Вертикально-временная структура стратосферного аэрозольного слоя по результатам лазерного зондирования тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.05 ВАК РФ

Глава 1. МЕТОДИЧЕСКИЕ И АППАРАТУРНЫЕ АСПЕКТЫ ЛАЗЕРНОГО ЗОНДИРОВАНИЯ СТРАТОСФЕРНОГО АЭРОЗОЛЯ

1.1. основы лазерного зондирования стратосферного аэрозоля.

1.1.1. Оптические характеристики, описывающие взаимодействия лазерного излучения с атмосферой.

1.1.1а. Молекулярное рассеяние.

1.1.16. Аэрозольное рассеяние и поглощение.".

1.1.2. Уравнение лазерной локации и лидарная техника.

1.2. одночастотное лазерное зондирование стратосферного аэрозоля.

1.2.1. Аппаратурные искажения лидарных сигналов.

1.2.2. Определение аэрозольных характеристик из лидарных данных.

1.2.3. Влияние на профили R(H) априори задаваемого ^ лидарного отношения.

1.3. Определение оптических и микроструктурных параметров аэрозолей из данных лазерного зондирования на нескольких длинах волн.

1.3.1. Двухчастотное лазерное зондирование.

1.3.1а. Качественный анализ размеров аэрозольных частиц по параметру Ангстрема.

1.3.16. Разделение молекулярной и аэрозольной составляющих лидарного сигнала.

1.3.2. Обращение данных многочастотного лазерного зондирования . 63 ВЫВОДЫ по главе 1.

Глава 2. ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ СТРАТОСФЕРНОГО АЭРОЗОЛЬНОГО СЛОЯ ПО ВРЕМЕННОМУ ПОВЕДЕНИЮ ИНТЕГРАЛЬНОГО КОЭФФИЦИЕНТА ОБРАТНОГО АЭРОЗОЛЬНОГО РАССЕЯНИЯ.

2.1. Общая характеристика временного поведения аэрозольного наполнения стратосферы.

2.1.1. Временной ход В* согласно наблюдениям лидарной обсерватории Гармиш-Партенкирхен.

2.1.2. Классификация состояния стратосферного аэрозольного слоя на основе данных, полученных на Сибирской лидарной станции

2.2. Временная динамика аэрозольного наполнения стратосферы в период 1986

2.3. Динамика вулканогенного аэрозоля в стратосфере.

2.3.1. Сравнение временных ходов ВЕЯ на мировой сети лидарных станций.

2.3.2. Время распада стратосферного аэрозоля вулканического происхождения.

2.3.3. Общее содержание озона и аэрозольное наполнение стратосферы.

ВЫВОДЫ по главе 2.

Глава 3. ВЕРТИКАЛЬНАЯ СТРУКТУРА СТРАТОСФЕРНОГО АЭРОЗОЛЬНОГО СЛОЯ ПРИ НАЛИЧИИ ВУЛКАНОГЕННОГО АЭРОЗОЛЯ (ПРИ НАЛИЧИИ ВУЛКАНОГЕННОГО АЭРОЗОЛЯЯ).

3.1. Следы извержения вулкана Дель-Руис (Колумбия) в стратосфере над Томском.

3.2. Стратосферный аэрозольный слой после извержения вулкана Пинатубо в июне 1991 на Филиппинах.

3.2.1. Лидарные исследования продуктов извержения вулкана Пинатубо над Томском в июле 1991 г

3.2.1а. Вертикальная структура САС и синоптическая обстановка в данный период.

3.2.16. Вулканогенные аэрозольные слои и стратосферный озон . . 105 3.2.1 в. Микроструктура и оптические характеристики аэрозольных слоев, полученные обращением лидарных данных.

3.2.2. Вертикально-временная структура оптических характеристик стратосферного аэрозоля.

3.2.2а. Отдельные профили отношения рассеяния.

3.2.26. Вариации вертикальной стратификации R(H) ото дня ко дню.

3.2.2в. Средние профили коэффициента обратного аэрозольного рассеяния основных сезонов.

3.2.3. Лидарные измерения САС по программам SATOR и LITE

3.3. Процессы оседания и укрупнения вулканогенного аэрозоля в старосфере.

3.3.1. Оседание аэрозольных слоев вулканогенного происхождения

3.3.2. Процессы укрупнения вулканогенного аэрозоля.

3.3.2а. Качественные исследования увеличения размеров аэрозольных частиц и их оседание.

3.3.26. Результаты обращения данных многочастотного зондирования.

ВЫВОДЫ по главе 3.

Глава 4. ВЕРТИКАЛЬНАЯ СТРУКТУРА СТРАТОСФЕРНОГО АЭРОЗОЛЬНОГО СЛОЯ ПРИ ДЛИТЕЛЬНЫХ ОТСУТСТВИЯХ ВУЛКАНИЧЕСКИХ ИЗВЕРЖЕНИЙ (ПЕРИОДЫ «Р» И «Ф»).

4.1. Описание вертикального распределения стратосферного аэрозоля в релаксационных и фоновых условиях на основе статистических характеристик.

4.1.1. Высотные хода статистических параметров вариаций отношения рассеяния.

4.1.1а. Среднее, дисперсия, асимметрия и эксцесс высотных вариаций профилей отношения рассеяния по сезонам.

4.1.16. Средние профили отношения рассеяния и коэффициентов обратного аэрозольного рассеяния основных сезонов (зима, лето).

4.1.2. Межуровневые корреляционные функции отношения рассеяния.

4.1.2а. Межуровневые корреляционные функции в традиционном представлении.

4.1.26. Межуровневая взаимосвязь отношения рассеяния для зимы и лета во всем исследуемом диапазоне высот стратосферы

4.1.3. Собственные вектора отношения рассеяния для сезонов.

4.1.4. Сравнение корреляционных матриц и собственных векторов отношения рассеяния, озона, температуры и скорости ветра.

4.1.4а. Корреляционные матрицы.

4.1.4 6. Собственные вектора.

4.1.5. Взаимосвязь отношения рассеяния с температурой, давлением и скоростью ветра.

4.2. Межгодовые вариации отношения рассеяния и критерии фонового состояния САС.

4.2.1. Межгодовые вариации отношения рассеяния.

4.2.2. Критерии фонового состояния САС.

ВЫВОДЫ по главе

Глава 5. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ТРАНСФОРМАЦИИ СТРАТОСФЕРНОГО АЭРОЗОЛЬНОГО СЛОЯ И ЕГО ВАРИАЦИИ, ОБУСЛОВЛЕННЫЕ АТМОСФЕРНЫМИ ПРОЦЕССАМИ.

5.1. Широтный и сезонный ход в стратосфере максимумов концентрации аэрозольных частиц с радиусами больше 0,15 мкм и отношения рассеяния.

5.2. Эпизодические аэрозольные образования в верхней стратосфере в зимне-весенний период.

5.3. Вариации отношения рассеяния в районе тропопаузы и нижней стратосфере.

5.4. Полярные стратосферные облака.

5.5. Мезомасштабные вариации стратосферного аэрозольного слоя.

5.4.1. Временные вариации часовых масштабов в стратосферном аэрозольном слое.

5.4.2. Вертикальные периодические структуры.

ВЫВОДЫ по главе 5.

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ

В общем случае под атмосферным аэрозолем понимают дисперсные среды, состоящие из частиц твердого или жидкого вещества широкого спектра размеров (0,005^50 мкм) и разного химического состава, находящиеся во взвешенном состоянии в атмосферном воздухе [9, 93, 157]. Присутствуют они по всей толще атмосферы. Основным источником тропосферных аэрозолей является поверхность планеты (суша, вода и т.д.), поэтому их размеры и химический состав очень разнообразны. Выше 60 км аэрозоли имеют космическое происхождение, что также определяет их богатый химический состав. Стратосферный аэрозоль (СА) более однороден по своему химическому составу и представляет собой обводненные микрочастицы серной кислоты, которые образуются путем сложной совокупности естественных химических и физических преобразований из двуокиси серы SO2 или карбонилсульфида COS.

В результате установившегося баланса между непрерывными процессами образования СА и его удаления из стратосферы на высотах от тропосферы и примерно до 25 км сформировался стратосферный аэрозольный слой (САС). Особенности пространственно-временного распределения САС по Земному шару определяются как специфическими законами его образования и трансформации, так и глобальными и региональными атмосферными процессами.

Помимо того, что САС представляет фундаментальное образование атмосферы, которое априори требует своего изучения, аэрозоль, в том числе и стратосферный, является оптически активной компонентой атмосферного воздуха и влияет на перенос излучения в атмосфере, а, следовательно, воздействует на радиационный баланс и формирование климата Земли [158, 159, 160, 161]. Данная проблема также представляет одну из ключевых причин, определяющих актуальность его исследований.

