Малопараметрическая модель молекулярного поглощения для решения задачи переноса теплового излучения в атмосфере Земли тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.05 ВАК РФ

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. Методы учета молекулярного поглощения при решении уравнения переноса излучения в атмосфере Земли.

1.1. Метод «line-by-line».

1.2 Метод "к-распределения".

1.3 Представление функции пропускания в виде ряда экспонент.

1.4 Перенос инфракрасного излучения в безоблачной атмосфере.

1.5 Параметризация молекулярного поглощения неоднородной трассы.

1.6 Перекрывание полос поглощения атмосферных газов.

1.7 Перенос солнечного излучения.

ГЛАВА 2. Исследование точности учета вклада молекулярного поглощения в перенос излучения.

2.1 Погрешность параметров спектральных линий.

2.2 Модели континуального поглощения.

2.3 Вклад слабых линий поглощения водяного пара в перенос коротковолнового излучения.

2.4 Погрешности, возникающие при интегрировании по высоте уравнения переноса ИК радиации.

2.5 Влияние вариаций атмосферных малых газовых составляющих на радиационные процессы.

ГЛАВА 3. Применение параметрических моделей молекулярного поглощения в задачах восстановления вертикальных профилей температуры и общего содержания газов по данным спутникового зондирования.

3.1 Общие сведения о спутниковом ИК радиометре HIRS/2.

3.2 Параметризация уравнения переноса ИК излучения в безоблачной атмосфере Земли и погрешности исходной спектроскопической информации о параметрах линий поглощения.

3.3 Определение общего содержания газов и профиля температуры атмосферы.

В настоящее время большое внимание уделяется исследованиям радиационных процессов в атмосфере Земли. Проведение таких исследований вызвано необходимостью получения достоверной информации о возможных долгосрочных изменениях климата Земли и точных краткосрочных прогнозов погоды, расширения возможностей своевременного обнаружения и предупреждения опасных загрязнений атмосферы и др.

Радиационный баланс атмосферы или разность между поглощенной радиацией и собственным излучением является важной характеристикой, влияющей на термический режим Земли [1, 2]. Приходную часть радиационного баланса атмосферы Ra составляют поглощенное атмосферой излучение земной поверхности Fn и поглощенная ею прямая и рассеянная солнечная радиация Fa'. Теряет тепло атмосфера за счет излучения в направлении к земной поверхности 8Fa и в мировое пространство В*,.

Ra=Fn+Fa'-8Fa-Boa Fn = (1-Р)В0, где Р - функция пропускания атмосферы для длинноволновой радиации, В0 -излучение земной поверхности.

С учетом того, что В0- SFa=B - эффективное излучение земной поверхности, и сумма РВ0+ B^Foo - уходящее в мировое пространство излучение Земли и атмосферы, уравнение радиационного баланса принимает вид

Ra= В + Fa'- F„

Радиационный баланс и, соответственно, климат Земли чувствительны даже к небольшим изменениям радиационных характеристик. Увеличение уходящего излучения Земли и атмосферы Fee на 1 Вт/м2 приведет к уменьшению планетарно усредненной температуры поверхности Земли на 0,6 °К. Уменьшение средней температуры поверхности Земли на несколько градусов в прошлом могло провоцировать ледниковый период, и наоборот, увеличение температуры поверхности на несколько градусов может привести к таянию ледников на полюсах планеты, повышению уровня мирового океана и затоплению больших территорий суши. Современные изменения климата могут быть вызваны, главным образом, такими факторами, как вариация солнечной постоянной, трансформация свойств земной поверхности, изменение газового и аэрозольного состава атмосферы [3].

Имеются отчетливые корреляционные связи между солнечной активностью и климатом. Согласно расчетам, варьирование солнечной постоянной в пределах 1% (14 Вт/м2) может вызвать изменение температуры поверхности Земли на 2 °К [1]. Тем не менее, данные измерений показывают, что существенных долгопериодических вариаций солнечной постоянной не обнаружено. В масштабах времени от секунд до месяцев наблюдается изменчивость, не превосходящая нескольких долей процента. В последние два столетия увеличение радиационного нагревания атмосферы за счет изменения солнечной постоянной не превышало 0,10,5 Вт/м2[4].

Трансформация свойств земной поверхности влияет, в основном, на короткопериодические колебания микроклимата отдельных регионов. Например, изменяется отражательная способность при загрязнении нефтью морской поверхности, при вырубке тропических лесов, вытаптывании пастбищ.

Наиболее весомым фактором, влияющим глобально на радиационный режим Земли и атмосферы, в настоящее время является изменение концентрации оптически активных компонент в атмосфере. Энергия от солнечной (коротковолновой) радиации, поступающая на верхнюю границу атмосферы, уравновешивается уходящим тепловым (длинноволновым) излучением Земли и атмосферы. Часть уходящего теплового излучения поглощается и переизлучается атмосферными парниковыми газами природного происхождения (Н20, С02, 03 СН4 и N20) и облаками, делая температуру поверхности Земли и тропосферы на 33°К теплее, чем было бы в отсутствии парниковых газов. Это называется природным парниковым эффектом.

С развитием промышленности в последние два столетия отмечается резкое увеличение концентрации углекислого газа в атмосфере. В будущем также прогнозируется дальнейший рост концентрации С02 до 450-900 ppmv (в 1,5-3 раза) к концу XXI столетия [4]. За последние два столетия также отмечен рост концентрации других парниковых газов. В работах [3,4,5] предсказано увеличение содержания СН4 в атмосфере через полвека на 11-20%. Значительный рост концентрации (до 20 % в год) происходит у фреонов из-за загрязнения атмосферы химической промышленностью. Удвоение концентрации СОг приведет к

Г) изменению в уходящем длинноволновом излучении на 3-4 Вт/м и к увеличению средней температуры поверхности Земли на 1°К, если другие факторы (например, тропосферный водяной пар и аэрозоли) останутся неизменными. С учетом внутренних обратных связей температура поверхности Земли может повыситься на 1,5-4°К с наиболее вероятным значением 2,5 °К. Аналогичный радиационный эффект (3-4 Вт/м2) дает одновременное удвоение концентрации атмосферных малых газовых составляющих, таких как метан, фреоны, закись азота, двуокись азота. Увеличение содержания аэрозоля вызывает отрицательный радиационный эффект в атмосфере. Например, извержение вулкана Пинатубо в 1991 г. привело к радиационному охлаждению на 4 Вт/м2 и к глобальному понижению температуры Земли на 0,4°К [4].

