проведены исследования (в- части ФИАН) по международным программам' DYANA, CRISTA/MAHRSI, SOLVE 2000.

Совместно с А.И.Семеновым,(ИФА РАН) и Е.П.Кропоткиной, автором проведены исследования верхней атмосферы путем одновременных, наблюдений на ММ волнах мезосферного озона (ФИАН) и гидроксила в ИК диапазоне (ИФА РАН). (

Результаты совместных наблюдений, озоносферы, выполненных автором с сотрудниками в ФИАН в содружестве, с ИПФ РАН, показали реальную возможность осуществления отечественной озонометрической сети, работающей на ММ-волнах.

Результаты теоретических и экспериментальных исследований автора составили основу проектов, выполненных в ФИАН в рамках отечественных и международных научных программ исследований атмосферного озона. К ним относятся выполнявшиеся под руководством автора (в части ФИАН) научные проекты по программам: «Интеграция» (проект ИО 679/908), Федеральная целевая научно-техническая программа (госконтракт № 43.044.11.2642 от 31.01.2002 г.), Программа фундаментальных исследований ОФН РАН1 «Проблемы радиофизики», поддержанные РФФИ и выполненные под руководством автора1 проекты №№ 96-02-19093, 99-02-18132, 03-0217436, поддержанные ISF проект № NAJ000, поддержанный ISF и Правительством РФ проект № NA1300, а также исследования по программам международного сотрудничества с обсерваториями Франции, Швеции и Южной Кореи.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Разработанные радиофизические методы и аппаратура для мониторинга озоносферы обеспечивают надежную регистрацию с поверхности Земли вертикального распределения озона в стратосфере и мезосфере. С помощью этих методов и аппаратуры выполнен многолетний мониторинг атмосферного озона, включая наблюдения озоносферы в составе глобальной озонометрической сети по международным программам и подспутниковые наблюдения.

2. Созданная спектральная аппаратура для мониторинга вертикального распределения озона на миллиметровых волнах удовлетворяет требованиям, сформулированным на основании численных экспериментов, и характеризуется следующими параметрами:

Центральная рабочая частота - 142,175 ГГц

Ширина диаграммы направленности антенной системы — 1,5°

Ширина полосы анализируемых частот составляет 475 МГц

Количество спектральных каналов - 96

3. Частоты и полосы пропускания спектральных каналов оптимизированы для надежной регистрации спектров озона, частотное разрешение спектрорадиометра меняется от 0,1 МГц в центре полосы анализа (в центре линии) до 20 МГц на её краях

4. Полученное в результате мониторинга высотное распределение озона в стратосфере и мезосфере над Москвой характеризуется изменениями различного масштаба времени, которые отражают особенности эволюции озоносферы: зарегистрированы межгодовые, сезонные и более короткопериодные изменения вертикального распределения стратосферного озона, обнаружена значительная деформация профилей озона в отдельные периоды холодного полугодия установлена связь вариаций содержания озона с крупномасштабными атмосферными процессами, с влиянием процессов в полярном стратосферном вихре на озоносферу умеренных широт обнаружены межсуточные и более короткопериодные вариации излучения мезосферного озона зарегистрировано пониженное содержание озона в наиболее чувствительных к техногенным воздействиям слоях верхней стратосферы.

Апробация результатов работы.

Результаты работы, положенные в основу диссертации, опубликованы в рецензируемых журналах, неоднократно были представлены на отечественных и международных конференциях:

2-й, 3-й, 4-й Всес. школах-симп. по распространению ММ- и субМ-волн в атмосфере (Фрунзе, 1986, Харьков, 1989 г., Н.Новгород, 1991 г.), 2-м и 4-м Всес. симп. по ММ- и субММ-волнам (Харьков, 1984, 1987, гг.), XX, XXI, XXIII съездах по спектроскопии (Киев, 1988 г., Звенигород, 1995 г., Звенигород, 2005 г.), 14-й, 16-й Всес. Конференциях по распространению радиоволн (Ленинград, 1984 г., Харьков, 1990 г.), 17-й, 18-й, 19-й, 20-й, 21-й, 22-й Всеросс. научн. конф. по распространению радиоволн (Ульяновск, 1993 г., С.Петербург, 1996 г., Казань, 1999 г., Н.Новгород, 2002 г., Йошкар-Ола, 2005 г., п.Лоо, 2008 г.), Всес. конференции по атмосферному озону (Суздаль, 1988 г.), 21 Всес. конференции Радиоастрономическая аппаратура (Ереван, 1989 г.), Всес. симпозиуме «Геофизические аспекты переноса примесей в верхней атмосфере» (Обнинск, 1990 г.), XVI General Assembly of the European Geophysical Society (Wiesbaden 1991), Научн. конф. «Применение дистанционных радиофизических методов в исследовании природной среды» (Муром, 1992 г.), XVII General Assembly of the European Geophysical Society (Edinburg, 1992), International Workshop on Electrodynemics and composition of mesosphere (N. Novgorod, 1992), 2-th, 3-rd, 4-th Int. Symp. Phys. and Eng. of MM and submillimeter waves (Kharkov, 1994, 1998, 2001), 1-й, 2-й, 3-й, 4-й Всеросс. научной конф. «Физические проблемы экологии» (Москва, 1997г., 1999' г., 2001г., 2004г.), Всеросс. научн. конф. «Применение дистанционных радиофизических методов» (Муром, 1999 г.), Int. Radiat. Symp. "Current Problems in atmospheric Radiation" (St.-Petersburg, 2000), Юбилейной Всеросс. научной конференции «Фундаментальные исследования взаимодействия суши океана и атмосферы» (Москва 2002 г.), Международной конференции «Ломоносов 2004» (Москва, 2004 г.), Международных симпозиумах стран СНГ «Атмосферная радиация» МСАР-99, -МСАР-2002, МСАР-2006 (С.-Петербург, 1999, 2002, 2006гг.), 9-й Всеросс. школе-семинаре «Волны 2004» (Звенигород, 2004г), SPIE's Remote Sensing of Clouds and the Atmosphere XI Conference (Stockholm, Sweden, 2006), 1-й, 2-й, 3-й, 4-й Всеросс. научных конференциях «Необратимые процессы в природе и технике» (Москва, 2001 г., 2003 г., 2005 г., 2007 г.), Всеросс. семинарах по радиофизике ММ- и субММ-диапазонов (Н.Новгород, 2005 г., 2007 г.).

По результатам работы сделано свыше 100 публикаций.

Общая структура работы.

Работа состоит из введения, 6 глав и заключения, содержит 289 страниц текста и 104 рисунка.

Содержание работы.

В главе 1 сформулированы актуальные задачи радиофизических исследований озоносферы. Отмечается важная роль математического моделирования для прогнозирования результатов экспериментов и выработки требований к создаваемой спектральной аппаратуре. Представлены примеры результатов выполненных расчетов спектров теплового излучения атмосферы на ММ-волнах. Сформулирована задача создания высокочувствительной спектральной аппаратуры и эффективных методов дистанционного зондирования озоносферы на миллиметровых волнах, выполнения многолетнего мониторинга вертикального распределения озона в стратосфере и мезосфере.

В главе 2 представлены результаты математического моделирования радиоизлучения атмосферы для различных условий наблюдения.

Расчеты спектрального состава излучения выполнялись с учетом спектральных линий Оз, Оз, HzO, СЮ, N2O, NO, NO2, и других малых газовых составляющих (МГС) атмосферы* для- различных условий наблюдения. Результаты выполненных расчетов интенсивности излучения и значений оптических толщин на. частотах спектральных линий озона, окиси хлора; закиси-азота и др. газов-важны.для оптимизации планируемых экспериментов.по изучению содержания этих малых газовых составляющих в различных слоях атмосферы спектральными радиофизическими методами. ,

Педставлены результаты расчетов1 спектров излучения1 атмосферы- на- частотах выбранной' спектральной линии озона с центром на 142,175v ГГц при наблюдениях с поверхности Земли. Рассчитан вклад молекул озона в излучение атмосферы в зависимости от зенитного' угла наблюдения и от влагосодержания тропосферы. Выполнены оценки чувствительности формы результирующей спектральной« линии к изменениям вертикального распределения содержания озона в стратосфере и мезосфере. Показана реальность обнаружения радиофизическими методами изменений в озоносфере, вызванных естественными причинами (сезонными вариациями, влиянием атмосферной динамики, фотохимическими явлениями и др.), а также техногенными загрязнениями атмосферы. Выполнены расчеты ожидаемых эффектов при наблюдениях мезосферного озона с поверхности Земли. Описан алгоритм решения обратной задачи, основанный на методе регуляризации Тихонова.

Представлены результаты расчетов по оптимизации характеристик спектрорадиометра для наблюдений вертикального распределения озона на ММ-волнах с поверхности Земли. На основании, результатов численных экспериментов сформулированы требования к основным параметрам спектрорадиометра.

На основе численных экспериментов1 исследована точность восстановления различного вида профилей ВРО с учетом выбранных значений параметров спектрорадиометра. Получено, что по точности восстановленных профилей ВРО разработанная методика не уступает известным аналогам в зарубежных обсерваториях.

В главе 3 изложены принципы построения радиометрической аппаратуры для атмосферных исследований на ММ- волнах. Рассмотрены основные соотношения, описывающие чувствительность радиометра, характеристики антенной системы, соотношения, используемые при калибровке аппаратуры. Приведен обзор характеристик известных спектрорадиометров для дистанционного зондирования атмосферного озона на ММ-волнах, представлены характеристики спектрорадиометра ФИАН. По чувствительности спектрорадиометр ФИАН превосходит работающие на той же частоте зарубежные аналоги - озонометрические комплексы университетов Берна и Бремена.

В'главе 4 представлено описание размещенного в Москве спектрорадиометра, для наблюдений вертикального распределения озона.

Рассмотрены основные узлы действующего спектрорадиометра и их характеристики, описаны- методики исследования и результаты измерений основных характеристик созданной аппаратуры. Сопоставление шумовых параметров* спектрорадиометра ФИАН и характеристик входящего в его состав смесителя с соответствующими параметрами,. известных аналогов, показало, что спектральная аппаратура ФИАН соответствует уровнюлучших отечественных и зарубежных аналогов, использующих смесители на планарных диодах с барьером Шоттки.

Рассмотрены разработанные методики настройки и регламентных проверок спектрорадиометра ФИАН.

Описана методика спектральных наблюдений атмосферного озона на ММ волнах, позволившая получать в течение многих лет наблюдений ряды надежных экспериментальных данных с информацией о вертикальном распределении содержания озона и его вариациях.

В главе 5 представлены результаты наблюдений атмосферного озона на миллиметровых волнах в ФИАН, полученные в период с 1987 по 2008 гг.

Дана общая характеристика программы наблюдений, соответствующей задачам, сформулированным в главе 1.

Представлены результаты наблюдений вертикального распределения озона над Московским регионом, выполненных по международным программам. Представлены результаты, выполненных впервые на ММ-волнах одновременных наблюдений вертикального распределения озона из удаленных друг от друга наземных обсерваторий: на 142,175 ГГц над Московским регионом, на 110,8 ГГц над Швецией в Космической обсерваторией Онсала и над Францией в обсерватории университета г. Бордо в период

1988 -1990 гг. Были проанализированы также результаты проведенных в более поздний период, в 1997-2003 гг., одновременных наблюдений озоносферы на 142,175 ГГц в ФИАН и на Шпицбергене. Отмечена важность создания отечественной наземной сети мониторинга озоносферы на миллиметровых волнах.

Представлены результаты наблюдения на ММ волнах высотно-временного распределения озона в стратосфере и мезосфере над Москвой в 1996-2008 гг., подробно» рассмотрены его особенности. Зарегистрированы деформированные профили вертикального распределения отношения смеси озона С03, установлена связь этого явления с особенностями атмосферных процессов. Обнаружены эффекты образования мелкомасштабной структуры на вертикальных профилях С03 на высотах около 30 км.

Приведены результаты сопоставления со спутниковыми данными. Получено их хорошее соответствие.