Следующей важной причиной необходимости всестороннего изучения САС является то, что он локализован на высотах максимума озонового слоя Земли (озоносферы). Следовательно, возможно разрушение молекул озона при различного рода взаимодействиях с аэрозольными частицами, а это представляет собой негативный процесс. Поскольку известно, что озоносфе-ра играет определяющую роль в защите всех биологических структур от губительного УФ - излучения Солнца, и уменьшение ее защитных свойств может привести к необратимым последствиям в биосфере. Особую актуальность механизм разрушения стратосферного озона в результате его взаимодействия с аэрозольными частицами приобретает после мощных взрывных извержений вулканов, когда в стратосферу выбрасывается огромное количество как вулканического твердого вещества, так и газообразных компонент, в том числе двуокиси серы SO2 и карбонилсульфида COS. Благодаря большей концентрации взаимодействующих компонент в эти периоды происходят интенсивные процессы образования стратосферного сернокислотного аэрозоля, и его содержание в стратосфере, значительно превышающее обычное, вызывает депрессию озонового слоя. При этом заметим, что мощные взрывные извержения вулканов являются не столь уж редкими явлениями, а из-за медленных процессов релаксации стратосфера после подобных инжекций терри-генного вещества довольно длительное время находится в возмущенном состоянии. В качестве иллюстрации масштабов воздействия вулканизма на аэрозольное наполнение стратосферы на рис.В.1 представлены извержения самых крупных вулканов начиная с 1850 г. и величины наблюдаемой после этих извержений аэрозольной оптической толщи (xfl), которая в обычных условиях близка к нулю [163]. В таблице В.1 приведена оценка количества аэрозоля в стратосфере после наиболее мощных извержений вулканов в 20-ом столетии [164].

Более того, формировавшийся в течение долгого времени баланс между различными процессами, определяющими климат Земли, с начала 20-ого

0.1

1850 a j i-i /

1925 1950

2000 годы

Рис.В.1. Временная карта наиболее крупных извержений вулканов за последние 150 лет и оценка величины оптической толщи после соответствующих извержений вулканов [165].

Таблица В.1.

Наиболее мощные извержения вулканов 20-ого столетия [166]

Вулкан Дата Аэрозольный вклад в 19 Терраграммах (10 гр)

Фоновое наполнение до 1979 <1 стратосферы

Катмай июнь 1912 20

Агунг март 1963 16-30

Фуэго октябрь 1974 3-6

Эль-Чичон апрель 1982 12

Пинатубо июнь 1991 30

Серро Хадсон август 1991 3 столетия начал испытывать мощное негативное влияние факторов, обусловленных деятельностью человека. Помимо прямого воздействия на природу (вырубка лесов, мелиоративные и другие мероприятия по активному вмешательству человечества в окружающую среду), способствующего выносу в стратосферу тропосферного аэрозоля (посредством пылевых бурь), мощный стресс на атмосферу оказывается и через поступление в атмосферу двуокиси серы и карбонилсульфида техногенного происхождения. Для COS установлено, что его поступление в атмосферу ежегодно увеличивается на 4,5%. Результаты прогностических расчетов до 2005 г. показывают, что это должно привести к неуклонному увеличению массы стратосферного аэрозоля, его оптической толщи и понижению приземной температуры (см. рис.В.2) [44, 45]. На рис. В.26 видно, что понижение температуры, но менее интенсивное, будет иметь место и даже при прекращении темпов увеличения поступления карбонилсульфида в стратосферу. Как это отразится на состоянии окружающей среды, неизвестно. Оно может оказать положительное воздействие за счет компенсации известного «парникового» эффекта, а может вызвать более мощные и непредсказуемые явления.

Кроме того используемая в различных прикладных задачах атмосферной оптики информация о современном состоянии аэрозольного наполнения атмосферы, в том числе и стратосферы, регламентируется аэрозольными моделями [8, 27, 81], которые в свою очередь также требуют постоянной корректировки в соответствии с накапливаемыми знаниями о стратосферном аэрозоле. В этом плане особенно эффективны многолетние регулярные комплексные измерения параметров и составляющих средней атмосферы. Анализ данных подобных наблюдений позволяет: уточнять региональные эмпирические модели характеристик атмосферы; обнаруживать кратковременные возмущения атмосферы; контролировать постепенно накапливающиеся изменения под действием природных и антропогенных факторов. А при развитой сети пунктов наблюдений: исследовать механизмы, определяющие взаи

Рис.В.2а. Изменение массы (М) (сплошная) и оптической толщи (т) (пунктир) фонового стратосферного аэрозольного слоя при увеличении поступления карбонилсульфида в стратосфере на 4,5% в год [45] лтлс

Рис.В.2б. Влияние антропогенного стратосферного аэрозоля на среднюю приземную температуру при различных темпах поступления карбонилсульфида в стратосферу. (1-сохранение в будущем современных темпов роста 4,5% в год; 2 - двукратное уменьшение темпов роста в течение первой половины XXI; 3- прекращение увеличения поступления карбонилсульфида в течение второй четверти XXI века; 4 - прекращение увеличения поступления карбонилсульфтда в течение первой половины XXI века [45] мосвязи и динамику измеряемых параметров; отслеживать процессы меридиональных и зональных переносов.

При решении подобного рода задач методы лазерного зондирования, естественным образом дополняют и по ряду возможностей превосходят традиционные (шар-зондовые, ракетные и т.д.). В частности, уникальной возможностью дистанционных измерений с практически мгновенным получением информации по всей исследуемой трассе и, следовательно, высокой воспроизводимостью измерений. При этом с учетом того, что на огромной территории России от Москвы до Дальнего Востока нигде, кроме как в Томске, не проводятся лидарные наблюдения за состоянием стратосферных параметров, в том числе и стратосферного аэрозоля, наблюдения здесь приобретают особую актуальность.

СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

Впервые на возможность существования пылевого слоя вблизи 20 км указал Gruner в 1942 г. [178] при объяснении «пурпурного света» в сумеречное время. В начале 1960-х годов [179] экспериментально на основе самолетных измерений (на высоте 20 км) было подтверждено наличие аэрозольного максимума в стратосфере. Проведенные лабораторные исследования показали сульфатную природу стратосферного аэрозоля. После дальнейших работ Юнге, посвященным исследованиям распределения частиц стратосферного аэрозоля по размерам, САС во многих публикациях называется слоем Юнге.

Исследования атмосферы оптическими методами имеет длительную историю. Еще в 1960 г. вышла известная монография «Прожекторный луч в атмосфере» под редакцией Г. В. Розенберга [165], раскрывающая проблемы ее исследований, в том числе и стратосферного аэрозоля, которые решались в предыдущие годы с помощью прожекторного зондирования в лаборатории атмосферной оптики Института физики атмосферы АН СССР.

Естественно, что с появлением в 1960-х годах когерентных источников излучения, характеризующихся малым расхождением и уникальной спектральной селективностью, лазеры стали активно внедряться в практику исследований стратосферного аэрозоля. Первые эксперименты по обнаружению стратосферных аэрозольных частиц с помощью лидаров были осуществлены в начале 1960-х годов [166, 167] и в дальнейшем методы и средства дистанционного лазерного зондирования атмосферы интенсивно развивались вместе с бурным развитием физики и техники лазеров. По данным справочника NASA [42] на 1992 г. было зарегистрировано 152 стационарных и мобильных лидарных установки, которые действуют в режиме регулярных наблюдений или в рамках проведения целенаправленных измерительных кампаний. В настоящее время для осуществления глобального мониторинга за состоянием различных компонент стратосферы, в том числе и СА, развивается тенденция объединения лидарных обсерваторий в международные сети наблюдений. Среди них наиболее широкомасштабные - сеть обнаружения стратосферных изменений NDSC (Network for Detection of Stratospheric Change) и Европейская лидарная сеть аэрозольных исследований EARLINET (European Aerosol Research Lidar Network). Действуют другие объединения и отдельные лидарные станции от Арктики до Антарктики, а также мобильные лидары самолётного, корабельного и автомобильного базирования. Осуществлены первые эксперименты с лидарами космического базирования.

Среди давно действующих и к тому же уникальных лидарных систем с общей площадью приемной антенны 16 м можно отметить комплекс, построенный еще в конце 1960-х годов на Ямайке [168]. Для России подобной уникальной установкой является многоканальная (т.е. зондирование осуществляется на нескольких длинах волн) Сибирская лидарная станция (CJIC), входящая в перечень уникальных установок России и предназначенная для измерения нескольких параметров и компонент стратосферы. Площадь основного телескопа ее приемной антенны имеет диаметр 2,2 м. На начальном этапе ее работы (в середине 1980-х годов) использовался телескоп на основе приемного зеркала диаметром 1 м, и велись наблюдения именно стратосферного аэрозольного слоя. В настоящее время на CJIC осуществляются исследования стратосферного озона, температуры и других параметров и характеристик атмосферы. Заметим, что лидарные исследования стратосферного аэрозоля слоя ведутся практически во всех индустриально развитых странах: ФРГ, Италия, Франция, Норвегия, Япония и т.д. На территории бывшего Советского Союза пик лидарных исследований СА приходится на конец 1980-х, когда действовали лидары в ИОА СО РАН (Академия наук СССР), ЦАО, ИПМ, ИНГ (Гидромет СССР), ИФ АН БССР и Астрофизического института им. В.Г. Фесенкова АН КазССР (Национальные академии наук союзных республик) и т.д. При этом в исследованиях каждого научного коллектива можно выделить направление исследования СА, которое являлось для него приоритетным. Например, в АФИ им. В. Г. Фесенкова исследовалось воздействие Солнечного терминатора на стратосферу в целом и пространственное распределение СА, которое, как оказалось, имеет неоднородную облачнооб-разную структуру [171, 172]. В Минске проведены уникальные исследования поляризационных характеристик вулканогенного аэрозоля (после извержения вулкана Пинатубо) [173]. Исследования ИПГ и ЦАО ориентированы на исследования стратосферы в полярных регионах России [174]. Выбор какого-либо приоритетного направления исследований характерен и зарубежных лидарных групп. В Гармиш-Партенкирхене (Германия) получены уникальной длительности ряды наблюдений интегрального коэффициента обратного аэрозольного рассеяния в стратосфере. Впоследствии они были использованы для определения временного поведения массы и других характеристик стратосферного аэрозоля [54]. Для многих зарубежных лидарных групп в Европе представляют интерес исследования полярных стратосферных облаков (ПСО) как в Арктике, так и Антарктике.