Выше приведенные примеры показывают, что даже небольшие изменения радиационного потока (несколько Вт/м2 или менее 1% от всего уходящего излучения, достигающего нескольких сотен Вт/м2) могут привести к заметной трансформации климата. Поэтому точность вычисления в задачах прогноза климата должна быть не хуже десятых долей процента. При решении уравнения переноса излучения всегда применяют упрощающие параметризации, вносящие погрешность, так как совместное вычисление атмосферного молекулярного поглощения и аэрозольного рассеяния, представляет собой трудоемкий процесс. Имеющиеся в настоящее время алгоритмы расчета переноса излучения в атмосфере не достаточно соответствуют требованиям задач климатологии одновременно и по скорости и по точности вычислений. Международная рабочая группа ICRCCM (Intercomparison of Radiation Codes in Climate Models) [6], созданная для тестирования радиационных алгоритмов, и другие исследователи [7,8] проводили расчеты потоков радиации существующими программами и выявили значительный разброс выходных модельных данных (до 10% и более). В работе [6] было отмечено, что различие между узкополосными моделями поглощения и прямыми расчетами составило величину около ±2% для потоков на границах атмосферы, ±5% - для дивергенции потока в тропосфере, для широкополосных моделей расхождения были еще большими. В работе [92] приведены результаты сравнения измеренных и расчетных нисходящих длинноволновых потоков. Максимальное расхождение составило 5 Вт/м. Основной причиной этих расхождений были погрешности, связанные с параметризацией характеристик молекулярного поглощения, входящих в уравнение переноса. Другим источником погрешностей является неточность и неполнота исходной спектроскопической информации о линиях поглощения атмосферных газов в современных базах данных [10-19] и модели континуального поглощения паров воды [20-24].

В задачах общей циркуляции атмосферы и при решении обратных задач спутникового зондирования Земли и атмосферы необходимо решать уравнение переноса излучения, учитывая частотную и высотную зависимость коэффициента молекулярного поглощения, аэрозольного и молекулярного рассеяния, частотную зависимость альбедо поверхности Земли, солнечной постоянной и др. радиационных характеристик. Наиболее быстро меняющейся по частоте характеристикой в уравнении переноса излучения является молекулярное поглощение атмосферных газов. При расчете коэффициента поглощения учитывается вклад большого количества спектральных линий поглощения газов. Число спектральных линий в современных базах данных увеличивается быстрее, чем растет мощность компьютеров. Так, например, в ближнем ИК диапазоне в базе данных Патриджа и Швенке[25] содержится на два порядка больше линий поглощения, чем в часто используемых атласах спектроскопической информации HITRAN[26] и GEISA[27], Поэтому применение трудоемких прямых расчетов «line-by-line» («линия за линией») в климатических задачах неприемлемо. Вместо этого в настоящее время широко применяется представление функции пропускания в виде ряда экспонент. Тем не менее, до сих пор оставались не решенными вопросы, связанные с применением такого представления для неоднородной атмосферы, когда существенно многократное рассеяние; не достаточно удачно решена проблема перекрывания полос поглощения, а также имеются некоторые вопросы, связанные с численной реализацией.

Целью данной работы является разработка метода параметризации функции пропускания, обеспечивающего быстрый и точный учет молекулярного поглощения при решении задач переноса теплового широкополосного излучения в атмосфере Земли.

Для достижения заданной цели решались следующие задачи:

1. Развитие методов оптимизации расчета характеристик молекулярного поглощения, входящих в уравнение переноса излучения в атмосфере Земли.

2. Разработка пакета программ для вычисления переноса теплового излучения в атмосфере с применением методов оптимизации вычисления молекулярного поглощения.

3. Анализ погрешностей расчета радиационных характеристик, вызванных неопределенностью современной спектроскопической информации о параметрах линий поглощения атмосферных газов и коэффициентах континуального поглощения.

4. Практическое применение методов оптимизации расчета характеристик молекулярного поглощения при исследовании влияния изменения концентрации атмосферных малых газовых составляющих на потоки теплового излучения и скорость радиационного выхолаживания;

- восстановлении профилей концентрации атмосферных газов по данным спутникового зондирования.

Методы исследования

Поставленные задачи решались с помощью теоретических методов атмосферной молекулярной спектроскопии, методов компьютерного моделирования, численных методов и статистического анализа.

В работе обосновано применение метода разложения функции пропускания в ряд экспонент для решения уравнения переноса в неоднородной атмосфере Земли Г\. с учетом многократного рассеяния Света.

Предложена методика разложения функции пропускания в ряд экспонент, адаптированная для конкретного спутникового радиометра, учитывающая аппаратную функцию через параметры разложения.

Защищаемые положения

1. Теоретически и методом численного моделирования показано, что аппроксимация функции пропускания рядом экспонент позволяет представить интегральные по спектру характеристики излучения, такие как интенсивность и потоки излучения, в виде короткого ряда (число членов не более 10), в котором каждая компонента является решением стационарного уравнения переноса излучения. Методическая погрешность расчета интенсивности излучения для газово-аэрозольной атмосферы Земли составляет величину, не превышающую 0,5% при возрастании скорости счета более чем на два порядка в сравнении с методом «line by line».

2. Многочисленные слабые линии водяного пара, обычно не учитываемые в атмосферных расчетах, дают дополнительный вклад в поглощение солнечного излучения в спектральном диапазоне 7000-22000 см"1. В случае безоблачной атмосферы дополнительное поглощение может достигать величины 1-2% (в потоке - до 2 Вт/м ). С возрастанием аэрозольного рассеяния относительный вклад слабых линий увеличивается.

3. Разработан метод параметризации коэффициентов молекулярного поглощения, основанный на разложении функции пропускания в ряд экспонент, с высокой точностью учитывающий аппаратную функцию спутникового радиометра HIRS и неоднородность атмосферы. Погрешность расчета радиационной температуры не превышает 1К.