Впервые осуществлены одновременные наблюдения излучения из одного и того же участка неба ночного мезосферного озона на ММ волнах (ФИАН) и гидроксила в инфракрасной области спектра (ИФА РАН). Зарегистрирован суточный ход мезосферного озона. Обнаружены значительные межсуточные и более короткопериодные вариации ночного мезосферного озона.

В главе 6 рассмотрены» закономерности высотно-временного распределения озона над Москвой • и приведено обсуждение результатов наблюдений. Представлены данные, иллюстрирующие изменчивость вертикального распределения озона различного масштаба времени. Обсуждаются особенности сезонного хода стратосферного озона, на фоне которого происходят более короткопериодные вариации.

Представлены результаты анализа корреляционных связей между содержанием озона на разных высотных уровнях стратосферы и другими параметрами атмосферы. Рассчитаны средние значения и среднеквадратические отклонения содержания озона для разных высотных уровней и сезонов, построены гистограммы для отклонений содержания озона от средних значений.

Сделан вывод, что изменчивость озона, наблюдаемая на фоне сезонного хода, обусловлена процессами атмосферной динамики, а обнаруженные межгодовые изменения в высотно-временном распределении озона отражают происходящие год от года изменения крупномасштабных атмосферных процессов.

Проанализированы результаты наблюдений на ММ-волнах содержания озона в верхних слоях стратосферы. Сделан вывод о важности радиофизических методов для исследования эволюции озоносферы.

Заключение содержит основные результаты работы и выводы.

6.8. Выводы к главе 6

Анализ полученных на миллиметровых волнах данных о высотно-временном распределении озона показал следующее:

1. Наблюдающиеся сезонные изменения содержания озона, его годовой ход, качественно соответствуют данным справочной модели озоносферы CIRA86 (COSPAR).

Вместе с тем обнаружено заметное систематическое отклонение результатов измерений на ММ волнах от этой модели, наиболее существенное в холодные полугодия: В отдельные периоды содержание озона на высотах средней и верхней стратосферы-(25-45 км) уменьшалось на 40-50% от значений модели. Такие явления, зарегистрированные на высотах, как правило, совпадали по времени с некоторым уменьшением (обычно на 1015%) общего содержания озона, измеренного над Московским регионом оптическими методами в Центральной аэрологической обсерватории. Анализ результатов наблюдений ВРО над Москвой показал заметную межгодовую измёнчивость характеристик высотного распределения озона, которая оказалась связанной с. изменением год от года характера крупномасштабных атмосферных процессов.

2. Помимо годового хода имеется также более быстропротекающие изменения^ озона, образующие «шум» озоносферы* с характерными временами вариаций от нескольких дней до: нескольких недель. Обнаруженной закономерностью явилось увеличение амплитуды короткопериодных колебаний содержания озона при: переходе от лета к зиме:

3: Анализ показал, что обнаруженные короткопериодные колебания^ содержания озона связаны с, изменениями и других параметров: стратосферы: высоты -изобарических поверхностей; потенциальной* завихренности, температуры и общего содержания^ озона (ОСО). Получено, что* изменения содержания; стратосферного озона; близки по фазе к изменениям высоты изобарической поверхности: и происходят в противофазе. с изменениями потенциальной завихренности.

4. Исследованы корреляционные связи; между содержанием озона: на; разных . высотах и другими характеристиками* стратосферы (включая общее содержание озона). Были получены, значения» коэффициентов? корреляции; для ОСО1 и содержания озона- на различных.высотных уровнях стратосферы, которые, например, на высотных:уровнях; 10 мбар и 2,5 мбар составили 0,78*0,05 и, 0,66*0,07 соответственно; Эти. результаты' показывают,.что полояштельная^корреляционная зависимость ВРО и ОСО'существует до верхних слоев стратосферы, причем выше 45 км эта зависимость ослабевает. Подобный же вывод сделан и при рассмотрении корреляционных связей между содержанием озона на разных высотных уровнях и потенциальной завихренностью^ а также между озоном и высотами соответствующих изобарических поверхностей. Полученные высокие значения (по модулю) коэффициентов корреляции между содержанием озона и PV в, средних слоях стратосферы примерно до 45 км таюке свидетельствуют о существовании связи между слоями стратосферы и о значительном влиянии крупномасштабных циркуляционных процессов на содержание озона в этих слоях над Москвой в зимний период.

Установленные корреляционные: связи; между содержанием озона и другими параметрами, атмосферы могут быть использованы; для прогнозирования изменений в озоносфере. '

5. Наблюдения показали,, что» географическое расположение пункта наблюдений в Москве оказывается удобным для изучения вертикального распределения озона не только в.воздухе, характерном для умеренных широт, но и в арктическом воздухе при часто возникающей смене воздушных масс в стратосфере над Москвой в холодное полугодие. Арктический воздух с.пониженным содержанием озона может сохраняться над Москвой в холодные полугодия продолжительное время. Такое состояние озоносферы в полярном вихре первоначальнохарактеризуется содержанием озона, составляющим всего около 3-Ю"6 + 4-Ю'6 в слоях между 25 и 45 км, что в 1,5-2 раз ниже содержания озона вне вихря и данных справочной модели [12]. Показано, что под влиянием динамических и фотохимических процессов в зимние периоды происходит значительная деформация-вертикального распределения озона. В зимние периоды нередко наблюдаются профили вертикального распределения озона с локальным минимумом, расположенным в области высот примерно на 30 км, что согласуется с данными других измерений и результатами численного моделирования.

Как показали одновременные наблюдения озоносферы в ФИАН и в других обсерваториях (см. главу 5), явления значительного уменьшения содержания озона'на рассмотренных высотах охватывают большую часть стратосферы, включающую высокие широты и те области средних широт, куда смещается воздух полярного вихря.

6. Анализ результатов- наблюдений над Москвой, в холодные полугодия, показал, что минимальное содержание озона было зарегистрировано в воздухе полярного1 вихря, а максимальное - вне полярного вихря. Полученные в ФИАН, данные-свидетельствуют о ■ постепенном увеличении содержания озона в средней и верхней стратосфере внутри полярного вихря и о тенденции к постепенному уменьшению контраста между содержанием озона внутри вихря и вне его к концу холодного полугодия. Полученные в ФИАН результаты наблюдений согласуются с данными других экспериментов по исследованиям озона в воздухе полярного вихря. В предположении, что эффекты заполнения вихря озоном обусловлены в основном постепенным перемешиванием воздуха вихря с воздухом средних широт, как это считается в ряде последних зарубежных работ, то в этом случае можно- полагать, что степень изоляции воздуха вихря уменьшается во время активизации планетарных волновых процессов, при стратосферных потеплениях, что и приводит к постепенному проникновению богатого озоном воздуха средних широт внутрь полярного вихря через его границу. Причем скорость такого проникновения определяется как раз степенью изоляции воздуха вихря. Таким образом изолированность воздуха внутри вихря не является абсолютной и зависит от интенсивности крупномасштабных волновых процессов. Рост этой интенсивности приводит к снижению степени изолированности- вихря и к постепенному увеличению содержания озона внутри полярного вихря- - примерно до 2 раз к конце холодного периода. Обнаружена значительная межгодовая изменчивость скорости увеличения озона в вихре.

7. Обнаружены колебания содержания озона в стратосфере с периодами, характерными для планетарных волн. Полученные результаты наблюдений показывают связь обнаруженных колебаний в озоносфере над Москвой со смещениями полярного вихря и с изменениями его формы. Область высот, на которых эти колебания содержания озона имеют заметную амплитуду, простирается до верхних слоев стратосферы, ослабевая в районе стратопаузы (область фотохимичнеского равновесия озона).

8. Сопоставляя полученные в ФИАН данные о вертикальном профиле озона в мезосфере и нижней термосфере над Московским регионом с данными спутниковых экспериментов (см. раздел 5.6) в других регионах Земного шара, включая и Южное полушарие, можно сделать вывод о том, что наблюдаемая структура озоносферы характерна для верхней атмосферы высоких широт обоих полушарий Земли.

Полученные на ММ волнах в ФИАН новые результаты, свидетельствуют о мсжсугочных и более короткопериодных вариациях мезосферного озона, которые сложно зарегистрировать с искусственного спутника Земли. Получаемая при таких наблюдениях информация обеспечивается более простыми средствами, чем в случае дорогостоящих спутниковых экспериментов.

9. Зарегистрированные в последние годы на ММ волнах более низкие (по сравнению сданными справочной модели озоносферы) среднемесячные значения содержания озона в наиболее чувствительных к техногенным воздействиям слоях атмосферы, могут быть связаны с долговременным уменьшением содержания озона. Это уменьшение содержания озона согласуется с результатами других экспериментов и с известными теоретическими данными. Данные о высотно-временном распределении озона над Москвой являются частью более общей глобальной картины эволюции озоносферы в условиях естественных и техногенных возмущений. Для исследования долговременных изменений в озонном слое необходимо продолжение мониторинга озоносферы.

10. Результаты выполненных нами наблюдений свидетельствуют о том, что под влиянием атмосферных процессов происходят значительные изменения условий распространения- ММ и субММ радиоволн в стратосфере и мезосфере на частотах спектральных линий озона. Эти изменения' обусловлены значительными вариациями содержания озона.

11. Полученные результаты исследований свидетельствуют о важности изучения эволюции озоносферы радиофизическими методами.

12. На основе накопленного опыта исследований атмосферы в лаборатории спектроскопии ФИАН проводятся работы в кооперации с академическими, отраслевыми организациями и университетами по созданию аппаратуры нового поколения на основе современной элементной базы (твердотельных гетеродинов, НЕМТ-усилителей, микрокриогенной техники, цифровых и акустооптических анализаторов спектра и др.) для дистанционного зондирования на ММ волнах атмосферного озона, окиси хлора и др. малых газовых составляющих, для создания отечественной сети обсерваторий, работающих на ММ волнах [73,74]. Совершенствуются методы обработки информации, включая развитие методов решения обратной задачи применительно к зондированию указанных газовых составляющих [75]. ' 1

13. Отмечены следующие перспективные направления развития аппаратуры и методов:

Развитие приемных систем, повышение чувствительности. Перспективным является применение НЕМТ-усилителей, а также сверхпроводящих СИС-переходов.

Развитие систем спектрального анализа принимаемого сигнала, развитие цифровых систем.

Развитие математических методов решения обратных задач - восстановления вертикального распределения озона и других малых газовых составляющих из; измеренных спектральных линий этих газов.

Развитие комплексных спектральных исследований озона и других газовых составляющих атмосферы в миллиметровой и субмиллиметровой областях спектра с помощью наземной и бортовой радиометрической аппаратуры (на самолетах, аэростатах, ракетах и спутниках).

Результаты проводимых в ФИАН радиофизических исследований иллюстрируют новые возможности в изучении структуры озоносферы и ее эволюции в условиях происходящих климатических изменений и техногенных возмущений. Важны комплексные наблюдения озона, окиси хлора и других газовых составляющих.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной работе получены следующие основные результаты:

1. Разработана; математическая модель радиоизлучения атмосферных газов в субмиллиметровом и миллиметровом диапазонах волн. Выполнено теоретическое исследование спектров теплового излучения атмосферы, включающих линии озона; а также линии водяного пара, окиси хлора, окислов азота и др. малых газовых составляющих атмосферы,. влияющих на общий баланс озона, для различных условий наблюдения: с поверхности Земли, с борта, аэростата и с ИСЗ: Рассмотрены: особенности этих спектров, исследована их структура. Измеренияспектров: радиоизлучения атмосферы необходимы для получения информации о пространственно-временном распределении указанных газов; что является важной задачей радиофизических1 исследований атмосферы;

2. Показана эффективность, дистанционного зондирования^ малых газовых составляющих атмосферы на миллиметровых волнах. с поверхности: Земли на ; примере мониторинга, атмосферного озона: Зависимость, ширины спектральной;.линии; озона от давления^; и чувствительность формы контура выбранной спектральной; линии- озона* к распределению, молекул этого газа вдоль луча зрения; проиллюстрированная;; результатами? расчетов, являются физической основой) постановки, обратной задачи! - восстановления вертикального профиля озона из измеренной; с: поверхности Земли спектральной» линии; Сформулированы актуальные задачи радиофизических исследований; атмосферы, ее защитного озонного слоя; в условиях; влияния - возмущений естественного и антропогенного: происхождения. Сформулирована задача создания высокочувствительной спектральной аппаратуры и эффективных методов дистанционного зондирования озоносферы. • на миллиметровых волнах, выполнения многолетнего мониторинга вертикального распределения озона в стратосфере и мезосфере.