Из лазерных методов исследования стратосферного аэрозоля наибольшее распространение получил метод одночастотного зондирования, который дает информацию о коэффициенте объемного обратного рассеяния стратосферного аэрозоля или его вертикальной стратификации (отношений рассеяния). Этот метод, с учетом довольно однородного химического состава стратосферного аэрозоля и, следовательно, однозначной взаимосвязи между всеми его оптическими характеристиками, позволяет получать оценки прозрачности, полного коэффициента ослабления, и т.д. По сравнению с многочастотным методом лазерного зондирования стратосферного аэрозоля, из которого помимо представленных выше характеристик можно получить информацию и о его микрофизике, одночастотный метод менее информативен. Однако он не требует сложных математических расчетов с учетом некорректности решаемой задачи, которые необходимы при восстановлении функции распределения частиц по размерам, и, следовательно, менее критичен к точности получаемых результатов. Все это делает одночастотный метод лазерного зондирования наиболее простым и доступным для практической реализации.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Исследования с помощью методов лазерного зондирования вертикально-временной структуры стратосферного аэрозольного слоя и выявление механизмов ее формирования в интересах последующего уточнения и корректировки оптических аэрозольных моделей.

ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

Достижение цели работы было связано с решением комплекса задач, включающего:

- адаптацию методик определения оптических характеристик аэрозоля под аппаратурные особенности и характеристики используемых лидаров;

- создание пакетов программ восстановления аэрозольных характеристик, отображения их в удобном для восприятия виде, документирование с соответствующей систематизацией полученных данных;

- обеспечение дежурного режима работы лидарных комплексов на базе приемных телескопов с диаметром главного зеркала 1 м и с диаметром 2,2 м (Сибирская лидарная станция);

- проведение рутинных лидарных наблюдений за состоянием стратосферного аэрозольного слоя;

- получение сопутствующей лидарным наблюдениям метеоинформации;

- исследования оптических аэрозольных параметров с использованием элементов математической статистики;

- анализ и интерпретация полученных результатов;

- выявление причин и механизмов, приводящих к вариациям в стратосферном аэрозольном слое.

МЕТОД И ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ

Из названия самой диссертационной работы следует, что используемым методом исследования является лазерное зондирование, обладающее возможностью проведения дистанционных наблюдений и последующим извлечением из них необходимой информации как на основе данных одночас-тотного, так и многочастного зондирования. Дистанционность применяемого метода является особенно привлекательной чертой при исследованиях такого объекта, как стратосферный аэрозоль, который локализован на высотах выше 15 км. В отличие от прямых методов исследования СА, реализуемых при помощи шар-зондов (забора проб с помощью доставки в стратосферу соответствующих приборов и т.д.), и, следовательно, являющихся трудоемкими и дорогостоящими, лазерное зондирование (помимо дистанционности) обладает уникальной повторяемостью и возможностью мгновенного получения информации по всей толще стратосферы. Это позволяет использовать для анализа и последующей интерпретации результатов исследований классические методы математической статистики.

НАУЧНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ

1. Флуктуации суммы коэффициентов полного обратного аэрозольного и молекулярного рассеяний к коэффициенту полного обратного молекулярного (отношение рассеяния) в стратосфере на длине волны лазерного зондирования 532 нм:

- подчиняются нормальному распределению с уровнем значимости по критерию %2 более 90% (ниже 20 км) и более 50% (выше 20 км); о

- их спектр в диапазоне частот (0,5^2,0) 10 Гц спадает согласно степенной зависимости «-5/3», в более высокочастотной области он искажен периодическими составляющими, а на частоте 5 10^ Гц наблюдается выраженный максимум для фонового стратосферного аэрозоля, отсутствующий при вулканогенном возмущении стратосферного аэрозольного слоя.

2. В изменениях оптического состояния САС на длине волны 532 нм после мощных взрывных извержений вулканов выделяется продолжительный релаксационный период характеризующийся:

- постепенно уменьшающимися значениями интегрального коэффициента обратного аэрозольного рассеяния холодного полугодия (октябрь-март) относительно теплого (апрель-сентябрь) от 1,40 до 1,15;

- превышением на величину 1,15±0,07 средних зимних значений отношения рассеяния относительно предыдущих и последующих средних летних в диапазоне высот 14-18 км.

3. В видимом диапазоне спектра:

- отсутствие в профилях отношения рассеяния максимума слоя Юнге;

- совпадение в пределах стандартного отклонения =Ыст зимних и летних профилей отношения рассеяния;

- экспоненциальный ход профиля коэффициента полного обратного аэрозольного рассеяния, в пределах ±1о охватывающий все его линейные аппроксимации в логарифмическом масштабе; являются критериями фонового состояния стратосферного аэрозольного слоя. С учетом этих критериев создана оптическая модель рассеивающих характеристик фонового стратосферного аэрозоля на длине волны 532 нм, дополняющая известные оптические модели.

4. Между отношением рассеяния (на длине волны зондирования 532 нм) существует взаимосвязь при уровне значимости коэффициента корреляции 99% равном ±0,45: отрицательная - с температурой в диапазоне высот 1121 км и максимальными значениями коэффициента корреляции -0,7 на высоте 12,5-^17,5 км; положительная - со скоростью ветра в диапазоне высот 1519 км.

5. Для холодных полугодий (октябрь-март) периода наблюдений с 1986 по 2000 гг. между интегральным коэффициентом обратного аэрозольного рассеяния (длина волны 532 нм) и общим содержанием озона наблюдается отрицательная взаимосвязь. Ее коэффициент корреляции равен -0,75 (при уровне значимости 99% менее ±0,25).

ДОСТОВЕРНОСТЬ ЗАЩИЩАЕМЫХ ПОЛОЖЕНИЙ

Достоверность всех защищаемых положений и полученных результатов базируется на:

- методической проработке вопроса регистрации на основе статистико-вероятностного подхода, известного в литературе [14, 17, 18, 19];

- стендовых экспериментах по отбору ФЭУ для зондирования и выбора их оптимальных режимов работы, стендовых и натурных исследований отклика ФЭУ на импульсную засветку разной интенсивности и длительности, что позволило оценивать вклад импульсов последействия ФЭУ в лидарные сигналы и осуществлять коррекцию последних;

- итерационной процедуре учета аэрозольной прозрачности атмосферы из самих лидарных сигналов, которая включена в алгоритм определения рассеивающих характеристик аэрозоля.

Кроме того, достоверность достигается:

- статистической обеспеченностью применяемых для определения рассеивающих аэрозольных параметров профилей лидарных сигналов, которая perламентируется величиной их ошибки на высоте 30 км не более 7% (данный фактор в первую очередь относится к защищаемым положениям № 1, № 4 и №5);

- длительным рядом регулярных лидарных наблюдений, в том числе и на разных длинах волн зондирования, характеризующихся повторяемостью и демонстрирующих последовательную трансформацию вертикально-временной структуры стратосферного аэрозольного слоя (база защищаемых положений № 2 и № 3);

- совпадением результатов наблюдений с учетом региональных и широтных особенностей локализации пунктов лидарных наблюдений результатам других исследовательских групп, например, в Минске, в Гармиш-Партенкирхене и т.д. (защищаемое положение № 3);

- согласием полученных результатов с законами и механизмами формирования атмосферных циркуляционных процессов [57; 114; 123, 132] (защищаемые положения № 1, № 2 и № 4).

НАУЧНАЯ НОВИЗНА ЗАЩИЩАЕМЫХ ПОЛОЖЕНИЙ И ДРУГИХ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ

1. Впервые реализованы экспериментальные лидарные исследования мезо-масштабных вариаций стратосферного аэрозоля (защищаемое положение №1).

2. Наряду с возмущенным и фоновым состояниями стратосферного аэрозольного слоя на основе лидарных наблюдений выявлено существование третьего - релаксационного, характеризующимся постепенным нивелированием сезонных различий в аэрозольном наполнении стратосферы (защищаемое положение № 2).

3. На основе вертикального поведения рассеивающих характеристик аэрозоля сформулированы критерии фонового состояния САС (защищаемое положение № 3).

4. В нижней стратосфере установлена значимая корреляционная связь (на уровне 95%) между отношением рассеяния и температурой и скоростью ветра (защищаемое положение № 4).

5. На основе результатов оптических натурных измерений показано деструктивное влияние вулканогенного аэрозоля на озоновый слой Земли (озо-носферу) (защищаемое положение № 5).

6. Продемонстрировано существование в стратосфере умеренных широт Восточного полушария аэрозольных слоев, расположенных выше канонического слоя Юнге и возникающих в процессе протекания внезапных зимних стратосферных потеплений, а также во время весенней перестройки атмосферы.