В 1-й главе диссертации рассматриваются существующие теоретические методы оптимизации расчета молекулярного поглощения в уравнении переноса излучения, и предлагаются новые методы.

Актуальность создания эффективных методов параметризации уравнения переноса излучения связана с тем, что прямые методы расчета молекулярного поглощения [28-31] требуют много вычислительных ресурсов, что неприемлемо в задачах климатологии. Наиболее распространенным приемом повышения эффективности вычислений является параметризация функции пропускания. Методы модельного представления спектров поглощения приводят к значительным погрешностям, особенно в случае поглощения углекислым газом и озоном. Метод "к-распределения" [32-34] на основе преобразования Лапласа более точный. После преобразования этим методом быстроосциллирующего по частоте коэффициента поглощения в гладкую функцию применяют разложение в ряд экспонент. Эффективность этого метода заметно снижается, когда необходимо вычислять пропускание в неоднородной атмосфере при поглощении несколькими газами. Это происходит из-за того, что обычно общую функцию пропускания представляют как произведение функций пропускания отдельных газов, что увеличивает число членов ряда разложения и, соответственно, время расчета. Кроме этого, при перекрывании полос поглощения возрастает погрешность такой параметризации. Нам удалось разработать новый метод учета перекрывания полос поглощения, устраняющий одновременно эти две проблемы.

Коэффициент молекулярного поглощения зависит от температуры и давления. Для параметризации оптической толщи по высоте многие исследователи применяют метод приведенной поглощающей массы [35,36], который дает погрешность до десятков процентов в верхней атмосфере. Мы использовали в своих расчетах более точный метод, называемый в зарубежной литературе методом «с-к-корреляции». Этот метод мы адаптировали как для расчетов переноса теплового излучения Земли и атмосферы, так и солнечного излучения с учетом многократного рассеяния. Для большинства атмосферных ситуаций погрешность вычислений составила менее 1%.

Также в 1-й главе предлагаются оригинальные методики учета функции Планка, солнечной постоянной, аппаратной функции при вычислении уравнения переноса излучения.

Во 2-й главе диссертации было проведено исследование, цель которого была определить, с какой наилучшей точностью могут быть вычислены радиационные потоки на современном этапе развития банков спектроскопической информации и численных методов интегрирования. Был оценен вклад континуального поглощения и слабых линий водяного пара, которые не включены в последние версии популярных баз данных HITRAN и GEISA. Было проведено сравнение этого вклада в радиационные потоки и скорости выхолаживания с изменениями в радиационных потоках, вызванными увеличением концентрации в атмосфере "парниковых" газов: СО2, фреонов, метана и др.

В 3-й главе диссертации рассматриваются примеры применения предложенного нами метода параметризации молекулярного поглощения в прикладных задачах. Показана возможность легкой адаптации метода для обработки данных спутникового зондирования и восстановлении атмосферных профилей температуры и влажности.

В Заключении представлены основные результаты работы.

В Приложении 1 приведена регрессионная методика определения общего содержания газов в атмосфере на примере восстановления содержания водяного пара по интенсивности уходящего излучения, регистрируемого спутниковым радиометром.

Научная новизна:

Развит метод параметризации характеристик молекулярного поглощения, входящих в уравнение переноса излучения, который основывается на разложении функции пропускания в ряд экспонент с заданной точностью и параметрами, вычисляемыми по информации о тонкой структуре линий. Данный метод обеспечивает высокую скорость и точность и применим для повышения эффективности расчетов переноса теплового излучения в неоднородной газово-аэрозольной атмосфере.

Впервые был оценен вклад слабых линий поглощения водяным паром в ближнем ИК и видимых диапазонах, которые обычно не учитываются при оценках атмосферного поглощения. Расчеты производились сравнением данных HITRAN96, HITRAN2000 и данных Патриджа и Швенке, содержащих на 2 порядка больше линий в том же спектральном диапазоне. Результаты показали, что вклад слабых линий в интегральное поглощение составляет 1-2%. Было обнаружено, что с увеличением длины трассы относительный вклад слабых линий нелинейно возрастает и становится существенным при расчете переноса излучения в случае многократного рассеяния.

Разработан пакет программ для вычисления уходящего теплового излучения, регистрируемого спутниковыми радиометрами. В пакете программ для параметризации молекулярного поглощения был применен метод "к-распределения" с новым подходом к учету аппаратной функции. Применение данного метода позволило значительно уменьшить затраты времени при решении обратных задач спутникового зондирования.

Научная и практическая значимость результатов работы определяется возможностью широкого применения моделей, описанных в диссертации в геофизических задачах, в том числе для решения задач переноса излучения в многокомпонентных газово-аэрозольных средах, когда нужно учитывать молекулярное поглощение совместно с многократным рассеянием света. Разработанные автором методы применяются в задачах газоанализа атмосферы, при обнаружении пожаров спутниковыми методами в условиях разорванной облачности (Акт внедрения в ТУСУР). Были созданы пакеты программ для быстрого расчета функций пропускания в широких спектральных диапазонах, для расчета длинноволновых потоков излучения в молекулярной атмосфере Земли. Разработанные методы параметризации молекулярного поглощения были применены в пакете программ для обработки данных спутниковых радиометров HIRS-12, HIRS-14 для восстановления атмосферных профилей температуры и влажности.

Работа была поддержана грантами РФФИ №96-05-64293, №96-15-98476 и грантом Института оптики атмосферы СО РАН для молодых ученых.

Апробация работы:

Результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях:

1. 3-й Межреспубликанский симпозиум " Оптика атмосферы и океана", г. Томск, 2-5 июля 1996 г

2. XII Symposium-School. High Resolution Molecular Spectroscopy. Petergof . July 1-5, 1996

3. 4-й Межреспубликанский симпозиум "Оптика атмосферы и океана", 10-13 июня 1997 г.

4. 5-й Международный Симпозиум «Оптика атмосферы и океана", г. Томск, 1518 июня, 1998 г.

5. Международная школа молодых ученых и специалистов «Физика окружающей среды», г. Томск, 14-23 июня, 1998 г.