3. На основе результатов* выполненных численных экспериментов сформулированы требования к основным параметрам спектрорадиометра для мониторинга озоносферы: рабочей частоте, чувствительности; спектральному разрешению и др. Рассчитана оптимальная частотная сетка анализатора спектра спектрорадиометра для дистанционного зондирования атмосферного озона. Выполнены оценки разрешающей способности метода и точности восстановления, вертикальных профилей" озона. На основании- численных экспериментов показано, что спектральная приемная аппаратура с оптимизированными параметрами и разработанные, математические методы обработки информации, включая методику ^решения обратной задачи, основанную на методе регуляризации Тихонова, позволяют с высокой точностью восстанавливать вертикальное распределение озона в стратосфере и мезосфере, что необходимо для решения важных задач экологии, физики атмосферы и других областей фундаментальных и прикладных исследований.

4. Созданы спектрорадиометры оригинальной конструкции с оптимизированными характеристиками для мониторинга атмосферного озона на миллиметровых волнах, разработана оригинальная методика спектральных наблюдений и обработки информации. Благодаря надежности этой аппаратуры и эффективности созданных методик наблюдений и обработки информации была обеспечена высокая точность регистрации спектров излучения атмосферного озона в течение многолетних наблюдений. Созданная спектральная аппаратура характеризуется совокупностью ряда схемных и конструктивных отличительных особенностей. Разработаны оригинальные методики наблюдений и обработки информации. В» состав спектрорадиометра входит оптимизированный анализатор спектра с переменным шагом и спектральным разрешением по частоте, малошумящие входные тракты и антенная система с низким уровнем боковых лепестков* диаграммы направленности, используется «квазинулевой» метод регистрации принимаемого излучения, осуществляется периодическая калибровка спектрорадиометра по тепловым излучателям, применяется автоматизированная система накопления^ и обработки информации с использованием современных математических методов, включая высокоэффективную методику решения обратной задачи, основанную на методе регуляризации Тихонова.

5. Созданная спектральная аппаратура была включена в состав глобальной озонометрической сети по ряду международных программ таких, как DYANA (1990 г.), CRISTA/MAHRSI (1994, 1997 гг.), SOLVE 2000 (1999-2000 гг.). Исследования атмосферы и ее характеристик по перечисленным программам проводились комплексно с применением наряду с наблюдениями озоносферы на ММ волнах также и других методов в различных точках земного шара. С помощью спектральной аппаратуры ФИАН зарегистрированы изменения в высотно-временном распределении озона различного масштаба под влиянием физико-химических процессов в атмосфере. Результаты проведенных в ФИАН исследований были вкладом в решение задач указанных международных программ.

С помощью спектрорадиометра ФИАН выполнены подспутниковые измерения вертикального распределения озона над Москвой для контроля работы спутниковых инфракрасных телескопов, запущенных с помощью US Space Shuttle. Сопоставление результатов наблюдений вертикального распределения озона над Московским регионом с помощью спектрорадиометра ФИАН с результатами спутниковых измерений и озонозондовыми данными показало их совпадение в пределах погрешностей измерений.

6. В результате многолетних регулярных наблюдений озоносферы на ММ волнах над Московским регионом получено высотно-временное распределение содержания озона, отражающее происходящие изменения в озоносфере.

6.1. Зарегистрированы и исследованы короткопериодные, сезонные и межгодовые изменения содержания озона. Обнаружено увеличение амплитуды короткопериодных колебаний содержания озона в холодные полугодия. Исследован новый класс явлений в озоносфере, характеризуемых значительной деформацией профилей вертикального распределения озона, возникновением аномальных снижений содержания озона в стратосфере в холодные* периоды. Установлена связь этих явлений с крупномасштабными атмосферными процессами, с влиянием процессов в стратосферном полярном вихре на озоносферу умеренных широт. Зарегистрированы профили озона, отражающие слоистую структуру озоносферы на высотах около 30 км.

Обнаружены пониженные среднемесячные значения содержания озона в наиболее чувствительных к загрязнениям верхних слоях стратосферы.

6.2. Установлено, что изменчивость озона, наблюдаемая на фоне сезонного хода, связана с циркуляционными процессами, с переносом воздушных масс различного типа в стратосфере над Москвой. Установлена связь обнаруженных колебаний в озоносфере над Москвой с периодами, характерными для планетарных волн, со смещениями полярного вихря и с изменениями его формы. Область высот, на которых эти колебания содержания озона имеют заметную амплитуду, простирается до верхних слоев стратосферы. Установлены корреляционные связи содержания озона в отдельных слоях на высотах средней и верхней стратосферы с общим содержанием озона, высотой соответствующей изобарической поверхности, потенциальной завихренностью, температурой. Установленные закономерности свидетельствуют о существовании связи между указанными слоями стратосферы и о значительном влиянии циркуляционных процессов на содержание озона в этих слоях над Москвой в зимний период. Обнаруженная межгодовая изменчивость в высотно-временном распределении озона связана с межгодовыми изменениями крупномасштабных атмосферных процессов.

6.3. Показано, что географическое расположение пункта наблюдений в Москве оказалось удобным для изучения вертикального распределения озона не только в воздухе, характерном для умеренных широт, но и в воздухе полярного вихря при часто возникающей смене воздушных масс в стратосфере над Москвой в холодное полугодие. Минимальное содержание озона было зарегистрировано в воздухе полярного вихря, а максимальное - вне полярного вихря. Воздух с пониженным содержанием озона в средней и верхней стратосфере может сохраняться над Москвой в холодные полугодия продолжительное время. Полученные данные свидетельствуют о постепенном увеличении содержания стратосферного озона в воздухе полярного вихря и о постепенном уменьшении контраста между содержанием озона внутри вихря и вне его к концу холодного полугодия. Обнаружена значительная межгодовая изменчивость скорости увеличения озона в вихре.

6.4. Зарегистрированы пониженные (по сравнению с данными справочной модели озоносферы) среднемесячные значения содержания озона в верхних слоях стратосферы, чувствительных к техногенным загрязнениям.

6.5. Проведены наблюдения мезосферного озона. Впервые осуществлены одновременные наблюдения озона на ММ волнах и гидроксила в.ближнем ИК диапазоне (совместно с Отделом физики верхней атмосферы ИФА РАН). Зарегистрирован суточный ход мезосферного озона, характеризуемый ^ значительным увеличением содержания озона ночью, что соответствует выводам фотохимической теории: Зарегистрированы значительные межсуточные и более короткопериодные вариации излучения ночного мезосферного озона.

6:6. В качестве практических шагов на пути создания наземной' сети мониторинга озоносферы, радиофизическими методами были впервые проведены - наблюдения вертикального распределения' озона на миллиметровых волнах из различных наземных пунктов: над Московским регионом в ФИАН и в зарубежных обсерваториях Франции и Швеции. Получены и проанализированы результаты одновременных наблюдений озоносферы на миллиметровых волнах над Москвой и Шпицбергеном. Получены уникальные данные о пространственном распределении озона- и особенностях влияния на него крупномасштабных атмосферных процессов. Обнаружены значительные изменения пространственного распределения стратосферного озона в периоды активизации планетарных волновых процессов, во время стратосферных потеплений. Зарегистрированные ВРО в воздухе полярного вихря, характеризовались пониженным содержанием озона в средних и верхних слоях стратосферы в умеренных и высоких широтах (по данным наблюдений над Москвой и синхронных высокоширотных наблюдений). Обнаружена значительная межгодовая изменчивость в пространственном распределении озона.

В ФИАН в содружестве с ИПФ РАН были выполнены первые одновременные наблюдения на миллиметровых волнах вертикального распределения озона над Москвой и в высоких широтах над Апатитами. Обработка спектральных данных этих совместных наблюдений, включая решение обратной задачи, и анализ полученных результатов выполнялся по единой методике, созданной в ФИАН. Показана высокая эффективность разработанных радиофизических методов исследования атмосферы, которые могут служить аппаратурно-методической основой системы мониторинга озоносферы на ММ-волнах.

Показана важность и реальность создания отечественной наземной сети мониторинга озоносферы радиофизическими методами с последующей интеграцией ее в глобальную озонометрическую сеть.

Результаты выполненных исследований показывают важность внедрения развитых в данной работе методов в народное хозяйство, в службы экологического мониторинга для оперативного обнаружения аномальных явлений на ранних стадиях их развития и наблюдения за их эволюцией. Результаты мониторинга крайне важны для рационального природопользования, для принятия решений по защите биосферы в интересах экологической безопасности страны и её устойчивого развития.

Перспективами работы являются следующие направления: продолжение мониторинга вертикального распределения озона на ММ-волнах с целью исследования эволюции озоносферы в условиях влияния естественных и техногенных факторов (в содружестве с отечественными и зарубежными обсерваториями) участие в создании отечественной наземной озонометрической сети, работающей на миллиметровых волнах, с последующим включением ее в глобальную сеть развитие мониторинга радиофизическими методами пространственно-временного' распределения озона, окиси хлора и других важнейших малых газовых составляющих атмосферы, играющих ключевую роль в атмосферных процессах.

Таким образом, в диссертационной работе выполнены исследования по развитию нового перспективного направления - созданию отвечающей современным требованиям аппаратурно-методической основы наземной системы мониторинга газового состава атмосферы, ее озонного слоя радиофизическими методами, выполнению мониторинга озоносферы на миллиметровых волнах. В рамках этого направления в данной работе создана высокочувствительная спектральная аппаратура и эффективные методы дистанционного зондирования озоносферы на миллиметровых волнах, выполнен многолетний мониторинг вертикального распределения озона в стратосфере и мезосфере. Результаты первых одновременных наблюдений на миллиметровых волнах вертикального распределения озона, выполненных в ФИАН в содружестве с другими обсерваториями в умеренных и в высоких широтах, показали актуальность и реальность создания отечественной наземной сети мониторинга озоносферы радиофизическими методами с последующей интеграцией ее в глобальную озонометрическую сеть.

В заключении необходимо отметить важную роль безвременно ушедших чл.корр. РАН И.И.Собельмана, проф. А.Е.Саломоновича и А.С.Хайкина в поддержке данного научного направления.

Автор выражает глубокую благодарность руководителям отдела спектроскопии и Отделения оптики ФИАН проф. В.Н.Сорокину, к.ф.-м.н. М.А.Мазинг, д.ф.-м.н.

A.В.Масалову, В.М.Виноградову за оказанное содействие при выполнении работы, проф. Р.Л.Сороченко за ценные советы, консультации и помощь в работе, зав. лабораторией спектроскопии миллиметровых волн С.Б.Розанову, научным сотрудникам отдела спектроскопии ФИАН ЕЛ.Кропоткиной, А.Н.Лукину, А.Н.Игнатьеву, В.Н.Леонову, руководителю мастерской В.К.Бардину, сотрудникам ФИАН В.Ф.Троицкому, Г.Т.Смирнову,

B.А.Гусеву, С.В.Логвиненко, ГА.Павлову, В.П.Токаревой, а также П.Л.Никифорову и А.М.Штанюку за участие в работе на различных ее этапах. В работе участвовали безвременно ушедшие Г.Б.Семин, Б.Г.Волков.

