Слайд 2
Цели измерений в физике атмосферы
1. Контроль за состоянием
атмосферы и поверхности, в частности, обнаружение
стихийных бедствий и катастроф.
2.
Осуществление прогнозов погоды различной заблаговременности.
3. Исследования климата Земли и прогноз возможных изменений.
4. Научно-исследовательские задачи.
Слайд 3
Методы измерений в физике атмосферы
Развитие различных областей физики
и химии дали исследователям атмосферы широкий набор методов и
средств измерений различных параметров атмосферы и
поверхности [1].
Принято подразделять различные типы измерений на прямые (direct), косвенные (indirect), локальные (in situ) и дистанционные (remote).
Прямых методов измерений в физике, и в физике атмосферы в частности, в настоящее время существует очень мало. Большинство измерений – косвенные.
1. Кароль И.Л., Розанов Е.В., Тимофеев Ю.М. Газовые примеси в атмосфере. Л., Гидрометеоиздат, 1983. 192 с.
Слайд 4
Локальные измерения
Локальные (контактные) измерения осуществляются с помощью определенных
чувствительных элементов (датчиков), помещенных в исследуемую точку (ограниченный объем)
атмосферы.
К контактным (локальным) методам измерений можно отнести и метод проб, при котором сами измерения состоят из двух этапов – отбор исследуемой среды в специальные емкости или носители и исследования этих проб в лабораторных условиях.
С помощью контактных методов осуществляется большое количество измерений различных параметров атмосферы и поверхности, однако, получить с помощью этих методов подробную информацию о состоянии атмосферы Земли в региональном и, тем более, в глобальном масштабах трудно и очень дорого, в реальности – невозможно.
Слайд 5
Дистанционные методы измерений
Дистанционные методы измерений основаны на
регистрации на определенном расстоянии от исследуемого объекта характеристик различных
полей – электрических, магнитных, электромагнитных, гравитационных, акустических.
Исследуемый объект трансформирует падающие на него поля или генерирует собственные поля, и это позволяет исследовать его состояние. Измерения этих полей могут осуществляться на различных расстояниях от исследуемого объекта – от метров до миллионов километров и более.
Слайд 6
Важнейшие климатические параметры
Атмосфера
Поверхность: температура, осадки, давление, радиационный баланс,
Скорость
и направление ветра, водяной пар
Свободная атмосфера: радиационный баланс (включая
солнечное излучение), температура, скорость и направление ветра, водяной пар, характеристики облаков
Состав: СО2, метан, озон, другие долгоживующие газы, характеристики аэрозолей
Слайд 7
Важнейшие климатические параметры
Океан
Поверхность: температура, соленость, уровень морей, состояние
поверхности, лед, течения, цвет океанов, парциальное давление СО2
Подповерхностный слой:
температура, соленость, течения, биогенные вещества, углерод, трассеры, фитопланктон
Слайд 8
Важнейшие климатические параметры
Суша
Сток рек, использование воды, подземная вода,
уровень озер, снежный покров, ледники и ледяные шапки, вечная
мерзлота и ее сезонные вариации, альбедо, состояние поверхности (тип растительности)
Количество поглощенной фотосинтетической активной радиации, листовой индекс. Биомасса, распределение пожаров
Слайд 9
Глобальная система мониторинга атмосферы и поверхности
Наземные системы
Аэростатные системы
Ракеты
Самолеты
(коммерческие и научные)
Морские буи
Суда (научные и коммерческие)
Спутники
Слайд 11
Требования к измерениям
В физике атмосферы сформулированы требования к
следующим характеристикам измерений:
- погрешности измерений (случайные и систематические);
- пространственное
(горизонтальное и вертикальное) разрешение;
- периодичность (частота) измерений;
- высотный диапазон измерений;
- оперативность представления данных измерений для использования;
надежность (reliability) данных измерений.
надежность (reliability) данных измерений – воспроизводимость результатов измерения в аналогичных условиях, количественно выражаемая с помощью корреляции результатов начальных и повторных измерений. Эта характеристика зависит от объективности экспериментатора, надежности измерительной аппаратуры и отсутствия неконтролируемой изменчивости исследуемого свойства.
http://dic.academic.ru/dic.nsf/psihologic/1126
Слайд 12
Наземные системы
— метеорологические и автоматические метеорологические станции;
— аэрологические
станции (станции радиозондирования);
— сети метеорологических радиолокационных наблюдений;
— актинометрические станции;
—
гидрологические станции;
— станции мониторинга загрязнения окружающей среды;
— системы наземных наблюдений за составом атмосферы;
— система гелиогеофизических наблюдений;
— система морских наблюдений (коммерческие и научно-исследовательские суда (судна-погоды), буи различного типа);
— система океанографических наблюдений;
— станции лидарного зондирования;
— аэрозольная сеть наблюдений.