6. VI Международный Симпозиум «Оптика атмосферы и океана», г. Томск, 2326 июня, 1999 г.

7. XIII International Symposium and School of High Resolution Molecular Spectroscopy. Tomsk. July 4-6, 1999

8. Atmospheric spectroscopy application . ASA REIMS 99, 1-3 Sept. 1999, France

9. VII Международный Симпозиум «Оптика атмосферы и океана», г. Томск, 1719 июля, 2000 г.

10. Международная школа молодых ученых и специалистов «Физика окружающей среды», г. Томск, 11-15 июля, 2000 г.

И. International Radiation Symposium IRS 2000: Current Problems in Atmospheric Radiation 24-29 July, 2000. Russia. St.Petersburg.

12. Конференция молодых ученых, посвященная 10 летию Института вычислительных технологий СО РАН. г. Новосибирск. 25-26 декабря, 2000 г

13. Международная конференция "Моделирование, базы данных и информационные системы для атмосферных наук. 25-29 июня 2001 г., г. Иркутск.

14. VIII Joint International Symposium. Atmospheric and Ocean Optics. Atmospheric Physics. June 25-29, 2001. Irkutsk

15. Байкальская молодежная научная школа по фундаментальной физике, 17-22 сентября 2001 г., г. Иркутск.

По материалам диссертации автором было сделано 23 доклада на конференциях и опубликовано 11 статей в российской и зарубежной печати.

Основные результаты работы:

1. Разработанная модификация метода "к-распределения" позволяет корректно учитывать перекрывание полос поглощения атмосферных газов и неоднородность метеопараметров атмосферы. Показано, что существует класс функций, с помощью которого вычислительные затраты при решении уравнения переноса излучения в случае поглощения несколькими газами могут быть такими, как при вычислении поглощения одним газом при погрешности параметризации, непревышающей 1-2%.

2. Разработана методика учета молекулярного поглощения при решении уравнения переноса коротковолнового излучения методом Монте-Карло. Численные оценки освещенности земной поверхности широкополосным излучением показали, что погрешность параметризации была на уровне 0,3% при возрастании скорости вычислений на 2 порядка по сравнению с прямыми методами. Возможно дальнейшее увеличение скорости вычислений при сохранении погрешности параметризации в пределах 1%.

3. Проведена оценка погрешности вычислений радиационных потоков, зависящей от различия моделей континуального поглощения водяного пара, погрешности исходной спектроскопической информации о параметрах линий в базах данных, неучета поглощения слабыми линиями атмосферных газов. Выявлено, что наибольшую погрешность в вычисление длинноволновых потоков вносят модели континуума водяного пара. Различие между моделями составило более 10 Вт/м2 для нисходящих потоков в тропосфере, что превышает вклад в радиационные процессы атмосферных малых газовых составляющих, таких как СН4, N20, фреоны (менее 3 Вт/м2).

4. Случайные погрешности интенсивностей линий, содержащихся в базе данных HITRAN, на уровне 3-10% и погрешности полуширины сильных линий на уровне 10% дают погрешность вычисления длинноволновых потоков не более 0,1 Вт/м2 (0,03%). Интегральная систематическая погрешность для трех основных газов Н20, С02, 03 на уровне 5-10% приведет к ошибкам в нисходящем потоке до 1 Вт/м2 (не более 0,3 %).

5. Сделана оценка роли многочисленных слабых линий водяного пара, обычно не использующимися в атмосферных расчетах, в переносе солнечного излучения. В диапазоне 7000-22000 см"1 слабые линии водяного пара дают Л дополнительный вклад в поглощение до 1% (в поток - 2 Вт/м ) на вертикальной трассе через всю атмосферу. В микроокнах прозрачности роль слабых линий в поглощении увеличивается и достигает нескольких процентов.

6. Показано, что погрешность вычисления радиационных характеристик, возникающая при параметризации молекулярного поглощения модифицированным методом «к-распределения», меньше, чем погрешность исходной спектроскопической информации и моделей континуального поглощения водяного пара.

7. Разработан пакет программ для вычисления интенсивности уходящего излучения, регистрируемого спутниковым радиометром HIRS2. В пакете программ применены наши результаты по повышению эффективности расчета уравнения переноса теплового излучения. Это позволило в несколько раз увеличить скорость вычислений по сравнению с алгоритмами других авторов при погрешности расчета радиационных потоков, не превышающей 0,5 %.

Благодарности:

Автор выражает признательность К.М. Фирсову за предложенную тему и помощь в работе. Автор благодарит Ю.Н. Пономарева за ценные консультации и поддержку работы. Автор благодарит И.В. Пташника, А.Б Серебренникова, Б.А. Воронина, сотрудничество с которыми было весьма полезным.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Представленный в работе метод параметризации молекулярного поглощения повышает эффективность вычисления переноса теплового и солнечного излучения в атмосфере Земли. Результаты работы могут использоваться при решении задач общей циркуляции атмосферы, прогноза климата, определения газового состава и профилей температуры по данным спутникового зондирования и в других задачах распространения широкополосного излучения в газово-аэрозольных средах.

1. Fouquart Y. Radiative transfer in climate models. Phisically-based Modelling and Simulation of Climate and Climatic Cange// Shlesinger M.E. Ed., - Kluwer Academic Publishers, Part 1, 1988. - P. 223-283.

2. Матвеев JT.T. Основы общей метеорологии. Физика атмосферы Л.: Гидрометеорологическое издательство, 1965. - 875 с.

3. Кондратьев К.Я. Глобальный климат. СПб.: Наука, С.-Петербургское отделение, 1992. - 359 с.

4. Climate Change 1994. Radiative Forcing of Climate Change and An Evaluation of the IPCC IS92 Emission Scenarios./ Edited by J.T. Houghton et. al. Cambridge University Press. 1995. 339 p.

5. A. Thompson, R. Cicerone. Possible Perturbations to Atmospheric CO, CH4 and OH// J. of Geoph. Research, 1986. V. 91. - ND10. - P. 10.853-10.864

6. Ellingson R.G., Ellis J., Feis S. The intercomparison of radiation codes used in climate models: long wave results // J. Geoph. Research., 1991. V.96. - ND5. - P. 89298953.