Успеху работы в большой степени способствовала ее поддержка профессорами Н.А.Армандом, К.П.Гайковичсм, Н.Ф.Еланским, А.А.Семеновым, Е.В.Суворовым, ЮА.Пироговым ВА.Черепениным, а также проф. Д.Офферманном (ФРГ), проф. Дж.Делано (Франция), докторами Дж.Эльдером и А.Виннбергом (Швеция), которым автор глубоко признателен.

Работа была выполнена благодаря поддержке руководства и сотрудников ряда отечественных и зарубежных организаций, которым автор глубоко благодарен: ИРЭ РАН, ИФА РАН, ИПФ РАН, МГУ, МГГУ им. Н.Э.Баумана, ЦАО, ГМЦ, НПО «Сатурн», ИРЭ НАНУ УССР, Onsala Space Observatory (Sweden), Bordeaux Observatory (France), University of Wuppertal (Germany).

1. V.L.Ginzburg. Remarks on my work on Radio Astronomy. - In: The Early Years of Radio

2. Исследование земной; атмосферы радиоастрономическими методами: В" монографии

3. Развитие радиоастрономии-BiGCGP». Под; ред. Саломоновича АЛЕ; Раздел 8;2, С. 179184. М: «Наука», 1988 г.5. а. Радиоастрономические исследования в.Физическом институте;им. П;Н:Лебедева;АН-.

4. Scientific Assessment of Ozone Depletion: 2002., World; Meteorological; Organization; Global Ozone Research and Monitoring Project, Report No.47, Geneva; 2003.

5. Scientific Assessment of Ozone Depletion: 2006. World Meteorological Organization, Global Ozone Research and Monitoring Project, Report No.50, Geneva, 2007.

6. OZONE. Proc. XX Quadr. Ozone Symposium, 1-8 June 2004, Kos, Greece. Ed. C.Zerefos, Univ.Athens, Greece, May 2004, v.l, 2.

7. К.Я.Кондратьев, Ю.М.Тимофеев. Термическое зондирование атмосферы со спутников JI. Гидрометеоитздат, 1970.

8. А.Х.Хргиан, Г.И.Кузнецов. Проблема наблюдений и исследований атмосферного озона. Изд МГУ, 1981, с.214.

9. С.П.Перов, А.Х.Хргиан. Современные проблемы атмосферного озона. Л.Гидрометеоиздат, 1980.

10. ИЛ.Кароль, В.В.Розанов, Ю.М.Тимофеев. Газовые примеси в атмосфере. Гидрометеоиздат. 1983, с.192.

11. А.Д.Данилов «Атмосферный озон сенсации и реальность»,Л.Гидрометеоиздат 1991

12. Э.Л.Александров, Ю.А.Израэль, ИЛ.Кароль, А.Х.Хргиан «Озонный щит Земли иего изменения».СПб.: Гидрометеоиздат, 1992 г.

13. N.F.Elansky. Atmospheric ozone. Russian National Report. Meteorology and Atmospheric

14. Sciences. 1999-2002. МАКС Пресс, Moscow 2003, c.29-42.

15. Электромагнитные волны в атмосфере и в космическом пространстве. Ред. Соколов А.В., Семенов А.А. М: «Наука».1986.

16. Спектральные исследования космического и атмосферного излучения. Ред. Кисляков

17. А.Г. Изд. ИПФ РАН: Горький. 1979.

18. Башаринов А.Е., Гурвич А.С., Егоров С.Т. Радиоизлучение Земли как планеты. М: «Наука», М.1974 г.

19. Гурвич А.С., Наумов А.П. Известия АН СССР, Физика атмосферы и океана, 1972, 8,5, 543.

20. Жевакин С.А., Наумов А.П. Изв. вузов. Радиофизика. 1967, т.10, №9-10, с.1214-' 1243.

21. Распространение радиоволн. Сборник докладов XXI Всеросс. научн. конф. 25-27 мая 2005 г., Йошкар-Ола. Ред. Н.А.Арманд, Йошкар-Ола, МарГТУ 2005.

22. Саломонович А.Е., Соломонов С.В., Хайкин А.С. и др. ДАН СССР, 1975, т.233, №4, с.852-855.

23. Собельман'И.И., Соломонов С.В., Сороченко Р.Л. Миллиметровые волны: новые возможности исследования озоносферы. Вестник РАН, 1993 г т.63, № 8, с.722-729.

24. С.В.Соломонов. Радиофизические исследования озоносферы. Успехи современной радиоэлектроники. 2003, 1, с.9-25.

25. Кисляков А.Г., Савельев Д.В, Шкелев Е.И., Вакс В.Л. Радиотехника и электроника, 1998, т.43, №6, с. 668-673.

26. Китай Ш.Д., Наумов А.П., Ошарина Н.Н. Особенности уходящего теплового излучения системы атмосфера- подстилающая поверхность в субмиллиметровом диапазоне длин волн. Успехи современной радиоэлектроники. 2001, №11, с.14-20.

27. Кропоткина Е.П., Соломонов С.В. Исследование Земли из космоса. 1988, №1', с.81-88.

28. С.В.Соломонов, Е.П.Кропоткина, А.Н.Лукин, С.Б.Розанов. О вариациях атмосферного озона по наблюдениям на миллиметровых волнах. Известия АН Физика атмосферы и океана. 1993, т.29,№ 4, с.525-531

29. S.V.Solomonov, S.B.Rozanov, E.P.Kropotkina, A.N.Lukin. Techniques of ground-based remote sensing of the ozone layer by millimeter-wave heterodyne spectroscopy HProc. SPIE. 1998. - V.3406. - P.135-157

30. Розанов С.Б., Соломонов C.B., Игнатьев A.H. Международный симпозиум «Атмосферная радиация» (МСАР-02), 18-21 июня 2002 г., Сборник тезисов. Изд. СПбГУ С.-Петербург, 2002, с.154-155.

31. Соломонов С.В., Кропоткина Е.П., Семенов А.И. Краткие сообщения по физике ФИАН. 2001, №10, с.30-38.

32. Гайкович К.П., Кропоткина Е.П., Соломонов С.В. Изв. АН. Физика атмосферы и океана, 1999, т.35, №1, с.86-95.

33. Соломонов С.В., Розанов С.Б., Кропоткина Е.П., Лукин А.Н. Радиотехника и электроника, 2000, т.45, №12, с.1519-1525.

34. Соломонов С.В., Кропоткина Е.П., Лукин А.Н., Розанов С.Б. Краткие сообщения по физике ФИАН, 1998, № 1, с.30-38.

35. Кидиярова В.Г., Кропоткина Е.П., Соломонов С.В. Известия АН. Физика атмосферы и океана. 1995, т.31, №1, с.81-87.

36. Atmospheric remote sensing by microwave radiometry. Ed. M.Janssen. J.Willey&Sons Inc., 1993.

37. М.С.Малкевич. Оптические исследования атмосферы со спутников. Изд. «Наука», М. 1973.

38. С.В.Соломонов. Исследование субмиллиметрового радиоизлучения атмосферы Земли с ИСЗ. Кандидатская диссертация. ФИАН. Москва, 1976.

39. С.В.Соломонов, А.С.Хайкин. О возможности исследования земной атмосферы по уходящему субмиллиметровому излучению в относительно широких полосах спектра. Известия АН СССР, Физика атмосферы и океана, №5,1978.

40. W.M.Caton, G.G.Manella et al. The Astrophys. J.,1968, v.151, L153.

41. F.I.Shimabukuro, W.J.Wilson. J.Geophys.Res. 1973, v.78, 6136-6139.

42. F.I.Shimabukuro, P.L.Smith, W.J.Wilson. J.Geophys.Res. 1975, v.80, 2957-2959.

43. R.H.Dicke et al. Phys. Rev., 1946, 70, 340.

44. D.Offermann, R.Conway. Eos, American Geophys. Union, v.76, No.34, 1995, 337.

45. DYANA (Dynamics Adapted Network for the Atmosphere) Campaign Handbook, D.Offerman, M.Bitner, Physics Department University of Wuppertal, July 1989, Part I, II, Ш:

46. D.Offermann. DYANA Project" Survey. Proc. 10th ESA Symp. Europ. Rock. Balloon Programmes Rel. Res. Mandelieu-Cannes, France, 27-31 May 1991, ESA SP-317, November 1991.

47. CRISTA/MAHRSI Campaign Handbook. Prep. By Bittner M„ Offermann D: Wuppertal:1. Univ. of Wuppertal, 1994.

48. CRISTA/MAHRSI Campaign Handbook. Prep, by Lemacher G, Offermann D. Wuppertal:1. Univ. of Wuppertal, 1997.

49. Keating G.M., Chiou L.S., Hsu N.C. Improved ozone reference models for the COSPAR international reference atmosphere //Adv.Space Res. 1996. vol,18,No.9/10.pp.ll-58.

50. Е.П.Кропоткина, Ю.Ю.Куликов, В.Г.Рыскин, С.В.Соломонов. Исследование' изменений вертикального распределения озона над Москвой* и Апатитами^ на миллиметровых волнах. Известия вузов. Радиофизика. 2005, т.48,10-11,с. 899:904.

51. В.И.Перминов, Е.П.Кропоткина, В.В.Баканас, Н.Н.Перцев, С.В.Соломонов и др. Определение.концентраций основных и малых газовых компонентов атмосферы на'-высотах мезопаузы. Геомагнетизм и аэрономия. 2002, т.42, №6, с.814-820.

52. Е.П.Кропоткина, Ю.А.Пирогов, С.Б.Розанов, С.В.Соломонов. Радиофизические исследования вертикального распределения озона над Москвой. Краткие сообщения по физике ФИАН. 2000, №8, с. 37-45

53. Отчет ФИАН по теме «Фундаментальные и прикладные исследования Радиоастрономического учебно-научного центра». Программа «Интеграция». Этапы 1997-2004 гг. Проекты №№ 315, АО 107-2.1/2000; АО-107-2.1/2001; И0679; И0679/908. Шифр «Река».

54. S.V.Solomonov, S.B.Rozanov, E.P.Kropotkina, A.N.Lukin. Techniques of ground-based remote sensing of the ozone layer by millimeter-wave heterodyne spectroscopy HProc. SPIE. 1998. - V.3406. - P.135-157.

55. Ю.Ю.Куликов, С.В.Соломонов. Исследования озонового слоя Земли методами наземной микроволновой радиометрии. Доклад на XIX Всеросс. научн. конф. «Распространение радиоволн». Тезисы докладов. Казань,22-25 июня 1999. Изд. «Хэтер», Казань, 1999, с.38-42.

56. Отчет ФИАН по НИР «Методы и средства активного и пассивного дистанционного зондирования атмосферы и подстилающей поверхности в ММ и СММ диапазонах волн». Шифр «Фон». Этапы 2003 и 2004 г.

57. J.Hadamard. Sur les problemes aux derives partielles et leur signification physigue-Bull.univ.Prinston, 1902, 13.

58. J.Hadamard. Le probleme de Cauchy et les equations aux derives partielles lineares hyperboliques. Paris: Hermann, 1932.

59. А.Н.Тихонов, В.Я.Арсенин. Методы решения некорректных задач, М.: Наука, 1979.

60. А.Н.Тихонов, А.В.Гончарский, В.В.Степанов, А.Г.Ягола. Регуляризирующие алгоритмы и априорная информация. М.: Наука, 1983.

61. N.F.Elansky. Atmospheric ozone. Russian National Report. Meteorology and Atmospheric Sciences. 1999-2002. МАКС Пресс, Moscow 2003, c.29-42.

62. Atmospheric Remote Sensing by Mycrowave Radiometry. Ed. M.A.Jansson, New York: J.Willey & Sons, 1993.

63. Keating G.M., Chiou L.S., Hsu N.C. Adv.Space Res. 1996. vol.18,No.9/10.pp.l 1-58.

64. Соломонов C.B., Кропоткина Е.П., А.Н.Лукин A.H. и др. Известия АН. Физика атмосферы и океана. 1993, т.29, №4, с.525-531

65. Соломонов С.В. Успехи современной радиоэлектроники. 2003, №1, с. 9-25.