7. Экспериментально установлено наличие в январе 1995 г. в стратосфере над Томском полярных стратосферных облаков, что является редким событием в умеренных широтах.

НАУЧНАЯ ЦЕННОСТЬ

1. Разработаны алгоритмы определения оптических параметров стратосферного аэрозоля, адаптированные под конкретные параметры Сибирской лидарной станции и ее аппаратуры, созданы соответствующие пакеты программ, позволяющие минимизировать ошибки, обуславливаемые стохастической природой исследуемого объекта.

2. Введено понятие релаксационного периода, а на основе сформулированных критериев определено фоновое состояние САС, что позволяет более подробно детализировать и классифицировать состояния стратосферного аэрозольного слоя (защищаемые положения № 2 и № 3).

3. Подтверждено деструктивное влияние вулканогенного аэрозоля на слой стратосферного озона (защищаемое положение № 5).

4. Экспериментально продемонстрировано свойство стратосферного аэрозоля как уникального трассера атмосферных процессов. Например, в вопросе роли тропопаузы в качестве барьера при стратосферно-тропосферном обмене, индикатора струйных течений и т.д.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ

1. Использование параметра Ангстрема для качественного анализа размера частиц стратосферного аэрозоля позволяет без сложной процедуры обращения лидарных данных и решения обратной некорректной задачи исследовать вертикально-временную стратификацию аэрозольных частиц вулканогенного происхождения.

2. Информация о статистических характеристиках мезомасштабных вариация отношения рассеяния необходима для решения прикладных задач распространения оптического излучения через атмосферу (например, аэрокосмическая съемка, передача изображения и т.д.). В этих задачах атмосфера выступает в качестве среды, пропускающей полезную оптическую информацию. Случайные вариации ее оптически активной составляющей (стратосферного аэрозоля) играют роль мешающего фактора, влияние которого необходимо учитывать при решении подобного рода задач (защищаемое положение № 1).

3. Обеспечение рутинного режима работы лидарного комплекса, на котором осуществлялись и осуществляются наблюдения за состоянием стратосферного аэрозольного слоя и который на всей территории России от Москвы до Дальнего Востока является единственной валидационной точкой подспутниковых лидарных измерений.

4. Сформирована база данных о состоянии стратосферного аэрозольного слоя над территорией Западной Сибирь, включающая результаты 15-летних лидарных наблюдений (с 1986 г. по 2001 г.) и позволяющая осуществлять коррекцию известных континентальных моделей стратосферного аэрозоля.

5. Получены эмпирические вертикальные распределения коэффициентов обратного аэрозольного рассеяния на длине волны 532 нм: средне-сезонные за период январь 1986 г. - июнь 1991 г.; фонового состояния стратосферного аэрозольного слоя; летние и зимние за годы возмущенного извержением влк. Пинатубо состояния САС. Эти вертикальные профили могут быть использованы при решении задач переноса оптического излучения через атмосферу при соответствующих состояниях аэрозольного наполнения стратосферы как в фоновых условиях, так и после извержений вулканов.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕРЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ

Представленные в работе исследования выполнялись в рамках ряда международных, государственных и региональных программ, среди которых можно отметить: ГНТП России «Глобальные изменения природной среды и климата», Российско-китайский проект «Лазерные технологии в климатоэко-логическом мониторинге», программу Института оптики атмосферы СО РАН SATOR (Stratospheric and Tropospheric Ozone Research), программу Национального американского космического агентства (NASA) LITE (Lidar In-Space Technology Experiment). Результаты диссертационной работы могут быть использованы как в организациях Росгидромета (ЦАО, ИНГ, ИПМ), так и в институтах Российской академии наук (ИФА РАН, ИОМ СО РАН и др.).

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ

Результаты диссертационной работы докладывались на: заседаниях 4, 5, 7, 8 рабочих групп «Аэрозоли Сибири» (Томск 1997, 1998, 2000, 2001 гг.); 9-ом, и 11-ом Всесоюзных симпозиумах по лазерному и акустическому зондированию атмосферы (Томск 1986 и 1993); 2-ом, 3-ем, 4-ом, 7-ом, 8-ом Межреспубликанских и Международных симпозиумах «Оптика атмосферы и океана» (Томск 1995, 1996, 1997, 2000 и Иркутск 2001 гг.); 3-ей Национальной конференции и технической выставке с Международным участием «Лазеры и их применение (Лазеры-88)» (Болгария, Пловдив 1988 г.); Международной рабочей группе «Электродинамика и составляющие мезосферы» (Нижний Новгород, 1992); Международной конференции «Физика атмосферного аэрозоля» (Москва, 1999 г.); 5-ом совещании по распространению лазерного излучения в дисперсных средах (Обнинск, 1992); 5-ой научной Ассамблее IAMAP (Великобритания, Рединг, 1989); Всемирном космическом конгрессе (Вашингтон, 1992); 14, 15, 18, 19, 20 Международных конференциях по лазерному зондирования (ILRC) в: Сан-Кандино (Италия), Томске (Россия), Берлине (Германия), Хэмптоне (США), Виши (Франция), соответственно, в 1988, 1990, 1996, 1998, 2000 гг.; 14-ой Международной конференции по нуклеации и атмосферным аэрозолям (Финляндия, Хельсинки, 1996); Международной рабочей группе «Атмосферная прозрачность со спутников: эффекты аэрозоля и тонких облаков» (Италия, Маратеа, 1997); Международном симпозиуме по радиации (IRS2000) в Санкт-Петербурге, 2000 г. и других межведомственных и региональных рабочих семинарах и совещаниях.

ЛИЧНЫЙ ВКЛАД

Диссертационная работа явилась результатом более чем 15-летних исследований автора. Эти исследования включали активное участие автора в осуществлении регулярных наблюдений за состоянием стратосферного аэрозольного слоя, разработке алгоритмов, программ и непосредственном определении оптических характеристик из данных лидарного зондирования, анализ и интерпретация полученных результатов, а также как планирование, так и проведение ряда экспериментов.

Процесс накопления такого объема эмпирической информации и ее анализ не могли быть осуществлены без деятельного участия целого коллектива, без которого данная диссертационная работа не состоялась бы. Конкретизация направления исследований и их роль в проблеме оптики атмосферы осуществлялась член-корреспондентом РАН В. В. Зуевым. На начальном этапе исследований, представляемых в работе, ряд публикаций был выполнен совместно с д.ф.-м.н. В. Н. Маричевым. Впоследствии неоценимая помощь в проведении натурных исследований и обсуждении результатов была оказана автору к.ф.-м.н. В. Н. Бурлаковым, а также научными сотрудниками лаборатории С. И. Долгим и А. В. Невзоровым.

СТРУКТУРА, ОБЪЕМ И СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения и приложения, содержит 255 страниц машинописного текста, включающего в себя на 65 страницах 10 таблиц, 72 рисунка, а также список литературы из 177 наименований на 14 страницах.

В Ы В О Д Ы по главе 5

В данной главе представлена вертикально-временная структура стратосферного аэрозоля, формированию которой непосредственным образом способствовали существующие в стратосфере закономерности и процессы. При этом сам аэрозоль выступал в качестве их уникального природного трассера, по поведению которого было выявлено следующее.

Для стратосферного аэрозольного слоя характерны регулярные как широтные, так и сезонные изменения высоты его локализации, обусловленные выполнением в атмосфере, в том числе и стратосфере, основного уравнения статики. Поэтому:

- наибольшая высота локализации максимальной концентрации частиц радиусом больше г >0,15 мкм наблюдается в экваториальной зоне, а минимальная - в полярной;

- максимум отношения рассеяния имеет выраженный сезонный ход с наибольшей высотой локализации в июле 19,5 км, а в январе - 16,5 км;

- сезонный ход высоты тропопаузы аналогичен сезонному ходу высоты максимума отношения рассеяния, но в диапазоне высот от 10,0 до 11,5 км

На высотах выше канонического слоя Юнге в зимнее-весенний период в периоды протекания внезапных зимних стратосферных потеплений и весенней перестройки атмосферы наблюдаются эпизодические аэрозольные образования, которые являются результатом испарения и последующего резкого охлаждения паров серной кислоты. Эти образования имеют очень динамичную как по времени, так и по вертикали структуру и наблюдаются в средней стратосфере над Томском в январе-марте. Максимальная частота их появления приходится на март месяц.

В поведении вертикальной стратификации отношения рассеяния летнего периода в явном виде проявляются свойства тропопаузы как некоего потенциального барьера для троцосферно-стратосферного обмена. Об этом свидетельствуют аэрозольные слои, наблюдаемые летом в районе тропопаузы. Тем не менее при мощных перестройках атмосферной циркуляции в летний период, в частности с антициклонической на циклоническую, могут происходить проникновения тропосферных воздушных масс в стратосферу. В лидарных данных июля 1995 г. данный процесс проявился в виде постепенного наполнения локального минимума профилей отношения рассеяния, наблюдаемого в нижней части стратосферного аэрозольного слоя (в районе 15 км). При этом наличие двух длин волн зондирования позволило установить, что заполнение более мелкими и, следовательно, более легкими частицами происходит в первую очередь.