7. Morcrette J.J and Y. Fouquart. On systematic errors in parameterized calculation of longwave radiation transfer.// Quart. J. Roy. Meteor. Soc., 1985. V.l 11. - P.691-708

8. Fouquart Y., Bonnel B. Intercomparising of Shortwave Radiation Codes for Climate Studies.// J. Geophys. Research 1991. V.96. - ND5. - P.8955-8968

9. A.M.Vogelman,- V.Ramanathan, W.C.Conant, W.E.Hanter Observational constraints on non-lorentzian continuum effects in the near-infrared solar spectrum using ARM ARESE data //JQSRT, 1998, V.54. - N2. - P.231-246

10. Hollweg H.-D. Effect of the uncertainties of line parameters from the HITRAN92 data base on radiative transfer calculations// Proceedings of the International

11. Radiation Symposium, IRS '96: Current Problems in Atmospheric Radiation, Fairbanks, Alaska, 19-24 August 1996, A. DEEPAK Publishing 1997 A Division of Science and Technology Corporation Hampton, Virginia USA, P.1011-1014

12. R.C.M.Lerner The copacity of atmosphere. An estimate of the contribution due to unknown, weak absorption lines in the water spectrum. Report on Water Conference, Paris, 1998

13. Быков А.Д., Воронин B.A., Науменко O.B., Синица Л.Н., Фирсов К.М., Чеснокова Т.Ю. Вклад слабых линий поглощения водяного пара в ослабление солнечного излучения//тез.докл. VI Международного симпозиума Оптика атмосферы и океана, 1999, Томск. С. 34

14. Быков А.Д., Воронин Б.А., Науменко О.В., Синица Л.Н., Фирсов К.М., Чеснокова Т.Ю. «Вклад слабых линий поглощения водяного пара в ослабление коротковолнового излучения» //Оптика Атмосферы и Океана.- 1999 .- Т. 12, №9 -С. 787-789

15. Воронин Б.А., Серебренников А.Б., Чеснокова Т.Ю. Оценка роли слабых линий поглощения водяного пара в переносе солнечного излучения // Оптика атмосферы и океана. -2001 Т. 14 - №9. - С.788-791

16. К.М.Фирсов,А.А.Мицель, О.В.Науменко, Т.Ю.Чеснокова. «Влияние погрешностей спектроскопической информации на точность расчета уходящейтепловой радиации в каналах радиометра HIRS». //Оптика Атмосферы и Океана -1998-Т. И -№10 С. 1079-1090Г

17. Т. Yu. Chesnokova «Influence of Accounting for Water Vapor Continuum Absorption on the Calculation of Radiative Processes in the Atmosphere» // Proceeding of SPIE, V. 3583, 1998 - P.13-19

18. Арефьев B.H. Молекулярное поглощение водяным паром излучения в окне относительной прозрачности атмосферы 8-13 мкм.// Оптика атмосферы- 1989 -Т.2, №10-С. 1034-1054.

19. Щелканов Н.Н., Пхалагов Ю.А., Ужегов В.Н. Исследование континуального поглощения водяного пара в натурных условиях в области 10.6 мкм.//Оптика атмосферы и океана -1992. -Т.56 №.7. - С.681-687

20. Robert J. Selby, L. Biberman. Infrared Continuum Absorption by Atmospheric Water Vapor in the 8-12-цт Window.//Appl. Opt., 1976, V.15 - №9.-P. 2085-2090

21. Clough S., Kneizis F., and Davies R. Line Shape and the Water Vapor Continuum.//Atm. Research, 1989, №23 P. 229-241

22. Partridge H., Schwenke D. The determination of an accurate isotopic dependent potential energy surface for water vapor from extensive "ab initio" calculations and experimental data.// Journ. Chem. Phys. 1997. - V.106. - P. 4618-4639

23. Sirota J.M., Smith A.M., Smith K.M., Tyuterev V.G., Tipping R.H., Urban S., Varanasi P., Weber M. The 1997 spectroscopic GEISA databank.// Journ. Quant. Spectr. and Radiat. Transf, 1999, V. 62. -N.2.- P. 205-254.

24. Мицель A.A., Пташник И.В., Фирсов K.M., Фомин Б.А. Эффективный метод полинейного счета пропускания поглощающей атмосферы/Юптика атмосферы и океана -1995. -Т.8.- №10. -С. 1547-1548.

25. Fomin В.А. Effective line-by-line technique to compute radiation absorption in gases /Preprint IAE-5658/1. Moscow. Russian Research Center "Kurchatov Institute". 1993. -13p.

26. Edwards D.P. GENLN2. A general line-by-line atmospheric transmittance and radiance model. Version 3.0. // Description and user's guide.: NCAR Technical Note. 1992. NCAR/TN-367+STR, Boulder. Colorado. 1992.

27. Mitsel A.A., Firsov K.M. A fast line-by-line method //JQSRT 1995. - V.54. -№3. P.549-557

28. Wang W.S., Shi G.Yu. Total band absorptance and K-distribution function for atmospheric gases/J.Quant.Spectrosc.Radiat.Transfer., 1988,- V.39 -No.5.-P.387-397.

29. Lacis A. A., Oinas V. A description of the K-distribution methods for modelling nongray gaseous absorption, thermal emission, and multiple scattering in vertically inhomogeneous atmospheres. //J. Geph.Res.-1991, V.96, No.D5 - P.9027-9063.

30. Творогов С.Д. Некоторые аспекты задачи о представлении функции пропускания в ряд экспонент.// Оптика атмосферы и Океана 1994 - Т.7 - №3 -С.315-326.

31. Розанов Е.В., Тимофеев Ю.М., Троценко А.Н. Сравнение приближенного и эталонного методов расчета характеристик радиационного теплообмена в атмосфере.//Изв.АН СССР, Физика атмосферы и океана, 1990.- Т.26 №6 - С.602-606,.

32. Fomin B.A., Romanov S.- V., Rublev A.N., Trotsenko A.N. line by line benchmark calculations of solar radiation transfer parameters in a scattering atmosphere.// Препринт IAT 5525.1 M.: ИАЭ, 1992 26 c.