66. С.В.Соломонов, Е.П.Кропоткина, С.Б.Розанов. Известия вузов. Радиофизика. 2003, Т.XLVI, №8-96 2003, с. 764-770.

67. J.Hadamard. Sur les problemes aux derives paitielles et leur signification physigue

68. Bull.univ.Prinston, 1902,13.

69. J.Hadamard. Le probleme de Cauchy et les equations aux derives partielles lineareshyperboliques. Paris: Hermann, 1932.

70. М.А.Леонтович. Введение в термодинамику. Гостехиздат, 1952.

71. С.М.Рытов. Теория электрических флукгуаций и теплового излучения. Изд. АН СССР, 1953.

72. М.Л.Левин, С.М.Рытов. Теория равновесных тепловых флуктуаций в электродинамике . М.: Наука, 1967.

73. Н.М.Цейтлин. Антенная техника и радиоастрономия. М.: Советское радио. 1976.

74. А. Унзольд. Физика звездных'атмосфер.Гос.изд. иностр. лит. М.1949.

75. СА.Каплан, С.Б.Пикельнер. Физика межзвездной среды. М.:Наука, 1979.

76. В.В.Соболев. Курс теоретической астрофизики. М.: Наука, 1975.

77. К.Я.Кондратьев, Ю.М.Тимофеев. Термическое зондирование атмосферы со спутников. Л.: Гидрометеоиздат, 1970.

78. К.Я.Кондратьев. Лучистый теплообмен в атмосфере. Л.: Гидрометеоиздат, 1956.

79. S. Chandrasekhar. Radiative Transfer. Dover, New York, 1960.

80. R.M.Goody, Y.L.Yung. Atmospheric Radiation: Theoretical Basis. Oxford University Press,1. New York, 1989.

81. A. Einstein. Zur Quantentheorie der Strahlung. Physik Z.18,121,1917.

82. К. Ленг. Астрофизические формулы. 4.1. Изд. Мир, М.1978.

83. А.П.Наумов. Докторская диссертация. Горький 1982.

84. Л.Д.Ландау , Е.М.Лифшиц. Квантовая механика, М.: Физматгиз. 1963.

85. М.А.Ельяшевич. Атомная и молекулярная спектроскопия. М.: Физматгиз. 1962.

86. М.Стрендберг. Радиоспектроскопия. М.: Ил., 1956.

87. M.Born, R.Oppenheimer. Ann.d.Phys. 84, 457,1927.

88. Ч.Таунс, А.Шавлов. Радиоспектроскопия. М.: Изд.иностр. литературы, 1959.

89. H.A.Lorentz. Proc. Amsterd. Akad. Sci. 8, 591,1906.

90. П. Дебай. Полярные молекулы. М.-Л., 1931.

91. J.H.Van Vleck, V.F.Weisskopf. Rev.Mod:Phys., 17, 227,1945.

92. Собельман И.И. Введение в теорию атомных спектров. Гос. изд. физ.-мат. лит. М. 1963.

93. J.E.Uhlenbeck, C.S.Wang Chang. Proc. Symp. on Trasport Proceesses in Statistical Mechanics, Brussels, August, 1956. Interscience Publishers, 1958.

94. E.P.Gross, Phys. Rev., 97, 395,1955.

95. J.H.Yan Yleck, Phys. Rev., 71, 413,1947.

96. J.H.Van Vleck, Phys. Rev., 71, 425, 1947.

97. Ш.Д.Китай, А.П.Наумов, Н.Н.Ошарина. Успехи современной радиоэлектроники, 14, 2001.

98. A.Ben-Reuven. Advan. Atom.Molec.Phys. 5,201, 1969.

99. P.W.Rozenkranz. IEEE Transact, on Antennas and Propag., AP-23, 4,498, 1975.

100. Ю.П.Калмыков, С.В.Титов. Радиотехника и электроника, 34, 1,13,1989.

101. Ю.П.Калмыков, В.А.Завизион, Т.А.Новскова, С.В.Титов. В сборнике «Физика микроволн», т.2. с.244, Н.Новгород, 1999.

102. J.W. Waters. Methods of experimental physics. 12, Pt.B, 142, N. Y.Akad.Press 1976.

103. A.K.Hui, B.H.Armstrong, A.A.Wray. J.Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 19,509, 1978.

104. А.Г.Кисляков, К.С.Станкевич. Известия ВУЗ. Радиофизика. 10, 9-10, 1244, 1967.

105. R.H.Schwendeman, Y.W.Laurie. Tables of line strengs. Pergamon Press, 1956.

106. W.S.Benedict, L.D.Kaplan. J.Chem.Phys., 30, 388,1959.

107. W.S.Benedict, H.H.Claassen, T.H.Shaw. J. Res. NBS. 49, 91,1952.

108. T.Rogers. Proc. Conf. Radio Met. 9-12 Nov.1953, Univ. Texas.

109. К.А.Аганбекян, В.П.Бисярин, А.В.Зражевский, А.О.Изюмов, А.В.Соколов, Е.В.Сухонин. В сборнике «Распространение радиоволн». Изд. «Наука», М. 1975

110. HJ. Liebe. Intern.J.of Infrared and Millimeter Waves, 10, 6,631, 1989.

111. H.J.Liebe. Radio Sci. 20, 5,1069,1985.

112. H.J.Liebe, P.W.Rozenkranz, G.A.Hufford. J.Quant.Spectrosc.Radiat.Transfer. 48,1992

113. Ю.П.Калмыков, С.В.Титов. Изв.ВУЗ. Радиофизика, 32, 8,933,1989.

114. T.Manabe, R.O.Debolt, H.J.Liebe. IEEE Trans.Antennas Propag. AP-37, 262,1989.

115. H.J.Liebe. Frequenz. 41, 31, 1987.

116. М.Б.Зиничева, Ш.Д.Китай, А.П.Наумов, А.М.Ошарин, Н.Н.Ошарина, Н.И.Фурашов. Проблемы распространения микроволн в земной атмосфере. Труды XX Всероссийской конференции по распространению радиоволн. Н.Новгород.2-4 июля 2002 г. Н.Новгород.2002. с. 177.

117. К.А.Аганбекян, Н.А.Жаркова, Г.К.Загорин, А.Ю.Зражевский и др. В сборнике «Физика микроволн», т.1. с. 117, Н.Новгород, 1999.

118. W.Ho, A.Kaufman, P.Thaddeus. J.Geophys.Res. 71, 5091,1966.

119. А.Ю. Зражевский. Радиотехника и электроника. 21, 5, 951,1976.

120. В.Ю.Катков. Радиотехника и электроника, 42,12, 1441, 1997.

121. М.Б.Зиничева, А.П.Наумов. Изв ВУЗ, Радиофизика, т.40, №12, с.1463-1478

122. И.И.Зинченко, А.Г.Кисляков Изв АН, Физика атм. и океана, 1974, т.10,№12,с.1275

123. J.E.Patrick Eriksson, F. Merino. On simulating passive observations of the middleatmosphere in the range 1-1000 GHz. Research report No. 179, 1997. Dep. Radio

124. Sp.Sci.Onsala Space Observatory, Goteborg, Sweden, ISSN 1100-5564, 1977

125. Rothman L.S., Rinsland C.P., Goldman A. et al. J.Quant. Spectrosc. Radiative Transfer,1998, vol. 60, No.5, pp.665-710.

126. Rinsland C.P., Flaud J.-M, Goldmann A. et al. J.Quant. Spectrosc. Radiative Transfer, 1998, vol. 60,No.5, 803-814.

127. А.Н.Тихонов, В.Я.Арсенин. Методы решения некорректных задач.М.: Наука, 1979.

128. А.Н.Тихонов, А.В.Гончарский, В.В.Степанов,А.Г.Ягола. Регулязирующие алгоритмы и априорная информация. М.: Наука, 1983.

129. К.П.Гайкович, Е.П.Кропоткина, С.В.Соломонов. Изв.АН. Физика атмосферы и океана.35, 1,86, 1999.

130. М.С.Малкевич. Оптические исследования атмосферы со спутников.М.: Наука, 1973.

131. J.Brillet. J.Geophys. Res. 1989.v.94, D10, p. 12.833-12.850.

132. M.T.Chahine. J.Atm.Sci.1970, v.27, p.960-967.

133. A.K.Randegger. Pageophys. 1980.v.118, p.1052-1065.

134. Ю.Ю.Куликов, Н.Н.Маркина, А.П.Наумов, В.Г.Рыскин, М.И.Сумин. Изв.АН СССР, Физика атмосферы и океана, 1988, т.24, № 12, с. 1282-1292.

135. C.D.Rodgers. J.Geophys. Res. 1990. v.95, D5.p.5587-5595.

136. K.P.Gaikovich. IGARSS'94. Digest, v.4.p.l901-1903.

137. Башаринов A.E., Гурвич A.C., Егоров C.T. Радиоизлучение Земли как планеты. М:«Наука», М.1974 г.

138. А.С.Гурвич, А.П.Наумов. Изв.АН СССР,ФАО, 8, №5, 543-546, 1972.

139. Г.Брасье, С.Соломон. Аэрономия средней атмосферы. Л. Гидрометеоиздат, 1987.

140. А.Х.Хргиан. Физика атмосферы. Изд МГУ, 1986, с.328.

141. Э.Пальмен, Ч.Ньютон. Циркуляционные системы атмосферы Л.Гидрометеоиздат. 1973. С.616.

142. А.М.Обухов.Турбулентность и динамика атмосферы. Л.,Гидрометеоиздат, 1988.

143. Л.ДЛандау, Е.М.Лифшиц. Гидродинамика. М.Наука, 1988.

144. MJuckes, M.McIntyre. Nature, 328, 590-596, 1986.

145. Ertel H. Ein neuer hydrodynamischer Wirbelsatz//Meteorol.Zeitschr., 1942, B.59, H.9,1. S.277-281.

146. Л.ДЛандау, Е.М.Лифшиц. Статистическая физика. М.Наука, 1988.

147. Н.Е.Кочин, И.А.Кибель, Н.В.Розе. Теоретическая гидромеханика, ч.1 и 2.-М. Физматгиз. 1963.

148. Scientific Assessment of Ozone Depletion: 1994. Worldi Meteorological Organization,

149. Global Ozone Research and Monitoring Project, Report No.37, Geneva, 1995.

150. Mclntyre, Palmer. Breaking planetary waves in the stratosphere. Nature, 1983, 305, 593600.

151. S.Strahan. J.Geophys.Res. 2002, v.107, No.D20, ACL2,.1. К главе 2

152. С.В.Соломонов. Успехи современной радиоэлектроники. №1 2003, с. 9-25.

153. С.В.Соломонов, Е.П.Кропоткина, С.Б.Розанов, в монографии «Оптическая спектроскопия и стандарты частоты», Томск, Изд. ИОА СО РАН, 2004 г., с.52-85.

154. С.В.Соломонов, А.С.Хайкин. Изв.АН СССР, Физика атмосферы и океана, 1978, т.14, №5, с.553-557.

155. С.В.Соломонов, Е.П.Кропоткина, А.И.Семенов. Краткие сообщения по физике ФИАН.№10, 2001 г. с.30-38.

156. Е.П.Кропоткина, С.В.Соломонов. Препринт ФИАН №37, М 1986 г.

157. Е.П.Кропоткина, С.В.Соломонов. Исследование Земли из космоса, №1,1988 г.

158. Е.П.Кропоткина, С.В.Соломонов. Препринт ФИАН №148, 1989г.

159. А.Н.Игнатьев. Курсовая работа студента 5 курса физфака МГУ, М.2002 г.

160. А.Н.Игнатьев, ЕЛ.Кропоткина, С.Б.Розанов, С.В.Соломонов. Труды УШ Всероссийской школы-семинара «Волновые явления в неодноролдных средах», ч.2, 26-31 мая 2002 г., Красновидово, МО, 2002, с.61-62.