Располагаясь в умеренных широтах, Томск, как правило, оказывается вне зоны действия циркумполярного вихря. Однако в январе 1995 г. в результате изменения циркуляции, обусловленной длительным присутствием в стратосфере вулканогенного аэрозоля, выброшенного извержением вулканом Пинатубо, циркумполярный вихрь захватил и Томск. В период нахождения Томска в области его действия в стратосфере наблюдались аномально низкие температуры, сопровождавшиеся присутствием полярных стратосферных облаков и пониженным общим содержанием озона. 24 января 1995 г. км ПСО в диапазоне высот 15-17 км относились к типу lb. Выше и ниже этого диапазона высот вполне могли существовать ПСО типа 1а. Однако идентифицировать их в отсутствие поляризационных измерений не удалось, так же как и в диапазоне высот 12,5-16,0 км за 26 января 1995 г. При этом наблюдаемые 26 января 1995 г. выше 16 км ПСО, наиболее вероятно, обязаны своим появлением образованию замерзших комплексов H2SO4/H2O.

Возможность получения в течение нескольких часов темного времени суток как регулярных продолжительных серий профилей отношения рассеяния, так и нескольких отдельных профилей, позволило исследовать их вертикально-временные флуктуации мезомасштабного диапазона частот и выявить следующее:

- временные флуктуации отношения рассеяния во всех высотных диапазонах хорошо описываются Гауссовским распределением;

- с ростом высоты во временные флуктуации увеличивается вклад периодических составляющих;

- во всем стратосферном аэрозольном слое (за исключением интервала высот, приходящегося на максимум отношения рассеяния) наблюдаются большие значения коэффициентов межуровневой корреляции, больше 0,7 не зависимо от удаленности уровней друг от друга;

- уменьшение значений межуровневой корреляции для высот максимума отношения рассеяния сопровождается увеличением временного радиуса корреляции;

- распределение вариаций отношения рассеяния по частотам подчиняется закону «5/3»;

- в фоновых условиях аэрозольного наполнения стратосферы внешний временной масштаб турбулентности равен 0,0005 Гц, при доминирующем вкладе вулканогенного аэрозоля он сдвигается в более низкочастотную область;

- периодические структуры, наблюдаемые как во временных вариациях отношения рассеяния, так и в вертикальной стратификации, обусловлены внутренними гравитационными волнами.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе решается задача применения методов лазерного зондирования для регулярных наблюдений за оптически активными атмосферными параметрами. Данные методы в отличие от интегральных оптических позволяют получать пространственное распределение исследуемых параметров, а от контактных уникальной возможностью почти мгновенного получения информации по всей трассе зондирования. Поэтому лидарные методы органично дополняют традиционные и зачастую превосходят их.

В диссертации метод лазерного зондирования применен для наблюдений за состоянием стратосферного аэрозольного слоя. Работа обобщает результаты исследований автора, выполненных в Институте оптики атмосферы Сибирского отделения Российской академии наук (ИОА СО РАН), которые охватывают более чем 15-летний период наблюдений за состоянием стратосферного аэрозольного слоя (САС) (с начала 1986 по конец 2001 год). Начало исследований было положено вводом в рутинный режим работы высотного лидара на базе 1-метрового зеркала (в 1986 г.) и последующей его модернизацией, приведшей к использованию в качестве приемника лидарного сигнала телескопа с диаметром главного зеркала 2,2 м. (в 1992 г.). .

Основные научные результаты, полученные в ходе выполнения диссертационной работы.

1. Во время подготовки лидарной техники для рутинных наблюдений за состоянием стратосферного аэрозольного слоя были проведены исследования, позволившие свести к минимуму влияние аппаратурных искажений, а итерационная процедура оценки аэрозольного ослабления на трассе зондирования из самих лидарных сигналов позволила уменьшить погрешности, обусловливаемые аэрозольной прозрачностью (т^).

2. Стратосферный аэрозольный слой (САС) имеет три состояния: возмущенное, релаксационное и фоновое, которые могут быть охарактеризованы величиной коэффициента обратного аэрозольного рассеяния (В^) и его сезонным поведением. После наиболее мощного в 20-ом столетии извержения вулкана Пинатубо (13 июня 1991 г.) коэффициент В^ для САС увеличился в 15 раз по сравнению с фоновым состоянием, последующее очищение САС происходило по экспоненциальному закону. Экспоненциальное время распада В^ (т.е. время за которое величина В^ уменьшается в е-раз), равно одному году. Это не противоречит результатам наблюдений и на других ли-дарных станциях. Извержение вулкана Пинатубо привело к выраженной озоновой депрессии для всего периода возмущения САС вулканогенным аэрозолем. Наибольшая депрессия озонного слоя достигается с запаздыванием примерно год после максимального аэрозольного наполнения стратосферы.

3. Многочастотное лазерное зондирование позволило:

- установить факт гетерогенного разрушения молекул озона на поверхности вулканогенных аэрозольных частиц;

- дали возможность исследовать вертикальное распределение частиц по размерам в аэрозольных слоях, а с использованием методов обращения - микроструктурные характеристики этих частиц;

- исследовать процессы укрупнения аэрозольных частиц вулканогенного происхождения, динамику изменения высоты локализации крупных аэрозольных частиц, трансформацию функции распределения частиц по размерам.

4. Максимальное аэрозольное наполнение стратосферы пришлось на зимний период 1991/1992 г. Профили отношения рассеяния ото дня ко дню обладали сильной вариабельностью, но для каждого отдельно дня имели индивидуальную выраженную высотную стратификацию. По изменению высоты локализации максимумов аэрозольных слоев удалось оценить их скорости оседания, которая в основном определяется седиментацией. За весь период присутствия в стратосфере вулканогенного аэрозоля получены средние для зимы и лета вертикальные профили коэффициентов обратного аэрозольного рассеяния.

5. Участие в 1994 г. в программах SATOR (программа ИОА СО РАН) и LITE (подспутниковые исследования NASA) позволило наблюдать гравитационное расслоение вулканогенных аэрозольных частиц по высоте, осуществить сопоставление результатов зондирования стратосферного аэрозоля на CJIC и с борта космического аппарата.

6. Анализ отношения рассеяния на основе статистических характеристик (среднего и дисперсии) показал, что наибольшее аэрозольное наполнение стратосферы приходится на зимний период, а набольшая вариабельность R, причем увеличивающаяся с высотой, наблюдается весной выше 22 км. В вертикальном ходе межуровневых корреляционных функций явно прослеживается резкое уменьшение взаимосвязи между тропосферой и стратосферой, а в летний период наличие велопаузы. Для построения малопараметрических моделей отношения рассеяния на основе ортонормированных систем сезонных собственных векторов отношения рассеяния с точностью не менее 75% достаточно ограничиться первыми тремя векторами.

7. Подобие собственных векторов полных массивов (без разбиения на сезоны) профилей отношения рассеяния и концентрации стратосферного (лидарные измерения), температуры и скорости ветра (аэрологические данные) свидетельствует о том, что доминирующим фактором, определяющим их изменчивость, является атмосферная циркуляция.

8. Между отношением рассеяния и температурой установлена статистически значимая обратная взаимосвязь в диапазоне 11-21 км. Между отношением рассеяния и скоростью ветра взаимосвязь положительна, но менее выраженная.

9. Межгодовые вариации отношения рассеяния для релаксационного периода характеризуются постепенным (с течением времени) нивелированием сезонных различий в вертикальном ходе отношения рассеяния. Сформулированы три критерия фонового состояния стратосферного аэрозольного слоя.

10. Стратосферный аэрозоль является уникальным трассером атмосферных процессов:

- сезонные изменения высоты локализации стратосферного аэрозольного слоя отражают выполнения в атмосфере уравнения статики;

- наблюдаемые выше канонического слоя Юнге аэрозольные слои в зимний период свидетельствуют о протекании процесса внезапного зимнего стратосферного потепления, а в весенний отражают процесс весенней перестройки атмосферы;

- вертикальная стратификация отношения рассеяния в районе тропопаузы указывает на ее свойство как потенциального барьера между тропосферой и стратосферой;

- наличие полярных стратосферных облаков свидетельствует о том, что пункт зондирования находится в зоне действия циркумполярного вихря, с соответствующими очень низкими значениями температуры в стратосфере.

11. Проведены исследования мезомасштабных вариаций в стратосферном аэрозольном слое и получены их следующие статистические характеристики: гистограммы распределения вариаций, автокорреляционные функции, межуровневые корреляционный функции, частные спектры вариаций.

12. Подобие: временных ходов интегрального коэффициента обратного рассеяния при наблюдениях и значения экспоненциального времени распада вулканогенного аэрозоля на мировой сети лидарных станций; первых собственных векторов отношения рассеяния и динамика профилей отношения в релаксационные периоды в Томске и Минске; хорошее совпадение результатов зондирования стратосферного аэрозоля на CJ1C в Томске и с борта космического аппарата Shuttle, указывают на единую природу формирования стратосферного аэрозольного слоя и законов его существования.

1. Захаров В.М., Костко O.K. Метеорологическая лазерная локация. - Л.: «Гидрометеоиздат», 1977. - 223 с.

2. Зуев В.Е., Зуев В В. Дистанционное оптическое зондирование атмосферы. Ст.-П.: «Гидрометеоиздат», 1992. - 232 с.

3. Фабелицкий И.Л. Молекулярное рассеяние света. М.: «Наука», 1965. -511 с.

4. Межерис Р. Лазерное дистанционное зондирование. М.: «Мир», 1987. -550 с.