33. Фомин Б.А., Романов C.B., Троценко A.H. Эталонные расчеты характеристик переноса солнечного излучения в чистой безоблачной атмосфере на основе метода прямого моделирования.// Изв.РАН, Физика атмосферы и океана, 1993.-Т.29 №1 - С.57-66.

34. The Infrared Handbook // Editor WolfW.L., ZissisGJ., Chapters., La Rocca A.J. Atmospheric Absorption. Washington, 1987. P. 5-1-5-132.

35. Marshal B.T., Gordley L.L., and Chu D.A. BANDPAK: Algorithms for modeling broadband transmission and radiance//JQSRT, 1994. N5 - P.581-599.

36. Гуди P. Атмосферная радиация.- M.: Мир, 1966. -А\1 с.

37. Зуев В.Е. Распространение видимых и инфракрасных волн в атмосфере. -М.: Советское радио, 1970. 496 с.

38. Godman A. Statistical band model parameters for long part atmospheric ozone in 9-10 mkm region // Appl. Opt. 1970. V. 9. - № 11. - P. 2600-2604.

39. Godman A., Kyle T.G., Bonomo F.S. Statistical band model parameters and integrated intensities for the 5.9, 7.5 and 11.3 m bands of HNO3 vapour // Appl. Opt. 1971.- V. 10.-№ 1.-P. 65-73.

40. Мицель A.A. Руденко В.П., Фирсов K.M. Приближенные методы расчета функций поглощения перекрывающихся линий.// Оптика атмосферы 1988. Т.1, N2 - С.45-50.

41. Мицель А.А., Фирсов К.М. Быстрые методы расчета функций поглощения// Физика атмосферы и океана.- 1987 Т.23 - N11 - С. 1221-1227.

42. ElsasserW.M. Mean Absorption and Equivalent Absorption of a Band Spectrum // Phys. Res.- 1938. V. 54. -P. 126.

43. Goody R.M. A statistical model for water-vapour absorption // Quart. J. Roy. Meteorol. Soc. 1952. V. 78. P. 165-169

44. F. X. Kneizys et. al., "User Guide to LOWTRAN 7", AFGL-TR-86-01777. ERP N1010/ Nanscom AFB, MAO 1731.

45. Stephens G.L. The Parametrization of Radiation for Numerical Weather Prediction and Climate Models.// Mounthly weather review, 1984 V.l 12.- P.826-867

46. Seiji Kato, T. Ackerman, J. Mather, E. Clothiaux The k-distribbution and correlated-k-approximation for a shortwave radiative transfer model. //JQSRT, 1999, V. 62-P. 109-121

47. Фирсов K.M., Чеснокова Т.Ю. Новый метод учета перекрывания полос поглощения атмосферных газов при параметризации уравнения переноса/ Оптика атмосферы и океана .-1998.- T.l 1 №4 - С.410-415.

48. Т. Chesnokova, А. В. Serebrennikov Parametric models of short-wave radiation transfer in the inhomogeneous Earth's atmosphere // Proceeding of SPIE, 2000. -V.4341.- P.75-78.

49. Wiscombe W.J., Evans J.W. Exponential sum fitting of radiative transmission function//Journ. Of computational Phys., 1977 V.24 - P.416-444.

50. Asano S., Uchiyama A. Application of an extended ESFT method to calculation of solar heating rates by water vapor absorption./ Journ. Quant. Spectr. Radiat. Transfer, 1987.-V.38- P.147-158.

51. Зуев B.E., Титов Г.А. Оптика атмосферы и климат. Современные проблемы атмосферной оптики, т.9. «Спектр», 1996 С.271.

52. Кондратьев К.Я., Биненко В.И., Мельникова И.Н. Поглощение солнечной радиации облачной и безоблачной атмосферой// Метеорология и гидрология, 1996 -№2-С. 14-23.

53. Зуев В.Е. Распространение лазерного излучения в атмосфере М.: Радио и связь.- 1981 -288 с.

54. Смит К., Томсон Р. Численное моделирование газовых лазеров.- М.: Мир., 1981.-515 с.

55. Isaaks R.G., Wang W.C., Worsman R.D., Goldenberg S. Multiple scattering and FASCODE models.// Appl. Opt., 1987, V.26.-N.7 - P.1272-1281.

56. Benjamen T. Marshall, Larry L. Gordley, and D. Allen Chy. LINEPAK: Algorithms for modeling spectral transmittance and radiance.// Journ. Quant. Spectr. Radiat. Transfer, 1994 V.52 - N5 - P.563-580 .

57. Edwards D.D. and Strow L.L. The line-by-line calculation: program GENLN2. // Journ. of Geophys. Res. 1992. - P. 31-41.

58. Brown P.D., Clough S.A., Mlawer E.J., Shippert T.R., Murcray F.J. High resolution validation in the Shortwave: ASTI/LBLRTM QME. Proceedings of the Eighth Atmospheric Radiation Measurement (ARM) Science Team Meeting, Tuscon, Arisona. 1998 P.101-108.

59. Мицель A.A., Фирсов K.M., Фомин Б.А. Перенос оптического излучения в молекулярной атмосфере// Под ред. Ипполитова И.И. Томск. 2001- 444 с.

60. Isaaks R.G., Wang W.C., Worsman R.D., Goldenberg S. Multiple scattering and FASCODE models.// Appl.Opt. 1987 - V.26 - N7. - P. 1272-1281.

61. Report on the ITRA, International Radiation Commission Working Group on Remote Sensing / Edited by A.Chedin, H.Fisher, K.Kunzi, D.Spaukuch, N.A.Scott. University of Maryland. 1988

62. Афонин C.B. Гендрин А.Г. Информационно-программное обеспечение задач атмосферной оптики.// Под ред. Г.М.Крекова Новосибирск: Наука, 1988 -С.38-65

63. Goody R., West R., Chen L., Crisp D. The correlated-k method for radiation calculations in nonhomogeneous atmospheres.// Journ. Quant. Spectr. Radiat. Transfer, 1989. V.42 - N6 - P.539-550 .