161. HrrRAN'2000 http://www.hitran.com/hitran/facts.html

162. L.S.Rothman, C.P.Risland, A.Goldman et al. J.Quant.Spectrosc.Radiative Transfer, 1998, v.60, No.5, p.665-710.

163. C.P.Risland et al. J.Quant.Spectrosc.Radiative Transfer, 1998, v.60, No.5, p.883-890.

164. H.M. Pickett et al J.Quant.Spectrosc.Radiative Transfer, 1998, v.60, No.5, p.803-814.

165. M.J.C. Depannamaecker et al/ J.Quant.Spectrosc.Radiative Transfer, 1977, v.17, p.519-530.

166. N.Monnanteuil, J.M.Colmont. J.Quant.Spectrosc.Radiative Transfer, 1983, v.29, No.2, p.131.

167. J.M.Colmont, N.Monnanteuil. J.Mol.Spectrosc., 1984, v.104, No.l.p.122.

168. B.Connor et al. J.Mol.Spectrosc., 117,15-29,1986.18: J.M.Flaud et al. Atlas of ozone spectral parameters from microwave to midinfrared/ Acad. Press, Orlando, Fl., 1990, 599 pp.

169. Kuntz et al. J.Geophys.Res. 1999, v.104, No.Dll, p.13981-13992.

170. Allen M. et al. J. Geophys. Res, 1984, 89, No.D3,4841.

171. Grossmann K.U. Adv.Space.Res. 1987, v.7, No.9, 95.

172. Vaugan G. Nature, 1982, 296,133.

173. Bevilacqua R.M. et al. Geophys. Res. Lett. 1996, 23, No.17,2317.

174. Fussen D. et al. Geophys. Res. Lett. 2000, 27, No.21,3449.

175. C.B. Соломонов Успехи современной радиоэлектроники. 2003, №1, с. 9-25.

176. A.K.Randegger. Pageophys. 1980.v.118, р.1052-1065.

177. Н.М.Цейтлин. Антенная техника и радиоастрономия. М.Сов.радио.1976.

178. А.Г.Кисляков. Труды Всес. школы-симп. По распростр. ММ и субММ волн в атмосфере. 10-17 февраля 1982, Звенигород, М. 1983 с. 189.

179. К.С.Станкевич. Известия вузов. Радиофизика. 1967, т.10,№9-10, с.1244.

180. А.Г.Кисляков, Д.В.Савельев, Е.И.Шкелев, В.Л.Вакс. Радиотехника и электроника, 1998,т.43,№6,с.668-673.

181. E.Lobsiger et al. J.Atm.Terr.Phys.,1984, v.46,No.9, 799-806.

182. Keating G.M., Chiou L.S., Hsu N.C. Adv.Space Res. 1996. vol.18,No.9/10.pp.l 1-58.

183. К.П.Гайкович, Е.П.Кропоткина, С.В.Соломонов. Определение вертикального профиля атмосферного озона по наземным измерениям излучения в миллиметровом диапазоне //Изв.АН. Сер. Физ. атмосф. и океана,- 1999.- Т. 35, №1.- С.86-95.

184. K.P.Gaikovich. IGARSS'94. Digest, v.4.p. 1901-1903.

185. А.Н.Тихонов, А.В.Гончарский, А.В.Степанов, А.Г.Ягола. Регуляризирующие алгоритмы и априорная информация. М.:«Наука», 1983.

186. A.Parrish et al. Radio Sci., 1988, 23, 2, 106-118.

187. Schneider №, Lezeaux O., de La Noe J., et al„ Validation of ground-based observations of stratomesospheric ozone// J. Geophys.Res., 2003, v.108, No.D17, ACH7, 4540,doi: 10.1029/2002JD002925.

188. Connor B.J., Barrett J.W., Parnsh A. et al. Ozone over McMurdo station, Antarctica, austral spring 1986: altitude profiles for the middle and upper stratosphere. // J. Geophys. Res. 1987. V.92. № Dll. - P. 13221-13230.

189. Connor B.J., Parrish A., Tsou J.J., McCormick M.P. Error analysis for the ground-based microwave measurements during STOIC. // J. Geophys. Res. 1995. V. 100. № D5. - P. 9283-9291.

190. Cheng D., De Zafra R.L., Trimble C. Millimeter wave spectroscopic measurements over the South Pole. // J. Geophys. Res. ~ 1996. V. 101. № D3. P. 6781-6793.

191. С.В.Соломонов, Е.П.Кропоткина, С.Б.Розанов. Известия Вузов, Радиофизика. Т.XLVI, №8-96 2003, с. 764-770.

192. J. de La Noe. Remote sensing of stratospheric ozone by ground-based microwave radiometers. In IGARSS'94, Pasadena, California, USA, 1994

193. B.Connor et al. Ground-based microwave observations of ozone in the upper stratosphere and mesosphere. JGR., v.99, No.D8pp.l6757-16771. К главе 3.

194. Dicke R.H. Rev.Sci.Instr., 1946, 17, 268.

195. Очерки истории радиоастрономии в СССР. Сборник научных трудов. Киев. Наукова думка, 1985.

196. Развитие радиоастрономии в СССР. Ред. А.Е.Саломонович. М. «Наука», 1988.

197. Н.В.Карлов, А.М.Прохоров. О предельной чувствительности приемников электромагнитных излучений. Радиотехника и электроника, 1964, т.9, №12.

198. Н.А.Есепкина, Д.В.Корольков, Ю.Н.Парийский. Радиотелескопы и радиометры. М.: Наука,1973.

199. А.Д.Кузьмин, А.Е.Саломонович. Радиоастрономические методы измерений параметров-антенн. М.: Сов. радио. 1964.

200. Atmospheric Remote Sensing by Mycrowave Radiometry. Ed. M.A Jansson, New York: J.Willey & Sons, 1993.

201. Н.М.Цейтлин. Антенная техника и радиоастрономия. М.: Сов. Радио, 1976

202. А.Е.Башаринов, А.С.Гурвич, С.Т.Егоров. Радиоизлучение Земли как планеты. М.: Наука,1974.

203. Саломонович А.Е., Соломонов С.В., Хайкин А.С. и др. ДАН СССР, 1975, т.233, №4, с.852-855.

204. С.В.Соломонов, А.С.Хайкин. Полосовые фильтры субмиллиметрового диапазона. Труды ФИАН, т.77,1974,94-102 v

205. С.В.Соломонов, А.С.Хайкин. Фильтр субмиллиметрового диапазона. Авторское свидетельство^ 418925,1973.

206. С.В.Соломонов, А.С.Хайкин. Изв.АН СССР, Физика атмосферы и океана, 1978, т.14, №5, с.553-557.

207. W.M.Caton, G.G.Manella et al. The Astrophys. J.,1968, v.151, L153.

208. F.I.Shimabukuro, W.J.Wilson. J.Geophys.Res. 1973, v.78, 6136-6139.

209. F.I.Shimabukuro, P.L.Smith, W.J.Wilson. J.Geophys.Res. 1975, v.80, 2957-2959.

210. Отчет НИР ФИ KHT-10, Горький 1974 г.

211. Спектральные исследования космического и атмосферного излучения. Ред.Кисляков А.Г. Изд. ИПФ РАН: Горький. 1979.

212. Penfield Н. et al. J.Geophys.Res. 1976, v.81, No.34, p.6115.

213. F.I.Shimabukuro, P.L.Smith, W.J.Wilson. J.Appl. Met. 1977. V.15, 929-934.

214. Wilson W.J., Schwartz P.R. J.Geophys.Res. 1981, v.86, N0.C8 p.7385.

215. De La Noe et al. Planet Space Sci., 1983, v.31, No.7, 737-741.

216. Solomonov S.V.,Kropotkina E.P., Lukin A.N. et al. J. of Atmospheric and Terrestrial Physics,1994, vol.56,No.l, pp.9-15.

217. Lobsiger E. et al. J. of Atmospheric and Terrestrial Physics, 1984, vol.46,No.9, pp.799-806.

218. Parrish A. et al. . J.Geophys.Res. 1992, v.97, p.2541-2546.

219. De La Noe et al. J.Geophys.Res. 1998, v.103, D17, p.22.147-22.161.

220. Atmospheric remote sensing by microwave radiometry. Ed. M.Janssen. J.Willey&Sons Inc.,1993.

221. С.В.Соломонов, С.Б.Розанов, Е.П.Кропоткина, А.Н.Лукин. Радиотехн. и электрон. 2000, Т.45, №12, С.1519-1525.

222. Ю.Ю.Куликов. Пространственно-временная структура озонового слоя Земли по данным микроволновой радиометрии. Дисс: докт. физ.-мат.наук, ИПФ РАН, Н.Новгород, 2001.

223. I.S.McDermid, J.B.Bergwerff, G.Bodeker et al. J. Geophys. Res., 1998, V.103, No.D22, P.28683-28699.

224. A.Parrish, B.J.Connor et al. J. Geophys. Res., V.103, No.D17, P.22201-22208,1998.

225. A.Parrish. Millimeter-wave remote sensing of ozone and trace constituents in the stratosphere Proc. IEEE, 1994, V.82, No.12, P.1915-1929.

226. J.de La Noe, O.Lezeaux, G.Guillemin, R.Lauque, P.Baron, P.Ricaud. J. Geophys. Res., 1998, V.103, No.D17, P.22147-22161.

227. Onsala Space Observatory. Biennial Rep. 1994-1996. Goteborg: Tryckt & Bunden,1996.

228. O.P.Koistinen, H.T.Valmu, A.Raisanen, V.F.Vdovin, Yu.A.Dryagin, I.V.Lapkin. IEEE Trans. Microwave Theory Techn., 1993, V.41, No.12, P.2232-2236.

229. K.Kawabata, Y.Fukui, H.Ogawa, A.Mizuno, M.Fujimoto, S.Nozawa, H.Nakane, H.Hoko, Ji Yang. J. Geomag. Geoelectr.,1992, V.44, P.1085-1096.

230. R.Tuckermann, U.Klein, K.F.Kunzi. Proc. 4th Europ. Symp. on Polar Stratospheric Ozone, Schliersee, Sept. 22-26, 1997. http://www.ram.uni-bremen.de/97tck.html

231. Radiometer for atmospheric measurements (RAM). Instruments and retrieval. http://www.ram.uni-bremen.de/

232. Y.Calisesi. The Stratospheric Ozone Monitoring Radiometer SOMORA: NDSC Application Document/ Research Report No.2003-11, July 2003.

233. D.Cheng, R.L.de Zafra, C.Trimble. J. Geophys. Res., 1996, V.101, No.D3, P.6781-6794.

234. G.Hochschild, H.Berg, G.Kopp, R.Krupa, M.Kuntz. //Proc. 4th Europ. Symp. on Polar Stratospheric Ozone, Schliersee, Sept. 22-26, 1997.- P.347-349.43. http://www2.crl.go.jp/dk/c214/mmram/E/

235. Соломонов С.В. Успехи современной радиоэлектроники. 2003, №1, с. 9-25.

236. С.Б.Розанов. Создание малошумящих приемников коротковолновой части миллиметрового диапазона волн и их применение для исследований атмосферного озона радиоастрономическими методами: Дисс. канд. физ.-мат. наук. М., ФИАН, 1998.

237. S.B.Rozanov, A.N.Lukin, S.V.Solomonov. Low-noise cooled planar Schottky diode receiver for ground-based ozone measurements at 142 GHz //Int. J. Infrared and Millimeter Waves. 1998. -V.19, No.2.-P. 195-222.

238. S.V.Solomonov, S.B.Rozanov, E.P.Kropotkina, A.N.Lukin. Techniques of ground-based remote sensing of the ozone layer by millimeter-wave heterodyne spectroscopy UProc. SPIE. 1998. -V.3406. - P.135-157.

239. Е.М.Кулешов, М.С.Яновский, Б.Н.Князьков, В.И.Безбородов. Исследование возможности создания высокочувствительного приемного устройства 2-х мм диапазона радиоволн для радиометров //Отчет по НИР "Ангстрем". Харьков: ИРЭ АН УССР, 1983.