Слайд 13
Положение наземных станций для исследований климата Земли
Слайд 14
Расположение систем аэрологического (радиозондового) зондирования атмосферы
Слайд 15
Сеть аэрологических наблюдений Росгидромета (127 станций)
Слайд 16
Расположение различных типов буев в 2003 и 2009
годах
Слайд 17
Расположение океанических наблюдений различного типа
Слайд 18
Расположение озонометрических станций
Слайд 20
Актинометрические станции в России
Слайд 21
Европейская сеть лидарных наблюдений
Слайд 22
Global Atmosphere Watch - наблюдения аэрозолей и содержания
различных газов
Слайд 23
Спутниковая система наблюдений атмосферы и поверхности
Слайд 25
Полярные и геостационарные спутники
Слайд 26
Области наблюдений системы геостационарных спутников
Слайд 27
Наблюдения с геостационарного спутника
Слайд 29
Российский геостационарный метеорологический спутник ЭЛЕКТРО
Запуск 2006 г.
Слайд 32
Составные части дистанционных измерений
Методы решения обратных (некорректных) задач
матфизики
Априорная информация - оптика и молекулярная спектроскопия
Системы обработки наземных
и спутниковых измерений, анализа и хранения информации
Система валидации дистанционных измерений
Ассимиляция данных в численные модели атмосферы (прогноз погоды, моделирование климата)
Слайд 33
Дистанционное зондирование атмосферы
уникальные приборы различного типа, измеряющие
э.м. излучение в различных областях спектра от УФ до
радиоволн;
использование пассивных и активных методов, различной геометрии измерений – спутниковой, наземной, самолетной и т.д.
Слайд 34
4-d Digital Camera:
Horizontal: Large
area format Focal Plane detector Arrays
Vertical: Fourier
Transform Spectrometer
Time: Geostationary
Satellite
“GIFTS”
Geostationary Imaging Fourier Transform Spectrometer
New Technology for Atmospheric Temperature, Moisture, Chemistry, & Winds
Слайд 35
GIFTS Sampling Characteristics
Two 128x 128 Infrared focal
plane detector arrays with 4 km footprint size
Two
512 x 512 Visible focal plane detector arrays with 1 km footprint size
Field of Regard 512 km x 512 km at satellite sub-point
Ten second full spectral resolution integration time per Field of Regard
~ 80,000 Atmospheric Soundings every minute
Слайд 36
Информативность спутниковых измерений (число вертикальных профилей в день)
SAGE-III
(Sun occultation) – 1000
GOMOS (Star occultation) – 5000
MLS (Limb
MW radiation) – 50 000
MIPAS (Limb IR radiation) – 100 000
IASI (IR nadir view ) – 100 000
GIFTS (Geostationary) – 80 000 в минуту, 150 млн. в день!!!
Слайд 37
Глобальная карта облачности:
тропическая зона
ИК-диапазон 10.5-12,5 мкм 13.05.2004
Слайд 38
Монтаж космических изображений Евразии
ИСЗ Meteosat7, Meteosat5, GMS
(10,5 –12,5
мкм)
Полярная стереографическая проекция
Референц-эллипсоид Красовского
Слайд 39
Данные об облачном покрове по информации
SEVIRI ИСЗ Meteosat-8
Высота
ВГОD
Анализ облачности
Слайд 40
Изображение урагана Изабель по данным измерений прибора AVHRR
Слайд 41
Композиционная карта температуры
поверхности Мирового океана
01.05 – 10.05 2004
Слайд 42
Граница снежного покрова: Россия, Казахстан
ИСЗ РЕСУРС-О1 №4, МР-900
20.03.2001
Слайд 43
10.05.98
начало затопления
05.06.98
максимальное затопление
18.06.98
спад затопления
Ресурс-О1, МСУ-СК
Спутниковый мониторинг наводнений на
основе данных среднего и высокого разрешения
Ресурс-О1, МСУ-Э
27.04.99
начало затопления
02.06.00
максимальное
затопление
18.06.98
спад затопления
Участок Каменный Яр –
Черный Яр
Волго-Ахтубинская пойма
Слайд 44
Определение очагов пожаров
(Дальний Восток)
Терра, Модис 01.05.2004
Слайд 45
Карта распределения индекса вегетации
Карта распределения вегетационного индекса (NDVI
в %) по Европейской части России
Период наблюдения:
17.07.00 – 28.07.00
Слайд 46
р.Ингури
р.Риони
ПОТИ
ИСЗ МЕТЕОР-3М, МСУ-Э 22.09.2003
Загрязнение водной
поверхности: Черное море
Слайд 48
Глобальное распределение NO2
(восстановлено из спутниковых (GOME) данных
1996-2001 гг.)
Слайд 49
Распределение тропосферного содержания NO2
Слайд 51
Озоновая дыра над Арктикой и частью Европейской территории
России
Из архива Н.Е. Чубаровой