64. Творогов С.Д. Применение рядов Дирихле в атмосферной спектроскопии// Оптика атмосферы и океана, 1997, Т.Ю, №4-5, с.403-412.

65. Rivere Ph., Soufiani A., Taqinet J. Correlated-k and fictitious gas methods for H2O near 2.7 jam.//Journ. Quant. Spectr. Radiat. Transfer, 1992, V.48 - N2. - P. 187-203

66. Arking A., Grossman K. The influense of line shape and band structure on temperatures in planetary atmospheres/Journ. Atmosph.Sci., 1972, V.29, P.937-949

67. Wei-Chyung Wang and Guang-Yu Shi . Total band absorbtance and k-distribution function fos atmospheric gases. // Journ. Quant. Spectr. Radiat. Transfer, 1987.- V.52 N39 - P.387-397

68. Г.Корн, Т.Корн Справочник по математике для научных работников и инженеров.- М.:Наука, 1973.- 831 с.

69. Березин И.С., Жидков Н.П. Методы вычислений., т.1 -М.: Наука, 1959, 421 с.

70. Афонин С.В, Мицель А.А., Фирсов К.М. Влияние искажающих факторов на интенсивность уходящего излучения в ИК-каналах HIRS/2. Оптика атмосферы и океана. 1998, -Т. 11, № 10, С. 1991 -1998.

71. Firsov К/М, Mitsel А.А., Ponomarev Yu.N., Ptashnik I.V. Parametrization of transmittanse for application in atmospheric Optics. Journ.Quant.Speqtr. and Radiat.Transf. 1998.-V.59 -N.3-5. P.203-213

72. Chou M.-D., Arking A. An efficient method for computing the absorption of solar radiation by Water Vapor//J. of the atmosph. scienc.,1981, V.38. - №8. - P.798-807

73. С.В. Романов, A.H. Троценко, Б.А. Фомин. Использование метода прямого интегрирования для учета поглощения солнечного излучения в ближних инфракрасных полосах водяного пара.//М.: Препринт ИАЭ-5305/1,1991. 16 с.

74. Fomin В.A., Gershanov Yu.V. Tables of the Benchmark Calculations of Atmospheric Fluxes for the ICRCCM Test Cases. Part 1: Long-Wave Clear-Sky Results. Moscow,Russia, 1996, Preprint IAE-5981/1

75. Фирсов K.M., Чеснокова Т.Ю. Влияние вариаций концентрации СН4 и N20 на потоки длинноволновой радиации в атмосфере Земли //Оптика атмосферы и океана. 1998. -Т. 12. N 9. - С. 790-79

76. Зуев B.E., Комаров B.C. Статистические модели температуры и газовых компонент атмосферы.// Гидрометеоиздат, JI. 1986 - 264 с.

77. Макушкин Ю. С., Мицель А. А., Фирсов К. М. Статистический метод расчета молекулярного поглощения// Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана.— 1983. Т. 19 - № 8. - С. 824 -830.

78. Wang W.C. A parameterization for the absorption of solar radiation in the Earth's atmosphere// J. Appl. Met,1976 V.15 .- P.21-27

79. Fomin B.A., Gershanov Yu.V. Tables of the Benchmark Calculations of Atmospheric Fluxes for the ICRCCM Test Cases. Part II: Short-Wave Results. Moscow,Russia, 1996, Preprint IAE-5981/1

80. Перенос радиации в рассеивающих и поглощающих атмосферах. Стандартные методы расчета. /Под ред. Ж. Ленобль. Д.: Гидрометеоиздат, 1990 -262 с.

81. Мицель А.А., Фирсов К.М., Развитие моделей молекулярного поглощения в задачах переноса излучения в атмосфере Земли. // Оптика атмосферы и океана. 2000.-Т.13. N2. с. 179-197

82. Метод Монте-Карло в атмосферной оптике/ Под ред. Г.И. Марчука. Новосибирск: Наука, 1976 285 с.

83. Соболь И.М. Численные методы Монте-Карло.- М.: Наука. 1973. 311 с.

84. Ellington R/G/ The state of the ARM-IRF Accomplishments through 1997//Proceeding of the Eighth Atmospheric Radiation Mesearement (ARM) Science Team Meeting. Tuscon, Arisona. 1998 P. 245-248

85. Ian J. Barton. Infrared continuum water vapor absorption coefficient derived from satellite data. //Applied Optics, V. 30 - №21 - P. 2929-2934

86. Vogelman A.M., Ramanathan V., Conant W.C., Hunter W.E. Observational constraints on non-Lorentzian continuum effects in the near-infrared solar spectrum using

87. ARM arese data // Journ. Quant. Spectrosc Radiat. Transfer. 1999, V.60 -N.2 - P. 231246

88. Mlawer E.J., Clough S.A., Brown P.D., Tobin D.S. Collision-indused effects and the water vapor continuum.// Proceedings of the Eighth Atmospheric Radiation Measurement (ARM) Science Team Meeting, Tuscon, Arisona,1998 P.503-511.

89. R.J. Nordstrom and M.E. Thomas. "The Water Vapor Continuum as Wings of Strong Absorption Lines" in Atmospheric Water Vapor, A. Deepak, T.D. Wilkerson and L.H. Ruhnke. Academic, New York, 1980. P.77-100.

90. D.E. Burch and R.L. Alt Continuum Absorption by H20 in the 700-1200 cm-1 and 2400-2800 cm-1 Windows// 1984, AFGL-TR-84-0128 AD A147391

91. W. Grant. Water Vapor Absorption Coefficients in the 8-13 |j,m spectral region: a crtitical rewiew.//Appl. Opt. 1990, V.29 - №4

92. G.L.Stephens, Si-Chee Tsay. On the cloud absorption anomaly// Quart.J.Roy. Meteorol. Soc. 1990, V. 116 - P. 671-704

93. L.I. Nesmelova, Yu.A. Pkhalagov, O.B. Rodimova, S.D. Tvorogov, V.N.Uzehegov, N.N. Shchelkanov, «On the Nature of the Atmospheric Anomalous Absorption of the Short-wave Radiation»// Оптика атмосферы и океана, 1999, V.12 -P. 288-293.