240. С.Б.Розанов, А.Н.Лукнн, Г.А.Павлов, Н.И.Пономаренко. Зеркально-линзовый облучатель диапазона 2,2 мм для радиотелескопа РТ-22 //Препринт №74. М.: ФИАН, 1988.

241. В.Г.Божков, Н.А.Жаркова, В.В.Иляхина, Б.А.Розанов. Диодная вставка для смесителя двух миллиметрового диапазона II Сб. тез. докл. ШВсесоюз. сгшп. по ММ и субММ волнам, Горький, 22-24 септ. 1980 г. Т.1. - С.112-113. - Горький: ИПФАН СССР; 1980.

242. С.В.Соломонов, Е.П.Кропоткина, А.Н.Лукин, Н.И.Пономаренко, С.Б.Розанов. О вариациях атмосферного озона по наблюдениям на миллиметровых волнах ПИзв. РАН. Физика атмосферы и океана. 1993. - Т.29, '4. - С.525-531.

243. Е.П.Кропоткина, А.Н.Лукин, А.Е.Саломонович, С.В.Соломонов. Результаты наземных наблюдений атмосферного озона в диапазоне длин волн 2 мм //Труды Всесоюз. конф. по атмосф. озону, Суздаль, 2-6 окт. 1988 г. С.17-21. М.: Гидрометеоиздат, 1990.

244. Н.С.Кардашев и др. Проект МИЛЛИМЕТРОН, Труды ФИАН, 2000, т.228.

245. А.Барышев и др. Субмиллиметровая приемная система большого миллиметрового телескопа в Атакаме. Всеросс. семинар по радиофизике ММ и субММ волн. 12-15 марта 2007 г. Тезисы докладов, Н.Новгород, Изд. ИПФ РАН, 2007, с.41-42.2781. К главе 4

246. С.В.Соломонов, С.Б.Розанов, Е.П.Кропоткина, А.Н.Лукин. Радиотехн. и электрон. 2000,1. Т.45, №12, С.1519-1525.

247. С.В. Соломонов. Успехи современной радиоэлектроники. 2003, №1, с. 9-25.

248. S.B.Rozanov, A.N.Lukin, S.V.Solomonov. Low-noise cooled planar Schottky diode receiver for ground-based ozone measurements at 142 GHz Hint. J. Infrared, and Millimeter Waves. 1998. -V.19, No.2. - P.195-222.

249. Б.А.Розанов, С.Б.Розанов, Приемники миллиметровых волн. М.: Радио и связь, 1989,169 с.

250. Э.Родерик. Контакты металл-полупроводник М: Радио и связь. 1982, 209 е.;

251. К.А.Валиев и др. Применение контакта металл-полупроводник в электронике М: Радио и связь, 1981, 303 е.;

252. Б.А.Наливайко, А.С.Берлин, В.Г.Божков, В.В.Вейц, Г.П.Гермогенова, Л.С.Либерман, Г.Л.Приходько, Л.Ф.Сарафанова, А.К.Шухостанов. Полупроводниковые приборы. Сверхвысокочастотные диоды: Справочник под ред. Б.А.Наливайко. Томск: МГП "РАСКО", 1992.

253. Н.А.Еселкина, Д.В.Королысов, Ю.Н.Парийский. Радиотелескопы и радиометры. М,: "Наука", 1973.

254. В.И.Бунимович. Флуктуационные процессы в радиоприемных устройствах М: Сов. Радио., 1951;

255. И.С.Гоноровский. Радиотехнические цепи и сигналы М: Сов. Радио., 1971.

256. С.Б.Розанов. Радиотехн. и электрон., 1996, Т.41, №3, С.362-369.

257. С.Б.Розанов. Создание малошумящих приемников коротковолновой части миллиметрового диапазона волн и их применение для исследований атмосферного озона радиоастрономическими методами: Дисс. канд. физ.-мат. наук. М., ФИАН, 1998.

258. С.Б.Розанов, Ю.М.Платонов, А.Н.Лукин, С.В.Соломонов. Радиотехника и электроника. 1999, т.44, №3, с.359-365.

259. J.W.Lamb. Miscellaneous data on materials for millimetre and submillimetre optics Hint. J. IR and MM Waves. 1996. - V.17, No.12. - P.1997-2034.

260. P.F.Goldsmith. Quasi-optical techniques at millimeter and submillimeter wavelengths //Infrared and Millimeter Waves, Ed. K.J.Button. V.6. - P.277-343. New York: Academic Press, 1982.

261. P.F.Goldsmith. Quasi-optical techniques HProc. IEEE. 1992. - V.80, No.ll. - P.1729-1747.

262. J.A.Murphy, S.Withington, A.Egan. Mode conversion at diffracting apertures in millimeter and submillimeter wave optical systems HIEEE Trans. Microwave Theory Techn. 1993. - V.41, No.10. - P.1700-1702.

263. С.Б.Розанов. Квазиоптический перестраиваемый полоснопропускающий фильтр диапазона 120-150 ГГц для круглых лучеводов НТез. докл. XVII Всесоюз. конф. "Радиоастрон. аппаратура", Ереван, 10-12 окт. 1985 г. С. 169-170. Ереван: Изд. АН АрмССР, 1985.

264. P.H.Siegel and A.R.Kerr. The measured and computed perfomance of a 140-220 GHz Schottky diode mixer HIEEE Trans. Microwave Theory Techn. 1984. - V.32, No.12. - P.1579-1590.

265. Отчет ФИАН'по НИР «Создание технологии наблюдений вертикального распределения озона с помощью спектрорадиометра ФИАН» Шифр "РИТМ", Этап 2004 г. Научный руководитель НИР С.В.Соломонов.

266. Lobsiger Е. et al. J. of Atmospheric and Terrestrial Physics, 1984, vol.46,No.9, pp.799-806.

267. Н.М.Цейтлин. Антенная техника и радиоастрономия. М.Сов.радио.1976.

268. А.Г.Кисляков. Труды Всес. школы-симп. по» распространению ММ и субММ волн в атмосфере. 10-17 февраля 1982, Звенигород, М. 1983с.189.

269. К.С.Станкевич. Известия вузов. Радиофизика. 1967, т.10,№9-10, с.1244.

270. А.Г.Кисляков, Д.В.Савельев, Е.И.Шкелев, В.Л.Вакс. Радиотехника и электроника, 1998,т.43,№6,с.668-673.

271. A.Parrish et al: Radio Sci., 1988; 23, 2,106-118.

272. Schneider et al. J. Geophys. Res. 2003, V.108, No.D17, ACH7.1. К главе 5

273. С.В.Соломонов Успехи современной радиоэлектроники. №1 2003, с. 9-25,

274. С.В.Соломонов, С.Б.Розанов, Е.П.Кропоткина, А.Н.Лукин. Радиотехн. и электрон., 2000,1. Т.45, №12, С.1519-1525.

275. DYANA (Dynamics Adapted Network for the Atmosphere) Campaign Handbook, Prep, by D.Offerman, M.Bitner, Physics Department University of Wuppertal, July 1989, Part I, П, 1П.

276. D.Offermann. DYANA Project Survey. Proc. 10th ESA Symp. Europ. Rock. Ballon-Programmes Rel. Res. Mandelieu-Cannes, France, 27-31 May 1991, ESA SP-317, November 1991.

277. CRISTA/MAHRSI Campaign Handbook. Prep, by Bittner M., Offermann D. Wuppertal: Univ. of Wuppertal, 1994.

278. CRISTA/MAHRSI Campaign Handbook. Prep, by Lemacher G, Offermann D. Wuppertal: Univ. of Wuppertal, 1997.

279. S.V. Solomonov, E.P.* Kropotkina, S.B. Rozanov, A.N. Lukin. Variations of the stratospheric ozone vertical distribution from results of ground-based remote sensing at millimeter waves, in IRS 2000:

280. Current Problems in Atmospheric Radiation, W.L.Smith and Yu.M.Timofeyev (Eds.). A.Deepak Publishing, Hampton, Virginia, 2001. P.l 150-1152.

281. S.V.Solomonov, S.B.Rozanov, E.P.Kropotkina, A.N.Lukin. Techniques of ground-based remote sensing of the ozone layer by millimeter-wave heterodyne spectroscopy HProc. SPIE. 1998. -V.3406. - P.135-157.

282. Ю.Ю.Куликов. Пространственно-временная структура озонового слоя Земли по данным микроволновой радиометрии. Дисс. докт. физ.-мат.наук, ИПФ РАН, Н.Новгород, 2001.

283. ECMWF Analyses Arctic Polar Vortex, http://www.Ecmwf.int; http://www.pa.op.dlr.de/arctic

284. BADC: http://badc.nerc.ac.uk/cgi-bin/data browser/data browser/badc/ukmo-assim

285. NOAA: http://www.cpc.ncep.noaa.gov/products/stratoaphere/stat a f

286. PAOPDLR: http//www.pa.op.dlr.de/grctic

287. С.В.Соломонов, Е.П.Кропоткина, А.Н.Лукин, С.Б.Розанов. О вариациях атмосферного озона по наблюдениям на миллиметровых волнах. Известия АН Физика атмосферы и океана.1993,т.29,№4, с.525-531

288. С.В.Соломонов, Е.П.Кропоткина, С.Б.Розанов. Известия Вузов, Радиофизика. T.XLVI, №8-9; 2003,-с. 764-770.

289. Е.П.Кропоткина, Ю.А.Пирогов, С.Б.Розанов, С.В.Соломонов. Результаты наблюдений атмосферного озона на миллиметровых радиоволнах. Физические проблемы экологии (Экологическая физика), 2001, №6 , Москва, Изд. МГУ, с.147-155.

290. Larsen S., Henricsen T. Nature.l990.v.343.No.6254, pl24.

291. Neuber R., KrugerB. Geophys. Res.Lett.1990. v,17.No4.321-324.

292. Dutsh.H.U., BraunW. Geophys. Res.Lett.1980. v. 7.NolO. 785-788.

293. Leovy C.B. et al. J.Atm.Sci. 1985, v.42.No.3, p.230-244.

294. Соломонов C.B., Кропоткина Е.П., Семенов А.И. Краткие сообщения по физике ФИАН. №10,2001, с.30-38.

295. Allen М. et al. J. Geophys. Res., 1984, v.89, D3, 4841.

296. Семенов А.И., Шефов H.H. Геомагнетизм и аэрономия, 1996, т.36, №4,68.

297. Grossmann K.U. Adv. Space Res., 1987, v.7, No.9, 95.

298. Vaughan G. Nature, 1982, 296,133.

299. Bevilaqua R.M. et al. Geophys. Res.Lett.1996. v. 23.Nol7. 2317.

300. V.F.Sofieva et al. Ozone. Proc. XX Quadr. Ozone Symp., 1-8 June 2004, Kos, Greece. Athens, Greece, May 2004. v.I, pp.438-439:

301. J.de La Noe et al. J.Geophys Res., 1998, No.D17, 22147-22161.37. http://haloedata.larc.nasa.gov/home/index.php38. http://badc.nerc.ac.uk/cgi-bin/data browser/data browser/badc/sage3/data39. http://mls.jpl.nasa.gov/

302. Froidevaux et al. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 2006, v.44, No.5,1106-1121.

303. M.Clilverd et al. Geophys. Res.Lett.1996.- v. 33.Nol9, L19811, doi:10.1029/2006GL026727, 2006.

304. C.Randall et al. Geophys. Res.Lett.1996. v. 33.Nol8, L18811, doi:10.1029/2006GL027160, 2006.

305. С.В.Соломонов. Радиофизические исследования озоносферы; Успехи современной радиоэлектроники. №1 2003, с. 9-25,

306. С.В.Соломонов, С.Б.Розанов, Е.П.Кропоткина, А.Н.Лукин. Радиотехн. и электрон., 2000,1. Т.45, №12, С.1519-1525.