5. ШифринКС. Рассеяние света в мутной среде. М.: «Гостехиздат», 1951.-288 с.

6. Ван деХюлст Г. Рассеяние света малыми частицами. М.: «ИЛ», 1961. -536 с.

7. Дейрменджан Д. Рассеяние электромагнитного излучения сферическими полидисперсными частицами. М.: «Мир», 1971. - 165 с.

8. Зуев В.Е., КрековГ.М. Оптические модели атмосферы. Л.: «Гидрометеоиздат», 1992. - 256 с.

9. Ивлев JI. С. Химический состав и структура атмосферных аэрозолей. -Л.: Изд-во ЛГУ, 1982. 376 с.

10. Коллис P. T.X., Рассел П.Б. Лидарные измерения аэрозольных частиц и газов посредством упругого рассеяния в направлении назад и дифференциального поглощения // В кн.: Лазерный контроль атмосферы (под ред. Э.Д.Хинкли).-М.: «Мир», 1979.-С.91-180.

11. Ельников А.В., Маричев В.Н., Шелевой К.Д., Шелефонтюк Д.И. Лазерный локатор для исследования вертикальной стратификации аэрозоля // Оптика атмосферы.-1988. Т.1,№ 4. - С.117-123.

12. Голъданский В. Й., Куценко А. В., Подгородецкий М. И. Статистика отчетов при регистрации ядерных частиц. -М.: «Физматгиз», 1959. 411 с.

13. Маричев В.Н., Ельников А.В. О методе лазерного зондирования атмосферного озона на длинах волн 308 и 532 нм // Оптика атмосферы и океана. -1988. Т.1, № 5. - С.77-83.

14. Ельников Л.В. Вертикально-временная структура стратосферного аэрозоля над Томском по данным лазерного зондирования // Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. -Томск, 1991.

15. Ватутин В.А., Телевинова Т.М., Чистяков В.П. Вероятностные методы в физических исследованиях. -М.: «Наука», 1985. -208 с.

16. Астафуров В.Г., Мицелъ А.А. Особенности обработки лидарных сигналов при измерении газовых примесей // Автомерия. 1984. - № 1. -С.92-96.

17. Zuev W., Glazov G.N., Elnikov A.V., Marichev V.N. The specifity of lidar signal correction and calibration // In: Abs. of Paper the Fifth Scientific Assembly IAMAP. -Reading, U. К., 1989. V.2. -P. AC-34.

18. Ветохин C.C., Гулаков И.Р., Перцев A.H., Резников И.В. Одноэлектрон-ные фотоприёмники. -М.: «Энергоатомиздат», 1986. -161 с.

19. Ельников А.В., Зуев В.В., МаричевВ.Н. Влияние и учет импульсов последействия ФЭУ в лидарных сигналах аэрозольного и молекулярного рассеяния // Оптика атмосферы. 1991. - Т.4, № 2. - С.201-209.

20. Аршинов Ю.Ф., Бобровников С.М., Надеев А.И., Шелевой К.Д. Об учете последействия ФЭУ при измерении параметров атмосферы // Тез. докл. VIII Всесоюз. симп. по лаз. и акуст. зондир. атмосферы. Ч. II. -Томск: ИОА СО АН СССР, 1984. С.280-282.

21. Russel Ph.C., et al. Methodology for error analysis simulation of lidar aerosol measurements // Appl. Opt. 1979. - V. 18, № 22, - P.3783-3797.

22. Ельников А.В., Кавкянов С.И., Креков Г.М., Маричев В.Н. Процедура обработки сигналов лазерного зондирования стратосферы // Оптика атмосферы. 1989. - Т.2, № 5. - С.537-540.

23. Дьяконов В. П. Справочник по алгоритмам и программам на языке Бейсик для персональных ЭВМ. М.: «Наука», 1987. - 239 с.

24. Бондаренко СЛ., Ельников А.В., Зуев В.В. Влияние оптических характеристик аэрозоля на результаты лазерного зондирования озона при аэрозольной коррекции исходных данных // Оптика атмосферы и океана. 1993. — Т. 6, № 10. -С.1268-1277.

25. Хромов СЛ., Мамонтова JI.И. Метеорологический словарь. JL: «Гид-рометеоиздат», 1974. - 568 с.

26. Зуев В.В., Бурлаков В.Д., Ельников А.В., Смирнов С.В., Хряпов П.А. Вариации отношения рассеяния в верхней стратосфере над Томском в январе-марте 2000 г. // Оптика атмосферы и океана. 2000. - Т.13, № 11. -С.1005-1010.

27. Ельников А.В., Зуев В.В. Двухчастотное лазерное зондирование озона стратосферы в условиях ее сильного аэрозольного наполнения // Оптика атмосферы и океана. 1992. - Т. 5, № 10. - С.1050-1054.

28. Тихонов А.Н., Арсенин В.Я. Методы решения некорректных задач. М.: «Наука», 1986.-288 с.

29. Костин Б.С., Макиенко Э.В., Наац Н.Э. Метод гистограмм для обращения данных многочастотной оптической локации атмосферного аэрозоля // В кн.: «Проблемы дистанционного зондирования атмосферы». -Томск: Изд-во ИОА СО АН СССР, 1976. С. 86-97.

30. Зуев В.Е., Козлов Н.В., Макиенко Э.В. и др. Некоторые результаты по лазерному зондированию микроструктуры стратосферного аэрозоля трехчас-тотным лидаром // Изв. АН СССР. Сер. Физика атмосферы и океана-1977. -Т. 13. -№ 6. С. 648-654.

31. НаацИ.Э. Теория многочастотного лазерного зондирования атмосферы. Новосибирск: «Наука» СО, 1980. - 180 с.

32. Зуев В.Е., Наац И.Э .Обратные задачи лазерного зондирования атмосферы, Новосибирск: «Наука» СО, 1982.-242 с.

33. Беляев С.П., Никифорова Н.К., Смирнов В.В., Щелчков Г.И. Оптико-электронные методы изучения аэрозолей. М.: «Энергоиздат», 1981. - 232 с.

34. Асатуров М.Л. Антропогенное увеличение стратосферного аэрозольного слоя // Метеорология и гидрология. 1998. - № 2. - С.25-32.

35. Асатуров М. Л. Антропогенное увеличение стратосферного аэрозольного слоя // Метеорология и гидрология. 1998. - № 3. - С.5-12.

36. Зуев В.В., Ельников А.В., Бурлаков В.Д. Стратосферный аэрозольный слой над г. Томском (56°с.ш., 85°в.д.) по результатам наблюдений на Сибирской лидарной станции в 1986-1997 гг. // Оптика атмосферы и океана. 1991.- Т. 12, № 3. С.268-274.

37. Ельников А.В., Креков Г.М., Маричев В.Н. Лидарные наблюдения стратосферного слоя аэрозоля над Западной Сибирью // Известия АН СССР ФАО.-1988. Т. 24, № 8. - С.818-823.

38. Bluth G.J., Doiron S.D., Schnentzler С. С., Krueger A. J., and Walter L.S. Global tracking of the SO2 clouds from the June, 1991 Mount Pinatubo eruptions // Geophys. Res. Lett.-1992.-V.19.-P. 151-154.

39. Бурлаков В.Д., Ельников A.B., Зуев В.В., Маричев В.Н., Правдин В.Л. Следы извержения вулкана Пинатубо в стратосфере над Западной Сибирью (Томск, 56°с.ш., 85°в.д.)7/ Оптика атмосферы и океана. 1992. -Т.5, № 6, -С.602-604.

40. Зуев В.В., Бурлаков В.Д., Ельников А.В., Смирнов С.В. Особенности изменчивости стратосферного аэрозоля над Западной Сибирью // Оптика атмосферы и океана. 1996. - Т.9, № 12. - С. 1599-1603.

41. Zuev V.V., Burlakov V.D., El'nikov А.К, Ivanov А.Р., Chaikovskii А.P., Shcherbakov V.N. Processes of long-term relaxation of SAL in Northern Hemisphere midlatitudes after a powerful volcanic eruption // Atmosph. Environmenta.- 2001.-V.35.-P.5059-5066.

42. Zuev V.V., Burlakov V.D. and El'nikov A.V. Ten years (1986-1995) of lidar observations of temporal and vertical structure of stratospheric aerosols over Siberia // J. Aerosol Sci. 1998. - V. 29, No. 10. -P.1179-1187.

43. Jager H., Uchino O., NagaiT. et al. Ground-based remote sensing of the decay of the Pinatubo eruption cloud at three northern hemisphere sites // Geophys. Res. Lett. 1995. - V.22, No. 5.-P.607-610.

44. Jager H. and Hofmann D. Midlatitude lidar backscatter to mass, area, and extinction conversion model based on in situ aerosol measurements from 1980 to 1987 // Appl. Opt. 1991. - V. 30. -P. 127-138.

45. Jager H., Deshler Т., and Hofmann D.J. Midlatitude lidar backscatter conversions based on balloonborne aerosol measurements // Geophys. Res. Lett. -1995.-V.22.-P. 1729-1732.

46. Khmelevtsov S.S., Kaufman Yu.G., Khmelevtsov A.S. 12 years of Stratospheric Aerosol Measurements by Lidar Sounding over Obninsk, Russia (55°N, 38°E) // 19 ILRC Abstracts of Papers. -Langley Research Center. Hampton Virginia, 1998. -P.73-74.