94. Зуев В.Е, Белов В.В., Веретенников В.В. Теория систем в оптике дисперсных сред. -Томск: издательство СО РАН, 1997.- 402 с.

95. Бахвалов Н.С., Жидков Н.П., Кобельков Г.М. Численные методы. М.: Наука, 1977 598 с.

96. Feigelson Е.М., Fomin В.A., Gorchakova I.A., Rozanov E.V., Timofeyev Yu.,M, Trotsenko A.N., Schwarzkopf M.D. Calculation of longwave radiation fluxes in atmospheres. // Journ. of Geophys. Research. 1991. V.96 - P. 8985-9001.

97. G.P.Anderson, S.A.Clough, F.X.Kniezys, J.H.Chetwynd, and E.P.Shettle (1986) AFGL Atmospheric Constituent Profiles (0-120 km), AFGL-TR-86-0110, AD A175173.(2)

98. Wuebbles D.J, Grant K.E., Cannel P.S., Penner J.E. The role of atmospheric chemistry in climate change// APCA J. 1989. V.39. №1 - P.22-28.

99. Яншин А.Л. Каким образом меняется состав воздуха // Вес-Т. РАН. 1997. -Т.67. -№2 -С.109-112

100. Н.Е. Brandley and J.E.Harries. The impact of far I.R. absorption on clear cky greenhouse forcing: sensitivity studies at high spectral resolution// JQSRT. 1998. V.60 -№2 -P.151-180.

101. G.Wetrel, T. von Clarmaun, H. Oelhaf and H. Fischer. Vertical profiles of N205 along with CH4, N20 and H20 in the late Arctic winter retrived from MIPAS-B infrared limb emission measurements// J. Of Geoph. Research .1995 V.100, №D11, P.23.173-23.181.

102. Кондратьев К.Я., Тимофеев Ю.М. Метеорологическое зондирование атмосферы из космоса.-Л.: Гидрометеоиздат, 1978 280 с.

103. NO A A Technical Memorandum NESS 107-Rev.l Data Extraction and Calibration of TIROS-N/NOAA Radiometers/ Ed. Walter G. Planet. Washington D.C. -1979 (Revised 1988)

104. Aumann H., and Pagano R.G., 1994: Atmospheric Infrared Sounder on the Earth Observing System. //Optical Engineering, 1994. V.33 - N 3 - P.776-784

105. М.С.Малкевич Оптические исследования атмосферы со спутников.-М.: Наука, 1973. 305 с.

106. Chou М., Kouvaris L. Calculations of transmission functions in the Infrared C02 and 03 bands. // Journ. Gephys.Res., 1991. V.96. - N.D5. - P.9003-9012.

107. Фирсов K.M. Малопараметрические модели молекулярного поглощения и перенос инфракрасного излучения в атмосфере Земли//Докторская диссертация. Томск 2000 300 с.

108. Firsov К.М., Kataev M.Yu., Mitsel A.A., Ponomarev Yu.N., Ptashnik I.V. The computer code LARA and AIRA for simulating the atmospheric transmittance and radiance: curent status.//J.Quant.Spectr.Radiat.Transf. 1995. V.54 - N3 - P.559-572.

109. Rothman L.S., Gamache R.R., Goldman A., Brown L.R., Toth R.A., Pickett H.M., Poynter R.L., Flaud J.-M., Camy-Peyret C., Barbe A., Husson N. Rinsland C.P., and Smith M.A.H., "The HITRAN database: 1986 Edition,"// Appl.Opt.,1987, V.26, P.4058-4097

110. R.A.Toth, v2 band of H2160: line strengths and transition frequencies//JOSA В , 1991 V.8-N.11 - P.2236-2255.

111. L.H.Coudert, Analysis of the Line positions and Line Intensities in the v2 Band of the Water Molecule// J.Mol.Spectrosc., 1997. V.181. - P.246-273

112. L.S.Rothman, R.B.Wattson, Determination of vibrational energy level and parallel band intensities of 12C160 12 by direct numerical diagonalization //Journ. Mol. Spectr. 1986. - V.119 - N1. - P.83-100

113. J.-M.Flaud, C.Camy-Peuret, C.P.Rinsland, M.A.H.Smith, and V.Malathy Devi, " Atlas of Ozone Spectral Parameters from Microwave to Medium Infrared", Academic Press, Orlando, Fl. 1990.

114. R.A.Toth, Line-frequency measurements and analysis of N20 between 900 and 4700 cm"1, Appl.Opt. -1991 V.30. - P.5289-5315 .

115. F.Rachet, M.Margottin-Maclou,M.E.Azizi, A.Henry, A.Valentin// J.Mol.Spectrosc. 1994. -V.166-P.79.

116. Gamache R.R. and Davies R.W. Theoretical calculations of N2-broadened halfwidths of H20 using quantum Fourier transform theory," //Appl.Opt. -1983 V.22 -P.4013-4019.

117. Gamache R.R., Hartman J.-M., Rosenmann L. Collision broadened of water vapor lines. I. A survey of experimental results//JQSRT.-1994.-52 N3.- P.481-499

118. А.Н.Тихонов, А.В.Гончарский и др. Численные методы решения некорректных задач.-М.: Наука, 1990 232 с

119. Conrath B.J. On the estimation of relative humidity profiles from medium-resolutions infrared spectra obtained from satellite // J. Geoph. Res. 1969 V.74, №13. -P. 3347-3361139

120. Богомолов О.С., Панин Б.Д. Косвенное определение вертикального профиля влагосодержания атмосферы// «Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана», 1973 -Т. 9 №4 - С. 363-370.

121. К. Я.Кондратьев, Ю.М.Тимофеев Термическое зондирование атмосферы со спутников.-Jl.: Гидрометеоиздат, 1970 410 с.

122. Мицель A.A., Фирсов K.M., Фомин Б.А. Перенос оптического излучения в молекулярной атмофере / Под редакцией И.И.Ипполитова . -Томск: SST, 2001. -444 с.

123. Многоканальный радиометр спутникового базирования HIRS2/ Отчет по I этапу НИР «Интерпретация данных 20-канального радиометра космического базирования HIRS2» Томск. 1998 г. -150 с.