307. С.В.Соломонов, Е.П.Кропоткина, А.Н.Лук™, С.Б.Розанов. О вариациях атмосферного озона по наблюдениям на миллиметровых волнах. Известия АН Физика атмосферы и океана. 1993, т.29,№ 4, с.525-531

308. С.В.Соломонов, Е.П.Кропоткина, С.Б.Розанов. Известия'Вузов, Радиофизика. T.XLVI, №89, 2003, с. 764-770.

309. Е.П.Кропоткина, Ю.А.Пирогов, С.Б.Розанов, С.В.Соломонов. Результаты наблюдений атмосферного озона на миллиметровых радиоволнах. Физические проблемы экологии (Экологическая физика), 2001, №6 , Москва, Изд. МГУ, с.147-155.

310. Соломонов С.В., Кропоткина Е.П., Семенов А.И. Краткие сообщения по физике ФИАН. №10, 2001, с.30-38.

311. Г.Брасье,С.Соломон Аэрономия средней атмосферы. Л.Гидрометеоиздат, 1987.

312. Scientific Assessment of Ozone Depletion: 2002. World Meteorological Organization, Global Ozone Research and Monitoring Project, Report No .47, Geneva, 2003.

313. А.М.Обухов.Турбулентность и динамика атмосферы. JI.,Гидрометеоиздат, 1988.

314. Л.ДЛандау, Е.М.Лифшиц. Гидродинамика. М.Наука, 1988.

315. M.Juckes, M.McIntyre. Nature, 328, 590-596, 1986.

316. Ertel H. Ein neuer hydrodynamischer Wirbelsatz//Meteorol.Zeitschr., 1942, B.59, H.9, S.277-281.

317. O.Morgenstem et al. J. Geophys. Res. v.108 No.D5, 2003.

318. C.Piani et al. J. Geophys. Res. v.107 No.D20, 2002.

319. S.Strahan. J. Geophys. Res. 107, D20, 2002.

320. А.Х.Хргиан, Г.И.Кузнецов. Проблема наблюдений и исследований атмосферного озона. Изд МГУ, 1981, с.214.

321. С.П.Перов, А.Х.Хргиан Современные проблемы атмосферного озона. Л.Гидрометеоиздат, 1980.

322. M.E.McIntyre. On the Antarctic ozone hole. JATP. V. 51, No. 1, pp. 29-43,1989.

323. M.E.McIntyre, T.N.Palmer. Breaking planetary waves in the stratosphere. Nature. 1983,V.305, pp.593-600.29. http://haloedata.larc.nasa'.gov/home/index.php

324. McLinden C.A et al. J. Geophys. Res., 105, Dll, 2000, 14,653-14.665.

325. Данилов А.Д., Казимировский Э.С., Вергасов Г.В., Хачикян Г.Я. Метеорологические явления в ионосфере. Л Гидрометеоиздат, 1987.

326. Тарасенко Д.А. Структура и циркуляция стратосферы и мезосферы северного полушария.j1. Л. Гидрометеоиздат. 1988.

327. Wang H.J. et al. J. Geophys. Res., 1999. v.104, D17, 21,629-21,643.

328. Scientific Assessment of Ozone Depletion: 1991 World Meteorological Organization, Global Ozone Research and Monitoring Project, Report No.25, WMO, 1992.

329. S.Solomon. Reviews of Geophysics, 37,3,1999.

330. J.Staehelin et al. Reviews of Geophysics, 39, 2, 2001.

331. OZONE. Proc. XX Quadr. Ozone Symposium, 1-8 June 2004, Kos, Greece. Ed. C.Zerefos, Univ.Athens, Greece; May 2004, v.1,2.

332. Norton W.A. J.Atmos. Sci, 1994, 51, 654-673.

333. Scientific Assessment of Ozone Depletion: 1994 World,Meteorological Organization, Global Ozone Research and Monitoring Project, Report No.37, WMO, 1995.

334. А.М.Шаламянский, Г.Ф.Иванова. Некоторые результаты-измерений общего содержания атмосферного озона во время научно-исследовательских полетов 1960-1970 гг. Труды ГГО, 1973, №312,142-149.

335. Н.Ф.Еланский, Ю.Л.Трутце. Некоторые особенности распределения общего содержания озона и двуокиси азота в атмосфере по наблюдениям, с самолета. Известия АН. Физика атмосферы и океана, 1979, т. 15, №1, 119-121.

336. N.F.Elansky. Atmospheric ozone. Russian National Report. Meteorology and* Atmospheric Sciences. 1999-2002. МАКС Пресс, Moscow 2003, c.29-42.

337. Kawa S.R. et al. J. Geophys. Res., 2003, v.108, NO.D5, 8310.

338. Leovy C.B.et al. J. Atm.Sci. 1985, v.42, No.3, 230-244.

339. D. J.Hofmann, T.Deshler, Evidence from balloon measurements for chemical depletion of stratospheric ozone in Arctic winter of 1989-90, Nature, 349, 300-305,1991.

340. J.J.Olivero, T.A.Pauls, R.M.Bevilacqua et al. Distinctive ozone structure in the high-latitude stratosphere: Measurements by the Millimeter-wave Atmospheric Sounder. Geophys. Res. Lett., v.23, No.17, pp.2309-2311, 1996.

341. D.Cheng, R.L.de Zafra, С Trimble. Millimeter wave spectroscopic measurements over South Pole 2. An 11-month cycle of stratospheric ozone observations during 1993-1994. J.Geophys.Res. 1996, v.101, No.D3, pp. 6781-6793.

342. D.Cheng, S.Crewell, U.Klein, R.L.de Zafra. Millimeter wave spectroscopic measurements over South Pole 4. Оз and N20 during 1995 and their correlations for two quasi-annual, cycles. J.Geophys.Res. 1997, v.102, No.D5, pp. 6109-6116.

343. J.Austin, DJ.Hofmann, N.Butchart, S.J.Oltmans, Mid stratospheric ozone minima in polar regions. Geophys.Res.Lett.v.22, No.18, pp.2489-2492, 1995.

344. C.Appenzeller, J.R Holton. Tracer lamination in the stratosphere: A Global climatology. J.G.R., v.102, No.D12, pp:13,555-13,569,1997.

345. K.Hoppel et al. JGR, 2002, v.107, No.D20,10.1029,

346. Farman J.C., Murgatroyd R.J.Silnickas A.M.,B.A.Trush, Ozone photochemistry in the Antarctic stratosphere in summer, Q.J.RMeteorol. Soc. Ill, 1013-1028,1985.

347. Perliski L.M., Solomon S., London J. On the interpretation of seasonal variations of stratospheric ozone, Planet. Space Sci., 37,1527-1538,1989.

348. ECMWF Analyses Arctic Polar Vortex, http://www.Ecmwf.int http://www.pa.op.dlr.de/arctic

349. J.E.Rosenfild, M.R.Schoerberl. On the origin of polar vortex air. J.Geophys. Res., 106,33,48533,498,2001.

350. Waugh D.W. et al. J. Geophys. Res., 1994, v.99, NO.D1, 1071-1088.

351. Newman P.A. et al. J. Geophys. Res., 1996, v.101, 12,879-12,891.

352. Plumb R.A. et al. J. Geophys. Res., 1994, v.99, 1089-1105.

353. W.Kouker et al. J.Geophys. Res. 1999, V.104, No. D13, p.16,405-16,418.

354. R.Plumb, D. Waugh, M.Chipperfield. The effects of mixing on tracer relationships in the polar vortices. J.G.R.v.105, N0.D8, p. 10047-10062, 2000.

355. C.A.McLinden, S.C.Olsen, B;Hannegan et al. Stratospheric ozone in 3-D models: A simple chemistry and the cross-tropopause flux. J.Geophys.Res. 2000, v.105, No.Dll, pp.14653-14665.

356. G.L. Manney, L.Froidevaux, J.W.Waters, R.W.Zurek. Evolution of microwave limb sounder ozone and the polar vortex during winter. J.Geophys. Res. 1995, v. 100, No.D2, pp. 2953-2972.

357. R.Plumb, W.Heres, J.Neu et al. Global tracer modeling during SOLVE: High-latitude descent and mixing. J.Geophys. Res. 2003, v. 108, No.D5, 8309, pp. SOL 52-1-52-14.

358. Schoerberl M.R., Newman P.A. J. Geophys. Res.100, 25801-25815,1995.

359. W.J.Randel et al. J.Atmos.Sci., 51,2834-2845,1994.

360. Michelsen H.A. et al. Geophys.Res.Lett., 25,2777-25,2780, 1998.

361. C.A.McLinden, S.C.Olsen, B.Hannegan et al. Stratospheric ozone in 3-D models: A simple chemistry and the cross-tropopause flux. J.Geophys.Res. 2000, v.105, No.Dll, pp.14653-14665.

362. Hartmann D.L., Garcia R.R. J.Atm.Sci. 1979, 36, 350-364.

363. Manney G.L.et al, J.Geophys.Res., 100, 13939-13950,1995.

364. Г.С.Голицын, А.И.Семенов, Н.Н.Шефов. Геомагн. и аэрономия, 2000, т.40, №2, с.67-70.

365. Marsh D. et al. Geophys. Res. Lett., v. 28, No.24, pp.4531-4534.

366. Froidevaux et al. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 2006, v.44, No.5,1106-1121.

367. M.Newcherch et al. First stage of stratospheric ozone recovery.// Proc. Quadr. Ozone Symp, 1-8 june 2004, Kos, Greece , v.I, p.27-28. Athens, Greece, 2004

368. W.Steinbrecht et al. Long-term evolution of upper atmospheric ozone at selected stations of NDSC. JGR, 2006, v.I 11, D10308, doi: 10.1029/2005JD006454

369. S.Chandra, R.McPeters. JGR 1994, v.99, No.DIO, pp.20665-20671

370. L.Hood et al. J.Atnv.Sci., 1993, v.50, No.24, pp.3941-3958

371. Атлас климатических карт общего содержания озона и парциального давления озона. Ред. В.И.Бекорюков. М.; Моск. Отд. Гидрометеоиздата, 1990.

372. P.Zanis, E.Maillard, J.Staehelin et al. J. Geophys. Res., Ill, D22307, doi: 10.1029/2005JD006886,2006.

373. W.Steibrecht, H.Claude, F.Schonenborn et al. J. Geophys. Res., Ill, D10308, doi: 10.1029/2005JD006454, 2006.

374. W.C.Wetherhead et al. J. Geophys. Res., 105, 22201-22210, 2000.

375. Scientific Assessment of Ozone Depletion: 2006. World Meteorological Organization, Global Ozone Research and Monitoring Project, Report No.50, Geneva, 2007.

376. G.L.Manney et al. J. Geophys. Res., 110, D04107, doi:10.1029/2004JD005367, 2005.

377. Atmospheric remote sensing by microwave radiometry. Ed. MJanssen. J.Willey&Sons Inc., 1993.

378. С.В.Соломонов, К.П.Гайкович, А.Н.Игнатьев и др. Доклад на Всероссийском семинаре по радиофизике ММ и субММ волн. Нижний Новгород. 2-5 марта2009 г. Тезисы докладов. Изд. ИПФ РАН. Н.Новгород. 2009.

379. А.Н.Тихонов, А.В.Гончарский, В.В.СтепановД.Г.Ягола. Регулязирующие алгоритмы и априорная информация. М.: Наука, 1983.

380. П.Гайкович, Е.П.Кроноткнна, С.В.Соломонов. Изв. АН. Физика атмосферы и океана. 35, 1,86,1999.

381. УЧРЕЖДЕНИЕ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК ФИЗИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ им. П.НЛЕБЕДЕВА РАН1. На правах рукописи0 5 20.0 9 0 0 6 6 6

382. Соломонов Сергей Вячеславович

383. Аппаратура, методы и результаты радиофизических исследований атмосферного озона1. Vo <AJL cl0104.01 Приборы и методы экспериментальной физики

384. Квантовые числа J» К К , характеризуют: J полный момент вращательного количества движения, К К проекции момента количества движения на ось симметрии молекулы для предельных случаев вытянутого (К .,) и сплюснутого (К ,) волчка.

385. Рис.1 Л. Вращательные уровни энергии молекулы 03250w а