47. Уэбб В. Структура стратосферы и мезосферы. -М: «Мир», 1969. -258 с.

48. Kent G.S., and Hansen G.M. Multiwavelength lidar observations of the decay phase of the stratospheric aerosol layer produced by the eruption of Mount Pi-natubo in June 1991 // Applied Optics. 1998. - V.37. -P.3861-3872.

49. Hayashida S., et al. Volcanic eruption and the increases in the stratospheric aerosol content.- Lidar measurements from 1982 to 1986 // In: Abstracts of 13th International Laser Radar Conference.-Toronto. Canada, 1986.

50. SEAN Bulletin. 1985. - V. 10, No. 12.

51. SEAN Bulletin. 1986. - V.l 1, No.l.

52. Trepte C.R. and Hitchman M.H. Tropical stratospheric circulation deduced from satellite aerosol data // Nature. 1992. - V.355. - P.626-628.

53. Trepte C.R., VeigaR.E., McCormick M.P. The poleward dispersal of Mt. Pi-natubo volcanic aerosol // J. Geophys. Res. 1993. - V.98. - P.18563-18573.

54. Uchino O., Nagai Т., Fujimoto 71, et al. Observation of the Pinatubo volcanic cloud by lidar network in Japan // J. Met. Soc. Japan. 1993. - V.71, P.285 295.

55. Schotland R.M. The detection of the vertical profile of atmospheric gases by means of a ground-based optical radar // Proc. 3rd Symposium on Remote Sensing of the Environment. Michigan: Ann. Arbor. USA, 1964. -P.215-224.

56. Ельников А.В., Зуев В.В., Бондаренко C.JI. О восстановлении профилей стратосферного озона из данных лидарного зондирования // Оптика атмосферы и океана. 2000. - Т. 13, №12. - С. 1112-1118.

57. Ельников А.В., Зуев В.В. Аэрозольная коррекция при лазерном зондировании озона // 5-ое Совещание по распространению лазерного излучения в дисперсной среде (11-13 ноября 1992 г.) (Тезисы докладов). -Обнинск, 1992. С.85.

58. Palmer K.F., Williams D. Constants of Sulfide Acid: Application to the Clouds of Venus ?.7/ Appl. Opt. 1975. - V.14, - P.208-219.

59. Макиенко Э.В., Наац И.Э. Вопросы оперативной обработки и интерпретации данных много частотного зондирования аэрозолей // Исследование атмосферного аэрозоля методами лазерного зондирования. Новосибирск: «Наука», 1980.-С.40-55.

60. Орлов В.М., Самохвалов И.В., Креков Г.М., Миронов В.Л. и др. Сигналы и помехи в лазерной локации. Изд-во «Радио и связь», 1985. - 264 с.

61. McClatche R.A., Fenn R.W., Selby J.E.A., et al. Optical properties of the atmosphere (revised). Report AFCRL-71-0279, AFCRL. Bedford, 1971. 98 p.

62. Jager H., Deshler Т., Hofmann D.J. Midlatitude lidar backscattering conversions based on balloon aerosol measurement // Geophis. Res. Lett. 1995. - Vol. 22.-P. 1729-1732.

63. Зуев В. В. Комплексная экологическая программа Института оптики атмосферы по стратосферному и тропосферному озону SATOR // Оптика атмосферы и океана. 1992. - Т. 5, № 6. - с.565-571.

64. McCormick M.P. LITE-the Shuttle-Borne Lidar In-Space Technology Exth •periment // In: Abstracts of 17 International Laser Radar Conference. -Sendai, Japan, 1994.-P.341-344.

65. Зуев В.В., Ельников A.B,, Бурлаков В.Д., Гришаев М.В., Правдин B.JI. Лазерное зондирование стратосферного аэрозоля на длинах волн 532 и 1064 нм по программам SATOR и LITE в 1994 г. // Оптика атмосферы и океана. -1995.-Т. 8, № 10.-С. 1496-1500.

66. Зуев В.В., Бурлаков В.Д., Гришаев М.В., Ельников А.В. Сравнительные результаты наземного и космического лидарного зондирования, полученные во время синхронных измерений по программе LITE // Оптика атмосферы и океана, 1996. - Т. 9, № 3. - С.347-350.

67. Кабанов М.В., Панченко М.В. Рассеяние оптических волн дисперсными средами (Часть III . Атмосферный аэрозоль). Томск: Издание Томского филиала СО АН СССР, 1984. - 189 с.

68. Зуев В.Е., Кабанов М.В. Оптика атмосферного аэрозоля. JL: «Гидро-метеиздат», 1987. -255 с.

69. Ельников А.В., Маричев В.Н. Лидарные наблюдения вертикального распределения стратосферного аэрозоля // В сб. статей «Результаты комплексных экспериментов «Вертикаль-86» и «Вертикаль-87». Томск: Издание Томского филиала СО АН СССР, 1989. - С.36^8.

70. Ельников A.B., Зуев В.В., Маричев В.Н. Результаты лазерного зондирования вертикальной стратификации аэрозоля над Западной Сибирью (19861989 гг.) // Оптика атмосферы. 1991. - Т. 4, № 6. -С.631-637.

71. Ельников А.В., Зуев В.В., Копысова Т.С., Маричев В.Н. Особенности корреляционных связей стратосферного аэрозоля // Оптика атмосферы и океана. 1992. - Т. 5, № 2. С.193-197.

72. Зуев В.В., Долгий С.И, Ельников А.В., Маричев В. Н. Предварительный статистический анализ результатов лидарного зондирования стратосферного озона// Оптика атмосферы и океана. 1997. - Т.10, № 12. - С.1613-1615.

73. Ельников А.В., Зуев В.В., Маричев В.Н. Корреляционные матрицы и собственные вектора концентрации озона, отношения рассеяния аэрозоля, температуры и скорости ветра в стратосфере // Оптика атмосферы и океана. -1998.-Т. 11, №12.-С. 1320-1324.

74. Обухов A.M. О статистических ортогональных разложениях эмпирических функций // Изв. АН СССР. Сер. геофиз. 1960. -Вып.З, С.432^39.

75. Исаев А А. Статистика в метеорологии и климатологии. М.: Изд-во МГУ, 1988.-248 с.

76. Иванов А.П., Хмелевцов С.С., Чайковский А.П., Щербаков В.Н. Статистический анализ данных лазерного зондирования стратосферного аэрозоля // Известия РАН. Физика атмосферы и океана-1993. Т.29, № 1. - С.82-85.

77. Дикий А.А., 1969: Теория колебаний земной атмосферы. JL: «Гидро-метеоиздат», 1969. - 195 с.

78. Hofmann D.J. Increase in the stratospheric background sulfuric acid aerosol mass in the past 10 years // Science. 1990. - V. 248. - P.996-1000.

79. Turco R.P. Volcanic aerosols: chemistry, microphysics, evolution, and effects. // In: Volcanism climate interactions, NASA Conf. Publication CP-10062, 1990.-Dl-5.

80. Thomason L.W., Kent G.S., C.R. TrepteC.R. and Poole L.R. A comparison of the stratospheric aerosol background periods of 1979 and 1989-1991. // J. Geophys. Res. 1997.-V. 102.-P.3611-3616.

81. Hitchman M.N., McKay M., and Trepte C.R. A climatology of stratospheric aerosol // J. Geophys. Res. 1994. - V.99. - P.20689-20700.

82. Ельников A.B., Зуев В.В. К вопросу о стратификации аэрозоля в районе тропопаузы // Тез. докл. V заседания рабочей группы «Аэрозоли Сибири». Томск: Издание Института оптики атмосферы СО РАН, 1998. - С.49-50.

83. Ельников А.В., Зуев В.В., Бурлаков В.Д. О типе полярных стратосферных облаков, наблюдаемых в январе 1995 г. над Томском. // Тез. докл. VIII заседания рабочей группы «Аэрозоли Сибири». Томск: Издание Института оптики атмосферы СО РАН, 2001. -С. 11.

84. Брасье Г., Соломон С. Аэрономия средней атмосферы: — Л.: «Гидро-метеоиздат», 1987. 414 с.

85. Rosen J.M., Hofmann D.J., Grindel W. Measurements of ion mobility to 30 km. // J. Geophys. Res. 1985. -V.90, N. D4. - P.5876-5884.

86. Hofmann D. J., Rosen J.M. Balloon-borne particle counter observations of the El Chichon aerosol layers in the 0,01-1,8 |дт radius range // Geofys. Int. -1984. V.23, N.2. -P.155-185.

87. Rosen J.M., Hofmann ГУ. J.; Grindel W. Delayed production of sulfuric acid condensation nuclei in polar stratosphere from El Chichon volcanic vapors // J. Geophys. Res. 1985.-V.90, No.Dl.-P.2341-2354.

88. Креков Г.М., Звенигородский С.Г. Оптическая модель средней атмосферы. -Новосибирск: «Наука» СО, 1991.-278 с.

89. Scherhag R. Die explosionsartigen Stratospharenerwarmungen des Spat-winters.// Berl. Deut. Wetterdienstes (US Zone). 1952. -V.38. -P.51-63.

90. Госсард Э.Э, Хук У.Х. Волны в атмосфере. -М.: «Мир», 1978. -532 с.

91. Von Zahn U., Fiedler J., Naujokat В., Langematz U., and Kruqger К A note on record-high temperatures at the northern polar stratopause in winter 1997/98//Geophys. Res. Lett. 1998. - V.25, No.22. - P.4169-4172.

92. Матвеев JI. Т. Теория общей циркуляции атмосферы и климата Земли. Д.: «Гидрометеоиздат», 1991. - 296 с.

93. Крупномасштабные динамические процессы в атмосфере ( под ред. Б. Хоскинса и Р. Пирса). М.: «Мир», 1987. - 430 с.

94. Matsuno Т. A dynamical model of the stratospheric sudden warming // J. Atmos. Sci. 1971.-Vol.28, P. 1479-1494.

95. Бондаренко C.JI., Бурлаков В.Д., Гришаев M.B., Зуев В.В., Маричев В.Н., Правдин В.Л. Лазерное зондирование мезосферы на сибирской лидар-ной станции // Оптика атмосферы и океана. 1994. - Т.7, №11-12. - С. 16521655.

96. Зуев В.В., Маричев В.Н., Бондаренко С.Л. Исследование точностных характеристик восстановления профилей температуры по лидарным сигналам молекулярного рассеяния // Оптика атмосферы и океана. 1996. -Т.9, № 12. — С.1615—1619.

97. Матвиенко.Г.Г., Задде ПО., Фердинандов Э.С., Колее И.Н., Абрамова Р.П. Корреляционные методы лазерно-локационных измерений скорости ветра.-Новосибирск: «Наука» СО, 1985. 224 с.

98. Белан БД., Гришин А.И., Матвиенко Г.Г., Самохвалов ИВ. Пространственная изменчивость характеристик атмосферного аэрозоля. -Новосибирск: «Наука» СО, 1989. 152 с.

99. Гуралъник И.И., Дубинский Г.П., Ларин В.В., Мамиконова С.В. Метеорология. -Л.: «Гидрометеоиздат», 1982. 404 с.

100. Руководство по краткосрочным прогнозам погоды. Часть 1. Л.: «Гидрометеоиздат», 1986. - 530 с.

101. Атмосфера. Справочник. Л.: «Гидрометеоиздат», 1991. - С.221-229.

102. Khmelevtsov S.S., McCormick M.P., Kaufman Yu.G, Chaikovski A.P., Shcherbakov V. N. Measurements of the Stratospheric Clouds Characteristics in the Moderate Latitudes // In: Abstracts of paper 15 ILRC, part 1, July 23-27, Tomsk, USSR, 1990. P.l59-162.

103. Poole L.R., McCormick M. P. Polar stratospheric clouds and the Antarctic ozone hole // J. Geophys. Res. 1988. -Vol.93. - P.8423-8430.

104. Crutzen P., Arnold F. Nitric-acid cloud formation in the cold Antarctic stratosphere A major cause for the springtime ozone hole // Nature. - 1986. -324.-P.651-655.

105. Peter Th., Crutzen P. J The role of stratospheric cloud particles in polar ozone depletion -An overview // J. Atmos. Chem. -1993. -Vol.24, -P.l 19-120.

106. WMO, Scientific Assessment of Ozone Depletion // In: Global Ozone Research and Monitoring Project- Report, 1998. -No.44. -Chapter 7.

107. Звягинцев A.M., Зуев В.В., Крученицкий Г.М., Скоробогатый Т.В., О вкладе гетерофазных процессов в формирование озоновой аномалии в Антарктиде // Исследования Земли из Космоса. 2002. -№3. - С. 1-6.

108. Toon О., Hamill P., Turco R., Pinto J. Condensation of HNO3 and HC1 in the winter polar stratospheres // Geophys. Res. Lett. -1986. No. 13, P. 1284-1287.

109. Toon O., Brow ell E., Kinne S., Jordan J. An analysis of lidar observations of polar stratospheric clouds // Geophys. Res. Lett. -1990. -No Л 7, P.393-396.

110. Mehrtens #., von Zahn U., Fierli F., Nardi В., Desler T. Type I PSC-particle properties: Measurements at ALOMAR 1995 to 1997 // Geophys. Research Letters. -1999. -Vol.26, No. 5. -P.603-606.

111. Пановский Г.А., Брайер Г. В. Статистические методы в метеорологии. JL: «Гидрометеоиздат», 1972. -210 с.

112. Колемаев В.А., Староверов О.В., Турундаевский В.Б. Теория вероятностей и математическая статистика. -М.: «Высшая школа», 1991. -400 с.

113. Зуев В.Е., Комаров B.C. Статистические модели температуры и газовых компонент атмосферы. -Д.: «Гидрометеоиздат», 1986. -264 с.

114. Отнес Р., Эноксон Л. Прикладной анализ временных рядов. -М.: «Мир», 1982.-430 с.

115. Мирошниченко Л.И. Солнечная активность и Земля. -М.: «Наука», 1981.-145 с.

116. Казимировский Э.С. Планета в космической плазме. -JL: «Гидрометеоиздат», 1990.-184 с.

117. Ивлев Л. С., Довгалюк Ю.А. Физика атмосферных аэрозольных частиц. -СПб.: НИИХ СПбГУ, 1999.-258 с.

118. Кондратьев КЯ. Современные изменения климата и определяющие их факторы // Итоги науки и техники. Метеорология и климатология. -М.: ВИНИТИ, 1977.-Т.4.-203 с.

119. Кондратьев К.Я. Стратосфера и климат // Итоги науки и техники. Метеорология и климатология. -М.: ВИНИТИ, 1981. -Т.6. -223 с.

120. Кондратьев КЯ. Радиационный баланс Земли, аэрозоль и облака // Итоги науки и техники. Метеорология и климатология. -М.: ВИНИТИ, 1983. -Т.10.-315 с.

121. Кондратьев КЯ. Аэрозоль как климатообразующий компонент атмосферы 1. Физические свойства и химический состав // Оптика атмосферы и океана.-2002.-Т. 15, № 2.-С. 123-146.

122. Кондратьев К.Я. Аэрозоль как климатообразующий компонент атмосферы 1. Прямое и косвенное воздействие на климат // Оптика атмосферы и океана. 2002.-Т.15, № 4.-С.301-320.

123. Sato М., Hansen J.E., McCormick М.Р., Pollack J.В. Stratospheric aerosol Optical depth 1985-1990//J. Geophys. Res. 1993. -V.98. -No. D12. -P.22987-22994.

124. McCormick M.P., Thomson L.W., Trepte C. R. Atmospheric effects of the Mt Pinatubo eruption // Nature. -1995. -V. 373, No. 2. -P.399-404.

125. Прожекторный луч в атмосфере /под ред. Г. В. Розенберга/. -М.: Изд-во АН СССР, 1960.-244 с.

126. Fiocco G., Smullin L. D., 1963: Detection of scattering layers in the upper atmosphere (60-140 km) by optical radar // Nature. 1963. -Vol,199. -P. 12751276.

127. Fiocco G., Grams G.W. Observation of aerosol layer of 20 km by optical radar//J. Atmos. Sci.-19.64.-V.21, No.3.-P.323-324.

128. Kent G.S., Wright R. W.H A review of laser radar measurements of atmospheric properties // J. Atmospheric and Terrestrial Physics. -1970. -Vol.32, P.917-943.

129. Whiteway J. A., and Car swell A.I. Lidar observations of gravity wave activity in the upper stratosphere over Toronto // J. Geophys. Res. -1995. -Vol, 100, No.D7.-P.14113-14124.

130. Wilson R., Chanin M.L., Hauchecorne A. Gravity waves in the middle atmosphere observed by rayleigh lidar. 1. Case studies // J. Geophys. Res. —1991. — Vol.96, No.D3. -P.5153-5167.

131. Дробжев В.И., Ляджин В.А., Сомсиков B.M., Ташенов Б.Т., Курманга-лиевД. А. Лазерно-локационное исследование волновых возмущений в атмосфере, генерируемых солнечным терминатором // Оптика атмосферы. -1988. -Т.1, № 8. -С.105-110.

132. Ляджин В.А., Ташенов В. Т., Торопова Т.П. О возможности выделения облакообразной структуры стратосферного аэрозоля методом лазерной локации // Оптика атмосферы. -1988. -Т.1, №12. -С. 16-21.

133. Алексеев А.П., Давыдов В.М., Досов В.Н., Скуратов С.Н., Тяботов А.Е., Хаттатов В. У. Зондирование аэрозолей нижней стратосферы Арктики самолетным лидаром // Оптика атмосферы. -1988. -Т. 1, № 12. -С.8-11.

134. Монин А.С. Прогноз погоды-как задача физики. М.: «Наука», 1969. -184 с.

135. Бордовская Л.И., Белан БД. Аэроклиматография стратосферных струйных течений над Западной Сибирью // В трудах ЗСРНИГМИ «Методы долгосрочного и краткосрочного прогноза погоды». -М. «Гидрометеоиздат», 1979. -С. 125-130.

136. Зуев В.В., Ельников А.В., Бурлаков В Д. Лазерное зондирование средней атмосферы.-Томск. «Издательство "РАСКО"», 2002.-352 с.

137. Gruner P. Dammerungserscheinungen // Handbuch der Geophysik. -1942. -Part 8. -S432-526.

138. Junge C.E., and Mans on I.E. Stratospheric aerosol studies // J. Geophys. Res. -1961. -V.66. -P.2163-2182